thema: koeling
FIJNSTOF IN BUITENLUCHT VAN BELANG BIJ SELECTIE LUCHTFILTERS De aandacht voor gezonde lucht is sterk groeiend sinds luchtverontreiniging, zoals fijnstof, in 2013 officieel kankerverwekkend is verklaard door het internationale kankerinstituut iaRC van de WHo [1]. Een van de doeltreffende maatregelen voor een gezond binnenklimaat in gebouwen is de toepassing van luchtfilters in mechanische ventilatie- en luchtbehandelingssystemen. Tekst: Marco Hofman, projectcoördinator Isso, Atze Boerstra, directeur bba Binnenmilieu. Fotografie: Industrie
Fijnstof, wat is dat eigenlijk? De kleinste stofdeeltjes in de buiten- en binnenlucht worden gecategoriseerd onder de verzamelnaam ‘fijnstof’. Deze stofdeeltjes zijn, afhankelijk van grootte en chemische samenstelling, schadelijk voor de gezondheid. Daarbij kan (fijn)stof schade veroorzaken aan installaties. De grootte van stofdeeltjes wordt weergegeven door de letters PM (particulate matter), gevolgd door een cijfer voor de diameter van de deeltjes. Stofdeeltjes met een kleinere diameter dan 10 μm worden gecategoriseerd als fijnstof: • PM10: deeltjes met een diameter kleiner dan 10 μm. • PM2,5: deeltjes met een diameter kleiner dan 2,5 μm. • PM1: deeltjes met een diameter kleiner dan 1 μm. • PM0,1: deeltjes kleiner dan 0,1 μm (ultra-fijnstof). In relatie tot gezondheid zijn PM0,1, PM1 en PM2,5 relevanter dan PM10, omdat deze stofdeeltjes tot in de longen kunnen doordringen en zo in het bloed kunnen komen. Te verwachten is dat de allerkleinste deeltjes – PM0,1 (ultra-fijnstof) – een vrijwel zeker groter effect hebben op de gezondheid dan PM10. Op dit moment gelden er Europese en nationale eisen voor de maximale fijnstofconcentratie in de buitenlucht. Het betreft grenswaarden voor PM10 (40 µg/m3/a en 50 µg/m3 per dag op maximaal 35 dagen per
meerdere LuchtfiLters achter eLkaar is (nOg) geen gemeengOed in nederLandse cOmfOrtinstaLLaties 16
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 16
07-07-14 12:31
jaar), vanaf 2015 gelden er ook grenswaarden aan de jaargemiddelde PM2,5-concentratie (maximaal 25 µg/m3) [2]. In Nederland gelden (nog) geen strikte richtlijnen voor maximale fijnstofconcentraties in het binnenmilieu. Op termijn zal dat met ondersteuning van in ontwikkeling zijnde Europese en nationale normen en onderzoek, vrijwel zeker veranderen. Toepassing luchtfilters Een doeltreffende manier om de hoeveelheid fijnstof en andere luchtverontreinigingen te beperken is door een luchtfiltersystemen toe te passen. Minimale voorwaarden voor het tegengaan van fijnstof in de toevoerlucht (bij mechanische ventilatie) die van buiten naar binnen wordt getransporteerd: • De aanwezigheid van een luchtdichte, thermische schil van het gebouw. • Een goed werkend mechanisch ventilatie- of luchtbehandelingssysteem. Naast het filteren van de toevoerlucht is het ook van belang verontreinigingen (waaronder fijnstof) in gebouwen zelf af
te voeren door te ventileren en/of door de binnenlucht te reinigen. Voor het reinigen bestaan er verschillende technieken, vaak toegepast in een luchtreiniger. Luchtfilters in mechanische ventilatie-installaties dienen, naast het kunnen verbeteren van de luchtkwaliteit, primair tot bescherming van de achterliggende installatie(s). Voor het beschermen van de installatie wordt doorgaans een enkele luchtfilter gebruikt. Om de binnenluchtkwaliteit te verbeteren kunnen twee of meer achter elkaar geplaatste luchtfilters (filtertrappen) worden gebruikt met verschillende eigenschappen; door een voorfilter te plaatsen, die grovere delen afvangt, wordt de levensduur (standtijd) verlengd van het duurdere hoofdfilter dat de vereiste eigenschappen bezit voor het afvangen van fijnere delen. De toepassing van meerdere luchtfilters achter elkaar is echter (nog) geen gemeengoed in de Nederlandse comfortinstallaties. Filterklasse Bij de selectie van luchtfilters speelt een aantal factoren een rol, zoals filterklasse, type, materiaal en weerstand
filtertype
filterklasse
maximaal test drukverschil [PA]
gemiddeld vangstpercentage Am [%]
gemiddeld vangstrendement Em [%]
minimaal rendement MTe [%]
grof filter
G1
250
50 ≤ Am < 65
n.v.t.
n.v.t.
