ZKUŠEBNÍ POSTUPY PRO VZDUCHOVÉ FILTRY
EN 779 EN 1822 Pro hodnocení a specifikaci vzduchových filtrů se v Evropě osvědčilo rozdělení do tříd filtrace. Klasifikace se provádí na základě výkonu odlučování filtru dle platných evropských norem. K tomu používané zkušební postupy jsou normovány pro filtry pro hrubý a jemný prach (EN 779) a pro filtry pro mikročástice (EN 1822).
Zkušební postupy pro vzduchové filtry Druhy zkoušek Rozlišujeme mezi typovou zkouškou a zkouškou ve výrobním závodě. Typová zkouška filtru se provádí vhodným normovaným postupem odpovídajícím danému filtru (viz tabulka 2). Testovaný filtr přitom musí být reprezentativní pro určitou konstrukční řadu. Tato podmínka je považována za splněnou, má-li testovaný kus s danou konstrukční řadou identické následující znaky: popis1), hloubku „filtračního složence“ ve směru proudění vzduchu a rychlost proudění filtračním médiem. Ostatní znaky testovaného kusu se mohou lišit, např. velikost a tvar náběhové plochy. Typové zkoušky mohou provádět všechny autorizované zkušebny akreditované dle EN ISO/IEC 17025 (dříve DIN EN 45000). Jako základ pro zařazení do třídy slouží platný zkušební atest některé z těchto zkušeben, který musí zahrnovat jednoznačný popis testovaného produktu, podmínky zkoušky i výsledky zkoušky. Typové zkoušky jsou účelné pro filtry pro hrubý a zejména pro jemný prach. Zkouška ve výrobním závodě se vztahuje na filtry, které nemají typové zkoušky, nebo filtry, které musí být podle platných norem podrobeny individuální zkoušce (např. HEPA a ULPA filtry). Pokud zkušební zařízení u výrobce filtrů odpovídají platným normám, zkouška byla provedena podle platné normy a je u výrobce implementován systém managementu jakosti dle ISO 9000, může být zařazení filtrů do normovaných tříd filtrace provedeno také na základě zkoušek ve výrobním závodě. Zkoušky ve výrobním závodě se provádějí na zkušebním zařízení výrobce. Jako základ pro zařazení do tříd slouží zkušební atest, který zahrnuje jednoznačný popis testovaného produktu, podmínky zkoušky i výsledky zkoušky. O možném uznání těchto zkoušek rozhoduje kupující na výhradní vlastní zodpovědnost.
2
Zkušební postupy a klasifikace vzduchových filtrů Zařazení vzduchových filtrů do „skupin“ a „tříd“ (tabulka 2) se provádí na základě výsledků měření výkonu odlučování, které se dosahují normovanými zkušebními postupy, které jsou krátce popsány dále v textu. Podrobné a závazné informace je nutno převzít z relevantních norem. Skupina je definována na základě jednotného postupu měření a stejných parametrů zkoušky. Třída je definována na základě jedné (dolní) mezní hodnoty nebo dvou (dolní a horní) mezních hodnot pro výkon odlučování filtru ve vztahu k postupu měření skupiny, který náleží příslušné třídě.
Skupina G: Filtry pro hrubý prach Třídy G1 - G4 Gravimetrická zkušební metoda dle EN 7792) pro stanovení stupně odloučení: Několikanásobné poprášení testovaného kusu známým množstvím standardizovaného umělého zkušebního prachu3) v proudícím vzduchu až po maximální koncovou tlakovou ztrátu 250 Pa. Stanovení stupně odloučení na základě poměrů hmot zvážením aerosolového filtru následně zařazeného za testovaný kus. Ze všech jednotlivých měření se vypočte střední stupeň odloučení (Am). Skupina F: Filtry pro jemný prach Třídy F5 - F9 Zkušební metoda založená na změně zabarvení dle EN 7792) pro stanovení stupně účinnosti: Několikanásobné měření frakčního stupně účinnosti DEHS-aerosolem (0,2 - 3,0 μm) v čistém vzduchu. Testovaný kus se po prvním měření v novém stavu zatíží známým množstvím standardizovaného syntetického zkušebního prachu3) a poté se opět provede stanovení frakčního stupně účinnosti, a to až do dosažení koncové tlakové ztráty 450 Pa. Měření frakčního stupně účinnosti se provádí pomocí laserového počítače částic pro nejméně 5 oblastí velikostí částic. Zařazení filtrů do tříd se provádí na základě středního stupně účinnosti (Em) pro částice o velikosti 0,4 μm, vypočteného ze všech jednotlivých měření. Dodatečně se měří stupeň účinnosti vyprázdněného filtračního média pro částice 0,4 μm.
