MERV 13 vs. tecnologia di filtrazione NanoMax

Istituito dalla American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), il sistema Minimum Efficiency Reporting Value (MERV) è un termine comunemente usato per valutare quanto efficacemente i filtri dell'aria possono catturare le particelle sospese nell'aria.

Le valutazioni MERV sono diventate centrali nella discussione su come rendere spazi pubblici condivisi come le scuole e gli uffici più sicuri per studenti, dipendenti e altri da pericolosi inquinanti dell'aria interna e infezioni trasmesse per via aerea.

ASHRAE raccomanda MERV 13 come minimo per aiutare a mitigare la trasmissione di aerosol infettivi. Ci sono prove che dimostrano che il MERV 13 non può filtrare a sufficienza i pericolosi inquinanti infettivi trasportati dall'aria, inclusi virus e altre particelle ultrafini.

La tecnologia di filtrazione NanoMax è un'alternativa molto più efficiente al MERV 13 per l'implementazione della filtrazione integrata di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC). NanoMax supera anche i filtri dell'aria MERV 16 in termini di efficienza di filtrazione ma con cadute di pressione basse paragonabili ai filtri MERV 8, rendendo NanoMax compatibile con molti sistemi HVAC. Inoltre, NanoMax offre molti altri vantaggi come una maggiore efficienza energetica e intervalli di sostituzione del filtro ridotti.

Come funzionano le valutazioni MERV

Il sistema MERV valuta i filtri dell'aria su una scala da 1 a 20 in base alla loro capacità di catturare particelle inquinanti sospese nell'aria.¹ Più alto è il valore MERV, maggiore è l'efficienza di filtrazione.

Lo standard ASHRAE MERV valuta l'efficienza di filtrazione per tre diverse gamme di dimensioni delle particelle inquinanti dell'aria. Ogni valore MERV implica l'efficienza totale di un filtro nel catturare particelle che rientrano in ciascuna gamma di dimensioni.

Un filtro viene quindi assegnato un valore MERV da 1 a 20 in base all'efficienza totale del filtro nel trattenere queste particelle sospese nell'aria (vedi Figura 1 per le efficienze di filtrazione dei filtri MERV da 1 a 16).

Figura 1: Tabella di efficienza della classificazione MERV per tre categorie di dimensione delle particelle – Standard ASHRAE 52.2-2017.

Ogni classificazione MERV è anche associata a una perdita di carico. Questo si riferisce al cambiamento di pressione dell'aria che avviene quando l'aria passa attraverso un filtro verso l'altro lato del condotto, misurato in pollici di colonna d'acqua (in H₂O) o pascal (Pa).

La perdita di carico viene utilizzata per valutare quanto il flusso d'aria è limitato quando l'aria passa attraverso il filtro. I filtri dell'aria MERV 13 possono introdurre un'elevata resistenza all'aria nei sistemi HVAC, rendendoli inadatti all'uso in molti sistemi HVAC.

I filtri NanoMax superano i filtri MERV 16 in termini di efficienza di filtrazione e raggiungono perdite di carico simili a quelle dei filtri MERV 8. Ciò significa che un sistema HVAC compatibile con MERV 8 sarà compatibile anche con NanoMax, garantendo una bassa perdita di carico insieme a un'elevata prestazione di filtrazione.

La dimensione delle particelle è fondamentale per capire quanto una particella possa essere pericolosa – più piccola è la particella, più pericolosa può essere.^2,3 Valori MERV più alti offrono una protezione sempre migliore dalle particelle piccole.

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MERV 1-7: Cattura particelle grossolane da 3-10 micron

Le particelle grossolane sono le particelle trasportate dall'aria meno pericolose. Le particelle in questo intervallo sono talvolta chiamate PM10 (materiale particolato con un diametro di 10 micron o meno) perché sono più piccole di 10 micron di diametro.

