Il valore della caduta di pressione di un banco di filtri è utilizzabile per la selezione del ventilatore solo se è correlato a tre elementi specifici: la portata d’aria attraverso il banco, la configurazione dei filtri che produce tale resistenza e se il valore si riferisce a filtri puliti o alla condizione di intasamento in cui i filtri andranno sostituiti. Un valore di resistenza privo di tali precisazioni non può essere confrontato con una curva del ventilatore, poiché la resistenza dei filtri aumenta approssimativamente con l’aumentare della portata e aumenta ulteriormente man mano che il materiale filtrante si intasa. Prima di dimensionare qualsiasi ventilatore, è necessario verificare che il margine indicato copra tutte le fasi attraversate dall’aria, non solo il filtro oggetto della discussione.

Definire il flusso d’aria e i valori di pressione di pulizia e di sostituzione

I criteri di base per la scelta di un ventilatore sono la portata d’aria specificata, la configurazione del filtro specificata e le condizioni di resistenza specificate — in condizioni di pulizia o al momento della sostituzione prevista. Questi tre fattori vanno considerati congiuntamente. A filtro medio un dispositivo calibrato per una determinata resistenza supera tale resistenza solo nel punto della curva corrispondente al flusso d’aria; se il dispositivo viene utilizzato al di sopra o al di sotto di quel punto, il valore effettivo varia di conseguenza.

La distinzione tra “pulito” e “da sostituire” determina se il sistema è in grado di mantenere la portata d’aria di progetto per l’intera durata dei filtri. Un ventilatore dimensionato esclusivamente in base alla resistenza del filtro pulito soddisfa la portata di progetto il giorno della messa in servizio, ma poi subisce un calo man mano che la polvere si accumula; in una camera bianca ciò si manifesta inizialmente con un minor numero di ricambi d’aria e un indebolimento della cascata di pressione, prima che si attivi l’allarme del filtro. Un ventilatore dimensionato in base a una condizione di sostituzione concordata garantisce la pressione di riserva necessaria a mantenere la portata in tutto quell’intervallo. È importante decidere tempestivamente quale condizione il progetto considererà come regime di progetto e specificarlo per iscritto, poiché lo stesso modello di filtro supporta entrambi i valori e il fornitore non può indovinare quale dei due si intenda utilizzare.

La configurazione del filtro deve essere specificata nella stessa dichiarazione. La profondità dell’elemento e la superficie del materiale filtrante determinano la resistenza a un dato flusso d’aria: un filtro a V o a cassetta più profondo presenta una superficie filtrante maggiore rispetto a un pannello poco profondo delle stesse dimensioni frontali e, di conseguenza, una resistenza inferiore a parità di flusso. Quando si richiede un valore di resistenza, è necessario specificare le dimensioni frontali, la profondità dell’elemento o il formato, la classe di filtrazione e il numero di elementi presenti nel banco; in caso contrario, il valore indicato si riferirà a un filtro diverso da quello che si intende acquistare.

Contabilizzare gli elementi paralleli e le perdite relative ai banchi assemblati

Gli elementi montati affiancati in una batteria condividono il flusso d’aria; ciascuno di essi non riceve l’intero flusso d’aria della batteria. La resistenza della batteria viene calcolata in base al flusso che attraversa un singolo elemento, confrontandolo con la curva di pressione di quell’elemento — non sommando le singole perdite come se l’aria passasse attraverso ciascuno di essi in sequenza. Sommarle in serie sovrastima notevolmente la resistenza della batteria e porta a scegliere un ventilatore che funzionerà in condizioni di limitazione della portata o al di fuori del proprio intervallo di efficienza.

Il valore di riferimento è quindi la portata per elemento: si divide la portata d’aria del banco per il numero di elementi installati, si legge la curva dell’elemento a quel valore e si considera il risultato come la resistenza dello stadio filtrante. Questo spiega anche perché il numero di elementi è una variabile di progettazione piuttosto che un dettaglio. L’aggiunta di elementi alla stessa batteria riduce la portata gestita da ciascuno di essi, il che abbassa sia la caduta di pressione che la velocità frontale e, di solito, allunga l’intervallo prima che si raggiunga la condizione di intasamento — a costo di una camera di raccolta più grande e di un maggior numero di filtri da tenere in magazzino e da sostituire.

