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La norma ISO 16890

A cosa serve la norma ISO 16890

La norma ISO 16890 è stata studiata con l’intento di rendere più intelligibile per l’utilizzatore finale la classificazione dei filtri per ventilazione più chiara per i progettisti la prescrizione delle sezioni filtranti.

La ISO 16890 unifica e tende a sostituire lo standard europeo EN779:2012 e quello americano ASHRAE 52.2 .

Nel processo di unificazione e redazione del nuovo standard ISO le norme americane hanno avuto un’influenza maggiore di quelle europee.

Le caratteristiche principali della ISO 16890

Scopo

La norma si prefigge di stilare un sistema di classificazione per i filtri per particolato solido aerodisperso che abbiano efficienza ePM1 inferiore a 99%, e prevede che siano testati in condizioni di portata comprese tra 0,25 m3/s (900 m3/h) e 1,5 m3/s (5400 m3/h) riferito a un apparato di test con sezione filtrante di dimensioni nominali 610 x 610 mm.

I filtri per depuratori d’aria domestici portatili sono esplicitamente esclusi dallo scopo di questa norma.

Peculiarità

La ISO 16890 ha alcune peculiarità che la rendono più moderna degli standard che la precedono.

In particolare la norma 16890 ha le seguenti caratteristiche uniche

  • è più severa nella classificazione rispetto alle altre norme
  • molto vicina alla reale applicazione dei filtri
  • prevede il test dei filtri con particolato di 3 diverse dimensioni
  • prevede test anche con particolato PM1: la frazione considerata più dannosa per la salute

Quando la ISO 16890 entra in vigore?

In Italia il CEN/TC 195 ha approvato un periodo di coesistenza tra la nuova EN ISO 16890 e l’attuale EN 779.
In base a tale risoluzione la nuova EN ISO 16890 deve essere recepita dai vari enti di normazione entro il 30 giugno 2017, mentre il ritiro della EN 779 deve avvenire entro il 30 giugno 2018.

In alcuni paesi come il Regno Unito, la norma è già entata in vigore e ha già sostituito la EN 779.


Principi di classificazione secondo ISO 16890

La nuova norma offre una classificazione prestazionale e definisce un’efficienza degli elementi filtranti per 3 classi di particolato PM10, PM2,5 e PM1.

Il PM e le classi di efficienza ePM

PM è acronimo di Particulate Matter, nella norma ISO 16980 PMx indica particolato con diametro aerodinamico compreso tra 0,3 µm e x µm.

L’efficienza percentuale di un filtro testato con un particolato di classe PMx è detta ePMx, si esprime in % e indica la capacità di un filtro di rimuovere da un flusso una frazione in massa di particelle appartenenti a un dato intervallo dimensionale.

Per esempio un elemento filtrante in grado di rimuovere il 75% in massa di particolato PM10 avrà efficienza ePM10 75%.

Nella EN 16890 le classi di efficienza sono una per ogni intervallo dimensionale di particolato PM10,PM2,5 e PM1.

Efficienza Dimensione del particolato – µm
ePM10 0,3 < x < 10
ePM2,5 0,3 < x < 2,5
ePM1 0,3 < x < 1

I gruppi ISO e la classificazione in base all’efficienza

Per i filtri che non raggiungono nemmeno PM10 del 50% è istituito un gruppo a parte detto coarse o grossolano

I filtri testati vengono ordinati in 4 gruppi

Gruppo di appartenenza Requisito minimo Valore riportato
ISO Coarse ePM1 min – | ePM2,5 min – | ePM10 < 50% Arrestanza iniziale
ISO ePM10 ePM1 min – | ePM2,5 min – | ePM10 ≥50% ePM10
ISO ePM2,5 ePM1 min – | ePM2,5 min >50% | ePM10 ePM2,5
ISO ePM1 ePM1 min >50% | ePM2,5 min – | ePM10 ePM1

Il Valore di efficienza ePM riportato viene arrotondato per difetto al 5%, per i filtri appartenenti al gruppo ISO Coarse il valore di ePM può essere omesso.