Skupina H: HEPA filtry pro mikročástice Třídy H10 - H14 Třídy H10-H12 nezkoušeny na netěsnost Třídy H13 a H14 zkoušeny pomocí „Scanningu“ nebo vizuálně4) na vyloučení netěsnosti. Zkušební metoda – viz „skupina U“.
Skupina U: ULPA filtry pro mikročástice Třídy U15 - U17 Zkoušeny na vyloučení netěsnosti pomocí „Scanningu“. Zkušební metoda dle EN 18225). Zkouška se provádí na neznečistěných filtrech pomocí kapalného zkušebního aerosolu (např. DEHS), na základě naměřených hodnot pro průměr částic odpovídající maximálnímu činiteli prostupu (tzv. MPPS):
V prvním kroku testování se zjistí na plochých vzorkách filtračního média velikost částic, při které se dosáhne maximálního činitele prostupu (MPPS). Následující posouzení a klasifikace filtru se potom provede už jenom pro MPPS.
V druhém kroku se změří integrální činitel prostupu Di pro MPPS (zjištěný přes výstupní plochu) a tlaková ztráta filtru, obojí při jmenovitém objemovém průtoku.
Ve třetím kroku se při jmenovitém průtoku vzduchu zjistí lokální činitel prostupu DL (= penetrace v místě netěsnosti) pro MPPS přes celou výstupní plochu filtru i jeho rám (metoda Scanningu). Pro filtry tříd H13 a vyšší přitom nesmí lokální činitel prostupu DL pětinásobně překročit hodnotu maximálního integrálního činitele prostupu Di příslušné třídy (DL < 5x Di).
Pro klasifikaci filtru nesmějí být překročeny mezní hodnoty pro integrální a pro lokální činitel prostupu příslušné třídy.
Třídy, vlastnosti a typické příklady použití Tabulka 1 Skupina filtrů Norma
G
Třída filtrace G1 G2
Filtry pro hrubý prach Účinné pro částice > – 10 μm
Vlastnosti na příkladu odloučených látek
G3 G4
Doporučení pro použití vzduchových filtrů
Typ filtru KS
Listy Hmyz Textilní vlákna Písek Létavý popílek Vodní kapky Vlasy
Pouze pro nejjednodušší použití (např. jako ochrana před hmyzem)
KS PL KS GLAS Z KS PR KS MA KS BK Filtrační média
Květní pyl Pyl Mlha
Odvodní vzduch ze stříkacích kabin a kuchyní Ochrana proti znečištění klimatizačních a kompaktních přístrojů (např. okenní klimatizace, ventilátory) Předfiltry pro filtrační třídy F7 až F8 (nutné pouze u silně znečištěného vstupního vzduchu) Předfiltry a filtry cirkulujícího vzduchu pro zařízení civilní ochrany
KS PAK 25, 35 KS GLAS Z KS W KS GT KS PR KS PL Filtrační média KS MA KS BK
Filtry venkovního vzduchu pro prostory s nejnižšími požadavky (např. dílenské haly, skladovací prostory, garáže) Předfiltry pro třídy filtrace F8 a F9
KS PAK 45, 55 KS W KS PAK AST Filtrační média KS BK
Filtry venkovního vzduchu pro prostory s nízkými požadavky (např. prodejní prostory, určité výrobní prostory) Předfiltry pro třídy filtrace F9 a H10 Filtry odvodního vzduchu před výměníky tepla
KS PAK 62 KS W, KS MPP KS FP KS GT KS FP-P KS BK TMP
Filtry cirkulujícího vzduchu ve větracích centrálách Koncové filtry v klimatizačních zařízeních pro střední nároky, např. obchodní domy, kanceláře a určité výrobní prostory Předfiltry pro třídy filtrace H11 a H12