Esempi comuni di particelle grossolane includono:

• polline da alberi, piante e erbe che può scatenare allergie e asma
• polvere composta da terra, sabbia e cellule morte della pelle
• spore di muffa rilasciate da muffe tossiche per la riproduzione
• forfora di animali domestici sparsi da gatti, cani, roditori e altri animali domestici che possono trasportare proteine allergeniche provenienti da urina e saliva
• particelle rilasciate da antitraspiranti solidi e altri prodotti per l'igiene domestica

I filtri con classificazione MERV 1-7 sono progettati principalmente per catturare particelle grossolane. I filtri MERV 1-4 catturano meno del 20% delle particelle grossolane, mentre i filtri classificati 5-7 catturano il 20-50% di queste particelle.

MERV 8-11: Cattura particelle grossolane e fini da 1 a 10 micron

I filtri classificati MERV 8-11 possono catturare particelle grossolane da 3 a 10 micron così come particelle fini da 1 a 3 micron, con basse perdite di pressione che la maggior parte dei sistemi HVAC può gestire senza problemi.

Questa categoria di particelle fini include PM2.5 – particolato aerodisperso con diametro inferiore a 2,5 micron, considerato particolarmente pericoloso.

Particelle grossolane e fini in questo intervallo provengono comunemente dalle seguenti fonti:

• polvere domestica composta da fibre di abbigliamento, batteri, microplastiche e altre particelle microscopiche sospese nell'aria
• escrementi e pelle esfoliata da comuni insetti domestici come gli acari della polvere
• polvere fine trasportata dal vento da cantieri, fabbriche e impianti industriali
• polvere di carbone o petrolio rilasciata durante la combustione per produrre energia
• particelle provenienti dalla combustione del motore dei veicoli e dagli scarichi

I filtri MERV 8-11 catturano circa il 70-85% delle particelle grossolane e il 20-50% delle particelle fini da 1-3 micron. I filtri MERV 11 possono anche catturare circa il 20% delle particelle inferiori a 1 micron.

MERV 12-16: Cattura particelle grossolane e fini da 0,3 a 10 micron

I filtri con classificazione MERV 12 e superiore possono filtrare le particelle fini da 0,3 a 1 micron di dimensione.

Alcuni esempi di particelle fini inferiori a 1 micron (a volte chiamate PM1) includono:⁴

• processi di combustione industriale in fabbriche e centrali elettriche
• fumo di legna da incendi boschivi o riscaldamento domestico
• fumo di tabacco da sigarette o sigari uso
• metalli pesanti aerodispersi derivanti dalla combustione di carbone e altre fonti di energia, come rame, cromo e ferro
• ioni inorganici idrosolubili (WSI) che reagiscono chimicamente con le particelle aerodisperse, inclusi solfato (SO4), nitrato (NO3) e ammonio (NH4)
• reazioni chimiche atmosferiche del particolato con sostanze chimiche aerodisperse, come ossidi di azoto e diossido di zolfo
• una varietà di batteri e virus aerosolizzati, inclusi alcuni aerosol di COVID-19

I filtri classificati MERV 12-16 catturano:

• 35-95% delle particelle da 0,3 a 1 micron
• 65-95% delle particelle da 1 a 3 micron
• 85-95% delle particelle grossolane da 3 a 10 micron

I filtri MERV 13 catturano circa il 35-50% delle particelle fini più piccole di 1 micron. I filtri MERV 16 possono catturare fino al 95% delle particelle da 10 micron fino a 0,3 micron, ma possono essere difficili da utilizzare in molti sistemi HVAC senza aggiornamenti.

MERV 17-20: Misurati secondo gli standard ISO

Oltre il MERV 16, la norma ISO 16890 è lo standard preferito per valutare adeguatamente le prestazioni di un filtro ad alta efficienza.⁵

Sebbene i filtri MERV 16 possano essere adattati ai sistemi HVAC standard per cali di pressione specificati in modo pratico, i filtri classificati MERV 17-20 richiedono un alto grado di ingegneria meccanica e fabbricazione per essere incorporati in un sistema HVAC. Questo li rende in gran parte impraticabili per l'uso in molti sistemi HVAC commerciali.