Un filtro può anche appartenere a due gruppi, per esempio un filtro classificato come ISO PM1 85% può anche essere ISO PM10 95% ma solo uno di questi valori deve essere riportato sull’etichetta.
Per completezza nel rapporto di test si possono indicare tutte le efficienze calcolate.

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Evoluzione della Norma EN 1822

La norma europea EN 1822 “Filtri per aria ad alta efficienza (EPA, HEPA e ULPA) si applica ai filtri per aria ad alta ed altissima efficienza e a bassissima penetrazione (EPA, HEPA e ULPA), utilizzati nel campo della ventilazione e del condizionamento dell’aria, come pure in processi tecnologici quali la tecnologia delle camere bianche o dell’industria farmaceutica. Essa stabilisce un procedimento per la determinazione dell’efficienza sulla base di un metodo di conteggio delle particelle per mezzo di un aerosol liquido (o in alternativa solido) di prova e permette di classificare questi filtri, in modo normalizzato, in funzione della loro efficienza (fonte UNI Ente Italiano di Normazione).

La prima stesura è del 1998, revisionata nel 2009; quest’ultima versione è diversa dalla precedente in quanto comprende i seguenti elementi:

  • un test alternativo per la valutazione delle perdite dei filtri del Gruppo H, diversi dai pannelli;
  • un test alternativo che utilizza un aerosol solido anziché liquido;
  • un metodo di valutazione e classificazione dei filtri con mezzo filtrante di tipo membrana;
  • un metodo di valutazione e classificazione dei filtri con mezzo filtrante di tipo sintetico.

La differenza principale è relativa alla classificazione dei filtri H10 – H12, che sono stati rinominati E10 – E12 per specificare meglio la differenza tra Filtri Efficienti (EPA, anche detti “filtri semi-assoluti”), per i quali non è richiesto il test sulle perdite, e Filtri ad Alta Efficienza (HEPA, anche detti “filtri assoluti”). I filtri ULPA sono quelli definiti a bassissima penetrazione.

La norma è suddivisa in cinque paragrafi, ognuno dei quali analizza una parte della problematica, ne traccia i confini e stabilisce le regole.

  1. Classificazione, prove di prestazione, marcatura
  2. Produzione di aerosol, apparecchiature di misura, statistica del conteggio delle particelle
  3. Prove sul foglio piano di materiale filtrante
  4. Determinazione di perdite in elementi filtranti (metodo a scansione)
  5. Determinazione dell’efficienza di elementi filtranti

In sintesi, la norma EN 1822 prevede delle metodologie per:

A) valutare l’efficienza del mezzo filtrante. Verificato che ogni mezzo filtrante presenta un punto di massima penetrazione (o minor efficienza) relativamente ad una specifica dimensione delle particelle di prova (che può variare in funzione della velocità di attraversamento del flusso, della densità del mezzo filtrante e del diametro delle fibre costituenti il mezzo stesso), si è stato stabilito di certificare ogni filtro sulla base di questo punto critico. Operativamente, attraverso l’utilizzo di un contatore particellare si determina il numero e le dimensioni delle particelle trattenute dal filtro, successivamente dall’elaborazione di tali dati si può determinare la dimensione delle particelle per la quale l’efficienza del mezzo è minima. Tale dimensione è nota come MPPS, acronimo inglese per “dimensioni delle particelle più penetranti”.

B) verificare le perdite dell’elemento filtrante. Tale test viene eseguito con una sonda che produce aerosol la quale può essere spostata su tutta la superficie del filtro in modo tale da raccogliere una serie di dati sull’efficienza locale che verranno poi utilizzati per determinare l’efficienza complessiva; in questo modo è anche possibile determinare il tasso di perdita su un’area specifica del filtro. Il calcolo dell’efficienza complessiva è spesso definito come valore integrale, mentre il tasso di perdita viene definito come valore locale.

