MERV 13 vs. tecnologia de filtração NanoMax

Estabelecido pela Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE), o sistema Minimum Efficiency Reporting Value (MERV) é uma forma comum de avaliar a eficácia dos filtros de ar na captura de partículas transportadas pelo ar.

As classificações MERV tornaram-se centrais na discussão sobre como tornar espaços públicos compartilhados como escolas e escritórios mais seguros para estudantes, funcionários e outros contra poluentes perigosos do ar interno e infecções transmitidas pelo ar.

A ASHRAE recomenda o MERV 13 como o mínimo para ajudar a mitigar a transmissão de aerossóis infecciosos. Há evidências que mostram que o MERV 13 não consegue filtrar partículas infecciosas perigosas o suficiente, incluindo vírus e outras partículas ultrafinas.

A tecnologia de filtração NanoMax é uma alternativa muito mais eficiente ao MERV 13 para a implementação de filtragem integrada de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). O NanoMax supera até mesmo filtros de ar MERV 16 em termos de eficiência de filtração, mas com quedas de pressão baixas comparáveis aos filtros MERV 8, tornando o NanoMax compatível com muitos sistemas HVAC. Além disso, o NanoMax oferece muitos outros benefícios, como maior eficiência energética e intervalos reduzidos de substituição do filtro.

Como funcionam as classificações MERV

O sistema MERV classifica os filtros de ar em uma escala de 1 a 20 de acordo com sua capacidade de capturar partículas poluentes do ar.¹ Quanto maior a classificação MERV, maior a eficiência de filtração.

O padrão ASHRAE MERV avalia a eficiência de filtração para três faixas distintas de tamanho de poluentes do ar. Cada classificação MERV implica a eficiência total de um filtro em capturar partículas que se enquadram em cada faixa de tamanho.

Um filtro recebe então uma classificação MERV de 1 a 20 com base na eficiência total desse filtro em filtrar essas partículas transportadas pelo ar (veja a Figura 1 para as eficiências de filtração dos filtros MERV de 1 a 16).

Figura 1: Tabela de eficiência de classificação MERV para três categorias de tamanho de partículas – Norma ASHRAE 52.2-2017.

Cada classificação MERV também está associada a uma queda de pressão. Isso se refere à mudança na pressão do ar que ocorre quando o ar passa por um filtro para o outro lado do duto, medida em polegadas de coluna de água (in H₂O) ou pascals (Pa).

A queda de pressão é usada para avaliar o quanto o fluxo de ar é restringido à medida que o ar passa pelo filtro. Filtros de ar MERV 13 podem introduzir alta resistência ao ar em sistemas HVAC, o que os torna inadequados para uso em muitos sistemas HVAC.

Filtros de ar NanoMax superam os filtros MERV 16 em termos de eficiência de filtragem e atingem quedas de pressão semelhantes às dos filtros MERV 8. Isso significa que um sistema HVAC compatível com MERV 8 também será compatível com NanoMax, garantindo baixa queda de pressão juntamente com alto desempenho de filtragem.

O tamanho da partícula é fundamental para entender o quão perigosa uma partícula pode ser – quanto menor a partícula, mais perigosa ela pode ser.^2,3 Classificações MERV mais altas proporcionam proteção cada vez melhor contra partículas pequenas.

Clique aqui para ver por que o tamanho da partícula importa...

MERV 1-7: Captura partículas grossas de 3-10 micrômetros

Partículas grossas são as partículas suspensas no ar menos perigosas. As partículas nessa faixa às vezes são chamadas de PM10 (material particulado com tamanho de diâmetro de 10 micrômetros ou menos) porque são menores que 10 micrômetros de diâmetro.