KS PAK 85, 95 KS W, KS MPP KS FP KS GLAS C N KS FP-P KS BK TMP
Koncové filtry v klimatizačních zařízeních pro vyšší nároky, např. kanceláře, výrobní prostory, rozvodné centrály, laboratoře Zařízení vnějšího vzduchu v nemocnicích Centrály výpočetní techniky Předfiltry pro třídy filtrace H13, H14 Předfiltry pro adsorpční filtry (např. filtry s aktivním uhlím) Předfiltry ve farmaceutickém průmyslu (dbát na certifikační předpisy)
KS PAK 95, 98 JP- blau KS FP PB- /V- /P- blau N KS FP-P KS BK KS MPP TMP
EN 779
F
F5
Filtry pro jemný prach F6
Účinné pro částice > – 1 μm
EN 779
Výtrusy Cementový prach (hrubá frakce) Částice, které způsobují skvrny nebo usazování prachu
Větší bakterie Zárodky na nosných částicích PM 10 – prach
F7 F8
Nahromaděné saze Tzv. „prach procházející plícemi“ PM 2,5 – prach Cementový prach (jemná frakce)
F8 F9
Tabákový kouř (hrubá frakce) Kouř kysličníků kovů (hrubá frakce) Olejový kouř Bakterie
3
Skupina filtrů Norma
H
Třída filtrace H10 H11
Filtry pro mikročástice H a U, účinné pro částice > – 0,01 μm
Vlastnosti na příkladu odloučených látek
H12 H13
Doporučení pro použití vzduchových filtrů
Zárodky Tabákový kouř Kouř kysličníků kovů Viry na nosných částicích Saze
Olejový kouř ve stavu vzniku Aerosoly – mikročástice Radioaktivní aerosoly Zbytky výparů z mořské soli
EN 1822
Aerosoly – mikročástice Viry
U15 U16 U17
Aerosoly – mikročástice
Aktivní uhlí
H14
U
Filtry pro mikročástice EN 1822
A Filtry pro adsorpci plynů
Filtry pro absorpci plynů
Impregnované aktivní uhlí KMnO4 na Al2O3
Lehké těkavé uhlovodíky VOC’s Asfaltové, dehtové, benzínové a kerosinové výpary Výpary z rozpouštědel Tělesné, civilizační a nemocniční zápachy Potravinářské, kuchyňské a hnilobné zápachy
Kyselé stopové plyny SO2, SO4, NO2, NOx HCI, H2SO4, H2S, HF, Cl2
Žádné normy
Impregnované aktivní uhlí, polymery
Aminy NH3, NH4 NMP, HMDS
Typ filtru KS
Koncové filtry pro prostory s vysokými požadavky (např. pro laboratoře a nemocnice) Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 7 ve farmaceutickém, potravinářském, optickém průmyslu a v průmyslu lehkého strojírenství
KS FP PL-R, CR N KS FP-P TMP NG, KS MIKRO S PB-/V-/P-rot PB-/V-/P-gelb
Koncové filtry pro nemocnice s vyššími požadavky, avšak bez předpisu zkoušky netěsností Koncové filtry pro prostory v potravinářském, elektronickém, farmaceutickém a fóliovém průmyslu Filtry odvodního vzduchu v zařízeních jaderné techniky Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 5 Koncové filtry v zařízeních civilní ochrany
KS FP CR, NG JK-S / JG-S PB-glas V-glas / P-glas PL-S, TMP KS MIKRO S N
Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 4 Koncové filtry pro farmaceutický průmysl a nemocnice s nejvyššími požadavky a předpisem zkoušky netěsností
CR NG CRM N KS MIKRO S
Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 3 Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 2 Koncové filtry pro „čisté prostory“ tříd > – ISO 1
CR, CRM, N, NG