La curva di un elemento descrive il filtro, non l’assemblaggio che lo circonda. I telai di fissaggio, i pannelli di chiusura, le guarnizioni delle testate, le raccordi dei condotti in entrata e in uscita dalla camera di distribuzione e qualsiasi curva o restringimento a monte della superficie del filtro aggiungono tutti una resistenza che nessuna scheda tecnica del filtro include. Una velocità di avvicinamento non uniforme aggrava la situazione, poiché una transizione che sollecita una parte della superficie del banco più del resto aumenta la perdita di carico dell’insieme oltre alla somma delle perdite delle singole parti. Chiedete se il valore indicato si riferisce all’elemento nudo o al banco assemblato con il suo sistema di telai e, se la risposta è “l’elemento”, chiedete al responsabile della progettazione dell’alloggiamento quale sia l’apporto dell’assemblaggio.

Elaborare il bilancio completo delle pressioni lungo il percorso dell'aria

Il ventilatore deve superare tutte le resistenze presenti nel percorso dell’aria; pertanto, il bilancio di pressione deve tenere conto di ogni resistenza in serie alla portata di progetto, non solo dello stadio di filtrazione in esame. In un tipico sistema di alimentazione di una camera bianca che include il prefiltro, il filtro intermedio, lo stadio finale HEPA, le batterie di raffreddamento e riscaldamento, le sezioni di umidificazione, gli attenuatori, le serrande, la rete di condotti di mandata e di ritorno con i relativi raccordi, eventuali alloggiamenti terminali o unità ventilatore-filtro, nonché il percorso di ritorno o di scarico verso il unità di trattamento aria. Ciascuno di essi è dimensionato per lo stesso flusso d’aria e le loro resistenze si sommano, poiché l’aria li attraversa tutti in successione.

Controllare un filtro isolatamente è il modo in cui si nascondono le carenze. Un filtro medio che sembra funzionare bene da solo può comunque causare una carenza nel sistema se lo stadio HEPA, un prefiltro sporco e un condotto lungo consumano una pressione che non è mai stata messa per iscritto. Lo stesso vale al contrario: se gli alloggiamenti HEPA terminali sostengono la maggior parte della resistenza finale, il miglioramento del filtro medio comporta un cambiamento minore rispetto a quanto indicato nelle specifiche.

Due voci del bilancio devono essere accompagnate da una condizione esplicita. I filtri sono l’esempio più ovvio: inserire ogni stadio di filtraggio al valore concordato di pulizia o di carico, in modo coerente tra uno stadio e l’altro, specificando quale. L’altra è la fase terminale: un alloggiamento HEPA terminale aggiunge la propria resistenza al carico del ventilatore centrale, mentre un’unità fan-filter è dotata di un proprio ventilatore e di un proprio filtro, quindi la sua resistenza ricade su quell’unità piuttosto che sull’unità di trattamento dell’aria, sebbene quest’ultima debba comunque fornire aria trattata all’ingresso dell’unità alla pressione statica richiesta. Un errore nel definire tale confine comporta o un doppio conteggio del filtro HEPA o la sua totale esclusione. ISO 14644-4:2022 considera la progettazione, la costruzione e la messa in funzione delle camere bianche come un processo progettuale integrato, il che ci ricorda utilmente che è il percorso dell’aria, e non il singolo componente, a essere realizzato e verificato.

Un esempio pratico, con valori ipotetici lasciati a discrezione del progetto: prendere la portata d’aria di progetto, distribuirla tra gli elementi installati in ciascun banco di filtri per ottenere la portata per elemento, leggere la resistenza di ciascuno stadio dalla relativa curva a quella portata, sommare le perdite del banco assemblato relative a telai e raccordi, aggiungere le resistenze della serpentina, del condotto, della serranda e del terminale alla stessa portata, e infine aggiungere il margine di carico dei filtri concordato. Il totale così ottenuto, a quella portata, rappresenta la potenza del ventilatore da indicare nel preventivo.

