産業用集塵機の効果を判断するためのMERV評価

産業用集塵機システムの有効性を適切かつ正確に測定する基準は、これまで存在していませんでした。多くの集塵機メーカーやフィルターメーカーが自社製品の性能をアピールしているため、エンドユーザーは誇大な表現に戸惑いを見せています。比較の基準を取り入れるにあたり、多くの企業、業界、地域は、一般的な産業用換気清浄業界向けにASHRAE 52.2が確立したMERV評価の適用に頼ってきましたが、果たして、産業用集塵機の有効性の測定方法として適切なのでしょうか。

MERV評価システムを適用して産業用集塵機の効果を測定すると、次の点で問題が生じます。

規定のメディア流量でのMERVテストは、産業用集塵機の一般的な流量とは大きく異なります。
MERV評価は、フィルター寿命全体を通したフィルターの排出性能ではなく、フィルター効率の最低値（通常は使用開始時）を示します。
MERVでは、集塵システム全体とそのセルフクリーニングシステムではなく、フィルターメディアの有効性を測定します。
MERVでは圧力損失は評価対象ですが、全体的なエネルギー消費は対象外です。

MERVとは？

MERVはMinimum Efficiency Reporting Value（最小効率報告値）の略であり、ASHRAE 52.2のテスト仕様に組み込まれている評価システムです。気流から粒子を除去する際の最低限の性能を特定するために、フィルターに単一の番号を割り当てます。番号が大きいほどフィルトレーション効率が高いことを示しますが、業界の専門家の多くは異議を唱えています。

ASHRAE 52.2は当初、一般的な換気清浄装置の性能を測定する方法を確立するために作成されました。一般的な換気清浄システムと産業用集塵機システムはどちらも気流から粒子を除去しますが、他に共通するものはほとんどありません。違いについては、以下で説明します。

一般換気と産業用集塵の流量の違い

52.2規格は、部屋やビルなど、一般的な換気システムで使用される静的エアフィルターの効率をテストするために制定されました。これに対し、産業用集塵エアフィルターは非常に動的な環境で機能し、粉塵が継続的に蓄積され、必要に応じてメディアから除去されます。多くの産業用集塵機にはセルフクリーニングシステムが組み込まれており、フィルターを繰り返しクリーニングしなかった場合と比べて、フィルターの性能をより長く維持できるようになっています。エアフローがないときにフィルターがクリーニングされることもありますが、多くの場合は通常運転中にクリーニングされます。ダストケーキ（およびそれに伴う圧力損失）が絶えず変化するということは、フィルターの効率も絶えず変化しているということです。クリーニングされるたびに、フィルターの効率は変化します。ASHRAE 52.2で規定される静的条件は、集塵機内の動的条件にうまく応用できません。

工業生産プロセスでは、一般的な換気清浄システムでは予想できない量の粉塵が発生します。製材所、穀物処理施設、金属加工工場、溶射ブースのプロセス内の気流は、通常、立方フィートあたり0.5～20粒の粒子を生成します。頻繁に生産工程を停止してフィルターを交換することはできないため、セルフクリーニングシステムを備えた集塵機に依存しています。セルフクリーニングシステムにより、フィルターを長期間にわたって使用できます。

対照的に、ASHRAE 52.2試験では、気流に微量の粉塵が加えられます。空気1立方フィートあたり約0.005粒を使用します。これは、一般的な産業用集塵機のエアフローの100分の1から4,000分1の粉塵濃度です。

別の重要な要素として、一般的な換気と産業用集塵とではメディアの面風速が大きく異なることも考慮する必要があります。集塵機の標準的なメディア面風速は0.5～12 ft/minの範囲です。対照的に、ASHRAE 52.2では、118～748 ft/minの範囲のエアフロー速度をテストします。つまり、MERVテストでは、集塵機の場合よりも負荷が10～1,500倍高くなります。メディア速度は効率に影響を与える可能性があるため、産業用集塵用途へのMERVテストの適用可能性は疑問視されるべきです。

初期効率と耐用期間効率

ASHRAE 52.2の目標は、一般的な換気クリーニングシステムの効率を測定することです。集塵機の目標は、長期的に排出を制御することです。一見すると、フィルターの効率は、フィルターによりシステム外に出される排出量に直接関係しているように思われますが、産業用集塵機の場合、フィルターの効率を排出量と直接相関させることはできません。MERV効率レベルに基づいて長期的な排出量を計算しようとすると、排出量は大幅に過大評価されます。集塵機の場合、計算を間違う原因として、フィルターに粉塵が付着し、ダストケーキが繰り返し生成されることが挙げられます。

産業用集塵機では、ダストケーキの蓄積を利用してフィルトレーション機能を強化します。ダストケーキによりエアフローに対する抵抗が生じるため、集塵機のフィルターメディア全体の抵抗は、通常、水位計の2～5インチの範囲です。その間、フィルターがクリーニングされ、その後粉塵が再度固まることにより、ダストケーキは繰り返し形成されます。ASHRAE 52.2試験は、まったく異なる抵抗範囲で動作し、最大抵抗は水位計の1.4インチで（または、得られる効率のレベルに応じて、これより早く）停止します。MERVの試験は、シンプルにフィルターメディアの粉塵捕集能力を示すものですが、集塵機の動作サイクルでは、性能効率の重要な要素としてダストケーキの蓄積と排出を使用しています。

