MERV 13 vs. NanoMax Filtrationstechnologie

Das vom amerikanischen Verband für Heizungs-, Kühlungs- und Klimatechnik-Ingenieure (ASHRAE) eingeführte Minimum Efficiency Reporting Value (MERV)-System ist eine gängige Kurzform, um zu beurteilen, wie effektiv Luftfilter luftgetragene Partikel erfassen können.

MERV-Bewertungen sind zentraler Bestandteil der Diskussion darüber geworden, wie gemeinsam genutzte öffentliche Räume wie Schulen und gemeinsame Büros für Schüler, Mitarbeiter und andere vor gefährlichen Schadstoffen in der Raumluft und luftübertragenen Infektionen sicherer gemacht werden können.

ASHRAE empfiehlt MERV 13 als Mindestwert, um die Übertragung infektiöser Aerosole einzudämmen. Es gibt Hinweise darauf, dass MERV 13 nicht ausreichend gefährliche infektiöse luftgetragene Schadstoffe, einschließlich Viren und andere ultrafeine Partikel, herausfiltern kann.

NanoMax-Filtrationstechnologie ist eine viel effizientere Alternative zu MERV 13 für die Implementierung einer integrierten Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK)-Filtration. NanoMax übertrifft sogar MERV 16-Luftfilter in Bezug auf Filtrationseffizienz, jedoch mit niedrigen Druckverlusten, die mit denen von MERV 8-Filtern vergleichbar sind, was NanoMax mit vielen HLK-Systemen kompatibel macht. Zusätzlich bietet NanoMax viele weitere Vorteile wie erhöhte Energieeffizienz und reduzierte Filterwechselintervalle.

Wie MERV-Bewertungen funktionieren

Das MERV-System bewertet Luftfilter auf einer Skala von 1 bis 20 hinsichtlich ihrer Fähigkeit, luftgetragene Schadstoffpartikel zu erfassen.¹ Je höher die MERV-Bewertung, desto höher die Filtrationseffizienz.

Der ASHRAE-MERV-Standard bewertet die Filtrationseffizienz für drei verschiedene Größenbereiche von Luftschadstoffen. Jede MERV-Bewertung gibt die Gesamteffizienz eines Filters bei der Erfassung von Partikeln an, die in jeden Größenbereich fallen.

Ein Filter erhält dann eine MERV-Bewertung von 1-20, basierend auf der Gesamteffizienz dieses Filters bei der Filterung dieser luftgetragenen Partikel (siehe Abbildung 1 für die Filtrationseffizienzen von MERV-Filtern von 1-16).

Abbildung 1: MERV-Bewertungseffizienzdiagramm für drei Partikelgrößenkategorien – ASHRAE Standard 52.2-2017.

Jede MERV-Bewertung ist auch mit einem Druckabfall verbunden. Dies bezieht sich auf die Änderung des Luftdrucks, die auftritt, wenn Luft durch einen Filter auf die andere Seite des Kanals strömt, gemessen in Zoll Wassersäule (in H₂O) oder Pascal (Pa).

Der Druckabfall wird verwendet, um zu beurteilen, wie stark der Luftstrom eingeschränkt wird, wenn die Luft durch den Filter strömt. MERV 13 Luftfilter können einen hohen Luftwiderstand in HLK-Systemen verursachen, was sie für viele HLK-Systeme ungeeignet macht.

NanoMax-Luftfilter übertreffen MERV 16 Filter in Bezug auf Filtereffizienz und erreichen Druckabfälle, die mit denen von MERV 8 Filtern vergleichbar sind. Das bedeutet, dass ein HLK-System, das mit MERV 8 kompatibel ist, auch mit NanoMax kompatibel ist und so einen niedrigen Druckabfall bei gleichzeitig hoher Filterleistung gewährleistet.

Die Partikelgröße ist entscheidend, um zu verstehen, wie gefährlich ein Partikel ist – je kleiner das Partikel, desto gefährlicher kann es sein.^2,3 Höhere MERV-Bewertungen bieten einen immer besseren Schutz vor kleinen Partikeln.

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MERV 1-7: Fängt grobe Partikel von 3-10 Mikrometern auf

Grobe Partikel sind die am wenigsten gefährlichen luftgetragenen Partikel. Partikel in diesem Bereich werden manchmal als PM10 (Feinstaub mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern oder weniger) bezeichnet, weil sie kleiner als 10 Mikrometer im Durchmesser sind.