G2
250
65 ≤ Am < 80
n.v.t.
n.v.t.
medium filter
fijn filter
G3
250
80 ≤ Am < 90
n.v.t.
n.v.t.
G4
250
90 ≤ Am
n.v.t.
n.v.t.
M5
450
n.v.t.
40 – 60
n.v.t.
M6
450
n.v.t.
60 – 80
n.v.t.
F7
450
n.v.t.
80 – 90
35
F8
450
n.v.t.
90 – 95
55
F9
450
n.v.t.
≥ 95
70
Tabel 1. Type en klasse luchtfilters.
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 17
17
07-07-14 12:31
thema: koeling
filtertype
filterklasse
rendement over filteroppervlak [%]
doorlaat [%]
filterklasse iso [5]
epa-filters
E10
≥ 85
≤ 15
n.v.t.
Hepa-filters Ulpa-filters
E11
≥ 95
≤5
iso 15 U
E12
≥99,5
≤ 0,5
iso 25 U
H13
≥ 99,95
≤ 0,05
iso 35 U
H14
≥ 99,995
≤ 0,005
iso 45 U
U15
≥ 99,9995
≤ 0,0005
iso 55 U
U16
≥ 99,99995
≤ 0,00005
iso 65 U
U17
≥ 99,999995
≤ 0,000005
iso 75 U
Tabel 2. Minimum vangstrendement E, H- en U-filters.
van het luchtfilter. Luchtfilters zijn ingedeeld in groepen die elk weer een onderverdeling hebben, zodat er verschillende filterklassen zijn. Een filterklasse wordt weergegeven door een letter met een cijfer. Een luchtfilter met een hoger cijfer vangt meer stof af, vooral de zeer kleine stofdeeltjes (fijnstof). Het rendement van luchtfilters wordt volgens nen-en 779 [3] gebaseerd op: A. een gemiddeld vangstpercentage op synthetisch stof (Am) voor grofe filters;
start bescherming installatie (vanaf G-filter) 1. bepaling functie
verbetering luchtkwaliteit (vanaf F-filter) NEN-EN 779: 2012
2. bepaling filterklasse
G-, M- en F-filters
Selectie luchtfilters NEN-EN 1822: 2009
E-, H- en U-filters 3. bepaling filtertrappen
en ODA-klassen
paneelfilter paneelfilter ... kenmerken luchtfilter vermelden op installatie
Documenteren energie-efficiency class Eurovent-label (2014)
1. Stroomschema voor de selectie van een luchtfilter.
18
Voor de selectie van een luchtfilter kan van een stroomschema worden gebruikgemaakt.
NEN-EN 13779: 2007 IDA-
zakkenfilter 4. bepaling type luchtfilter (uitvoering)
B. een gemiddeld vangstrendement op deeltjes van 0,4 μm (Em) voor M- en F-luchtfilters. Voor F-filters geldt aanvullend een minimale eis aan het rendement bij een nieuw luchtfilter. Leidend bij hr-luchtfilters volgens nen-en 1822-1 is het mppsrendement (most penetrating particle size, de afmeting van het moeilijkst te vangen deeltje) [4]. Meestal is de grootte van deze deeltjes 0,1 – 0,2 μm. Om een hoog rendement luchtfilter te kunnen testen en in te kunnen delen in een filterklasse, moet dus eerst de mpps worden bepaald. In tegenstelling tot de M,- en F-filters geven E-, H- en U-filters geen over de levensduur gemiddeld vangstrendement, maar altijd een minimumvangstrendement. Dit betekent dat het vereiste vangstrendement altijd moet worden gehaald, ook bij aanvang. G-, M- en F-filters worden vaak in klimaatinstallaties toegepast. E-filters worden in beperkte mate in klimaatinstallaties toegepast. H- en U-filters zitten nauwelijks in klimaatinstallaties, maar vooral in luchtbehandelingsinstallaties voor stofvrije ruimten, zoals operatiekamers, cleanrooms en industriële toepassingen.
