Technologia filtracji MERV 13 vs. NanoMax

Ustanowiony przez Amerykańskie Towarzystwo Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji (ASHRAE), system Minimalnej Wartości Efektywności Filtracji (MERV) jest powszechnie stosowanym skrótem do oceny skuteczności filtrów powietrza w wyłapywaniu unoszących się w powietrzu cząstek.

Oceny MERV stały się kluczowym elementem dyskusji na temat tego, jak uczynić wspólne przestrzenie publiczne, takie jak szkoły i wspólne biura, bezpieczniejszymi dla uczniów, pracowników i innych osób przed niebezpiecznymi zanieczyszczeniami powietrza wewnętrznego i infekcjami przenoszonymi drogą powietrzną.

ASHRAE zaleca MERV 13 jako minimum w celu ograniczenia transmisji zakaźnych aerozoli. Istnieją dowody na to, że MERV 13 nie jest w stanie przefiltrować wystarczającej ilości niebezpiecznych zakaźnych zanieczyszczeń powietrza, w tym wirusów i innych ultradrobnych cząstek.

Technologia filtracji NanoMax jest znacznie wydajniejszą alternatywą dla MERV 13 w zakresie wdrażania zintegrowanych systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC). NanoMax przewyższa nawet filtry powietrza MERV 16 pod względem skuteczności filtracji, przy jednocześnie niskim spadku ciśnienia porównywalnym do filtrów MERV 8, dzięki czemu NanoMax jest kompatybilny z wieloma systemami HVAC. Dodatkowo, NanoMax oferuje wiele innych korzyści, takich jak zwiększona efektywność energetyczna i rzadsza wymiana filtrów.

Jak działają oceny MERV

System MERV ocenia filtry powietrza w skali od 1 do 20 pod względem ich zdolności do wyłapywania unoszących się w powietrzu cząstek zanieczyszczeń.¹ Im wyższy wskaźnik MERV, tym wyższa skuteczność filtracji.

Standard ASHRAE MERV ocenia skuteczność filtracji dla trzech różnych przedziałów wielkości cząstek zanieczyszczeń powietrza. Każda ocena MERV oznacza całkowitą skuteczność filtra w wyłapywaniu cząstek z każdej z tych kategorii wielkości.

Filtr otrzymuje następnie ocenę MERV od 1 do 20 w oparciu o jego całkowitą skuteczność w filtrowaniu tych unoszących się w powietrzu cząstek (zobacz Rysunek 1, aby poznać skuteczność filtracji filtrów MERV od 1 do 16).

Rysunek 1: Tabela wydajności MERV dla trzech kategorii rozmiarów cząstek – norma ASHRAE 52.2-2017.

Każda klasa MERV jest również powiązana ze spadkiem ciśnienia. Odnosi się to do zmiany ciśnienia powietrza, która następuje, gdy powietrze przechodzi przez filtr na drugą stronę kanału, mierzonej w calach słupa wody (in H₂O) lub paskalach (Pa).

Spadek ciśnienia służy do oceny, jak bardzo przepływ powietrza jest ograniczany podczas przechodzenia przez filtr. Filtry powietrza MERV 13 mogą wprowadzać wysoką oporność powietrza do systemów HVAC, co czyni je nieodpowiednimi do wielu systemów HVAC.

Filtry powietrza NanoMax przewyższają filtry MERV 16 pod względem skuteczności filtracji i osiągają spadki ciśnienia podobne do filtrów MERV 8. Oznacza to, że system HVAC kompatybilny z MERV 8 będzie również kompatybilny z NanoMax, zapewniając niski spadek ciśnienia przy wysokiej wydajności filtracji.

Rozmiar cząstek jest kluczowy dla zrozumienia, jak niebezpieczna jest dana cząstka – im mniejsza cząstka, tym bardziej może być niebezpieczna.^2,3 Wyższe klasy MERV zapewniają coraz lepszą ochronę przed małymi cząstkami.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się, dlaczego rozmiar cząstek ma znaczenie...

MERV 1-7: Wychwytuje grube cząstki od 3 do 10 mikrometrów

Grube cząstki są najmniej niebezpiecznymi cząstkami unoszącymi się w powietrzu. Cząstki w tym zakresie nazywane są czasami PM10 (pył zawieszony o średnicy 10 mikrometrów lub mniejszej), ponieważ są mniejsze niż 10 mikrometrów średnicy.

