ASHRAE 52 – Parte 1

L’ASHRAE (Società americana degli ingegneri del settore riscaldamento, refrigerazione e condizionamento dell’aria) pubblica due differenti standard che forniscono agli utilizzatori di valutare le prestazioni dei filtri applicati in questo settore.
Lo Standard 52.1-1992 fornisce tre importanti criteri di valutazione riferiti alle polveri: l’efficienza puntuale (“dust spot efficiency”), l’arrestanza e la capacità di carico.
Lo Standard 52.2-1999 fornisce l’efficienza iniziale del filtro in funzione delle dimensioni delle particelle e un valore numerico che permette di specificare l’efficienza minima testata (MERV).
Entrambi gli standard forniscono altresì un altro importante parametro: il valore iniziale di resistenza al flusso.

Introduzione
Nell’era dei filtri metallici, i test sulle prestazioni dei filtri erano effettuati mediante misure gravimetriche con polveri sintetiche in un ampio range dimensionale. Sebbene tali filtri mostravano una efficienza del 50% sulla polvere campione, lo sporcamento nelle aree di controllo era sempre presente, come dimostrato nell’esempio che segue:
– supponiamo che un filtro abbia una efficienza media del 50% in peso, relativamente al campione di polvere sintetica. Supponiamo inoltre che l’efficienza di rimozione per particelle di 5 micron sia il 100% ma che sia lo 0% per particelle di 1 micron;
– una particella di 5 micron ha un peso relativo di 125;
– 125 particelle di 1 micron hanno un peso relativo di 125.
Se 126 particelle (1 da 5 micron e 125 da 1 micron) vengono inviate al filtro, quella da 5 micron viene catturata ma le altre 125 lo attraversano.
Si può dire che questo filtro ha una efficienza di rimozione del 50% in peso tuttavia, se si determina l’efficienza con il metodo del conteggio particellare, la sua efficienza risulterebbe < 1% (1/126 = 0,8%).
Questo ipotetico filtro, classificato secondo tale metodo con efficienza al 50%, risulterebbe quindi idoneo per catturare lo sporco su base quantitativa (peso), ma lascerebbe passare tutte le particelle più piccole che sono proprio quelle che contribuiscono allo sporcamento degli ambienti (in un'aria campione tipica, più del 98% delle particelle presenti hanno dimensioni < 1 micron).

Col passare del tempo e con l'avanzamento della tecnologia, la necessità di determinare con maggiore precisione l'efficienza di rimozione del particolato fine, divenne sempre più importante.
Con l'incremento delle prestazioni dei sistemi HVAC (sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria), le alette degli scambiatori sono diventate sempre più fitte e i costruttori hanno notato che tali scambiatori possedevano di conseguenza una arrestanza intrinseca variabile tra il 40 e l'80%. Spesso, gli scambiatori mostravano nella pratica una arrestanza maggiore di quella dei filtri che in teoria erano preposti a proteggerli; a ciò si aggiunga il fatto che quanto maggiore è lo sporcamento degli scambiatori, tanto maggiore è il consumo energetico del sistema e tanto minore è lo scambio termico.

In seguito a ciò, il National Bureau of Standards (NBS) e il Dill Dust Spot Test introdussero due nuovi metodi per misurare l'efficienza di rimozione del particolato submicronico:
– l'efficienza di rimozione del solo particolato atmosferico;
– l'efficienza di rimozione di una polvere sintetica di prova (precipitato di Cottrell e lanugine).
Questi metodi forniscono differenti valori di efficienza, a parità di filtro testato.
Un filtro potrebbe risultare di avere una efficienza del 18% nel rimuovere il particolato atmosferico e una del 90% nel rimuovere la polvere sintetica.
Si può capire come ingegneri e utilizzatori potessero trovarsi in difficoltà nel comparare prodotti differenti.

LA ASHRAE 52.1-1992
In risposta alle richieste degli utilizzatori, la ASHRAE sviluppò un proprio standard, il cui scopo era il seguente:

1. definire un procedura uniforme per un test comparativo utile a costruttori ed utilizzatori al fine di valutare le prestazioni dei dispositivi di filtrazione del particolato;
2. stabilire delle specifiche tecniche per la strumentazione da utilizzare durante questo test;
3. definire un metodo uniforme per la stesura del referto.

La ASHRAE 52.1-1992 fornisce tre misurazioni specifiche che caratterizzano le prestazioni di un filtro:

1. l’efficienza puntuale per pulviscolo atmosferico (espressa in %); è una misura dell’abilità del filtro a rimuovere il pulviscolo atmosferico presente nel flusso campione, che si basa sulla trasmissione della luce attraverso bersagli di carta “normalizzati” posti a monte e a valle del filtro. Viene effettuata una regolazione del flusso d’aria in modo che si verifichino uguali variazioni della trasmissione della luce sia a monte che a valle; il rapporto tra flusso iniziale e flusso regolato viene convertito in un valore di efficienza: maggiore è l’efficienza e maggiore risulta essere la resistenza allo sporcamento.
2. l’arrestanza (espressa in %); è una misura gravimetrica dell’abilità del filtro a rimuovere la polvere sintetica campione.
3. la capacità di carico (espressa in grammi); viene definita come il prodotto tra la quantità (in grammi) di polvere sintetica campione inviata al filtro e la sua arrestanza media.