C) determinare l’efficienza integrale dell’elemento filtrante. In prima istanza viene misurata la perdita di carico del filtro ad una portata volumetrica d’aria corrispondente alla portata nominale, successivamente – mediante un generatore di aerosol – si determina l’efficienza del filtro in corrispondenza delle particelle MPPS. In base al valore di tale efficienza si procede alla classificazione secondo la tabella sotto riportata. (fonte General Filter)

La tabella seguente mostra le varie classificazioni di filtri ad alta efficienza:

Classe filtro Valore Integrale Valore locale
Efficienza (%) Penetrazione (%) Efficienza (%) Penetrazione (%)
E10 ≥ 85 ≤ 15
E11 ≥ 95 ≤ 5
E12 ≥ 99,5 ≤ 0,5
H13 ≥ 99,95 ≤ 0,05 ≥ 99,75 ≤ 0,25
H14 ≥ 99,995 ≤ 0,005 ≥ 99,975 ≤ 0,025
U15 ≥ 99,9995 ≤ 0,0005 ≥ 99,9975 ≤ 0,0025
U16 ≥ 99,99995 ≤ 0,00005 ≥ 99,99975 ≤ 0,00025
U17 ≥ 99,999995 ≤ 0,000005 ≥ 99,9999 ≤ 0,0001

La sicurezza dei macchinari in verniciatura

Il CEN/TC 271 è il Comitato Tecnico che in sede europea si occupa di “Sicurezza di impianti e apparecchiature per trattamenti di superficie.
Il suo campo di attività riguarda la realizzazione di norme tecniche relative alla sicurezza nella progettazione, costruzione ed installazione di macchine utilizzate per il lavaggio e l’applicazione di prodotti vernicianti, inclusi gli impianti di pre-trattamento, di verniciatura, di alimentazione ed erogazione dei prodotti vernicianti, di essiccazione ed appassimento.

Le norme proposte dal Comitato Tecnico vengono supervisionate dal CEN e armonizzate con le norme “generali” di sicurezza (di tipo A e B), prima della loro approvazione finale.

Relativamente all’Italia, è l’UNI (l’ente di normazione italiano) che provvede al recepimento ed alla traduzione delle norme tecniche licenziate in sede europea.

Il Comitato Tecnico 271 è attivo dal 1990 e finora ha licenziato le seguenti norme europee:

UNI EN 12215 (2010): Impianti di verniciatura – Cabine di verniciatura per l’applicazione di prodotti vernicianti liquidi – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 12581 (2010): Impianti di verniciatura – Macchinario per l’applicazione di prodotti vernicianti liquidi organici per immersione ed elettroforesi – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 12621 (2010): Macchine per l’alimentazione e la circolazione sotto pressione di prodotti vernicianti – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 12757-1 (2010): Apparecchiature di miscelazione dei prodotti vernicianti – Requisiti di sicurezza – Parte 1: Apparecchiature di miscelazione per l’impiego di ritocco nell’autocarrozzeria.

UNI EN 12981 (2009): Impianti di verniciatura – Cabine per l’applicazione di prodotti vernicianti in polvere – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 13355 (2009): Impianti di verniciatura – Cabine forno – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 13966-1 (2006): Determinazione dell’efficienza di trasferimento di apparecchi atomizzatori e spruzzatori di prodotti vernicianti liquidi. Parte I: pannelli piani.

UNI EN 14462 (2009): Apparecchiature per il trattamento delle superfici – Procedura per prove di rumorosità delle apparecchiature per il trattamento delle superfici, incluse le attrezzature manuali asservite – Classi di accuratezza 2 e 3.

UNI EN 1539 (2010): Essiccatoi e forni nei quali si sviluppano sostanze infiammabili – Requisiti di sicurezza.

UNI EN 1953 (2013): Apparecchiature di polverizzazione e spruzzatura per prodotti di rivestimento e finitura – Requisiti di sicurezza.

Relativamente alle apparecchiature elettriche, è invece attivo il Gruppo di Lavoro CENELEC TC 31-8 “Dispositivi elettrici per atmosfere esplosive: apparecchiature per verniciatura e finitura elettrostatica”, che ha licenziato le seguenti norme, recepite in Italia dal CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano).

CEI EN 50050-1 (2014): Apparecchiature portatili di spruzzatura elettrostatica – Requisiti di sicurezza
Part 1: Apparecchiature portatili di spruzzatura di materiali liquidi infiammabili per rivestimento

CEI EN 50050-2 (2014): Apparecchiature portatili di spruzzatura elettrostatica – Requisiti di sicurezza
Part 2: Apparecchiature portatili di spruzzatura per polveri infiammabili per rivestimento

CEI EN 50050-3 (2014): Apparecchiature portatili di spruzzatura elettrostatica – Requisiti di sicurezza
Part 3: Apparecchiature portatili di spruzzatura per fiocchi infiammabili

CEI EN 50059 (1998): Prescrizioni per le apparecchiature portatili di spruzzatura elettrostatica di prodotti non infiammabili, per verniciatura e finissaggio.