1. Bepaling functie luchtfilter Luchtfilters moeten een installatie beschermen om: • vervuiling van warmtewisselaars, zoals heaters en koelers, tegen te gaan en zo het rendementsverlies te beperken; • corrosie door aan stofdeeltjes gebonden zuren (bijvoorbeeld SO2 en H2SO4) te voorkomen; • vervuiling van ventilatoren te beperken of te voorkomen; • vervuiling van kanalen en opnemers van meet- en regelapparatuur te voorkomen. Voor bescherming van de installatie(s) worden meestal type G-filters gebruikt. Vaak is dit een G3- of G4-filter. Een veel gebruikte toepassing hierbij zijn de luchtfilters in wtw-units in woningen. Bij luchtfilters die worden toegepast om de binnenluchtkwaliteit te verbeteren geldt dat het type luchtfilter of een
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 18
07-07-14 12:31
combinatie van luchtfilters wordt bepaald door de soort verontreinigingen in de buitenlucht en de gewenste binnenluchtkwaliteit. 2. Bepaling filterklasse nen-en 13779 geeft voor de utiliteitsbouw aanbevelingen voor het toe te passen luchtfilter [6]. De kwaliteit van de binnenlucht – ida (indoor air quality) – wordt ingedeeld in vier klassen (tabel 3). Steeds vaker wordt via ventilatiesystemen de luchtkwaliteit geregeld op basis van de gemeten CO2-concentratie in de binnenlucht. Hierbij moet opgemerkt worden dat CO2 een goede indicator is voor de aanwezigheid van personen, maar geen enkele informatie geeft over de hoeveelheid (fijn)stof of andere verontreinigingen in een ruimte. De kwaliteit van de buitenlucht oda (outdoor air quality) is ingedeeld in drie klassen (tabel 4). 3. Bepaling filtertrappen Op basis van de gewenste binnenluchtkwaliteit (ida) en de buitenluchtkwaliteit (oda) geeft nen-en 13779 voor utiliteitsgebouwen richtlijnen voor de keuze van filterklasse(n) en filtertrappen (tabel 5). De organen van kleine kinderen zijn nog in ontwikkeling
categorie
omschrijving
ida 1
hoge kwaliteit binnenlucht (klachten < 15 procent)
en daardoor gevoelig voor verontreinigingen in de lucht. Kinderen ademen per kg lichaamsgewicht meer lucht in dan volwassenen. Ook hierdoor zijn kinderen gevoeliger voor verontreinigde lucht. Voor scholen en kinderdagverblijven is het daarom wenselijk uit te gaan van minimaal luchtkwaliteit ida 2 of beter nog ida 1. Hetzelfde advies geldt voor andere kwetsbare groepen, zoals ouderen en mensen met copd. Ventilatiesystemen voor woningen, met een mechanische toevoer van lucht, zijn vaak uitgerust met luchtfilters van een lagere klasse dan aangegeven in de selectietabel uit nen-en 13779. Soms met de argumentatie dat elk luchtfilter ook fijnstof afvangt. Dat is waar, maar voor het significant verbeteren van het binnenmilieu zijn goede luchtfilters (boven de groffilter klasse G), ook bij woningen, noodzakelijk. 4. Bepaling uitvoering luchtfilter Op het moment dat de filterklasse(n) en -trappen bekend zijn, kan een definitieve selectie van het luchtfilter worden gemaakt. Luchtfilters worden geleverd in verschillende uitvoeringen/constructiewijzen. Enkele voorkomende vormen van luchtfilters zijn mattenfilters (wtw-units woningen), paneelfilters, zakkenfilters, compactfilters en patronenfilters. Overige aspecten die een rol spelen bij de keuze van de uitvoeringsvorm zijn onder andere:
ida 2
gemiddelde kwaliteit binnenlucht (klachten tussen 15 en 20 procent)
ida 3
matige kwaliteit binnenlucht (klachten tussen 20 en 30 procent)
ida 4
lage kwaliteit binnenlucht (klachten > 30 procent)
p.p.m. CO2 hoger dan buitenlucht *
buitenlucht per persoon [m3/h] **
< 400
> 54
400 – 600
36 – 54
600 – 1.000
22 – 36
> 1.000
< 22
* L et op: dit zijn CO2-waarden boven het CO2-percentage van de buitenlucht. Voor een absolute waarde moet hier nog (gemiddeld voor Nederland) 400 ppm bij worden opgeteld. ** Dit betreft volwassen personen. Tabel 3. Classificatie binnenlucht.
categorie
omschrijving
oda 1
schone lucht, voldoet aan de who-richtlijnen en de Europese richtlijnen voor luchtkwaliteit (fijnstof)
oda 2
verontreinigingen in de lucht zijn 1,5 keer hoger dan oda 1. Dit betreft veelal stedelijke omgevingen die niet onder oda 3 vallen
oda 3
verontreinigingen in de lucht zijn meer dan 1,5 keer hoger dan oda 1: hoge concentraties verontreiniging (geïndustrialiseerde omgevingen, omgeving van megastallen, standscentra en gebieden met hoge verkeersintensiteit, zoals snelwegknooppunten en vliegvelden).