L’efficienza puntuale e l’arrestanza sono la media dei valori riscontrati nel test, attraverso una procedura di riempimento del filtro che risulta accelerata rispetto alle normali condizioni di funzionamento del filtro, ma che cerca di simularle.

Procedura per l’efficienza puntuale

1. pesare il filtro da testare;
2. installare il filtro nel condotto di prova e misurare la resistenza (o caduta di pressione iniziale) del filtro pulito;
3. l’efficienza puntuale è un indice di sporcamento che utilizza l’opacità di un foglio campione come elemento di misura. Tarare l’opacimetro usando come zero l’assorbimento di luce di una lampada standard;
4. valutare i fogli bersaglio misurando la trasmissione della luce attraverso di essi. Valori tipici sono 80-85% di trasmisssione e 15-20% di assorbimento;
5. confrontare due campioni bersaglio con simili letture della trasmissione (es. 81% ed 82%);
6. installare i fogli bersaglio nelle apposite sedi: uno a monte ed uno a valle del filtro. Durante il test devono essere soddisfatti alcuni requisiti:
   – il campionamento dell’aria atmosferica deve essere sufficientemente prolungato da permettere variazioni significative dell’opacità del foglio bersaglio. Poiché il bersaglio a valle riceve l’aria più pulita, il tempo di campionamento più prolungato si deve avere nelle giornata più limpide e con i filtri a maggiore efficienza. La variazione minima di opacità non deve essere inferiore al 10%;
   – il tempo di campionamento tuttavia non deve essere così esteso da eccedere il 40% nella variazione dell’opacità;
   – occorre tenere in considerazione il valore atteso di efficienza del filtro al fine di programmare appropriatamente le letture dei fogli bersaglio. Le letture finali dei due bersagli non devono discostarsi tra loro più del 20%.

Avendo stabilito una programmazione del campionamento rappresentativa dell’efficienza, si stabilisce la portata d’aria e il test può avere inizio. Il test va protratto almeno fino a quando si verifica una variazione minima di opacità non inferiore al 10%. L’efficienza viene calcolata mediante la seguente formula:

E = 100*(1 – Q1/Q2)*O1/O2

dove:
Q1 = flusso d’aria che attraversa il bersaglio a monte
Q2 = flusso d’aria che attraversa il bersaglio a valle
O1 = opacità sul bersaglio a monte
O2 = opacità sul bersaglio a valle

Il test iniziale è ora completo. Esso viene ripetuto continuamente ad ogni riempimento parziale del filtro (25% – 50% – 75% della capacità di carico e alla resistenza finale).

Procedura per l’arrestanza
Questo test viene effettuato come parte della procedura di riempimento del filtro durante il quale vengono effettuate quattro misure, una per ogni incremento percentuale della capacità di carico.
Il campione sintetico della polvere di prova è così costituito:
– 72% in peso di polvere fine standardizzata (classificata anche come Polvere di strada dell’Arizona);
– 23% in peso di Molocco Black;
– 5% in peso di Cotton Linters #7, ottenuti da un mulino Wiley con setaccio da 4mm.

1. coprire i contenitori della polvere;
2. pesare un filtro ad alta efficienza (95% o più della efficienza puntuale) e installarlo a valle del filtro da testare;
3. fare una stima di quanta polvere sarà necessaria per portate il filtro in prova alla sua resistenza finale, così come definita dalle caratteristiche tecniche del costruttore. Introdurre ¼ di questa quantità nell’erogatore di polvere;
4. selezionare una frequenza di erogazione tale per cui la polvere presente nel flusso d’aria che attraversa il filtro abbia una concentrazione di circa 70 mg/m3. Durante il riempimento, monitorare il flusso d’aria e regolarlo, se necessario (il flusso decresce man mano che il filtro si riempie, aumentando la propria resistenza al flusso stesso);
5. raccogliere tutta la polvere che si può essere depositata sui condotti, pesarla e compensare i dati con questo valore;
6. alla fine del riempimento, fermare il flusso d’aria, rimuovere e pesare il filtro finale a valle del filtro in prova. La differenza di peso è la quantità di polvere che ha attraversato il filtro in prova. La differenza tra la polvere complessivamente erogata e quella catturata dal filtro finale rappresenta l’arrestanza del filtro in prova.

NOTE
Il test di efficienza puntuale viene eseguito in alternanza con il test sull’arrestanza. Le letture del primo sono in totale cinque, quelle del secondo sono in totale quattro.
Se i risultati del primo forniscono un valore inferiore al 20% allora l’efficienza media del filtro dovrà essere riportata come “inferiore al 20%” e non va indicata quella effettivamente misurata.
L’ASHRAE 52.1-1992 fornisce uno strumento eccellente per valutare filtri di costruzione simile:
– l’efficienza puntuale fornisce un valore per l’abilità del filtro di rimuovere le particelle di sporco;
– specialmente nel caso di filtri a più bassa efficienza puntuale, l’arrestanza è uno strumento per comparare un prodotto con un altro costruito in modo simile (tipicamente nel caso di filtri in fibra di vetro, metallo e poliestere);
– il valore di capacità di carico fornisce una indicazione della vita media dei filtri, così da poterne effettuare la comparazione.

(Traduzione da :”ASHRAE Testing for HVAC Air Filtration – A Review of Standards 52.1-1992 & 52.2-1999“)