Стандартов для надлежащего и точного измерения эффективности промышленных систем пылеулавливания никогда не существовало. Поскольку многие производители пылесборников и фильтров заявляют об эффективности своей продукции, конечные пользователи часто теряются в море посулов и обещаний. В целях создания основы для сравнения во многих компаниях, отраслях и юрисдикциях стали применять информативные показатели минимальной эффективности (MERV), установленные стандартом 52.2 Американского общества инженеров по системам отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха (ASHRAE) для тех, кто занимается очисткой систем промышленной вентиляции. Но подходят ли они для измерения эффективности промышленных пылесборников?

Применение системы показателей MERV для измерения эффективности промышленных пылесборников проблематично по следующим причинам:

  • Испытания с целью определения показателей MERV проводятся при таких заданных уровнях потока через фильтрующий материал, которые сильно отличаются от типичных рабочих потоков через промышленные пылесборники
  • Показатели MERV отражают минимальную эффективность фильтра (обычно в начале его эксплуатации), а не типичные уровни выбросов через фильтр в течение всего срока службы фильтра.
  • Показатель MERV измеряет эффективность фильтрующего материала, а не всей системы пылеулавливания и ее системы самоочистки.
  • Показатель MERV указывает на значение перепада давления, но не учитывает общий уровень энергопотребления.

Что такое показатель MERV?

Аббревиатура MERV означает информативный показатель минимальной эффективности (от англ. Minimum Efficiency Reporting Value). Это система показателей, включенная в норматив испытаний по стандарту ASHRAE 52.2. В ней фильтру присваивается один числовой показатель, определяющий его минимальную эффективность по задержанию частиц, переносимых потоком воздуха. Чем выше показатель, тем более высокую эффективность фильтрации он означает, но многие эксперты по улавливанию промышленной пыли оспаривают это утверждение.

Изначально стандарт ASHRAE 52.2 был написан, чтобы определить метод измерения эффективности устройств очистки воздуха в системах общей вентиляции. Хотя и системы общей вентиляции с функцией очистки воздуха, и промышленные системы пылеулавливания задерживают частицы, содержащиеся в потоке воздуха, между ними мало общего. Различия описаны ниже.

Рабочие скорости потока: системы общей вентиляции против промышленных систем пылеулавливания

Стандарт 52.2 был введен для проверки эффективности статических воздушных фильтров, которые используются в системах общей вентиляции, таких как системы фильтрации воздуха в помещениях и зданиях. В отличие от них, воздушные фильтры для промышленных систем пылеулавливания функционируют в очень динамичной среде, где пыль постоянно скапливается на фильтрующем материале и счищается с него по мере необходимости. Большинство промышленных пылесборников оснащено системой самоочистки, которая позволяет фильтрам работать намного дольше, чем без периодической очистки. Иногда фильтры очищаются в отсутствие потока воздуха, но часто очистка происходит прямо во время нормальной работы. Постоянно меняющаяся толщина слоя пыли (и соответствующий ей перепад давления) означает, что эффективность фильтра тоже постоянно изменяется. Эффективность фильтров изменяется при каждой их очистке. Статические условия, используемые в стандарте ASHRAE 52.2, слабо соответствуют динамическим условиям внутри пылесборника.

В ходе промышленных производственных процессов генерируется такое количество пыли, на которое не рассчитаны системы общей вентиляции с функцией очистки. Содержание твердых частиц в потоках воздуха, которые используются для технологических процессов на лесопильных заводах, зерноперерабатывающих предприятиях, в цехах по изготовлению металлоконструкций и камерах для термического напыления, обычно составляет от 0,5 до 20 гран на кубический фут. Производители не могут позволить себе останавливать производство для частой замены фильтров, поэтому они применяют пылесборники с системами самоочистки. Системы самоочистки позволяют эксплуатировать фильтры в течение более длительного периода времени.

В отличие от этого, испытание по стандарту ASHRAE 52.2 предусматривает относительно низкое содержание пыли в потоке воздуха: всего около 0,005 гран на кубический фут воздуха. Такая концентрация пыли в 100–4000 раз ниже, чем в потоке воздуха типичного промышленного пылесборника.

Еще один критический фактор, который следует учитывать, заключается в том, что фронтальные скорости прохождения воздуха через фильтрующий материал в системе общей вентиляцией и промышленной системе пылеулавливания сильно различаются. Фронтальная скорость воздуха через фильтрующий материал в типичном пылесборнике варьируется в диапазоне от 0,15 до 3,7 м/мин (0,5–12 футов в минуту). В отличие от нее, испытание по стандарту ASHRAE 52.2 предусматривает проверку при скоростях потока воздуха в диапазоне от 36 до 228 м/мин (118–748 футов в минуту). Это означает, что значения в испытаниях для определения показателей MERV в 10–1500 раз выше, чем в пылесборнике. Поскольку скорость воздуха через фильтрующий материал может влиять на эффективность фильтрации, применимость испытаний MERV для промышленных систем пылеулавливания следует поставить под сомнение.