Odlučování zápachů na letištích, v kancelářských a správních budovách, hotelích, nemocnicích Zlepšení IAQ Snížení SBS (Syndromu nemocných budov) Filtrace přívodního vzduchu v mikroelektronice Odstraňování škodlivých plynů z cirkulujícího vzduchu
KS AFP-AZ AN-AZ, ANX KS AFP-AZ-Komfort KS BD KS KOPA
Filtrace přívodního vzduchu pro řídící střediska a počítačové prostory (např. na letištích) Filtry přívodního a cirkulujícího vzduchu pro rozvodné ústředny a dispečinky v korozívním prostředí Filtry přívodního a cirkulujícího vzduchu pro mikroelektroniku Filtry přívodního a cirkulujícího vzduchu pro muzea, historické archivy a knihovny
KS AFP-AS, AN-AS ANX KS BD KS KOPA
Filtrace cirkulujícího vzduchu v mikroelektronice
KS AFP-AA, AN-AA ANX KS BD KS KOPA
JM, CR, CRM, NG
4
Vlastnosti vzduchových filtrů a jejich použití Vlastnosti vzduchových filtrů Zařazení do tříd uvedené v tabulce 2 umožňuje kvalitativní srovnání výkonů odlučování pro typy filtrů různého původu a konstrukce s ohledem na normované zkušební parametry a v současné době platné normy. Pro filtry skupin G a F nelze však vycházet ze srovnání dosažených výsledků zkoušek získaných při normovaném měření s výkony dosaženými v konkrétních podmínkách nasazení. Nejnápadnější odchylky jsou následující:
Výkon odlučování může být oproti přírodním středoevropským aerosolům obsaženým ve venkovním vzduchu podstatně nižší, než střední stupeň účinnosti dle EN 779, podle průměru částic, filtračního média, stavu zanesení filtru a objemového průtoku vzduchu. Zejména syntetická filtrační média, která jsou normálně elektrostaticky nabitá, vykazují při nasazení s přírodním aerosolem následkem výboje až 3násobně větší penetraci než při měření s normovaným zkušebním prachem dle EN 779.7, 8, 9, 10)
Použití vzduchových filtrů Tabulka 1 obsahuje doporučení pro nasazení různých skupin a tříd filtrů. Na příkladu běžných použití a typicky odlučovaných částic pomocí filtrů lze stanovit obvykle potřebnou třídu filtrace. Kromě toho existují také normy a směrnice, které předepisují minimální třídy filtrace pro určitá použití.
5)
EN 1822-1; April 1998; «Schwebstofffilter (HEPA und ULPA)» – Teil 1: Klassifikation, Leistungsprüfung, Kennzeichnung.
6)
«Les filtres de ventilation generale: Signification de leurs haracteristiques determinees suivant les normes existantes», J. Michel, CETIAT, F-Orsay, FILTRA 86, Paris, 2. Oct. 1986.
7)
«Filtration Characteristics of Prefilters. . .», J. Schier, Luwa AG, Zürich, 10th International Symposium on Contamination Control (ICCCS), 10. - 14. Sept. 1990, Zurich, Switzerland.
8)
«Can we trust air filters», J. Gustavson, Camfil AB, S-Trosa, Filtration + Separation, March 2000.
9)
SINTEF, 1995. Lifetime Test of Air Filters in Real Application, SINTEF, STF A95027, Trondheim, Norway.
10)
Lähtimäki M. 1998. Performances of Ventilation Filters, Pilot field study, filter material test and full scale field test. VTT, Tampere, Finland, June 1998.
