Nigdy dotychczas nie opracowano norm umożliwiających właściwy i dokładny pomiar skuteczności przemysłowych systemów odpylania. Ponieważ wielu producentów odpylaczy i filtrów składa zapewnienia dotyczące wydajności swoich produktów, sporo użytkowników końcowych traci orientację w świecie pełnym przechwałek i obietnic. W celu wdrożenia podstawy porównawczej wiele firm, branż i instytucji wykorzystuje oceny MERV określone na podstawie normy ASHRAE 52.2, które mają zastosowanie w branży czyszczenia ogólnej wentylacji przemysłowej. Czy ta metoda oceny skuteczności sprawdza się jednak w przypadku przemysłowych odpylaczy?

Wykorzystywanie systemu oceny MERV do pomiaru skuteczności przemysłowych odpylaczy może przysparzać problemów z następujących powodów:

• Testy MERV przy ustalonych poziomach przepływu medium znacznie różnią się od typowych roboczych poziomów przepływu przemysłowych odpylaczy;
• Klasyfikacje MERV wskazują minimalną wydajność filtra (zwykle w fazie rozruchu), a nie typowe emisje filtra podczas okresu jego eksploatacji;
• Służą do pomiaru skuteczności medium filtracyjnego, a nie całego systemu odpylania i jego układu samoczyszczącego;
• choć pozwalają określić spadek ciśnienia, nie uwzględniają jednak całkowitego zużycia energii.

Czym jest MERV?

MERV to skrót od angielskiego określenia Minimum Efficiency Reporting Value (minimalna wartość raportowania wydajności). Jest to system oceny uwzględniony w specyfikacji testowej normy ASHRAE 52.2. Umożliwia przypisanie filtrowi pojedynczej liczby pod kątem określenia jego minimalnej skuteczności w zakresie usuwania cząstek stałych ze strumienia powietrza. Wyższe liczby mają za zadanie wskazywać wyższą skuteczność filtracji, jednak wielu ekspertów w dziedzinie odpylania przemysłowego twierdzi, że tak nie jest.

Norma ASHRAE 52.2 została pierwotnie opracowana w celu wprowadzenia na rynek metody pomiaru wydajności urządzeń oczyszczających powietrze w systemach wentylacji ogólnej. Choć zarówno systemy czyszczenia powietrza w obszarze wentylacji ogólnej, jak i systemy przemysłowych odpylaczy usuwają cząstki stałe ze strumienia powietrza, poza tą funkcją mają ze sobą niewiele wspólnego. Poniżej omówiono występujące pomiędzy nimi różnice.

Robocze poziomy przepływu w obszarze wentylacji ogólnej vs. pył przemysłowy

Norma 52.2 została opracowana pod kątem testowania skuteczności statycznych filtrów powietrza stosowanych w ogólnych systemach wentylacyjnych, takich jak systemy filtracji powietrza w pomieszczeniach oraz budynkach. Filtry powietrza w obszarze odpylania przemysłowego pracują z kolei w bardzo dynamicznym środowisku, w którym pył ulega ciągłemu nagromadzeniu i jest w razie potrzeby usuwany z medium filtracyjnego. Większość przemysłowych odpylaczy jest wyposażona w układ samoczyszczący, dzięki któremu filtry mogą działać znacznie dłużej, niż gdyby nie były poddawane regularnemu czyszczeniu. W niektórych przypadkach filtry czyści się w przypadku braku przepływu powietrza, choć proces czyszczenia niejednokrotnie ma miejsce w toku normalnej eksploatacji urządzenia. Ciągle zmieniająca się objętość bryłek pyłu (i związany z tym spadek ciśnienia) oznacza, że wydajność filtra również ulega nieustannym zmianom. Wydajność filtrów zmienia się wraz z każdą procedurą ich czyszczenia. Warunków statycznych, na których opiera się norma ASHRAE 52.2 nie można we właściwy sposób odnieść do warunków dynamicznych panujących w odpylaczu.