Häufige Beispiele für grobe Partikel sind:

• Pollen von Bäumen, Pflanzen und Gräsern, die Allergien und Asthma auslösen können
• Staub, der aus Erde, Sand und abgestorbenen Hautzellen besteht
• Schimmelsporen, die von giftigen Schimmelpilzen zur Fortpflanzung freigesetzt werden
• Tierhautschuppen von Katzen, Hunden, Nagetieren und anderen Haustieren abgestoßen, die allergieauslösende Proteine aus Urin und Speichel tragen können
• Partikel, die von festen Antitranspirantien und anderen Hygieneprodukten im Haushalt freigesetzt werden

Filter mit MERV 1-7 sind in erster Linie dafür ausgelegt, grobe Partikel zu erfassen. Filter mit MERV 1-4 erfassen weniger als 20 % der groben Partikel, während Filter mit MERV 5-7 20-50 % dieser Partikel erfassen.

MERV 8-11: Erfasst grobe und feine Partikel von 1 bis 10 Mikrometer

Filter mit MERV 8-11 können grobe Partikel von 3 bis 10 Mikrometer sowie feine Partikel von 1 bis 3 Mikrometer erfassen, mit niedrigen Druckverlusten, die die meisten HLK-Systeme problemlos bewältigen können.

Zu dieser Kategorie feiner Partikel gehört PM2.5 – luftgetragene Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometer, die als besonders gefährlich gelten.

Grobe und feine Partikel in diesem Bereich stammen häufig aus folgenden Quellen:

• Hausstaub, bestehend aus Kleidungsfasern, Bakterien, Mikroplastik und anderen mikroskopisch kleinen luftgetragenen Partikeln
• Kot und abgestoßene Haut von gewöhnlichen Haushaltsinsekten wie Hausstaubmilben
• Feinstaub, der durch Wind von Baustellen, Fabriken und Industrieanlagen verweht wird
• Kohle- oder Ölstaub, der bei der Verbrennung als Brennstoff freigesetzt wird
• Partikel aus der Verbrennung von Fahrzeugmotoren und Abgasen

Filter mit MERV 8-11 erfassen etwa 70-85 % der groben Partikel und 20-50 % der feinen Partikel von 1-3 Mikrometer. MERV 11-Filter können außerdem etwa 20 % der Partikel mit weniger als 1 Mikrometer erfassen.

MERV 12-16: Erfasst grobe und feine Partikel von 0,3-10 Mikrometer

Filter mit MERV 12 und höher können feine Partikel von 0,3 bis 1 Mikrometer Größe filtern.

Einige Beispiele für feine Partikel unter 1 Mikrometer (manchmal als PM1 bezeichnet) sind:⁴

• Industrielle Verbrennungsprozesse in Fabriken und Kraftwerken
• Holzrauch von Waldbränden oder Heizungen im Innenbereich
• Tabakrauch von Zigaretten oder Zigarren-Konsum
• schwebende Schwermetalle aus der Verbrennung von Kohle und anderen Energiequellen, wie Kupfer, Chrom und Eisen
• anorganische wasserlösliche Ionen (WSIs), die chemisch mit luftgetragenen Partikeln reagieren, einschließlich Sulfat (SO4), Nitrat (NO3) und Ammonium (NH4)
• atmosphärische chemische Reaktionen von Partikeln mit luftgetragenen Chemikalien, wie Stickstoffoxide und Schwefeldioxid
• eine Vielzahl von aerosolisierten Bakterien und Viren, einschließlich einiger COVID-19-Aerosole

Filter mit MERV 12-16 erfassen:

• 35-95% der Partikel von 0,3 bis 1 Mikron
• 65-95% der Partikel von 1-3 Mikron
• 85-95% der groben Partikel von 3-10 Mikron

MERV 13 Filter erfassen etwa 35-50% der Feinstaubpartikel, die kleiner als 1 Mikron sind. MERV 16 Filter können bis zu 95% der Partikel von 10 Mikron bis hinunter zu 0,3 Mikron erfassen, können aber in vielen HLK-Systemen ohne Nachrüstung schwierig einzusetzen sein.

MERV 17-20: Gemessen nach ISO-Standards

Über MERV 16 hinaus ist die ISO 16890 der bevorzugte Standard, um die Leistung eines hocheffizienten Filters angemessen zu bewerten.⁵

Während MERV 16 Filter in Standard-HLK-Systeme für praktisch spezifizierte Druckverluste nachgerüstet werden können, erfordern Filter mit MERV 17-20 einen hohen Grad an Maschinenbau und Fertigung, um in ein HLK-System integriert zu werden. Das macht sie weitgehend unbrauchbar für den Einsatz in vielen kommerziellen HLK-Systemen.