Начальная эффективность против эффективности за весь срок службы

Стандарт ASHRAE 52.2 предназначен для измерения эффективности системы общей вентиляции с функцией очистки. Назначение пылесборника состоит в том, чтобы контролировать уровень выбросов в течение определенного периода времени. На первый взгляд кажется, что эффективность фильтра напрямую связана с уровнем выбросов, которые фильтр пропускает и выпускает за пределы системы. Однако эффективность фильтра нельзя напрямую связать с уровнем выбросов промышленного пылесборника. Если попробовать рассчитать уровень выбросов за период времени, используя уровни эффективности MERV, то он будет сильно завышен. Ошибка в расчетах происходит из-за того, что фильтр в пылесборнике «заправлен», то есть частично забит, пылью, и на нем постоянно скапливаются и с него сбиваются слои пыли.

Принцип работы промышленного пылесборника заключается в том, что скопившийся слой пыли используется как средство дополнительной фильтрации. Поскольку слой пыли создает сопротивление потоку воздуха, значение сопротивления фильтрующего материала пылесборника обычно находится в диапазоне от 0,5 до 2,5 кПа (2–5 дюймов вод. ст.). В ходе эксплуатации слой пыли постоянно заменяется, так как после очистки фильтров он сбивается, а затем снова восстанавливается. При испытаниях по стандарту ASHRAE 52.2 используется совершенно другой диапазон значений сопротивления. Испытание останавливается при максимальном значении сопротивления 0,35 кПа (1,4 дюйма вод. ст.) или даже ниже — в зависимости от получаемого уровня эффективности. Испытание с целью определения показателя MERV имеет целью просто определить способность фильтрующего материала задерживать пыль, тогда как периодическое скапливание и удаление слоя пыли в течение рабочего цикла пылесборника значительным образом влияет на уровень эффективности фильтрации.

Эти различия между условиями работы пылесборника и проведения испытания по стандарту ASHRAE 52.2 серьезным образом меняют подход к созданию фильтрующих материалов. Для системы статической фильтрации было бы предпочтительно иметь фильтрующий материал глубинной фильтрации, при которой твердые частицы проникают в толщу фильтрующего материала, но не выпускаются за пределы фильтрующего элемента. Фильтрующий материал, задерживающий частицы пыли в толще так, чтобы слой пыли не образовывался на его поверхности, сможет уловить большее количество частиц и прослужит дольше в статической среде. Но это не подходит для динамичной среды, когда фильтрующий материал требует периодической очистки. Чем больше пыли удерживается на поверхности фильтрующего материала (поверхностная фильтрация), тем легче его очистить. В пылесборнике гораздо целесообразнее использовать фильтрующий материал поверхностной фильтрации, так как он обеспечивает более длительный срок службы фильтров. Производитель фильтров может легко создать фильтрующий материал глубинной фильтрации, чтобы обеспечить для своих фильтров более высокий показатель MERV, а потребители могли бы подумать, что более высокий показатель MERV указывает на более эффективный фильтр. Но такие фильтрующие материалы глубинной фильтрации часто невозможно очистить от задержанных им частиц. Покупая фильтр и ориентируясь только на показатель MERV, владелец промышленного пылесборника может не знать, что он игнорирует очень важный фактор, определяющий его эффективность, — возможность очистки. Самый подходящий для промышленных пылесборников фильтр должен обеспечивать повышенную эффективность фильтрации И легкость очистки. Учитывая количество и сложность факторов, влияющих на рабочие показатели промышленного пылесборника, можно было бы поспорить с тем, что не стоит принимать решение о покупке пылесборника на основании только показателя MERV, который отражает исключительно начальную эффективность фильтрации. Условия, с учетом которых показатель эффективности MERV 13 отличается от показателя эффективности MERV 14, сохраняются в течение лишь краткого отрезка срока службы фильтров пылесборника. На основе показателя MERV, который устанавливается в течение первых нескольких минут срока службы фильтра, невозможно предсказать эффективность фильтра на протяжении оставшихся 6–24 месяцев срока его службы. Повторим, что характеристика эффективности по стандарту 52.2 не является достоверной. Фактические показатели работы промышленного пылесборника будет корректнее основывать на инженерных расчетах системы очистки, технологии фильтрующих материалов поверхностной фильтрации и управлении потоками воздуха.