Exemplos comuns de partículas grossas incluem:

• pólen de árvores, plantas e gramíneas que podem desencadear alergias e asma
• poeira composta de solo, areia e células mortas da pele
• esporos de mofo liberados por mofos tóxicos para reprodução
• caspa de animais eliminados por gatos, cães, roedores e outros animais domésticos que podem carregar proteínas alergênicas provenientes da urina e saliva
• partículas liberadas por antitranspirantes sólidos e outros produtos de higiene doméstica

Filtros classificados como MERV 1-7 são projetados principalmente para capturar partículas grosseiras. Filtros classificados como MERV 1-4 capturam menos de 20% das partículas grosseiras, enquanto filtros classificados como 5-7 capturam 20-50% dessas partículas.

MERV 8-11: Captura partículas grosseiras e finas de 1 a 10 micrômetros

Filtros classificados como MERV 8-11 podem capturar partículas grosseiras de 3 a 10 micrômetros, assim como partículas finas de 1 a 3 micrômetros, com baixas quedas de pressão que a maioria dos sistemas HVAC consegue suportar sem problemas.

Esta categoria de partículas finas inclui PM2.5 – material particulado em suspensão menor que 2,5 micrômetros de diâmetro, considerado especialmente perigoso.

Partículas grosseiras e finas nesta faixa geralmente vêm das seguintes fontes:

• poeira doméstica composta por fibras de roupas, bactérias, microplásticos e outras partículas microscópicas em suspensão
• fezes e pele descamada de insetos domésticos comuns como ácaros
• poeira fina soprada pelo vento de canteiros de obras, fábricas e indústrias
• poeira de carvão ou óleo liberada ao serem queimados como combustível
• partículas da combustão de motores de veículos e escapamento

Filtros classificados como MERV 8-11 capturam aproximadamente 70-85% das partículas grosseiras e 20-50% das partículas finas de 1-3 micrômetros. Filtros MERV 11 também podem capturar cerca de 20% das partículas menores que 1 micrômetro.

MERV 12-16: Captura partículas grosseiras e finas de 0,3 a 10 micrômetros

Filtros classificados como MERV 12 e superiores podem filtrar partículas finas de 0,3 a 1 micrômetro de tamanho.

Alguns exemplos de partículas finas menores que 1 micrômetro (às vezes chamadas de PM1) incluem:⁴

• processos de combustão industrial em fábricas e usinas
• fumaça de madeira proveniente de incêndios florestais ou aquecimento interno
• fumaça de tabaco proveniente de cigarros ou charuto
• metais pesados aerotransportados provenientes da combustão de carvão e outras fontes de energia, como cobre, cromo e ferro
• íons inorgânicos solúveis em água (WSIs) que reagem quimicamente com partículas no ar, incluindo sulfato (SO4), nitrato (NO3) e amônio (NH4)
• reações químicas atmosféricas de material particulado com substâncias químicas aerotransportadas, como óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre
• uma variedade de bactérias e vírus aerossolizados, incluindo alguns aerossóis de COVID-19

Filtros classificados como MERV 12-16 capturam:

• 35-95% das partículas de 0,3 a 1 micrômetro
• 65-95% das partículas de 1-3 micrômetros
• 85-95% das partículas grossas de 3-10 micrômetros

Filtros MERV 13 capturam cerca de 35-50% das partículas finas menores que 1 micrômetro. Filtros MERV 16 podem capturar até 95% das partículas de 10 micrômetros até 0,3 micrômetro, mas podem ser difíceis de usar em muitos sistemas HVAC sem upgrades.

MERV 17-20: Medido por padrões ISO

Além do MERV 16, a ISO 16890 é o padrão preferido para avaliar adequadamente o desempenho de um filtro de alta eficiência.⁵

Enquanto filtros MERV 16 podem ser adaptados em sistemas HVAC padrão para quedas de pressão especificadas de forma prática, filtros classificados como MERV 17-20 envolvem um alto grau de engenharia mecânica e fabricação para serem incorporados em um sistema HVAC. Isso os torna em grande parte inviáveis para uso em muitos sistemas HVAC comerciais.