Wskutek procesów produkcji przemysłowej powstają znaczne ilości pyłu, na które systemy czyszczenia wentylacji ogólnej nie są przygotowane. Strumienie powietrza obecne w procesach zachodzących w tartakach, zakładach obsługi ziarna, zakładach obróbki metalu i kabinach natrysku termicznego powodują zazwyczaj wytworzenie od 0,5 do 20 ziaren na stopę sześcienną cząstek. Z uwagi na to, iż producenci nie mogą sobie pozwolić na częste przerwy w procesie produkcji potrzebne celem dokonania wymiany filtrów, stosują odpylacze z układami samoczyszczącymi. Układy samoczyszczące pozwalają wydłużyć okres żywotności filtra.

Dla porównania, badanie zgodne z normą ASHRAE 52.2 skutkuje wprowadzeniem do strumienia powietrza stosunkowo niewielkiej ilości pyłu. W ramach tej procedury wykorzystuje się około 0,005 ziarna na stopę sześcienną powietrza. Takie stężenie pyłu jest od 100 do 4000 razy mniejsze niż występujące w typowym strumieniu powietrza przemysłowego odpylacza.

Należy ponadto pamiętać o znacznych różnicach prędkości na powierzchni medium w układzie wentylacji ogólnej i przemysłowym systemie odpylania. W przypadku typowego odpylacza prędkość na powierzchni medium mieści się w zakresie od około 0,15 m/min do 3,66 m/min. Dla porównania norma ASHRAE 52.2 umożliwia testowanie prędkości przepływu powietrza sięgających od około 36 m/min (0,60 m/s) do 228 m/min (3,80 m/s). Oznacza to, że w przypadku testu MERV uzyskane wartości są od 10 do 1500 razy większe niż w odpylaczu. Ponieważ prędkość medium może wpływać na wydajność, należy zastanowić się nad zasadnością stosowania testu MERV w dziedzinie odpylania przemysłowego.

Skuteczność początkowa a skuteczność przez cały okres eksploatacji

Celem normy ASHRAE 52.2 jest pomiar skuteczności systemu czyszczenia wentylacji ogólnej. Odpylacze mają z kolei za zadanie kontrolować poziom emisji w miarę upływu czasu. Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że wydajność filtra ma bezpośredni związek z emisjami, jakie pomimo jego pracy wydostają się poza system. Należy jednak pamiętać, iż wydajności filtra nie da się bezpośrednio skorelować z emisjami w przemysłowym odpylaczu. Próba obliczenia emisji wydzielanych w miarę upływu czasu na podstawie poziomów wydajności MERV mogłaby spowodować znaczne zawyżenie wyników. Błędne obliczenia wynikają z zanieczyszczenia filtra odpylacza pyłem, wskutek czego powstają jego bryłki.

Zasada działania przemysłowego odpylacza polega na gromadzeniu się w tym elemencie bryłek pyłu pod kątem umożliwienia dodatkowej filtracji. Z uwagi na to, iż bryłki pyłu stawiają opór przepływowi powietrza, opór na medium filtracyjnym odpylacza wynosi zwykle od 2 do 5 cali słupa wody. W tym czasie bryłki pyłu są stale wymieniane w miarę czyszczenia filtrów, a warstwa pyłu odbudowuje się. Test ASHRAE 52.2 działa w zupełnie innym zakresie oporów. Zatrzymuje się przy maksymalnym oporze wynoszącym około 349 Pa (0,35 kPa) (lub, zależnie od uzyskanego poziomu wydajności, nieco wcześniej). Testy MERV są ściśle powiązane ze zdolnością medium filtracyjnego do wychwytywania pyłu, podczas gdy z punktu widzenia cyklu roboczego odpylacza proces gromadzenia się i uwalniania bryłek pyłu stanowi znaczący czynnik wpływający na wydajność pracy.