Confronta le offerte e verifica l'intervallo di regolazione della ventola

Due offerte relative a filtri sono comparabili solo se normalizzate in base alla stessa portata d’aria, alle stesse dimensioni degli elementi e allo stesso numero di elementi installati; in caso contrario, la caduta di pressione iniziale più bassa indicata potrebbe semplicemente indicare un filtro sottoposto a uno sforzo maggiore o un banco con un numero maggiore di elementi. Un'offerta basata su un numero maggiore di elementi comporta una portata inferiore per singolo elemento e quindi presenta una resistenza minore, il che sembra indicare un filtro migliore ma in realtà si tratta di un banco diverso. Ricalcolate entrambe le offerte sulla base della configurazione specificata prima di classificarle e, se un offerente propone un numero o una profondità degli elementi diversi, consideratelo come una modifica alla progettazione del banco, con le relative implicazioni in termini di plenum, costi e sostituzione, piuttosto che come un filtro più economico.

La seconda parte del confronto riguarda il ventilatore stesso, ed è una questione diversa dalla portata. Il valore nominale di un ventilatore indica la portata massima che l’apparecchio è in grado di fornire; non indica però in che modo il sistema manterrà la portata di progetto man mano che la resistenza del filtro aumenta fino a raggiungere la condizione di sostituzione. A rispondere a questa domanda è la configurazione di controllo proposta — velocità variabile, controllo della portata o della pressione e la banda di controllo entro cui opera — insieme alla pressione disponibile del ventilatore e ai limiti operativi in condizioni concordate di funzionamento con filtro carico.

Tre elementi rendono concreta questa verifica. Richiedete la curva del ventilatore con la linea di resistenza del sistema tracciata sia nella condizione di filtro pulito che in quella di filtro carico, in modo che siano visibili i punti di funzionamento a ciascuna estremità della vita utile del filtro. Chiedete dove si collocano questi due punti rispetto alla regione di funzionamento stabile del ventilatore e ai suoi limiti di velocità, potenza e temperatura. Chiedete inoltre in che modo il circuito di controllo mantenga la portata d’aria richiesta tra questi due punti — se risponda alla portata misurata, a un setpoint di pressione nel condotto o a un programma di velocità fissa — poiché una configurazione a velocità fissa, corretta quando il filtro è pulito, subirà una deriva man mano che il carico del banco aumenta. Una scelta che tenga conto solo del punto relativo al filtro pulito lascia irrisolta la questione del funzionamento a pieno carico, che è invece quella con cui l’ambiente dovrà convivere.

È importante tenere distinti il confronto relativo alla resistenza e le altre caratteristiche del filtro. La classe di filtrazione, il tipo di materiale filtrante, la tolleranza all’umidità, il materiale del telaio e la durata prevista influiscono tutti sulla scelta e nessuno di questi aspetti è visibile in un dato relativo alla pressione; pertanto, un’offerta che si aggiudica la gara solo sulla base della resistenza iniziale ha vinto solo uno dei numerosi criteri di confronto.

Registrare una linea di riferimento utilizzabile per la messa in servizio

Una scheda di riferimento per la messa in servizio di un banco di filtri è un documento breve e specifico che riporta: la portata d’aria misurata nel banco al momento della lettura, la posizione fisica dei punti di prelievo della pressione su ciascun lato del banco, l’identificazione dei filtri installati — produttore, modello, classe, dimensioni e numero di elementi — e le letture della pressione differenziale per i singoli stadi, laddove siano presenti punti di prelievo separati. È necessario datare ogni serie di letture e annotare la velocità del ventilatore o il setpoint di controllo in vigore al momento della misurazione.

Ogni elemento esiste proprio per eliminare una specifica ambiguità che si presenta in seguito. Senza il flusso d’aria, una pressione differenziale più elevata dopo un anno potrebbe indicare filtri intasati o semplicemente una portata maggiore, poiché la resistenza aumenta con la portata sugli stessi filtri. Senza le posizioni dei punti di misurazione, una lettura successiva potrebbe riguardare una parte diversa del percorso dell’aria — solo attraverso l’elemento, attraverso il telaio e l’elemento, o attraverso l’intero plenum — e i due valori non sarebbero comparabili. Senza l’identificazione del filtro, un elemento di ricambio con profondità o materiale filtrante diversi può modificare di per sé il valore di riferimento. E senza letture stadio per stadio, un aumento della pressione su un banco multistadio indica che il banco sta creando una restrizione senza specificare quale stadio sia responsabile, il che fa la differenza tra la sostituzione di un prefiltro e l’analisi di un filtro HEPA.