Tabel 4. Classificatie buitenlucht.
buitenluchtkwaliteit oda 1 (schone lucht) oda 2 (stof) oda 3 (hoge concentraties)
binnenluchtkwaliteit ida 1
ida 2
ida 3
ida 4
F9
F8
F7
M5
F7 + F9
M6 + F8
M5 + F7
M5 + M6
F7 + GF* + F9
F7 + GF* +F9
M5 + F7
M5 +M6
* GF = gasfilter (koolstoffilter) en/of chemisch luchtfilter. Tabel 5. Richtlijnen nen-en 13779 voor de keuze van filterklasse(n) en filtertrappen, op basis van de gewenste binnenluchtkwaliteit (ida) en buitenluchtkwaliteit (oda).
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 19
19
07-07-14 12:31
Thema: koeling
2. Zakkenfilter (glasvezel).
3. Compactfilter (synthetisch).
• Gewenste filtermateriaal. Mechanische luchtfilters worden doorgaans uitgevoerd in synthetisch of glasvezelmateriaal. Glasvezel heeft in tegenstelling tot synthetisch materiaal een belangrijke eigenschap, namelijk de onbrandbaarheid. Voor filtering op moleculair niveau wordt doorgaans actieve kool gebruikt voor adsorptie van gassen en dampen (gasfilters). • Energiegebruik (Eurovent Energielabel [7]). Luchtfilters hebben een luchtweerstand die door de ventilator(en) van de ventilatie-installatie moeten worden overwonnen. Dit kost energie; het energiegebruik is een belangrijke kostenpost van luchtfiltratie. Globaal gezien vormt het energiegebruik 70 procent van de kosten van filtratie. Het is dus belangrijk dat luchtfilters een beperkt drukverlies hebben. Voor een eenvoudige lcc-analyse van luchtfilters is een softwaretool beschikbaar [8]. • Standtijd, hygiëne en onderhoud. De standtijd van een luchtfilter moet voldoende lang zijn zodat niet elke week of maand de luchtfilters moeten worden vervangen. Echter, de standtijd kan ook weer niet te lang zijn omdat anders uit hygiënisch oogpunt gezondheidsproblemen kunnen ontstaan. Zo zijn een juist gekozen standtijd, beheer en onderhoud (vervanging) van het luchtfilter(systeem) van cruciaal belang om te voorkomen dat de luchtfilters zelf als biologische verontreinigingsbronnen gaan optreden. In de literatuur is al veel geschreven over de effecten van
4. Patronenfilter (actief kool).
luchtfilters, als verontreinigingsbron, op de gezondheid en productiviteit van mensen [9]. Luchtfilters zijn ontworpen om tot een bepaalde einddruk te functioneren. Echter, om hygiënische redenen moet het luchtfilter vaker worden vervangen, dus voor het bereiken van de einddruk. De maximale gebruikstijd van een luchtfilter uit oogpunt van hygiëne ligt voor voorfilters op een jaar en voor luchtfilters in de tweede trap op twee jaar. Fabrikanten van luchtfilters leveren vaak meerdere typen luchtfilters van eenzelfde filterklasse, maar met afwijkende einddrukken. Tijdens de filterselectie kan hierdoor met een inschatting van toekomstig onderhoud rekening worden gehouden. Toekomstige normen De groeiende aandacht voor fijnstof, en vooral voor ultrafijnstof, maakt dat de betreffende normen continu aan verandering onderhevig zijn. Zo wordt in mondiaal verband gewerkt aan een nieuwe iso-norm die eisen gaat stellen aan luchtfilters op het vangstrendement van fijnstof PM10, PM2,5 en PM1. Een norm die overigens nog in de kinderschoenen staat en nog niet op korte termijn is te verwachten. Tevens valt te verwachten dat de mte-waarden in de Europese norm en 779, beginnend vanaf ‘slechts’ 35 procent, voor het in Nederland populaire F-7 luchtfilter, op termijn
Gemiddeld (Em) en minimum (MTE) vangstrendement NEN-EN 779 Het vangstrendement van de meeste luchtfilters neemt toe naarmate het luchtfilter meer stof heeft opgenomen. Een nieuw luchtfilter heeft hierdoor een lager vangstrendement dan aan het einde van zijn levensduur. Dit kan betekenen dat een nieuw luchtfilter minder stof vangt dan op basis van het gemiddelde rendement wordt verwacht. Een voorbeeld: een F7-filter heeft een Em van 80 – 90 procent. Dit betekent dus niet automatisch dat een F7-filter altijd minimaal 80 procent vangstrendement heeft. Een nieuw F7-luchtfilter heeft bijvoorbeeld een vangstrendement van 60 procent. Wel geldt een minimale rendementseis mte van 35 procent voor F7. De mte (minimum testefficiëntie) is tevens van belang bij de bepaling van het rendement bij (elektro)statisch geladen luchtfilters, die in ontladen toestand moeten worden gemeten. Deze kunnen hierdoor een (duidelijk) lager vangstrendement hebben. Reden: de statische lading in luchtfilters verdwijnt na enige gebruikstijd en de werking van het luchtfilter vermindert.