このように、集塵機の機能とASHRAE 52.2試験の用途の違いにより、エンジニアリングメディアへのアプローチは大きく異なります。静的フィルトレーションシステムの場合、粒子が実際にフィルターエレメントを貫通することなく、メディアの深部全体で捕集できるデプス捕集メディアを使用することは効果的です。ダストケーキを形成することなく粉塵をフィルターに捕集できるメディアは、より多くの粒子を処理し、静的環境において長持ちしますが、動的環境においては理想的なメディアとはいえません。メディアの表面に残っている粉塵が多いほど（表面捕集）、メディアのクリーニングが簡単に行えます。フィルターの使用期間を延ばすために、集塵機に表面捕集メディアを使用することは非常に効果的です。デプス捕集メディアの設計はフィルターメーカーにとって容易であり、高いMERV評価を得ることができます。消費者は、MERV評価が高いほどフィルターが優れていると考えてしまうかもしれませんが、こうしたデプス捕集メディアは、クリーニング中の粒子を放出する能力を犠牲にしてしまうことも珍しくありません。MERVにこだわったフィルターを購入する産業用集塵機の消費者は、性能の重要な部分、つまりクリーニング能力を犠牲にしていることを認識していない可能性があります。産業用集塵機に最適なフィルターは、より高い効率性とクリーニング性能を兼ね備えています。産業用集塵機の性能に影響を与える要因の数と複雑さを考えると、初期効率のみに焦点を当てたMERV評価に基づいて集塵機を購入することは効果的ではないと主張することができます。MERV 13とMERV 14の性能評価の差の条件は、集塵機フィルター寿命のわずかな違いにすぎません。フィルター使用の最初の数分間に確立されるMERV評価で、残りの6～24か月のフィルター寿命の有効性を予測することは不可能です。繰り返しますが、52.2の効率特性は信頼できるものではありません。実際の産業用集塵機の性能は、より正確には、クリーニングシステム、表面捕集メディア技術、風量管理のエンジニアリングに基づいています。

メディアとシステム性能

MERVは、フィルトレーションシステム全体ではなく、濾材そのものを評価するシステムのため、産業用集塵システムの有効性を特定するにも不十分です。理想的な手段として、エンドユーザーは規格を用いて通常稼働中の排出量を比較することで、フィルトレーションシステム全体の有効性を評価できます。集塵機内の風量管理は、全体の性能にとって極めて重要です。フィルター寿命を延ばすには、エアフローを適切に管理できる設計を施し、粉塵の大半がフィルターに到達しないようにする必要があります。また、捕集した粉塵がエアフローに再度巻き上げられたり、浮遊したままにならないように、エアフローを適切に管理する必要もあります。Donaldson® のクリーニング機構には多くのアプローチがありますが、クリーニングシステムとメディアの設計は密接に関連しています。集塵機の使用車は総合的な性能を重要視しているため、どちらか一方の測定では不十分です。

圧力損失 vs 総エネルギー消費量

さらに問題なのは、ASHRAE 52.2 の圧力損失の示し方が、多くの利用者がいま特に重視している“エネルギー消費とそのコスト”という、より包括的な性能指標を考慮していないことです。フィルターの抵抗が高くなるほど、適切な気流を維持するためにより多くのエネルギーが必要になります。クリーニングエネルギーも非常に重要です。集塵機は優れたクリーニングシステムと低い圧力損失を備えていますが、大量のクリーニングエネルギーを必要とする場合があります。そこまでの予測をできる人はほとんどいません。それでも、この重要な性能特性についてMERV評価でガイダンスが提供されていないのは問題です。

では、次に何をすべきでしょうか？

MERV評価システムが産業用集塵機に不適切である理由を考慮すると、次は何をすべきでしょうか？新しい規格が導入される際は、（主にこの記事で説明した）エンドユーザーが懸念する主要な性能特性を多数考慮する必要がありますが、産業用集塵機を選定する際にも考慮すべき事項があります。サイズ、キャビネットの完全性、騒音、フィルターシステムの異常な状態からの回復力は、エンドユーザーが関心を示す特性です。

産業用集塵業界をリードするASHRAEは、現在ISOと協力してこの問題に取り組んでいます。ASHRAEの技術委員会5.4は、集塵機の試験仕様の開発に最適な方法を決定するための調査プロジェクト（RP1284）を最近完了しました。さらに、この調査に基づいて試験仕様を作成する特別プロジェクト委員会も設置されています。ISOの技術委員会142も、国際レベルで使用するための同様の試験仕様の作成に取り組んでいます。どちらも作成および開発が完了するまでに数年かかる可能性がありますが、少なくともMERVが今まで対応できなかった産業用集塵市場のニーズに対応しています。興味のある方はご検討ください。標準化文書が公開される前のパブリックレビューに参加し、ユーザーのニーズがきちんと反映されるよう意見を寄せることもご検討ください。

集塵フィルターシステムを選定する際は、お客様の状況に合ったMERVの適用例について、メーカーにお問い合わせください。さらに重要なことは、集塵システムの有効性に対して、優れた予測基準となる特性（動作フロー、予想フィルター寿命、メディア設計、風量管理、クリーニングシステム設計、エネルギー使用量など）について時間をかけて質問することです。優れた判断力があれば、良い結果をもたらすことができます。

Andrew Untzは、ドナルドソンのシニアプロジェクトエンジニアです。ウィスコンシン大学リバーフォールズ校で工学の学士号を取得し、フェニックス大学でMBAを取得しています。産業用エアフィルトレーションの分野で16年の経験を誇り、ASHRAE技術委員会5.4のメンバーでもある彼は、ASHRAE 199の作成にも参加しました。また、ISO技術委員会142、WG5のメンバーでもあり、産業用集塵機の国際試験規格の開発を主導しています。