ISO 16890 berücksichtigt dies mit umfangreichen Spezifikationen für die Filtrationseffizienz, die robustere Systeme abdecken können, einschließlich:⁶

• ein vereinfachtes Klassifizierungssystem für PM10, PM2.5 und PM1, das sowohl durchschnittliche als auch minimale Effizienzen berücksichtigt
• verwendet einen feineren Staub für Tests als im MERV-Bewertungssystem, was eine Vielzahl von Bedingungen abdeckt, denen Filter im Einsatz begegnen
• fortschrittliche Verfahren zur Entladung von Filtern, um eine hohe Genauigkeit der Filtrationsmessungen sicherzustellen
• berücksichtigt städtische vs. ländliche Partikelverschmutzungsverteilungen, da kleinere Partikel in städtischen Gebieten häufiger vorkommen

NanoMax-Technologie filtert ultrafeine Partikel (UFPs)

Ultrafeine Partikel (UFPs) sind die kleinsten existierenden luftgetragenen Partikel, mit Größen von 0,1 Mikron bis hinunter zu 0,003 Mikron. Sie kommen auch typischerweise in viel höheren Konzentrationen (nach Partikelanzahl) in der Luft vor als PM10, PM2.5 und PM1 und stammen häufig von:⁷

• Dieselruß
• Fahrzeugabgasen
• Rauch von Waldbränden und Rauchen
• industriellen Emissionen

Die MERV- und ISO-Bewertungssysteme für Luftfilter testen nicht für UFPs in diesem Bereich. NanoMax-Filter wurden jedoch getestet und filtern mindestens 90% der UFPs.⁸

Die winzige Größe der UFPs ermöglicht es ihnen, in die Lunge einzudringen und durch die Alveolen in den Blutkreislauf zu gelangen, was zu Entzündungen und Schäden am Lungengewebe sowie zum Aufbau von arteriellen Plaques führen kann, die Herzkrankheiten verursachen können.

UFPs können auch über die Blutbahn durch die Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn gelangen.⁹ Dadurch kann eine langfristige Exposition gegenüber UFPs ebenfalls folgende Auswirkungen haben:

• Gehirntumore
• Gedächtnisverlust
• Verwirrung
• kognitiver Abbau
• dauerhafte Lernbehinderungen bei Kindern und jungen Erwachsenen
• Demenz
• Alzheimer

Viel infektiöses Material in der Luft fällt ebenfalls in die Kategorie der UFPs. Zum Beispiel liegen die in der Luft befindlichen Coronavirus-Virionen von SARS-CoV-2 (für das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2), die für COVID-19-Infektionen verantwortlich sind, im Durchmesser zwischen 0,05 und 0,13 Mikrometer.^10,11

Diese Partikel stammen aus respiratorischen Aerosolen, die sich durch Atmen, Sprechen, Flüstern, Lachen und Singen verbreiten, durch die Schleimhäute der Atemwege in die Atemwege gelangen und häufig COVID-19 verursachen. SARS-CoV-2-Coronavirus-Aerosole können ohne Filterung oder Belüftung stundenlang in der Luft bleiben.

Sogar MERV 13-Filterung, die eine Effizienz von 35-45% für UFPs aufweist, ist deutlich weniger effizient als die NanoMax-Technologie.

MERV 13 vs. NanoMax-Technologie

MERV 13-Filter bieten einige wichtige Vorteile, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen attraktiv machen:

• weit verbreitete Handelsware, die von vielen Anbietern geliefert wird
• sehr vertraut für die meisten Facility- und HLK-Fachleute, kann mit minimaler Einarbeitung installiert und gewartet werden
• erhältlich in 1-Zoll-Größen, die in die meisten HLK-Systeme passen

Allerdings haben MERV 13-Filter auch mehrere große Nachteile:

• niedrige Filtrationseffizienz von ≤ 50% für die kleinsten, gefährlichsten Partikel wie UFPs und Viren
• hoher Druckabfall, der den Luftwiderstand erhöhen, HLK-Komponenten abnutzen und die Effizienz verringern kann, wenn das Filtermaterial mit Partikeln beladen wird
• längere Betriebszeiten und mehr Außenluftzufuhr erforderlich, um die Konzentration von luftgetragenen Partikeln in Innenräumen durch Öffnen von Fenstern oder Türen zu verringern, was die Energieeffizienz des Gebäudes reduziert
• häufige Filterwechselintervalle (in der Regel alle 3 Monate), die im Laufe der Zeit zu hohen Wartungskosten führen