A ISO 16890 leva isso em consideração com especificações extensas para eficiência de filtração que podem contemplar sistemas mais robustos, incluindo:⁶

• um sistema de classificação simplificado para PM10, PM2.5 e PM1, levando em conta tanto as eficiências médias quanto as mínimas
• usa um pó mais fino para teste do que o utilizado no sistema de classificação MERV, levando em consideração uma grande variedade de condições enfrentadas pelos filtros no campo
• procedimentos avançados para descarregar filtros para garantir alta precisão nas medições de filtração
• considera distribuições de poluição por partículas urbanas vs. rurais, já que partículas menores tendem a ser mais comuns em áreas urbanas

A tecnologia NanoMax filtra partículas ultrafinas (UFPs)

Partículas ultrafinas (UFPs) são as menores partículas aerotransportadas existentes, variando em tamanho de 0,1 micrômetro até 0,003 micrômetro. Elas também são normalmente encontradas em concentrações muito mais altas (em contagem de partículas) no ar do que PM10, PM2.5 e PM1, sendo comumente originadas de:⁷

• fuligem de diesel
• emissão de veículos
• fumaça de incêndios florestais e fumo
• emissões industriais

Os sistemas de classificação MERV e ISO para filtros de ar não testam UFPs nessa faixa. No entanto, filtros NanoMax foram testados para filtrar pelo menos 90% das UFPs.⁸

O tamanho minúsculo das UFPs permite que entrem nos pulmões e atravessem para a corrente sanguínea através dos alvéolos, resultando em inflamação e danos ao tecido pulmonar, bem como no acúmulo de placas arteriais que podem levar a doenças cardíacas.

As UFPs também podem entrar no cérebro a partir da corrente sanguínea através da barreira hematoencefálica.⁹ Como resultado, a exposição prolongada às UFPs também pode causar:

• tumores cerebrais
• perda de memória
• confusão
• declínio cognitivo
• deficiências permanentes de aprendizagem em crianças e jovens adultos
• demência
• Alzheimer

Muita matéria infecciosa transportada pelo ar também se enquadra na categoria de UFPs. Por exemplo, os vírions do coronavírus SARS-CoV-2 (síndrome respiratória aguda grave coronavírus 2) responsáveis pelas infecções de COVID-19 variam de 0,05 a 0,13 microns de diâmetro.^10,11

Essas partículas vêm de aerossóis respiratórios que se espalham ao respirar, falar, sussurrar, rir e cantar, entrando no trato respiratório através das membranas mucosas das vias aéreas e muitas vezes causando COVID-19. Os aerossóis do coronavírus SARS-CoV-2 podem permanecer suspensos no ar por horas na ausência de filtração ou ventilação.

Mesmo a filtragem MERV 13, que possui eficiências de 35-45% para UFPs, é substancialmente menos eficiente do que a tecnologia NanoMax.

MERV 13 vs. tecnologia NanoMax

Os filtros MERV 13 possuem alguns benefícios importantes que os tornam vantajosos para uma grande variedade de aplicações:

• mercadoria amplamente disponível fornecida por muitos fornecedores
• muito familiar para a maioria dos profissionais de instalações e HVAC, podendo ser instalados e mantidos com uma curva de aprendizado mínima
• disponíveis em tamanhos de 1 polegada que se encaixam na maioria dos sistemas HVAC

No entanto, os filtros MERV 13 também apresentam várias desvantagens importantes:

• baixa eficiência de filtragem de ≤ 50% para as partículas menores e mais perigosas, como UFPs e vírus
• altas quedas de pressão que podem aumentar a resistência do ar, desgastar componentes do HVAC e reduzir a eficiência à medida que o material do filtro se carrega com partículas
• necessidade de operação prolongada e maior ventilação de ar externo para dispersar as concentrações internas de partículas suspensas no ar abrindo janelas ou portas, reduzindo a eficiência energética do edifício
• intervalos frequentes de troca de filtro (geralmente a cada 3 meses) que resultam em manutenção cara ao longo do tempo