CEI EN 50176 (2010): Apparecchiatura per impianti elettrostatici fissi per prodotti di rivestimento liquidi infiammabili – Prescrizioni di sicurezza

CEI EN 50177 (2013): Apparecchiatura per impianti elettrostatici fissi per prodotti di rivestimento in polvere infiammabile – Prescrizioni di sicurezza

CEI EN 50223 (2011): Apparecchiatura automatica per l’applicazione elettrostatica di materiale infiammabile in fiocco – Prescrizioni di sicurezza

CEI EN 50348 (2011): Installazioni di apparecchiature automatiche di spruzzatura elettrostatica per prodotti liquidi non infiammabili – Prescrizioni di sicurezza

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Evoluzione della EN 779 (parte 2)

La EN 779-2002 suddivide in 5 fasce gli intervalli dimensionali da misurare, per un intervallo complessivo compreso tra 0,2 e 3 micron.

L’aerosol di prova adottato è il DEHS liquido, con queste motivazioni:

  • – è facile da generare, mantenendo le desiderate caratteristiche di concentrazione e dimensioni;
  • – può essere utilizzato sia in fase elettricamente neutra, oppure può essere trattato elettrostaticamente al fine di ottenere una distribuzione di carica rappresentativa dell’effettivo aerosol atmosferico;
  • – la sua densità è di circa 1 g/cm3, caratteristica che permette di ottenere una equivalenza tra dimensione aerodinamica e dimensione geometrica;
  • – la misura effettuata con il contatore particellare ottico risulta più accurata con aerosol liquido rispetto ad un particolato solido irregolare.

Utilizzando la dimensione di riferimento a 0,4 micron, la EN 779-2002 classifica i filtri secondo il seguente schema:

  • filtri grossolani (tipo G): efficienza a 0,4 micron < 40%;

  • filtri fini (tipo F): efficienza a 0,4 micron > 40%.

Per quanto riguarda la perdita di carico finale, la EN 779-2002 prevede che essa sia pari a 250 Pa per i filtri G1-G4 e 450 Pa per i filtri F5-F9. Perdite di carico differenti influenzano sensibilmente i valori di efficienza e, di conseguenza, il tipo di filtro da scegliere.

Tuttavia, le perdite di carico finali indicate nella norma sono troppo elevate e si basano su una misura effettuata a filtro non trattato, così che l’efficienza e la capacità di carico risultano sovrastimate rispetto a quelle effettive in campo.

La EN 779-2002 si concentra sull’efficienza media fornita da un filtro durante la sua vita operativa. Sebbene questo parametro fornisce un metodo veloce e semplice per confrontare differenti prodotti, tuttavia non è in grado di rendere conto delle anche enormi variazioni nelle prestazioni di un filtro che si hanno durante la sua vita operativa. Un esempio per tutti, quello di alcuni filtri sintetici che perdono di efficienza nel tempo man mano che la propria carica elettrostatica svanisce.

Questa problematica ha portato alla revisione della norma, conclusasi con l’approvazione della EN 779-2012.

La prima modifica importante è stata quella di introdurre il requisito di efficienza minima per le classi di filtrazione fine F7-F8-F9. L’efficienza minima è il dato peggiore misurato dal laboratorio, tra i seguenti:

  1. Efficienza iniziale (a filtro nuovo) con DEHS.
  2. Efficienza iniziale misurata su una campione di materiale filtrante dopo la rimozione “artificiale” delle eventuali cariche elettrostatiche presenti sul materiale filtrante.
  3. Minima efficienza fra quelle misurate sul filtro sporco.

Poiché non è stata prevista l’efficienza minima per le classi F5 e F6 (e nemmeno i test a filtri “scaricati”), queste sono state rinominate come M5 e M6 dove M sta ad indicare una filtrazione “media” (che si differenzia sia dalla grossolana che da quella fine).