La norma ISO 16890 tiene conto di questo con specifiche estese per l'efficienza di filtrazione che possono includere sistemi più robusti, tra cui:⁶

• un sistema di classificazione semplificato per PM10, PM2.5 e PM1, tenendo conto sia delle efficienze medie che minime
• utilizza una polvere più fine per i test rispetto a quella usata nel sistema di valutazione MERV, che tiene conto di una vasta gamma di condizioni che i filtri affrontano sul campo
• procedure avanzate per scaricare i filtri per garantire un'elevata precisione delle misurazioni di filtrazione
• considera la distribuzione dell'inquinamento da particelle in ambiente urbano rispetto a quello rurale, poiché le particelle più piccole tendono ad essere più comuni nelle aree urbane

La tecnologia NanoMax filtra le particelle ultrafini (UFP)

Le particelle ultrafini (UFP) sono le più piccole particelle aerodisperse esistenti, con dimensioni che vanno da 0,1 micron fino a 0,003 micron. Si trovano anche tipicamente in concentrazioni molto più elevate (in numero di particelle) nell'aria rispetto a PM10, PM2.5 e PM1, e provengono comunemente da:⁷

• fuliggine diesel
• scarichi dei veicoli
• fumo da incendi boschivi e fumo di sigaretta
• emissioni industriali

I sistemi di classificazione MERV e ISO per i filtri dell'aria non testano le UFP in questo intervallo. Tuttavia, i filtri NanoMax sono stati testati per filtrare almeno il 90% delle UFP.⁸

Le dimensioni ridotte delle UFP permettono loro di entrare nei polmoni e attraversare il flusso sanguigno tramite gli alveoli, causando infiammazione e danni ai tessuti polmonari così come l'accumulo di placca arteriosa che può portare a malattie cardiache.

Le UFP possono anche entrare nel cervello dal flusso sanguigno attraverso la barriera ematoencefalica.⁹ Di conseguenza, l'esposizione a lungo termine alle UFP può anche causare:

• tumori cerebrali
• perdita di memoria
• confusione
• declino cognitivo
• disabilità permanenti di apprendimento nei bambini e nei giovani adulti
• demenza
• Alzheimer

Molte sostanze infettive trasportate dall’aria rientrano anche nella categoria delle UFP. Ad esempio, i virioni di coronavirus SARS-CoV-2 (responsabile della sindrome respiratoria acuta grave da coronavirus 2) responsabili delle infezioni da COVID-19 hanno un diametro compreso tra 0,05 e 0,13 micron.^10,11

Queste particelle provengono da aerosol respiratori che si diffondono attraverso la respirazione, il parlare, il sussurrare, il ridere e il cantare, entrando nel tratto respiratorio tramite le mucose delle vie aeree e causando spesso il COVID-19. Gli aerosol di coronavirus SARS-CoV-2 possono rimanere sospesi nell’aria per ore in assenza di filtrazione o ventilazione.

Anche la filtrazione MERV 13, che ha un’efficienza del 35-45% per le UFP, è sostanzialmente meno efficiente rispetto alla tecnologia NanoMax.

MERV 13 vs. tecnologia NanoMax

I filtri MERV 13 hanno alcuni vantaggi chiave che li rendono utili per una vasta gamma di applicazioni:

• prodotto ampiamente disponibile fornito da molti fornitori
• molto familiare alla maggior parte dei professionisti di strutture e HVAC, può essere installato e mantenuto con una curva di apprendimento minima
• disponibile in dimensioni da 1 pollice che si adattano alla maggior parte dei sistemi HVAC

Tuttavia, i filtri MERV 13 presentano anche diversi svantaggi importanti:

• bassa efficienza di filtrazione ≤ 50% per le particelle più piccole e pericolose come UFP e virus
• elevate perdite di pressione che possono aumentare la resistenza dell’aria, usurare i componenti HVAC e ridurre l’efficienza man mano che il materiale filtrante si carica di particelle
• necessità di un funzionamento più lungo e maggiore ventilazione d’aria esterna per disperdere le concentrazioni di particelle sospese aprendo finestre o porte, riducendo l’efficienza energetica dell’edificio
• intervalli di sostituzione dei filtri frequenti (di solito ogni 3 mesi) che comportano costi di manutenzione elevati nel tempo

I filtri NanoMax offrono diversi vantaggi rispetto alla filtrazione MERV 13, tra cui:

• efficienza molto superiore rispetto a MERV 13 per tutte le gamme di particelle – fino al 100% per particelle grossolane (3-10 micron), 99% per 1-3 micron e 96% per 0,3-1 micron
• testati per filtrare le UFP con un’efficienza fino al 90%, mentre i filtri MERV 13 non sono testati per le UFP
• raggiunge perdite di pressione relativamente basse nonostante l’alta efficienza (normalmente associate a perdite di pressione proibitive)
• più efficienti dal punto di vista energetico – non richiedono un funzionamento HVAC prolungato o una ventilazione meccanica superiore a quanto richiesto dal codice edilizio
• intervalli di sostituzione dei filtri ridotti, poiché i filtri possono essere sostituiti circa una volta ogni 12 mesi

Alcuni svantaggi dei filtri NanoMax includono:

• disponibili solo come filtri da 2 pollici che possono richiedere l’aggiornamento del telaio del filtro del sistema HVAC prima dell’installazione
• richiede installazione da parte di esperti che i professionisti HVAC o delle strutture potrebbero non essere in grado di fornire
• costo iniziale più elevato (circa 100$ per filtro) rispetto ai filtri MERV 13 (10-40$ ciascuno)
• tipo di filtro ad alta richiesta non ampiamente disponibile

Efficienza di filtrazione

I filtri MERV 13 diventano progressivamente meno efficaci man mano che le particelle si fanno più piccole, filtrando appena il 35% delle particelle ultrafini sospese nell'aria. NanoMax filtra tipicamente tra il 96% e il 100% di tutte le particelle che vanno da 10 micron fino a 0,3 micron e anche più piccole.

Ecco un confronto diretto su quanto bene i filtri MERV 13 e NanoMax riescono a catturare questi diversi tipi di inquinanti presenti nell'aria.

I filtri MERV 13 filtrano dal 35 al 45% delle particelle più piccole, inclusi batteri e virus trasportati dall’aria che rappresentano le principali preoccupazioni in aule scolastiche e spazi di lavoro condivisi.

Con MERV 13, oltre la metà degli inquinanti presenti nell'aria nello spazio può rimanere non filtrata, esponendo gli occupanti a contaminanti pericolosi. Inoltre, i filtri HVAC spesso permettono fino al 30% dell’aria di passare attorno al filtro attraverso i bordi non sigillati, il che significa che ancora meno aria passa effettivamente attraverso il materiale filtrante. L’efficienza dei filtri MERV 13 diminuisce anche drasticamente nel tempo, con efficienze talvolta anche inferiori al 35% man mano che il mezzo filtrante si carica di particolato.

I filtri aria NanoMax HVAC superano i filtri MERV 13 e anche MERV 16 per particelle fini e ultrafini come PM2.5 e virus, con efficienze di filtrazione fino al 96% fino a 0,3 micron e il 90% delle UFP. Questo è ottenuto grazie a una combinazione di:

• fino a 60 piedi quadrati di superficie di materiale filtrante
• design a fisarmonica che massimizzano il flusso d’aria anche quando i filtri si caricano di particolato
• design avanzato del materiale in microfibra (AMF) che utilizza fibre 10 volte più sottili rispetto a quelle comunemente usate nei filtri aria HVAC standard
• protezione contro le perdite WedgeSeal che assicura che nessuna aria inquinata passi attorno al filtro, garantendo che tutta l’aria che attraversa il sistema HVAC sia filtrata

Perdita di pressione

L'elevata caduta di pressione associata ai filtri MERV 13 costringe i motori HVAC a lavorare di più per spingere l'aria attraverso il materiale filtrante MERV 13, denso e altamente resistente.

Le cadute di pressione iniziali dei filtri MERV 13 variano da 0,25 a 0,5 in H₂O (62-124 Pa) e di solito devono essere sostituiti prima di raggiungere 1,0 in H₂O (249 Pa). Queste cadute di pressione possono anche richiedere aggiornamenti del sistema HVAC, come:

• aumento delle dimensioni dei condotti dell'aria per consentire al sistema HVAC di operare a portate d'aria superiori
• motore potenziato per gestire l'aumento della pressione nel sistema HVAC

I filtri NanoMax raggiungono cadute di pressione basse paragonabili a quelle dei filtri MERV 8, pur garantendo efficienze di filtrazione superiori rispetto ai tipici filtri MERV 16.