NanoMax-Filter bieten gegenüber der MERV 13-Filterung mehrere Vorteile, darunter:

• deutlich höhere Effizienz als MERV 13 für alle Partikelgrößen – bis zu 100% für grobe Partikel (3–10 Mikrometer), 99% für 1–3 Mikrometer und 96% für 0,3–1 Mikrometer
• getestet auf das Filtern von UFPs mit bis zu 90% Effizienz, während MERV 13-Filter nicht auf UFPs getestet werden
• erreicht vergleichsweise niedrige Druckabfälle trotz hoher Effizienz (normalerweise mit sehr hohen Druckabfällen verbunden)
• energieeffizienter – erfordert keine längere HLK-Betriebszeit oder mehr mechanische Belüftung als die Bauvorschriften verlangen
• verringerte Filterwechselintervalle, da die Filter etwa einmal alle 12 Monate gewechselt werden können

Einige Nachteile von NanoMax-Filtern sind:

• nur als 2-Zoll-Filter erhältlich, was vor der Installation möglicherweise ein Upgrade des HLK-Filterrahmens erfordert
• erfordert fachmännische Installation, die HVAC- oder Gebäudetechniker möglicherweise nicht leisten können
• höhere Anschaffungskosten (ca. 100 $ pro Filter) als MERV 13 Filter (10-40 $ pro Stück)
• Filtertyp mit hoher Nachfrage, aber nicht weit verbreitet erhältlich

Filtrationseffizienz

MERV 13 Filter werden bei kleineren Partikeln zunehmend weniger effektiv und filtern nur etwa 35 % der ultrafeinen luftgetragenen Partikel. NanoMax filtert typischerweise zwischen 96 % und 100 % aller Partikel von 10 Mikron bis hinunter zu 0,3 Mikron und kleiner.

Hier ist ein direkter Vergleich, wie gut MERV 13 und NanoMax Filter diese unterschiedlichen Arten von Luftschadstoffen erfassen können.

MERV 13 Filter filtern 35-45% der kleinsten Partikel, einschließlich luftgetragener Bakterien und Viren, die in Klassenzimmern und gemeinsam genutzten Arbeitsbereichen die größte Sorge darstellen.

Mit MERV 13 können mehr als die Hälfte der luftgetragenen Schadstoffe im Raum ungefiltert bleiben, wodurch die Insassen gefährlichen Luftschadstoffen ausgesetzt werden. Darüber hinaus lassen HVAC-Filter oft bis zu 30 % der Luft um ungeeignete Filterränder herum entweichen, was bedeutet, dass tatsächlich noch weniger Luft durch das Filtermaterial strömt. Die Effizienz von MERV 13 Filtern nimmt zudem im Laufe der Zeit drastisch ab und kann sogar unter 35 % fallen, wenn das Filtermedium mit Partikeln beladen ist.

NanoMax HVAC-Luftfilter übertreffen MERV 13 und sogar MERV 16 Filter bei feinen und ultrafeinen Partikeln wie PM2.5 und Viren, mit Filterleistungen von bis zu 96 % bis hinunter zu 0,3 Mikron und 90 % der UFPs. Dies wird durch eine Kombination aus:

• bis zu 5,6 Quadratmeter Filteroberfläche
• gefaltete Filterdesigns, die den Luftstrom auch bei zunehmender Partikelbeladung maximieren
• fortschrittlichem Mikrofasermaterial (AMF), das Fasern verwendet, die zehnmal dünner sind als die in Standard-HVAC-Luftfiltern
• WedgeSeal-Leckageschutz, der sicherstellt, dass keine verschmutzte Luft am Filter vorbeiströmt und somit die gesamte durch das HVAC-System geleitete Luft gefiltert wird

Druckabfall

Der mit MERV 13-Filtern verbundene hohe Druckabfall führt dazu, dass HVAC-Motoren härter arbeiten müssen, um Luft durch das dichte, stark widerstandsfähige MERV 13-Filtermaterial zu drücken.

Die anfänglichen Druckabfälle von MERV 13-Filtern liegen zwischen 0,25 und 0,5 in H₂O (62 bis 124 Pa) und sie müssen in der Regel ausgetauscht werden, bevor sie 1,0 in H₂O (249 Pa) erreichen. Diese Druckabfälle können auch Upgrades des HVAC-Systems erfordern, wie zum Beispiel:

• vergrößerte Luftkanäle, damit das HVAC-System mit höheren Luftströmen arbeiten kann
• aufgerüsteter Motor, um den erhöhten Druck im HVAC-System zu bewältigen

NanoMax-Luftfilter erreichen niedrige Druckabfälle, die mit denen von MERV 8-Filtern vergleichbar sind, während sie dennoch höhere Filtrationseffizienzen als typische MERV 16-Filter bieten.