Typowe przykłady grubych cząstek to:

• pyłki z drzew, roślin i traw, które mogą wywoływać alergie i astmę
• kurz składający się z gleby, piasku i martwych komórek skóry
• zarodniki pleśni uwalniane przez toksyczne pleśnie do rozmnażania
• sierść zwierząt sierść zrzucana przez koty, psy, gryzonie i inne zwierzęta domowe, które mogą przenosić alergizujące białka z moczu i śliny
• cząstki uwalniane przez stałe antyperspiranty oraz inne domowe produkty higieniczne

Filtry o klasie MERV 1-7 są przeznaczone głównie do wychwytywania grubych cząstek. Filtry o klasie MERV 1-4 wychwytują mniej niż 20% grubych cząstek, natomiast filtry o klasie 5-7 wychwytują 20-50% tych cząstek.

MERV 8-11: Wychwytuje cząstki grube i drobne od 1 do 10 mikronów

Filtry o klasie MERV 8-11 mogą wychwytywać grube cząstki o wielkości od 3 do 10 mikronów oraz drobne cząstki od 1 do 3 mikronów, przy niskich spadkach ciśnienia, które większość systemów HVAC obsłuży bez problemu.

Do tej kategorii drobnych cząstek należy PM2.5 – unoszące się w powietrzu cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrona, uważane za szczególnie niebezpieczne.

Grube i drobne cząstki w tym zakresie pochodzą najczęściej z następujących źródeł:

• kurz domowy składający się z włókien odzieży, bakterii, mikroplastików i innych mikroskopijnych cząstek unoszących się w powietrzu
• odchody i zrzucany naskórek od powszechnych domowych owadów, takich jak roztocza
• drobny kurz unoszony przez wiatr z placów budowy, fabryk i zakładów przemysłowych
• pył węglowy lub olejowy uwalniany podczas spalania jako paliwo
• cząstki z spalania silników pojazdów i spalin

Filtry o klasie MERV 8-11 wychwytują około 70-85% grubych cząstek oraz 20-50% drobnych cząstek o wielkości 1-3 mikronów. Filtry MERV 11 mogą także wychwytywać około 20% cząstek mniejszych niż 1 mikron.

MERV 12-16: Wychwytuje cząstki grube i drobne od 0,3 do 10 mikronów

Filtry o klasie MERV 12 i wyższej mogą filtrować drobne cząstki o wielkości od 0,3 do 1 mikrona.

Niektóre przykłady drobnych cząstek mniejszych niż 1 mikron (czasem nazywanych PM1) obejmują:⁴

• procesy spalania przemysłowego w fabrykach i elektrowniach
• dym drzewny z pożarów lasów lub ogrzewania domowego
• dym tytoniowy z papierosów lub cygara
• metale ciężkie unoszące się w powietrzu pochodzące ze spalania węgla i innych źródeł energii, takich jak miedź, chrom i żelazo
• nieorganiczne jony rozpuszczalne w wodzie (WSI), które reagują chemicznie z unoszącymi się w powietrzu cząstkami, w tym siarczany (SO4), azotany (NO3) i amon (NH4)
• atmosferyczne reakcje chemiczne pyłów z unoszącymi się w powietrzu substancjami chemicznymi, takimi jak tlenki azotu i dwutlenek siarki
• różnorodne zanieczyszczenia bakteryjne i wirusowe w aerozolu, w tym niektóre aerozole COVID-19

Filtry o klasie MERV 12-16 wychwytują:

• 35-95% cząstek o wielkości 0,3 do 1 mikrona
• 65-95% cząstek o wielkości 1-3 mikronów
• 85-95% grubych cząstek o wielkości 3-10 mikronów

Filtry MERV 13 wychwytują około 35-50% drobnych cząstek mniejszych niż 1 mikron. Filtry MERV 16 mogą wychwytywać do 95% cząstek od 10 mikronów do 0,3 mikrona, ale mogą być trudne do zastosowania w wielu systemach HVAC bez modernizacji.

MERV 17-20: Mierzone według norm ISO

Powyżej MERV 16, ISO 16890 jest preferowaną normą do odpowiedniej oceny wydajności filtra o wysokiej skuteczności.⁵

Podczas gdy filtry MERV 16 mogą być montowane w standardowych systemach HVAC przy praktycznych spadkach ciśnienia, filtry o klasie MERV 17-20 wymagają zaawansowanej inżynierii mechanicznej i produkcji, aby mogły być włączone do systemu HVAC. Czyni to ich zastosowanie w wielu komercyjnych systemach HVAC w dużej mierze niepraktycznym.