Os filtros NanoMax oferecem diversas vantagens em relação à filtragem MERV 13, incluindo:

• eficiência muito maior do que MERV 13 para todas as faixas de partículas – até 100% para partículas grossas (3-10 microns), 99% para 1-3 microns e 96% para 0,3-1 micron
• testados para filtrar UFPs com até 90% de eficiência, enquanto os filtros MERV 13 não são testados para UFPs
• atinge quedas de pressão comparativamente baixas apesar da alta eficiência (normalmente associadas a quedas de pressão proibitivamente altas)
• mais eficiente energeticamente – não requer operação prolongada do HVAC ou mais ventilação mecânica do que o exigido pelo código de construção
• intervalos de troca de filtro reduzidos, já que os filtros podem ser trocados aproximadamente uma vez a cada 12 meses

Algumas desvantagens dos filtros NanoMax incluem:

• disponíveis apenas como filtros de 2 polegadas, podendo exigir upgrades na estrutura do filtro do sistema HVAC antes da instalação
• requer instalação especializada que profissionais de HVAC ou de instalações podem não ser capazes de fornecer
• custo inicial mais alto (aprox. R$ 500 por filtro) do que filtros MERV 13 (R$ 50-200 cada)
• tipo de filtro de alta demanda não amplamente disponível

Eficiência de filtração

Os filtros MERV 13 tornam-se cada vez menos eficazes à medida que as partículas ficam menores, filtrando apenas 35% das partículas ultrafinas presentes no ar. O NanoMax normalmente filtra entre 96% e 100% de todas as partículas, desde 10 micrômetros até 0,3 micrômetros e menores.

Aqui está uma comparação lado a lado de como os filtros MERV 13 e NanoMax conseguem capturar esses diferentes tipos de poluentes transportados pelo ar.

Filtros MERV 13 filtram 35-45% das menores partículas, incluindo bactérias e vírus transportados pelo ar, que são as maiores preocupações em salas de aula e ambientes de trabalho compartilhados.

Com MERV 13, mais da metade dos contaminantes presentes no ar do ambiente pode ficar sem filtração, expondo os ocupantes a perigosos poluentes transportados pelo ar. Além disso, filtros de HVAC frequentemente permitem que até 30% do ar escape pelas bordas não vedadas, o que significa que ainda menos ar realmente passa pelo material filtrante. A eficiência do filtro MERV 13 também cai drasticamente ao longo do tempo, com eficiências às vezes até menores que 35% à medida que o meio filtrante se carrega com partículas.

Os filtros de ar NanoMax para HVAC superam os filtros MERV 13 e até mesmo MERV 16 para partículas finas e ultrafinas como PM2.5 e vírus, com eficiências de filtração de até 96% para partículas de 0,3 micrômetros e 90% das UFPs. Isso é alcançado por meio de uma combinação de:

• até 5,5 metros quadrados de área superficial de material filtrante
• designs de filtro plissado que maximizam o fluxo de ar mesmo quando os filtros estão carregados de partículas
• design avançado de material de microfibras (AMF) que utiliza fibras 10 vezes mais finas do que as usadas em filtros de ar HVAC padrão
• proteção contra vazamento WedgeSeal que garante que nenhum ar poluído passe ao redor do filtro, assegurando que todo o ar que passa pelo sistema HVAC seja filtrado

Queda de Pressão

A grande queda de pressão associada aos filtros MERV 13 faz com que os motores de HVAC trabalhem mais para empurrar o ar através do material de filtração MERV 13, que é denso e altamente resistente.

As quedas de pressão iniciais dos filtros MERV 13 variam de 0,25 a 0,5 pol H₂O (62 a 124 Pa), e normalmente precisam ser substituídos antes de atingir 1,0 pol H₂O (249 Pa). Essas quedas de pressão também podem exigir atualizações no sistema HVAC, como:

• aumento do tamanho do duto de ar para permitir que o sistema HVAC opere com fluxos de ar mais altos
• atualização do motor para acomodar o aumento da pressão no sistema HVAC

Os filtros NanoMax alcançam quedas de pressão baixas comparáveis aos filtros MERV 8, enquanto ainda apresentam eficiências de filtração superiores aos filtros MERV 16 típicos.