Im Durchschnitt haben NanoMax-Filter anfängliche Druckabfälle von nur 0,38 in H₂O (95 Pa) bei der Erstinstallation und können Druckabfälle von 1,0 in H₂O (249 Pa) erreichen, bevor ein Austausch notwendig wird, wobei sie nur sehr wenig an Filtrationseffizienz verlieren.

Dieser niedrige Druckabfall ermöglicht es oft, NanoMax-Filter sogar in HVAC-Systemen zu verwenden, die mit MERV 8 kompatibel sind. Dadurch kann NanoMax leichter in HVAC-Systeme integriert werden, in denen Hochleistungs-Luftfilter ansonsten teure Upgrades erfordern oder durch hohe Druckabfälle Verschleiß oder Schäden verursachen könnten.

Die Falten der Nanomax-Filter sind außerdem so angeordnet, dass die Luft größtenteils ungehindert hindurchströmen kann, selbst wenn das Filtermaterial im Laufe der Zeit mit Partikeln beladen wird. So bleibt der Druckabfall niedrig (siehe Abbildung 2 für eine Nahaufnahme).

Abbildung 2: Nahaufnahme der Falten von NanoMax- und MERV 13-Filtern. Dies ist eine vergleichbare quadratische Fläche von 5" x 2,75" (Zoll).

Lüftung

MERV 13-Filter entfernen typischerweise weniger als 50 % der kleinsten luftgetragenen Partikel im Bereich von 0,3 bis 1 Mikrometer. Das bedeutet, dass sie häufig zusammen mit Außenluft-Lüftung eingesetzt werden müssen, indem Türen und Fenster geöffnet werden, um die Konzentration luftgetragener Schadstoffe deutlich zu reduzieren.

Die Nutzung der Außenluft-Lüftung zusammen mit MERV 13-Luftfiltration hat mehrere wesentliche Nachteile:

• Erhöhung der Innenraumverschmutzung durch Außenluft: Das Öffnen von Türen und Fenstern kann Außenluftverschmutzung in Innenräume einbringen
• Bewohner werden Außentemperaturen ausgesetzt: In vielen Teilen der Welt können die Temperaturen extreme Höhen oder Tiefen erreichen, die eine Außenlüftung unpraktikabel machen
• Verringerung der Energieeffizienz: Aufgrund der geringeren Filtrationseffizienz benötigen HVAC-Systeme mit MERV 13-Filtration mehr mechanische Lüftung, was das HVAC-System stark belastet und durch den Stromverbrauch CO₂-Emissionen verursacht

NanoMax-Filter helfen, den Bedarf an Außenluft-Lüftung auf folgende Weise zu reduzieren:

• Gebäude müssen die Bauvorschriften für mechanische Lüftung erfüllen. Zusätzliche mechanische Belüftung ist mit NanoMax-Luftfiltern jedoch nicht erforderlich. NanoMax-Filter erfassen einen erheblichen Anteil der kleinsten und gefährlichsten Partikel.
• HLK-Systeme mit NanoMax-Filtern müssen nur betrieben werden, wenn sich Personen im Innenraum aufhalten, da NanoMax mit einer sehr hohen Filtrationseffizienz arbeitet.
• Reduzierter Betrieb und Außenluftzufuhr sparen Energie und verlängern die Filterlebensdauer. Dadurch werden die Umweltauswirkungen des HLK-Betriebs durch geringeren Verbrauch verringert und die Kosten für Filterwechsel und Wartung gesenkt.

Filterwechsel

Hersteller von MERV 13-Luftfiltern empfehlen in der Regel einen Filterwechsel alle 3 Monate. Daher kann der Austausch von MERV 13-Filtern in einem gesamten Schul- oder Bürogebäude äußerst zeitaufwendig und kostspielig werden.

NanoMax-Luftfilter müssen im Durchschnitt etwa einmal alle 12 Monate gewechselt werden und enthalten etwa 5,6 Quadratmeter Filtermaterial. Das spart Zeit, die sonst für aufwendige Installationsarbeiten aufgewendet würde, und reduziert die hohen Kosten, die mit häufigem Filterwechsel in Gebäuden aller Größen einhergehen.

Siehe die nachstehende Tabelle für eine Übersicht geschätzter Filterwechsel, jährlicher Wartungskosten und Filterkosten für eine Einrichtung mit beispielsweise 50 Filtern.