Quali sono i nuovi criteri sui quali si basa la definizione delle nuove classi filtranti?

Per testare i prodotti filtranti vengono prese in esame particelle di grandezza 0,4 micron: se il valore medio di efficienza è inferiore al 40%, il filtro viene classificato come filtrazione grossolana (da G1 a G4), basando la classificazione sull’arrestanza media; se il valore di efficienza media è compreso tra il 40% e l’80%, il filtro viene assegnato al gruppo filtrante medio (M5-M6); se l’efficienza media supera l’80%, il filtro viene classificato come filtro fine (F7-F9), con la distinzione sulla base dell’efficienza minima.

Relativamente ai filtri con carica elettrostatica, nella EN 779-2012 l’unico metodo permesso è quello che utilizza l’Isopropanolo.

Le differenze tra le due versioni della EN 779 in termini di classificazione dei filtri sono riportate nelle Tabelle 1 e 2.

Tabella 1: EN 779-2002

Classe Perdita di carico finale Arrestanza media (%) Efficienza media (%) a 0,4 micron
G1 250 Pa 50% ≤ Am < 65%
G2 250 Pa 65% ≤ Am < 80%
G3 250 Pa 80% ≤ Am < 90%
G4 250 Pa 90% ≤ Am
F5 450 Pa 40% ≤ Em < 60%
F6 450 Pa 60% ≤ Em < 80%
F7 450 Pa 80% ≤ Em < 90%
F8 450 Pa 90% ≤ Em < 95%
F9 450 Pa 95% ≤ Em

Tabella 2: EN 779-2012

Classe Perdita di carico finale Arrestanza media (%) Efficienza media (%) a 0,4 micron Efficienza minima (%) a 0,4 micron
G1 250 Pa 50% ≤ Am < 65%
G2 250 Pa 65% ≤ Am < 80%
G3 250 Pa 80% ≤ Am < 90%
G4 250 Pa 90% ≤ Am
M5 450 Pa 40% ≤ Em < 60%
M6 450 Pa 60% ≤ Em < 80%
F7 450 Pa 80% ≤ Em < 90% 35%
F8 450 Pa 90% ≤ Em < 95% 55%
F9 450 Pa 95% ≤ Em 70%

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Evoluzione della EN 779 (parte 1)

La prima norma europea ad occuparsi dei test per filtri destinati alla ventilazione è stata la Eurovent 4/5 usata dal 1980 per classificare i filtri grossolani e quelli fini. Adottava una classificazione basata sull’efficienza puntuale media (per i filtri fini, da EU5 a EU9) e sull’arrestanza (per i filtri grossolani, da EU1 a EU4), senza però specificare né la portata d’aria né la perdita di carico finale.

Nel 1993 viene pubblicata la Eurovent 4/9, revisionata nel 1997. In questa norma veniva usato come aerosol di prova il DEHS (una finissima nebbiolina oleosa generata da un ugello atomizzatore ad aria compressa) e veniva misurata l’efficienza basata sul conteggio particellare nell’intervallo 0,2-5 micron.

Sempre nel 1993 viene pubblicata dalla Commissione Europea di Standardizzazione (CEN) la EN 779 “Filtri d’aria antipolvere per ventilazione generale – Determinazione della prestazione di filtrazione”, norma che prendeva come base la Eurovent 4/5 e come riferimento gli standard americani ASHRAE 52-68 e 52-76, senza tuttavia comprendere nel test l’efficienza frazionaria (o efficienza spettrale, cioè l’efficienza media misurata per intervalli prestabiliti di dimensioni particellari).
Essa costituisce a tutt’oggi (grazie alle successive variazioni) la principale norma di riferimento per la prova e la classificazione dei filtri per la ventilazione.

Come per molti altri standard, il sistema di classificazione introdotto e la metodologia utilizzata per le prove servono a fornire dei parametri utili solo per confrontare tra loro prodotti simili e non per predirne le effettive prestazioni sul campo.
Infatti, le prestazioni dei filtri in condizioni effettive di funzionamento sono influenzate da una moltitudine di fattori, non tutti riproducibili nei test di laboratorio anche se, nella definizione delle procedure di questi ultimi, si cerca di tenerne conto il più possibile.