11)
Kuehn T. H., Yang C. H. and Kulp R. H. «Effects of Fan Cycling on the Performance of Particulate Air filters used for IAQ Control». Indoor Air ’96. The 7th International Conference on Indoor Quality and Climate, Vol. 4. Page 211.
12)
Rivers R. D. and Murphy D. J. Determination of Air Filter Performance under Variable Air Volume (VAV) Conditions. ASHRAE 675-RP (1996).
13)
Phillip B. A., Davis W. T., and Dever M. Investigation of the Effect of a Topically Applied Tackifier in Reducing Particle Bounce in a Melt-Blown Air Filter». Filtration & Separation, 1996, Page 933.
14)
Qian Y., Willeke K., Ulevicius V. and Grinshpun S. A. Particle eentrainment from Fibrous Filters. Aerosol Science and Technology, 27:3.
Definice HEPA – High Efficiency Penetration Air filter (volně přeloženo: vysoce výkonný aerosolový filtr) ULPA – Ultra Low Penetration Air filter (volně přeloženo: nejvýše výkonný aerosolový filtr) DEHS – DiEtHylhexylSebacat (ester kyseliny sebakové až (2-ethylhexylester)), syntetický olej s podobnými vlastnostmi jako DOP MPPS – Most Penetrating Particle Size (volně přeloženo: průměr částic odpovídající maximálnímu činiteli prostupu)
Poznámky / Odkazy
Konstrukční řady filtrů s filtračními médii, která nejsou v proudu vzduchu stabilní (např. kapsové filtry), mohou při spuštění a zastavení nebo při pokročilém zanesení prachem (vysoké tlakové ztráty) předešlé odloučené částice uvolnit znovu do proudu vzduchu (tzv. „reentrainment“ nebo „shedding“), což přirozeně snižuje jejich výkon odlučování.11, 12)
Filtry skupiny G mohou hůře odlučovat částice při zvětšujícím se průměru (od cca 5 μm) a náběhové rychlosti (tzv. „particle bounce“ nebo „shedding“).13, 14)
Schopnost akumulace s přírodním středoevropským aerosolem obsaženým ve venkovním vzduchu, podle filtračního média, pro filtry skupiny G: 0,4 až 3krát a pro filtry skupiny F: 1,5 až 8krát vyšší než při měření se syntetickým zkušebním prachem dle EN 779.6)
1)
Popis konstrukčního vzorku zahrnuje popis filtračního materiálu (druh/plošná hmotnost v g/m2/tlouška vrstvy), údaje o ploše a prostorovém uspořádání filtračního materiálu i konstrukční stavba filtračního článku.
2)
EN 779; Nov. 2002: „Partikel-Luftfilter für allgemeine Raumlufttechnik – Bestimmung der Filterleistung“.
3)
Složení syntetického zkušebního prachu dle EN 779 je následné: zkušební prach „Air Cleaner Fine“ (ISO 12103-1) 72 hmotn. – % saze „Molocco“ 23 hmotn. – % bavlněné „lintry“ 5 hmotn. – % Má složení, a tím i vlastnosti, které nejsou srovnatelné s přírodním středoevropským aerosolem obsaženým ve venkovním vzduchu. Naměřené hodnoty akumulace prachu dle EN 779 proto nemohou být použity pro výpočet životností s přírodními aerosoly obsaženými ve venkovním vzduchu.
4)
Pro filtry skupiny H je dovoleno prokázat těsnost alternativně též pomocí tzv. „praménkové zkoušky olejovou mlhou“ dle EN 1822-4, dodatek A. Zkušební kus se pro tuto zkoušku namontuje na komoru a vpouští se na vstupní stranu malý proud vzduchu a mlha s vysokým obsahem parafinového oleje. Výstupní strana filtru se osvítí lampou v tmavé místnosti. Netěsnost lze vyloučit, když se na tmavém pozorovaném pozadí nevyskytují žádné vizuálně rozeznatelné olejové praménky.