20
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 20
07-07-14 12:31
Luchtfilters in ventilatie installaties kunnen een prima bijdrage leveren aan een verbetering van de binnenluchtkwaliteit -
nog (fors) zullen stijgen. De ontwikkelingen in andere Europese normen maakt dit al zichtbaar: Zo zijn in de nieuwe serie en-normen, die onder de Recast epbd worden geactualiseerd, updates van en 13779 en en 15251 interessant. In en 13779 zal de huidige indeling van ida- en oda-klassen verder worden verfijnd, waarbij de eisen aan de gasfilters worden afgescheiden van de mechanische luchtfilters. Van belang is dat er geen directe eisen meer worden gesteld aan de filterklasse, maar aan het minimaal vereiste rendement van de (combinatie van) toegepaste luchtfilters. De odaklasse in relatie tot de gewenste Sup-klasse (supply air) voor de luchtkwaliteit van de mechanisch toegevoerde lucht, bepaalt de mte van het luchtfilter. Vandaar uit kan via en 779 de (combinatie van) filterklasse(n) worden bepaald. en 15251 wordt waarschijnlijk de eerste norm waarin eisen aan de fijnstofconcentraties in het binnenmilieu worden gesteld [10]. Nieuwe versies van en 13779 en en 15251 onder de epbd Recast worden dit najaar door Cen als fv (formal vote, ofwel ‘groene versie’) uitgebracht.
Kennis over luchtfilters Dit voorjaar zijn tijdens instructiebijeenkomsten, georganiseerd door Isso in samenwerking met bba Binnenmilieu, thema’s als fijnstof, gezond binnenklimaat en luchtfilterselectie uitgebreid aan de orde geweest. De basis hiervoor is Isso-publicatie 27. Als aanvulling daarop zijn door Isso een softwaretool en Kenniskaarten [11] ontwikkeld.
blemen te voorkomen. Het werken conform Isso-publicatie 27 biedt de juiste kennis en handvatten om dit ook daadwerkelijk te kunnen doen.
<<
Bronnen en verwijzingen Conclusies
1. http://w2.iarc.fr/en/media-centre/pr/2013/pdfs/pr221_E.pdf, 2013.
Luchtfilters in ventilatie-installaties kunnen op verschillende manieren een prima bijdrage leveren aan een verbetering van de binnenluchtkwaliteit. Voorwaarde hiervoor is de juiste inzet van kennis en vaardigheden om hygiëne-pro-
2. http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl, 2014. 3. nen-en 779: 2012, ‘Particulate air filters for general ventilation, determination of the filtration performance’, 2012. 4. nen-en 1822-1: 2009, ‘High efficiency air filters (hepa and ulpa) – Part 1: classification, performance testing and marking’, 2009. 5. iso 29463-1: 2011, ‘High-efficiency filters and filter media for removing particles in air - Part 1: classification, performance testing and marking’, 2011. 6. nen-en 13779: 2007, ‘Ventilation for nonresidential buildings – Performance requirements for ventilation and roomconditioning’, 2007. 7. http://www.eurovent-association.eu/fic_bdd/document_en_ fichier_pdf/Eurovent%204.11_13922816520.pdf, 2014. 8. http://www.isso-digitaal.nl/docs/informatie/snel-navigeren/ softwaretools, 2014. 9. Bluyssen P.M., ‘Een schone en energie-efficiënte klimaatinstallatie –aanbevelingen en adviezen’, tno, 2003. 10. en 15251: 2007, Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics, 2007. 11. http://www.isso-kenniskaarten.nl (Kenniskaarten: nummers 91, 92 en 93), 2014.
5. Isso-softwaretool.
VV+ juli/augustus 2014
VV07 16-21.indd 21
21
07-07-14 12:31