Nel 2002 la EN 779 subisce una prima modifica, al fine di adeguare i test all’ambito della qualità dell’aria indoor e a quello della protezione ambientale. Nella EN 779-2002 l’impianto di prova è lo stesso delle versione precedente, ma viene calcolata l’efficienza frazionaria (con DEHS come particolato di prova) al posto dell’efficienza puntuale media (con polvere atmosferica come particolato di prova). Al fine di garantire l’efficacia di questa sostituzione, vennero condotti degli esperimenti per verificare quale valore dell’efficienza media frazionaria corrispondesse al valore dell’efficienza puntuale media: venne individuato il valore di efficienza media frazionaria a 0,4 micron, che divenne lo standard di riferimento per le misure.
La procedura per il test è la seguente:

  1. inizialmente si misura la caduta di pressione ai capi del filtro utilizzando aria filtrata, a 4 diverse velocità di flusso (50%, 75%, 100% e 120% del flusso di prova);
  2. successivamente, mediante un contatore particellare ottico, si determina l’efficienza a 0,4 micron, attraverso misure a valle e a monte del filtro;
  3. quindi si alimenta gradualmente il filtro con polvere sintetica, interrompendo periodicamente l’alimentazione per misurare l’arrestanza, la perdita di carico e la quantità in peso del particolato inviato;
  4. da ultimo, si determina la classe del filtro in funzione della sua prestazione media rilevata.

La EN 779-2002 dedica particolare attenzione all’influenza degli effetti elettrostatici sul valore di efficienza misurato. Sono a tal fine previste alcune prove specifiche: viene dapprima testata la prestazione del filtro pretrattato, quindi si “scarica” il filtro dalle cariche elettrostatiche presenti (con sostanze diverse quali isopropanolo, unica sostana normata, ma anche fumo diesel, detergenti o surfatanti in acqua ) e si testa il filtro nuovamente dopo il trattamento.
Per verificare se tali metodi di “scarica” forniscono risultati equivalenti tra di loro e se essi rappresentano in buona approssimazione quanto si verifica nella realtà operativa, nel 2003 sono stati condotti degli esperimenti in 9 differenti laboratori: i risultati hanno mostrato che, ad eccezione dei filtri in fibra di vetro, l’efficienza aumenta quando il filtro viene “scaricato” con surfatanti in acqua, mentre negli altri casi i risultati sono equivalenti.
I filtri esposti al pretrattamento in laboratorio con fumo diesel simulano egregiamente le prestazioni effettive di lunga durata (mesi) e inoltre il fumo non danneggia i media filtranti, né influenza le perdite di carico; è quindi un metodo particolarmente consigliato.
Confrontata con gli esperimenti di laboratorio, l’efficienza dei filtri con cariche elettrostatiche passive in condizioni reali di funzionamento diminuisce rapidamente; è per questo che la EN 779-2002 richiede di testare l’efficienza dopo il trattamento e fornisce le indicazioni sui metodi di prova.

Relativamente alla scelta dell’aerosol di prova per il test, la EN 779-2002 non prende in considerazione il particolato di dimensioni maggiori a 3 micron, in quanto è piuttosto raro in atmosfera e si pensa che non sia respirabile né dannoso alla salute.