ISO 16890 uwzględnia to poprzez szczegółowe specyfikacje dotyczące skuteczności filtracji, które mogą być stosowane do bardziej zaawansowanych systemów, w tym:⁶

• uproszczony system klasyfikacji dla PM10, PM2.5 i PM1, uwzględniający zarówno średnią, jak i minimalną skuteczność
• stosuje drobniejszy pył do testów niż używany w systemie ocen MERV, co pozwala uwzględnić szeroki zakres warunków, z jakimi filtry mają do czynienia w praktyce
• zaawansowane procedury rozładowywania filtrów w celu zapewnienia wysokiej dokładności pomiarów filtracji
• uwzględnia rozkład zanieczyszczeń pyłowych w miastach i na terenach wiejskich, ponieważ mniejsze cząstki są bardziej powszechne w miastach

Technologia NanoMax filtruje ultradrobne cząstki (UFP)

Ultradrobne cząstki (UFP) to najmniejsze unoszące się w powietrzu cząstki, istniejące w zakresie od 0,1 mikrona do 0,003 mikrona. Występują one również zazwyczaj w znacznie większych stężeniach (liczba cząstek) w powietrzu niż PM10, PM2.5 i PM1, a ich źródłem są najczęściej:⁷

• sadzę dieslowską
• spaliny samochodowe
• dym z pożarów lasów i palenia
• emisje przemysłowe

Systemy ocen MERV i ISO dla filtrów powietrza nie testują UFP w tym zakresie. Jednak filtry NanoMax zostały przetestowane pod kątem wychwytywania co najmniej 90% UFP.⁸

Mały rozmiar UFP pozwala im przenikać do płuc i przedostawać się do krwiobiegu przez pęcherzyki płucne, powodując zapalenie i uszkodzenie tkanki płucnej, a także odkładanie się blaszek miażdżycowych, które mogą prowadzić do chorób serca.

UFP mogą również przedostawać się do mózgu z krwiobiegu przez barierę krew-mózg.⁹ W rezultacie długotrwała ekspozycja na UFP może również powodować:

• guzy mózgu
• utratę pamięci
• dezorientację
• pogorszenie funkcji poznawczych
• trwałe trudności w uczeniu się u dzieci i młodych dorosłych
• demencję
• chorobę Alzheimera

Wiele unoszących się w powietrzu czynników zakaźnych również zalicza się do kategorii UFP. Na przykład, wiriony koronawirusa SARS-CoV-2 (wywołującego ciężki ostry zespół oddechowy COVID-19) mają średnicę od 0,05 do 0,13 mikrometra.^10,11

Cząsteczki te pochodzą z aerozoli oddechowych, które rozprzestrzeniają się podczas oddychania, mówienia, szeptania, śmiechu i śpiewu, dostając się do dróg oddechowych przez błony śluzowe i często powodując COVID-19. Aerozole koronawirusa SARS-CoV-2 mogą pozostawać w powietrzu przez wiele godzin w przypadku braku filtracji lub wentylacji.

Nawet filtracja MERV 13, która osiąga wydajność 35-45% dla UFP, jest znacznie mniej skuteczna niż technologia NanoMax.

MERV 13 kontra technologia NanoMax

Filtry MERV 13 mają kilka kluczowych zalet, które sprawiają, że są korzystne w szerokim zakresie zastosowań:

• powszechnie dostępny towar dostarczany przez wielu dostawców
• znane większości specjalistów ds. obiektów i HVAC, mogą być instalowane i obsługiwane przy minimalnej krzywej uczenia się
• dostępne w rozmiarach 1-calowych, które pasują do większości systemów HVAC

Jednak filtry MERV 13 mają również kilka poważnych wad:

• niską skuteczność filtracji ≤ 50% dla najmniejszych i najgroźniejszych cząstek, takich jak UFP i wirusy
• duże spadki ciśnienia, które mogą zwiększać opór powietrza, zużywać komponenty HVAC i obniżać wydajność w miarę zapełniania materiału filtracyjnego cząstkami
• konieczność dłuższej pracy i większej wentylacji powietrzem zewnętrznym, aby rozproszyć stężenia cząstek unoszących się w powietrzu przez otwieranie okien lub drzwi, co obniża efektywność energetyczną budynku
• częsta wymiana filtrów (zwykle co 3 miesiące), co w dłuższym okresie generuje wysokie koszty utrzymania

Filtry NanoMax oferują kilka zalet w porównaniu do filtracji MERV 13, w tym:

• znacznie wyższą skuteczność niż MERV 13 dla wszystkich zakresów cząstek – do 100% dla cząstek grubych (3-10 mikrometrów), 99% dla 1-3 mikrometrów oraz 96% dla 0,3-1 mikrometra
• przetestowane pod kątem filtracji UFP z wydajnością do 90%, podczas gdy filtry MERV 13 nie są testowane pod kątem UFP
• osiągają stosunkowo niskie spadki ciśnienia mimo wysokiej wydajności (zwykle kojarzonej z bardzo wysokimi spadkami ciśnienia)
• bardziej energooszczędne – nie wymagają dłuższej pracy HVAC ani większej wentylacji mechanicznej niż wymaga to kodeks budowlany
• wydłużone okresy między wymianami filtrów, ponieważ filtry można wymieniać około raz na 12 miesięcy

Niektóre wady filtrów NanoMax to między innymi:

• dostępność wyłącznie jako filtry 2-calowe, co może wymagać modernizacji szyn filtracyjnych w systemie HVAC przed instalacją
• wymaga instalacji przez eksperta, której profesjonaliści HVAC lub obsługi technicznej mogą nie być w stanie zapewnić
• wyższy koszt początkowy (ok. 100 USD za filtr) niż filtry MERV 13 (10-40 USD za sztukę)
• filtr typu wysokopopytowego nie jest szeroko dostępny

Skuteczność filtracji

Filtry MERV 13 stają się coraz mniej skuteczne w miarę zmniejszania się cząstek, filtrując zaledwie 35% ultradrobnych cząstek unoszących się w powietrzu. NanoMax zazwyczaj filtruje od 96% do 100% wszystkich cząstek o wielkości od 10 mikronów aż do 0,3 mikrona i mniejszych.

Oto porównanie, jak skutecznie filtry MERV 13 i NanoMax wychwytują różne typy zanieczyszczeń powietrza.

Filtry MERV 13 wychwytują 35-45% najmniejszych cząstek, w tym bakterie i wirusy unoszące się w powietrzu, które stanowią największe zagrożenie w klasach i wspólnych przestrzeniach pracy.

Z MERV 13 ponad połowa zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu może pozostać nieprzefiltrowana, narażając osoby przebywające w środku na niebezpieczne zanieczyszczenia powietrza. Dodatkowo, filtry HVAC często pozwalają na przeciek do 30% powietrza wokół nieuszczelnionych krawędzi, co oznacza, że jeszcze mniej powietrza faktycznie przechodzi przez materiał filtracyjny. Skuteczność filtrów MERV 13 również gwałtownie spada z czasem, a wydajność może być nawet niższa niż 35%, gdy medium filtrujące zostaje zapchane cząstkami.

Filtry powietrza NanoMax HVAC przewyższają filtry MERV 13, a nawet MERV 16 w przypadku drobnych i ultradrobnych cząstek, takich jak PM2.5 i wirusy, z efektywnością filtracji sięgającą 96% dla cząstek do 0,3 mikrona i 90% UFP. Jest to możliwe dzięki połączeniu:

• do 60 stóp kwadratowych powierzchni materiału filtracyjnego
• pofałdowanych konstrukcji filtrów, które maksymalizują przepływ powietrza nawet przy zapychaniu się filtrów cząstkami
• zaawansowanej konstrukcji materiału z mikrowłókien (AMF), wykorzystującej włókna 10 razy cieńsze niż te stosowane w standardowych filtrach powietrza HVAC
• ochrony przed przeciekami WedgeSeal, która zapewnia, że żadne zanieczyszczone powietrze nie omija filtra, gwarantując, że całe powietrze przechodzące przez system HVAC jest filtrowane

Spadek ciśnienia

Wysoki spadek ciśnienia związany z filtrami MERV 13 powoduje, że silniki HVAC muszą pracować ciężej, aby przepchnąć powietrze przez gęsty, wysoce oporny materiał filtracyjny MERV 13.

Początkowe spadki ciśnienia filtrów MERV 13 mieszczą się w zakresie od 0,25 do 0,5 cala H₂O (62 do 124 Pa) i zwykle muszą być wymienione przed osiągnięciem 1,0 cala H₂O (249 Pa). Te spadki ciśnienia mogą również wymagać modernizacji systemu HVAC, takich jak:

• zwiększenie rozmiaru kanałów powietrznych, aby umożliwić systemowi HVAC pracę przy wyższych przepływach powietrza
• modernizacja silnika w celu dostosowania do zwiększonego ciśnienia w systemie HVAC

Filtry NanoMax osiągają niskie spadki ciśnienia porównywalne z filtrami MERV 8, jednocześnie zapewniając wyższą skuteczność filtracji niż typowe filtry MERV 16.