Эффективность фильтрующего материала против эффективности всей системы

Система показателей MERV не подходит также для определения эффективности промышленной системы пылеулавливания, поскольку она оценивает эффективность только фильтрующего материала, а не всей системы фильтрации. В идеале стандарт должен был бы позволить конечному пользователю сравнить потенциальные уровни выбросов во время обычной работы. То есть необходимо оценивать эффективность всей системы фильтрации. Возможность управления потоком воздуха в пылесборнике критически важна для общих показателей его работы. Его конструкция должна позволять так управлять потоком воздуха, чтобы большая часть пыли никогда не попадала в фильтры и чтобы фильтрующий материал прослужил дольше. Кроме того, поток воздуха должен регулироваться таким образом, чтобы задержанная пыль оседала, а не возвращалась в поток воздуха или не находилась постоянно во взвешенном состоянии. Существует множество подходов к организации механизмов очистки с использованием продукции Donaldson® Torit®, но при создании проекта системы очистки следует одновременно учитывать характеристики и самой системы, и фильтрующего материала. Пользователя пылесборника интересует эффективность работы всей системы в целом, поэтому измерять показатели отдельных ее компонентов нецелесообразно.

Перепад давления против совокупного энергопотребления

Другая проблема заключается в том, что понятие перепада давления в стандарте ASHRAE 52.2 не учитывает более широкую рабочую характеристику, которая все больше беспокоит очень многих конечных пользователей, — уровень потребления и стоимость энергии. Чем выше ограничение потока на фильтре, тем больше требуется энергии на поддержание надлежащего воздушного потока. Необходима также и энергия на очистку. Пылесборник может быть оснащен прекрасной системой очистки и иметь низкий перепад давления, но при этом может требовать огромного количества энергии на очистку. Мало кто сочтет такую ситуацию приемлемой. Но показатели MERV все равно не дают конечным пользователям рекомендаций по этой критически важной рабочей характеристике.

И что же дальше?

Учитывая все причины, по которым система показателей MERV не подходит для промышленных пылесборников, к чему мы в результате пришли? Если бы появился новый стандарт, то он должен был бы учитывать многие из основных рабочих характеристик, которые беспокоят конечных пользователей, и в первую очередь те, которые были обсуждены в этой статье. Может также потребоваться принять во внимание и другие соображения, касающиеся выбора промышленного пылесборника конечными пользователями. Размер, целостность корпуса, уровень шума и способность системы фильтров восстанавливаться после сбоев — вот те другие характеристики, о которых обычно хотят знать конечные пользователи.

Лидеры отрасли промышленных систем пылеулавливания, организации ASHRAE и ISO сейчас ведут совместную работу над поиском решения этой проблемы. Комитет ASHRAE Technical Committee 5.4 недавно завершил исследовательский проект (RP1284), чтобы определить наилучший способ разработки нормативов испытаний для пылесборников, и его результаты сейчас уже используются комитетом по специальным проектам для разработки норматива испытаний. Комитет ISO Technical Committee 142 также занят написанием аналогичного норматива испытаний, который предназначен для использования на международном уровне. Для завершения работ по разработке и утверждению этого норматива может потребоваться еще несколько лет, но здесь есть хотя бы какое-то движение в сторону удовлетворения тех потребностей рынка промышленных систем пылеулавливания, которых показатели MERV никогда даже не касались. Заинтересованные стороны должны вносить вклад в эту работу. Подумайте о том, чтобы принять участие в публичных обзорах, которые проводятся до момента публикации стандартов, чтобы ваши отзывы могли способствовать удовлетворению потребностей конечных пользователей.

А тем временем, когда вам потребуется выбрать систему фильтрации для пылесборников, задайте ее производителю вопросы о применимости показателей MERV в вашей ситуации. Что еще более важно, уделите время тому, чтобы узнать о характеристиках, которые помогут спрогнозировать эффективность системы пылеулавливания, таких как: рабочие скорости потока, ожидаемый срок службы фильтров, конструкция фильтрующего материала, средства управления потоком воздуха, конструкция и уровень энергопотребления системы очистки. Финансовый результат вашего предприятия покажет, насколько правильный выбор вы сделали.

Эндрю Унц (Andrew Untz), старший инженер проекта, Donaldson Company, Inc. Получил степень бакалавра технических наук в Университете Висконсина в Ривер-Фолс и степень магистра делового администрирования в Университете Финикса. Эндрю имеет 16-летний опыт работы в области фильтрации промышленного воздуха. Он является членом комитета ASHRAE Technical Committee 5.4 и участвовал в написании стандарта ASHRAE 199. Эндрю является также членом комитета ISO Technical Committee 142, WG5, возглавляя разработку международного стандарта испытаний для промышленных пылесборников.