Te różnice pomiędzy zasadą działania odpylacza a obszarem zastosowań testu zgodnego z normą ASHRAE 52.2 skutkują znacznie odmiennym podejściem do mediów inżynieryjnych. W przypadku układu filtracji statycznej zdecydowanie zaleca się stosować medium filtracyjne o obciążeniu wgłębnym, które pozwala cząstkom przedostawać się na całą głębokość medium, bez konieczności ich faktycznego przenikania przez wkład filtracyjny. Medium filtracyjne, które umożliwia gromadzenie się pyłu w filtrze, bez tworzenia bryłek pyłu, radzi sobie z większą liczbą cząstek i wyróżnia się dłuższą wytrzymałością w środowisku statycznym. Takie rozwiązanie ma jednak pewne wady w przypadku próby wyczyszczenia medium w środowisku dynamicznym. Im więcej pyłu pozostanie na powierzchni medium (obciążenie powierzchniowe), tym łatwiej można go usunąć. Zdecydowanie zaleca się wykorzystywać w odpylaczu medium filtracyjne o powierzchniowym obciążeniu. Tego rodzaju technologia pozwala bowiem wydłużyć okres żywotności filtra. Producent filtrów mógłby z łatwością zaprojektować medium filtracyjne o obciążeniu wgłębnym, aby zapewnić sobie tym samym wyższą ocenę MERV swoich filtrów, a konsumenci prawdopodobnie założyliby, że idzie ona w parze z lepszą jakością filtra. Tego typu media o obciążeniu wgłębnym często uniemożliwiają jednak uwalnianie cząstek podczas procesu czyszczenia. Użytkownik przemysłowego odpylacza, który kupuje filtr wyłącznie ze względu na jego klasyfikację MERV, może nie być świadomy, że rezygnuje tym samym z istotnego czynnika wpływającego na wydajność sprzętu — możliwości wyczyszczenia tej części. Najlepszy filtr do przemysłowych odpylaczy powinien zapewniać wyższą wydajność ogólną ORAZ lepszą wydajność czyszczenia. Biorąc pod uwagę liczbę i złożoność czynników wpływających na wydajność przemysłowego odpylacza, można by wysunąć argument, że podejmowanie decyzji o zakupie systemu odpylania na podstawie oceny MERV, która opiera się wyłącznie na początkowej wydajności, jest nieskuteczne. Warunki, które odróżniają ocenę wydajności MERV 13 od oceny wydajności MERV 14, reprezentują jedynie niewielki ułamek okresu żywotności filtra odpylacza. Klasyfikacja MERV ustalana w ciągu pierwszych kilku minut okresu użytkowania filtra nie pozwala przewidzieć skuteczności działania tej części przez pozostałe 6 do 24 miesięcy jej eksploatacji. Charakterystyka wydajności 52.2 nie jest zatem wiarygodna. Rzeczywista wydajność przemysłowego odpylacza zależy, dokładniej rzecz ujmując, od konstrukcji systemu czyszczenia, technologii mediów obciążanych powierzchniowo oraz zarządzania przepływem powietrza.

Wydajność medium a wydajność systemu

System oceny MERV nie pozwala również określić skuteczności przemysłowego systemu odpylania, ponieważ służy do oceny medium, a nie całego systemu filtracji. W najlepszym przypadku norma powinna potencjalnie umożliwiać użytkownikowi końcowemu porównanie poziomu emisji podczas standardowej eksploatacji. Pozwoliłoby to przeanalizować skuteczność całego systemu filtracji. Zarządzanie przepływem powietrza w odpylaczu ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia jego ogólnej wydajności. Powinien być zaprojektowany w taki sposób, aby przepływ powietrza uniemożliwiał dotarcie zdecydowanej większości pyłu do filtrów, tak, aby media mogły służyć przez dłuższy czas. Przepływ powietrza należy ponadto odpowiednio kontrolować. Zebrany pył powinien osiadać bez ponownego wciągania do strumienia powietrza lub zostać zawieszony na stałe. Pomimo wielu różnych podejść do mechanizmów czyszczących Donaldson® Torit® 4, konstrukcja systemu czyszczącego i medium powinny iść ze sobą w parze. Z uwagi na to, iż w centrum zainteresowania użytkownika odpylacza leży wyłącznie całkowita wydajność, pomiar jednego lub drugiego czynnika jest niekompletny.