In media, i filtri NanoMax hanno cadute di pressione iniziali fino a 0,38 in H₂O (95 Pa) quando installati per la prima volta e possono raggiungere cadute di pressione di 1,0 in H₂O (249 Pa) prima di dover essere sostituiti, perdendo pochissima efficienza di filtrazione.

Questa bassa caduta di pressione spesso consente l'uso dei filtri NanoMax anche nei sistemi HVAC compatibili con MERV 8. Questo può rendere NanoMax più facile da integrare nei sistemi HVAC dove i filtri aria ad alte prestazioni potrebbero altrimenti richiedere costosi aggiornamenti o subire usura o danni dovuti alle elevate cadute di pressione.

Le pieghe del filtro NanoMax sono anche disposte in modo che l'aria possa continuare a passare senza grandi restrizioni anche quando il materiale filtrante si carica di particelle nel tempo, contribuendo a mantenere una bassa caduta di pressione (vedi Figura 2 per un dettaglio ravvicinato).

Figura 2: dettaglio ravvicinato delle pieghe dei filtri NanoMax e MERV 13. Questa è una superficie quadrata comparabile di 5" x 2,75" (pollici).

Ventilazione

I filtri MERV 13 in genere rimuovono meno del 50% delle particelle sospese più piccole, comprese tra 0,3 e 1 micron. Ciò significa che spesso devono essere utilizzati insieme alla ventilazione con aria esterna, aprendo porte e finestre, per ridurre significativamente la concentrazione di contaminanti aerodispersi.

L'uso della ventilazione con aria esterna insieme alla filtrazione dell'aria MERV 13 presenta diversi svantaggi principali:

• aumento dell'inquinamento interno dovuto all'aria esterna: aprire porte e finestre può introdurre l'inquinamento dell'aria esterna negli spazi interni
• esposizione degli occupanti alle temperature esterne: in gran parte del mondo, le temperature possono raggiungere estremi che rendono la ventilazione esterna impraticabile
• riduzione dell'efficienza energetica: a causa della minore efficienza di filtrazione, i sistemi HVAC con filtrazione MERV 13 richiedono più ventilazione meccanica, gravando fortemente sui sistemi HVAC e generando emissioni di carbonio dovute all'uso di energia elettrica

I filtri NanoMax aiutano a ridurre la necessità di ventilazione con aria esterna nei seguenti modi:

• Le strutture devono soddisfare i requisiti normativi per la ventilazione meccanica. Tuttavia, non è necessaria una ventilazione meccanica aggiuntiva con i filtri dell’aria NanoMax. I filtri NanoMax catturano una quantità significativa delle particelle più piccole e pericolose.
• I sistemi HVAC con filtri NanoMax richiedono il funzionamento solo quando lo spazio interno è occupato grazie alle elevate efficienze di filtrazione associate a NanoMax.
• Il funzionamento ridotto e la ventilazione con aria esterna consentono di risparmiare energia e prolungano la vita utile del filtro. Ciò riduce l’impatto ambientale del funzionamento HVAC grazie a un utilizzo ridotto e contribuisce a diminuire i costi di sostituzione e manutenzione dei filtri.

Sostituzione del filtro

I produttori di filtri dell’aria MERV 13 solitamente suggeriscono la sostituzione ogni 3 mesi. Di conseguenza, sostituire i filtri MERV 13 in un’intera scuola o edificio per uffici può diventare proibitivamente dispendioso in termini di tempo e costi.

I filtri dell’aria NanoMax devono essere sostituiti in media circa una volta ogni 12 mesi, contenendo circa 60 piedi quadrati di materiale filtrante. Questo consente di risparmiare tempo che altrimenti verrebbe impiegato in procedure di installazione estese e riduce i costi elevati associati alla sostituzione frequente dei filtri in tutti i tipi di edifici.

Consulta la tabella sottostante per un’illustrazione delle sostituzioni stimate dei filtri, dei costi annuali di manutenzione e dei costi dei filtri per una struttura che utilizza, ad esempio, 50 filtri.