Poznámky k tabulce 2: 15) Směrné hodnoty jako pomoc pro srovnání různých zkušebních postupů. Pro zařazení do tříd nejsou rozhodující a podle filtračního média odlišné. 16)
Prokázání těsnosti u filtrů tříd H13 a H14 se může provést pomocí „praménkové zkoušky olejovou mlhou“ dle EN 1822-4, dodatek A.
5
Zařazení filtrů do tříd a příslušné zkušební postupy Tabulka 2 Charakteristické veličiny
Střední stupeň odloučení Am [%]
Střední stupeň účinnosti Em [%]
Integrální činitel počátečního prostupu Di [%]
Místní činitel počátečního prostupu DL [%]
Zkušební postupy
EN 779 - 2002
EN 779 - 2002
EN 1822 - 1998
EN 1822 - 1998
Princip měření
Vážení
Počítání částic s LPC
Počítání částic s CNC nebo LPC
Scanning s počítáním částic / vizuálně16)
Zkušební aerosol
Vzduch s hrubým syntetickým zkušebním prachem
Čistý vzduch s DEHS-aerosolem, 0,4 μm
Čistý vzduch + MPPS-DEHS-aerosol
Čistý vzduch + MPPSDEHS-/Paraf.-aerosol
Kritéria
Δp(konc.) = 250 Pa
Δp(konc.) = 450 Pa
Průkazné hranice CNC/LPC < MPPS
Průkazné hranice CNC/LPC < MPPS
Skupina filtrů
Třída filtrace
G Filtry pro hrubý prach
F Filtry pro jemný prach
H HEPA filtry pro mikročástice
U
ULPA filtry pro mikročástice
Hranice tříd v %
G1 G2 G3 G4
Am < 65 65 Am < – Am < 80 80 Am < – Am < 90 90 Am < – Am
F5 F6 F7 F8 F9
Am ca. 9515)
Em = ca. 3515) 40 60 80 90 95
Am ca. 10015)
H10 H11 H12 H13 H14
< – < – < – < – < –
Em Em Em Em Em
< < < <
60 80 90 95 Di = ca. 1515)
ca. 98 = Em15)
U15 U16 U17
Di Di Di Di Di
< – < – < – < – < –
15 5 0,5 0,05 0,005
nedefinovatelné nedefinovatelné nedefinováno16) 16) DL < – 0,25 16) DL < – 0,025
Di Di Di
< – 0,0005 < – 0,00005 < – 0,000005
DL DL DL
< – 0,0025 < – 0,00025 < – 0,00010
Třídy filtrace a jejich stupeň odloučení / účinnosti v závislosti na velikosti částic Tabulka 3 ASHRAE 52-76
Odlučivost / účinnost v % podle velikosti částic
Třída filtrace dle EN 779
Stupeň odloučení %
Stupeň účinnosti %
Velikost částic v μm < 0,3
0,3 - 0,5
Filtry pro filtraci hrubého prachu
G1 G2 G3 G4
60 70 85 95
~0 ~ 10 ~ 25 ~ 35
~ ~ ~ ~
0 0 0 0
~ ~ ~ ~
Filtry pro filtraci jemného prachu
F5 F6 F7 F8 F9
~ 97 ~ 98 > 98 > 99 ~ 100
50 70 83 92 96
~ ~ ~ ~ ~
10 15 25 35 50
20 30 50 70 80
0 0 0 5
0,5 - 1
1-5
>5
~0 ~0 ~0 ~ 10
~0 ~ 10 ~ 20 ~ 35
70 80 90 95
30 50 70 90 95
65 80 90 95 98
98 99 ~ 100 ~ 100 ~ 100 © KS Klima-Service a.s.
KS Klima-Service a.s. Na Trávníkách 1588 CZ - 263 01 Dobříš
Tel.: 00420 318 541 111 Fax: 00420 318 541 112 E-mail:
[email protected] www.ksklimaservice.cz
10/2005/ZKUŠEBNÍ POSTUPY
Skupina filtrů