Średnio filtry NanoMax mają początkowe spadki ciśnienia już od 0,38 cala H₂O (95 Pa) po zainstalowaniu i mogą osiągnąć spadki ciśnienia do 1,0 cala H₂O (249 Pa) przed koniecznością wymiany, tracąc przy tym bardzo niewiele skuteczności filtracji.

Tak niski spadek ciśnienia często pozwala na stosowanie filtrów NanoMax nawet w systemach HVAC kompatybilnych z MERV 8. Dzięki temu NanoMax łatwiej zintegrować z systemami HVAC, w których wysokowydajne filtry powietrza mogłyby wymagać kosztownych modernizacji lub powodować zużycie lub uszkodzenia z powodu wysokich spadków ciśnienia.

Fałdy filtra NanoMax są również rozmieszczone w taki sposób, że powietrze może nadal swobodnie przepływać, nawet gdy materiał filtracyjny z czasem gromadzi cząstki, co pomaga utrzymać niski spadek ciśnienia (patrz Rysunek 2, aby zobaczyć zbliżenie).

Rysunek 2: zbliżenie fałd filtra NanoMax i MERV 13. Jest to porównywalny kwadratowy obszar 5" x 2,75" (cale).

Wentylacja

Filtry MERV 13 zazwyczaj usuwają mniej niż 50% najmniejszych cząstek unoszących się w powietrzu o rozmiarach od 0,3 do 1 mikrona. Oznacza to, że często muszą być stosowane razem z wentylacją powietrzem zewnętrznym, uzyskiwaną przez otwieranie drzwi i okien, aby znacząco zmniejszyć stężenie zanieczyszczeń powietrza.

Stosowanie wentylacji powietrzem zewnętrznym wraz z filtracją MERV 13 ma kilka poważnych wad:

• zwiększenie zanieczyszczenia wewnętrznego przez powietrze z zewnątrz: otwieranie drzwi i okien może wprowadzić zanieczyszczenia powietrza z zewnątrz do pomieszczeń
• narażenie użytkowników na temperatury zewnętrzne: w wielu częściach świata temperatury mogą osiągać ekstremalne wartości, które uniemożliwiają wentylację powietrzem zewnętrznym
• obniżenie efektywności energetycznej: ze względu na niższą skuteczność filtracji, systemy HVAC z filtracją MERV 13 wymagają większej wentylacji mechanicznej, co obciąża systemy HVAC i generuje emisję dwutlenku węgla z powodu zużycia energii

Filtry NanoMax pomagają ograniczyć konieczność wentylacji powietrzem zewnętrznym w następujący sposób:

• Obiekty muszą spełniać wymagania przepisów budowlanych dotyczące wentylacji mechanicznej. Jednak dodatkowa wentylacja mechaniczna nie jest wymagana przy filtrach powietrza NanoMax. Filtry NanoMax wychwytują znaczną ilość najmniejszych, najbardziej niebezpiecznych cząstek.
• Systemy HVAC z filtrami NanoMax wymagają pracy tylko wtedy, gdy przestrzeń wewnętrzna jest zajęta ze względu na wysoką skuteczność filtracji związaną z NanoMax.
• Ograniczona praca i wentylacja powietrzem zewnętrznym pozwala zaoszczędzić energię i wydłuża żywotność filtra. Zmniejsza to wpływ na środowisko wynikający z pracy systemów HVAC dzięki mniejszemu zużyciu oraz pomaga obniżyć koszty wymiany i konserwacji filtrów.

Wymiana filtra

Producenci filtrów powietrza MERV 13 zazwyczaj zalecają wymianę filtra co 3 miesiące. W rezultacie wymiana filtrów MERV 13 w całej szkole lub budynku biurowym może stać się wyjątkowo czasochłonna i kosztowna.

Filtry powietrza NanoMax należy wymieniać średnio raz na 12 miesięcy, a jeden filtr zawiera około 60 stóp kwadratowych materiału filtracyjnego. Pozwala to zaoszczędzić czas, który normalnie byłby poświęcony na skomplikowane procedury instalacyjne oraz obniża wysokie koszty związane z częstą wymianą filtrów we wszystkich rozmiarach obiektów.

Zapoznaj się z poniższą tabelą, aby zobaczyć szacowaną liczbę wymian filtrów, roczne koszty konserwacji i koszty filtrów dla obiektu wykorzystującego na przykład 50 filtrów.