Spadek ciśnienia a całkowite zużycie energii

Inny problem stanowi to, że wskazania dotyczące spadku ciśnienia w normie ASHRAE 52.2 nie uwzględniają szerszej charakterystyki wydajności, co budzi coraz liczniejsze obawy wśród wielu użytkowników końcowych – chodzi tutaj o zużycie energii i generowane wskutek tego koszty. Większe ograniczenia (opory) w filtrze wymagają zużycia większej ilości energii w celu utrzymania prawidłowego przepływu powietrza. Równie istotne znaczenie ma energia czyszcząca. Niejednokrotnie zdarza się tak, iż odpylacz jest wyposażony w świetny system czyszczenia i wyróżnia się za sprawą niskiego spadku ciśnienia, lecz wymaga przy tym ogromnych nakładów energii czyszczącej. Trudno uznać taki scenariusz za akceptowalny. Na podstawie klasyfikacji MERV użytkownicy końcowi nie mogą uzyskać żadnych wskazówek dotyczących tej krytycznej charakterystyki wydajności.

A więc co dalej?

Biorąc pod uwagę wszystkie powody, dla których system oceny MERV nie jest odpowiedni z punktu widzenia przemysłowych odpylaczy, warto zastanowić się, co to dla nas oznacza. Ewentualna nowa norma powinna uwzględniać wiele głównych parametrów wydajności, które mają znaczenie dla użytkownika końcowego – kluczowe są zwłaszcza te omówione w niniejszym dokumencie. Należy przy tym wziąć pod uwagę także inne wątpliwości, jakie mogą mieć użytkownicy końcowi, dokonujący wyboru przemysłowego odpylacza. Kwestie te obejmują między innymi rozmiar, integralność szafy, poziom hałasu oraz zdolność systemu filtracji do regeneracji po awarii.

Liderzy w dziedzinie odpylania przemysłowego, organizacje ASHRAE i ISO, współpracują obecnie nad rozwiązaniem tego problemu. Komitet techniczny ASHRAE 5.4 zakończył niedawno projekt badawczy (RP1284) mający na celu ustalenie najlepszego sposobu opracowania specyfikacji testów dotyczących odpylaczy. Powołano również specjalny komitet projektowy, którego zadaniem jest stworzenie specyfikacji testów na podstawie tego badania. Komitet techniczny ISO 142 również intensywnie pracuje nad podobną specyfikacją testów, która będzie stosowana na szczeblu międzynarodowym. Choć stworzenie pełnej wersji tych specyfikacji i ich całkowite dopracowanie może zająć jeszcze kilka lat, to przynajmniej odpowiadają one na potrzeby rynku przemysłowych systemów odpylania, których oceny MERV nigdy nie miały uwzględniać. Zdecydowanie wskazany jest aktywny udział wszystkich zainteresowanych stron. Warto dołączyć do grona publicznych recenzentów specyfikacji, którzy będą mogli zaopiniować je przed opublikowaniem. Przekazane informacje zwrotne pomogą kompleksowo zaspokoić potrzeby zgłaszane przez użytkowników końcowych.

Stojąc przed koniecznością wyboru systemu filtra odpylacza, należy zapytać producenta o możliwość zastosowania systemu oceny MERV w odniesieniu do rozważanego sprzętu. Co jeszcze ważniejsze, powinien również udzielić wyczerpujących informacji na temat cech, które pozwolą lepiej przewidzieć skuteczność systemu odpylania, takich jak: robocze poziomy przepływu, oczekiwany okres żywotności filtrów, konstrukcja mediów, zarządzanie przepływem powietrza, konstrukcja systemu czyszczącego i zużycie energii. Pozwoli Ci to dokonać bardziej przemyślanego wyboru.

Andrew Untz jest starszym inżynierem projektu w firmie Donaldson Company, Inc. Zdobył tytuł zawodowy inżyniera na University of Wisconsin River Falls oraz tytuł MBA na University of Phoenix. Może poszczycić się także 16-letnim doświadczeniem w dziedzinie przemysłowej filtracji powietrza. Jest członkiem Komitetu Technicznego ASHRAE 5.4 i współpracował przy opracowywaniu dokumentu ASHRAE 199. Andrew zasiada również w Komitecie Technicznym ISO 142, WG5, gdzie koordynuje prace nad międzynarodową normą testową dotyczącą przemysłowych odpylaczy.