Le letture a fase sono inoltre ciò che rende sensato il percorso di indagine quando, in seguito, la stanza presenta una carenza d’aria. Confrontare la lettura attuale con il valore di riferimento a parità di flusso d’aria e di prese di campionamento; una variazione isolata al prefiltro indica un carico normale, una variazione allo stadio finale indica il filtro HEPA o un problema di tenuta o di bypass, mentre un differenziale costante con flusso d’aria in calo indica che il problema non è affatto legato ai filtri, ma al ventilatore, al motore o al sistema di controllo. ISO 14644-3:2019 descrive i metodi di prova relativi ai parametri prestazionali delle camere bianche già installate; inoltre, una linea di riferimento che registri ogni volta gli stessi limiti di misurazione è ciò che consente di confrontare tra loro i risultati successivi.

La decisione se una batteria caricata debba essere sostituita, lasciata in servizio o rimessa in servizio dopo gli interventi è regolata dalla procedura approvata del progetto e dal responsabile designato, sulla base delle specifiche di riferimento piuttosto che vincolata da esse. Per la discussione con il fornitore che precede tutto ciò, è necessario disporre della portata d’aria di progetto e del numero di elementi per ciascuna batteria, delle classi e dei formati dei filtri previsti in ogni fase, di un elenco delle altre resistenze presenti nel percorso dell’aria a quella portata, delle condizioni di sostituzione concordate e dei requisiti di pressione e ricambio d’aria dell’ambiente, in modo che i valori di resistenza ricevuti descrivano la batteria che si sta effettivamente realizzando.

Domande frequenti

Q: Cosa devo indicare in una richiesta di informazioni da parte di un appassionato se la configurazione finale del filtro non è ancora stata decisa?
A: Indicare esplicitamente le configurazioni candidate, anziché fornire un unico valore generico di perdita di carico. Per ciascuna opzione, specificare la portata d’aria richiesta, le dimensioni e il numero degli elementi, nonché i valori di riferimento relativi alla resistenza a vuoto e alla resistenza prevista in fase di sostituzione. Includere le restanti perdite nel percorso dell’aria, in modo che il confronto tra i ventilatori tenga conto del ciclo di funzionamento completo.

Q: È possibile ridurre la pressione di riserva della ventola installando più filtri in parallelo?
A: Non dare per scontata una riduzione basandosi esclusivamente sul numero di elementi. Verificare la curva di pressione di ciascun elemento in base alla sua quota del flusso d’aria del banco, quindi tenere conto dei telai assemblati e delle raccordi. Qualsiasi modifica alla quota assegnata al banco deve comunque rientrare nel budget di pressione previsto per gli altri stadi del filtro e per i componenti del percorso dell’aria.

Q: È possibile mantenere un ventilatore già in uso quando si modificano le specifiche del filtro?
A: Considerare la sostituzione come una verifica di conformità piuttosto che come un presupposto di sostituzione “equivalente”. Confrontare i filtri proposti alla portata d’aria richiesta, tenendo conto delle condizioni di carico previste, quindi verificare la pressione disponibile, il campo di regolazione e i limiti operativi del ventilatore esistente in relazione all’intero percorso dell’aria. Il semplice confronto tra filtri puliti non è sufficiente a stabilire l’idoneità nell’intero campo operativo previsto.

Q: Un valore più elevato della pressione in banca indica che i filtri devono essere sostituiti?
A: Un valore di lettura più elevato, di per sé, non è sufficiente a giungere a tale conclusione. Innanzitutto, confrontare la portata d’aria, la posizione dei punti di prelievo della pressione e il tipo di filtro con i valori di riferimento della messa in servizio; utilizzare le letture dei singoli stadi, ove disponibili, per chiarire la misurazione. Valutare il risultato ottenuto rispetto alle condizioni di sostituzione concordate prima di prendere una decisione.