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ASHRAE 52 – Parte 2

LA ASHRAE 52.2-1999

Successivamente, nell’ambito di alcuni contaminanti specifici, ASHRAE ha riconosciuto la necessità di definire uno Standard in grado di fornire agli utilizzatori uno strumento di valutazione dei filtri basato sull’abilità del filtro di rimuovere uno specifico contaminante, in funzione delle dimensioni delle sue particelle.
Inoltre, anche relativamente alle particelle “respirabili” (particelle che posso provocare danni polmonari, in un intervallo compreso tra 0,2 e 5 micron), si ebbe la necessità di definire un apposito Standard.
L’ASHRAE 52.2-1999 fornisce i requisiti per valutare i filtri destinati al miglioramento dell’aria indoor.
Mentre i precedenti Standard fornivano anche dei criteri basati sulle prestazioni medie di un filtro, per gli utilizzatori il parametro importante era l’efficienza del filtro alla prima installazione. Lo Standard in questione fornisce questo dato e indica la prestazione del filtro al più basso valore di efficienza di cattura del particolato (di solito, l’efficienza iniziale).
In aggiunta, l’altro obbiettivo che si era prefissa la commissione tecnica era quello di dare alla comunità degli ingegneri un unico valore che permettesse di scegliere un filtro.
Questo valore viene definito nel presente Standard come MERV (valore di efficienza minima).
Nello Standard precedente, l’aria utilizzata per il test era quella atmosferica. Poiché le condizioni atmosferiche variano notevolmente da zona a zona e anche a seconda della stagione, non era impossibile che lo stesso filtro potesse fornire risultati del test significativamente differenti a seconda del luogo in cui il test veniva svolto.
Nello Standard 52.2-1999 l’aria utilizzata viene prodotta in laboratorio in un ambiente controllato, depurata mediante filtri HEPA e condizionata a specifici valori di temperatura e umidità.
Lo Standard fornisce un valore di efficienza iniziale per ciascuno dei 12 intervalli in cui vengono classificate le dimensioni delle particelle.

INTERVALLO Limite inferiore (micron) Limite superiore (micron)
1 0,30 0,40
2 0,40 0,55
3 0,55 0,70
4 0,70 1,00
5 1,00 1,30
6 1,30 1,60
7 1,60 2,20
8 2,20 3,00
9 3,00 4,00
10 4,00 5,50
11 5,50 7,00
12 7,00 10,00

Ora l’utilizzatore può scegliere un filtro sulla base dello specifico contaminante che necessita di rimuovere.
Per esempio, se il contaminante fosse polline, che ha tipicamente dimensioni comprese tra 5 e 15 micron, con una dimensione media di 7 micron, l’utilizzatore può selezionare il filtro sulla base di quella dimensione (seleziona un filtro con una efficienza superiore all’80% nell’intervallo 12).
Se il contaminante da rimuovere è un batterio della tubercolosi (di lunghezza variabile tra 1 e 5 micron e di diametro medio pari a 0,7 micron), la scelta può cadere su un filtro con efficienza superiore al 90% nell’intervallo 3.
Un altro importante criterio usato per lo sviluppo di questo Standard, fu l’obiettivo di fornire un valore minimo dell’efficienza del filtro, corrispondente all’efficienza iniziale.
La maggior parte dei filtri con meccanismi di cattura meccanici, aumentano la loro efficienza all’aumentare del carico di materiale catturato. Piuttosto che fornire una efficienza media, la commissione tecnica preferì quindi definire una efficienza minima.
Assieme al referto di prova, l’utilizzatore riceve un grafico che mostra l’efficienza iniziale in funzione di ciascun intervallo dimensionale delle particelle (vedi Figura 1)
figura1

Dai dati del grafico, dai punti con media geometrica pari a 0,35, 0,47, 0,62 e 0,84 viene calcolata la media E1; dai punti 1,14, 1,44, 1,88 e 2,57 viene calcolata la media E2; dai punti 3,46, 4,69, 6,2 e 8,37 viene calcolata la media E3. Il valori E1, E2 ed E3 vengono poi riferiti alla tabella 12-1 (riportata più sotto) per calcolare il MERV.
La Figura 2 (Curve tipiche di efficienza minima), fornisce le prestazioni di filtri normalmente utilizzati in sistemi di condizionamento dell’aria e le relative efficienze calcolate con lo Standard 52.1-1992.
figura2

Le curve sopra riportate corrispondono alle seguenti applicazioni:
– 95% o MERV 14 = filtri finali in sistemi di condizionamento ospedalieri;
– 85% o MERV 13 = ambienti commerciali;
– 65% o MERV 11 = uffici;
– 25% o MERV 6 e 7 = pannelli filtranti pieghettati per uffici o per prefiltri;
– <20% o MERV da 1 a 5 = pannelli in poliestere o fibra di vetro usa e getta, filtri metallici lavabili.