Em média, os filtros NanoMax apresentam quedas de pressão iniciais tão baixas quanto 0,38 pol H₂O (95 Pa) quando recém-instalados e podem atingir quedas de pressão de 1,0 pol H₂O (249 Pa) antes de precisarem ser substituídos, com perda mínima de eficiência de filtração.

Essa baixa queda de pressão frequentemente permite que os filtros NanoMax sejam usados mesmo em sistemas HVAC compatíveis com MERV 8. Isso pode tornar o NanoMax mais fácil de integrar em sistemas HVAC onde filtros de ar de alto desempenho normalmente exigiriam atualizações caras ou causariam desgaste ou danos devido a altas quedas de pressão.

As dobras dos filtros NanoMax também são organizadas para que o ar continue passando em grande parte sem restrição, mesmo à medida que o material de filtração acumula partículas ao longo do tempo, ajudando a manter uma baixa queda de pressão (veja a Figura 2 para um close).

Figura 2: close das dobras dos filtros NanoMax e MERV 13. Esta é uma área quadrada comparável de 5" x 2,75" (polegadas).

Ventilação

Filtros MERV 13 normalmente removem menos de 50% das menores partículas em suspensão, variando de 0,3 a 1 mícron. Isso significa que eles frequentemente precisam ser usados em conjunto com ventilação de ar externo, feita por meio da abertura de portas e janelas, para reduzir significativamente a concentração de contaminantes no ar.

O uso de ventilação de ar externo junto com a filtração de ar MERV 13 apresenta várias desvantagens importantes:

• aumento da poluição interna pelo ar externo: abrir portas e janelas pode introduzir poluição do ar externo nos ambientes internos
• exposição dos ocupantes às temperaturas externas: em grande parte do mundo, as temperaturas podem atingir extremos que tornam a ventilação externa inviável
• redução da eficiência energética: devido à menor eficiência de filtração, sistemas HVAC com filtração MERV 13 exigem mais ventilação mecânica, sobrecarregando os sistemas HVAC e gerando emissões de carbono pelo consumo de energia

Os filtros NanoMax ajudam a reduzir a necessidade de ventilação de ar externo das seguintes formas:

• As instalações precisam atender aos requisitos do código de construção para ventilação mecânica. No entanto, ventilação mecânica adicional não é necessária com os filtros de ar NanoMax. Os filtros NanoMax capturam uma quantidade significativa das menores e mais perigosas partículas.
• Sistemas HVAC com filtros NanoMax só precisam operar quando o ambiente interno está ocupado devido às altas eficiências de filtragem associadas ao NanoMax.
• A operação reduzida e a ventilação de ar externo economizam energia e prolongam a vida útil do filtro. Isso reduz os impactos ambientais da operação do HVAC devido ao uso reduzido e ajuda a diminuir o custo de substituição e manutenção dos filtros.

Troca do Filtro

Os fabricantes de filtros de ar MERV 13 normalmente sugerem a substituição do filtro a cada 3 meses. Como resultado, substituir filtros de ar MERV 13 em toda uma escola ou prédio de escritórios pode se tornar uma tarefa excessivamente demorada e cara.

Os filtros de ar NanoMax precisam ser substituídos em média uma vez a cada 12 meses, contendo cerca de 60 pés quadrados de mídia filtrante. Isso economiza o tempo que seria gasto em procedimentos extensos de instalação e reduz os altos custos associados à troca frequente de filtros em todos os tamanhos de edifícios.

Consulte a tabela abaixo para uma ilustração das estimativas de trocas de filtro, custos anuais de manutenção e custos de filtro para uma instalação que utilize, por exemplo, 50 filtros.