Procedura per ASHRAE 52.2.1999
Particolare attenzione è stata rivolta affinché fosse garantita la ripetibilità dei test in qualsiasi laboratorio di prova. La procedura è la seguente:

  1. misurare la resistenza al flusso del filtro in prova pulito;
  2. usando un aerosol comparativo (cloruro di potassio) disegnare il grafico del conteggio particellare a valle in funzione delle dimensioni delle particelle di aerosol (analisi dell’efficienza dimensionale);
  3. effettuare il condizionamento del filtro, consistente nel caricarlo con 30 grammi di particolato di prova standard, finché non si verifichi un incremento di pressione pari a 1 mm di colonna d’acqua;
  4. ripetere l’analisi dell’efficienza dimensionale;
  5. caricare il filtro con il particolato standard di prova fino al 25% della caduta di pressione massima raccomandata dal costruttore;
  6. ripetere l’analisi dell’efficienza dimensionale;
  7. caricare il filtro con il particolato standard di prova fino al 50% della caduta di pressione massima raccomandata dal costruttore;
  8. ripetere l’analisi dell’efficienza dimensionale;
  9. caricare il filtro con il particolato standard di prova fino al 75% della caduta di pressione massima raccomandata dal costruttore;
  10. ripetere l’analisi dell’efficienza dimensionale;
  11. caricare il filtro con il particolato standard di prova fino al 100% della caduta di pressione massima raccomandata dal costruttore;
  12. ripetere l’analisi dell’efficienza dimensionale;
  13. esaminare il valore minimo di efficienza per ogni intervallo dimensionale e calcolare E1, E2, E3 sulla base della Tabella 12-1.

Al fine di determinare un valore MERV, un filtro deve raggiungere uno specifico intervallo di parametri. Ad esempio, un filtro con efficienza compresa tra 35% e 50% nell’intervallo E3 tra 3 e 10 micron, dovrebbe avere un MERV pari a 6. Un filtro con efficienza compresa tra 75% e 85% nell’intervallo E1 tra 0,3 e 1 micron, dovrebbe avere un MERV pari a 14.
La Tabella 12-1 include anche i parametri per filtri con MERV da 17 a 20. Questi filtri sono del tipo HEPA o superiori e non sono considerati in questo documento in quanto non appartengono all’ambito del condizionamento e riscaldamento dell’aria.
tabella12-1

Molti contaminanti provenienti da una specifica sorgente sono stati analizzati in termini di dimensioni particellari. Ad esempio, una copisteria dovrebbe utilizzare un filtro con una efficienza del 65% per particolato di 0,3 micron, corrispondente ad una efficienza puntuale (secondo lo Standard 52.1-1992) pari al 90-95% e ad un MERV 14 secondo lo Standard 52.2-1999.
Altri contaminanti includono: batteri (da 0,3 a 4 micron); nuclei di condensazione (mediamente 3 micron); allergeni, funghi e bioaerosols (almeno 3 micron); polvere visibile (10 micron); capelli umani (almeno 80 micron di diametro).
Qualche ulteriore indicazione:
– lo Standard 52.2-1999 non offre alcuna informazione relativamente al tempo di vita medio di un filtro. La capacità di carico non è un parametro richiesto dalla procedura. Per comparare filtri in termini di vita media, lo Standard di riferimento rimane la 52.1-1992.
– i filtri elettrostatici possono mostrare un elevato valore iniziale MERV che si rivela inadeguato nel tempo a causa della riduzione della carica elettrostatica man mano che il filtro si riempie di sporco.

Una affermazione importante è presente nell’Appendice dello Standard 52.2-1999 relativamente al fatto che se un filtro non è correttamente installato e/o risulta inappropriato per il sistema in cui deve essere inserito, il flusso d’aria può bypassare il filtro stesso compromettendo l’efficienza di depurazione. L’Appendice E 2.3 dice:

I filtri sono testati in laboratorio dove le condizioni di prova sono ideali e si presta particolare attenzione affinché non ci siano trafilamenti d’aria attorno ad essi. Tuttavia queste non sono le effettive condizioni di funzionamento reale dei filtri; di conseguenza raramente i filtri hanno sul campo prestazioni equivalenti a quelle di laboratorio. Solo l’estrema cura nel trovare e sigillare qualsiasi perdita presente tra il ventilatore ed il filtro può garantire le piene prestazioni di un filtro”.

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

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“)

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