Wartość spadku ciśnienia w zestawie filtrów ma znaczenie przy doborze wentylatora tylko wtedy, gdy jest powiązana z trzema określonymi czynnikami: przepływem powietrza przez zestaw, konfiguracją filtrów powodującą ten opór oraz tym, czy wartość ta odnosi się do czystych filtrów, czy też do stanu zanieczyszczenia, w którym filtry będą wymieniane. Wartość oporu bez tych zastrzeżeń nie może zostać zweryfikowana względem krzywej wentylatora, ponieważ opór filtrów rośnie w przybliżeniu wraz z natężeniem przepływu i wzrasta ponownie w miarę zanieczyszczania się wkładu filtracyjnego. Przed doborem wentylatora należy upewnić się, że podana rezerwa obejmuje wszystkie stopnie, przez które przepływa powietrze, a nie tylko ten filtr, o którym akurat mowa.

Określić natężenie przepływu powietrza oraz podstawę ciśnieniową dla czyszczenia i wymiany

Podstawą doboru wentylatora jest podany przepływ powietrza, podana konfiguracja filtra oraz podane warunki oporu — stan czysty lub stan przewidziany przy wymianie. Wszystkie trzy parametry są ze sobą powiązane. A filtr średni Urządzenie o określonej wartości rezystancji osiąga tę wartość wyłącznie przy przepływie powietrza odpowiadającym punktowi na jego krzywej, a jeśli urządzenie pracuje powyżej lub poniżej tego punktu, rzeczywista wartość zmienia się wraz z nim.

Rozróżnienie między stanem czystym a koniecznością wymiany decyduje o tym, czy system będzie w stanie utrzymać projektowy przepływ powietrza przez cały okres eksploatacji filtrów. Wentylator dobrany wyłącznie pod kątem oporu czystego filtra zapewnia projektowy przepływ w dniu uruchomienia, a następnie przepływ ten stopniowo maleje wraz z gromadzeniem się pyłu, co w pomieszczeniu czystym objawia się najpierw zmniejszeniem liczby wymian powietrza i osłabieniem kaskady ciśnienia, zanim pojawi się alarm filtra. Wentylator dobrany pod kątem uzgodnionego warunku wymiany zapewnia rezerwę ciśnienia niezbędną do utrzymania przepływu w całym tym zakresie. Należy wcześnie zdecydować, który warunek zostanie w projekcie potraktowany jako warunek projektowy, i określić to na piśmie, ponieważ ten sam model filtra obsługuje obie wartości, a dostawca nie może zgadnąć, którą z nich mamy na myśli.

Konfiguracja filtra powinna być podana w tej samej specyfikacji. Głębokość elementu i powierzchnia materiału filtracyjnego wpływają na opór przy danym natężeniu przepływu: głębszy filtr typu V-bank lub filtr skrzynkowy o tym samym rozmiarze czołowym zapewnia większą powierzchnię materiału filtracyjnego niż płytki panel o tym samym rozmiarze czołowym, a zatem mniejszy opór przy tym samym natężeniu przepływu. Prosząc o podanie wartości oporu, należy podać rozmiar czołowy, głębokość elementu lub format, klasę filtracji oraz liczbę elementów w zestawie – w przeciwnym razie podana wartość będzie odnosić się do filtra, którego nie zamierzasz kupić.

Uwzględnienie strat związanych z elementami równoległymi i zmontowanymi bateriami

Elementy zamontowane obok siebie w zestawie dzielą między sobą przepływ powietrza; żaden z nich nie odbiera pełnego przepływu powietrza z całego zestawu. Opór zestawu określa się na podstawie przepływu przez jeden element, odczytywanego z krzywej ciśnienia tego elementu — a nie poprzez zsumowanie poszczególnych spadków ciśnienia, tak jakby powietrze przepływało kolejno przez każdy z nich. Zsumowanie ich szeregowo znacznie zawyża opór zestawu i skłania do wyboru wentylatora, który będzie pracował z ograniczoną wydajnością lub poza zakresem swojej sprawności.

Wartością roboczą jest zatem przepływ na jeden element: należy podzielić przepływ powietrza w rzędzie przez liczbę zainstalowanych elementów, odczytać krzywą charakterystyki dla danej wartości i potraktować wynik jako opór stopnia filtrującego. Wyjaśnia to również, dlaczego liczba elementów jest zmienną projektową, a nie tylko szczegółem wykonawczym. Dodanie elementów do tego samego rzędu zmniejsza przepływ obsługiwany przez każdy z nich, co z kolei obniża zarówno spadek ciśnienia, jak i prędkość czołową, a zazwyczaj wydłuża czas do osiągnięcia stanu zanieczyszczenia — kosztem większej komory rozprężnej oraz większej liczby filtrów do magazynowania i wymiany.

Krzywa elementu opisuje sam filtr, a nie otaczającą go konstrukcję. Ramy mocujące, panele zaślepiające, uszczelki kolektorów, przejścia kanałów do i z komory rozprężnej oraz wszelkie zakręty lub zwężenia przed powierzchnią czołową filtra – wszystko to zwiększa opór, którego nie uwzględniono w żadnej specyfikacji technicznej filtra. Nierównomierna prędkość dopływu pogarsza tę sytuację, ponieważ przejście, które obciąża jedną część powierzchni filtra bardziej niż pozostałe, powoduje, że całkowity spadek ciśnienia w całym zespole jest wyższy niż suma spadków poszczególnych elementów. Należy zapytać, czy podana wartość dotyczy samego wkładu, czy też całego zespołu wraz z systemem ram, a jeśli odpowiedź brzmi „wkład”, należy zapytać osobę odpowiedzialną za projekt obudowy, jakie opory powoduje sam zespół.

Opracuj pełny bilans ciśnienia w torze przepływu powietrza

Wentylator musi pokonać wszystkie opory występujące w torze przepływu powietrza, dlatego w obliczeniach ciśnienia należy uwzględnić wszystkie opory połączone szeregowo przy projektowym natężeniu przepływu, a nie tylko omawiany etap filtrowania. W typowej konfiguracji systemu nawiewnego pomieszczenia czystego, obejmującej filtr wstępny, filtr średniej skuteczności, końcowy etap filtrowania HEPA, wężownice chłodzące i grzewcze, sekcje nawilżające, tłumiki, przepustnice, sieć kanałów nawiewnych i wywiewnych wraz z osprzętem, wszelkie obudowy końcowe lub zespoły wentylatorowo-filtrujące oraz ścieżkę powrotną lub wywiewną prowadzącą z powrotem do centrala wentylacyjna. Każdy z nich jest dostosowany do tego samego przepływu powietrza, a ich opory sumują się, ponieważ powietrze przepływa kolejno przez wszystkie z nich.

Sprawdzanie pojedynczego filtra w izolacji sprawia, że niedobory pozostają niewykryte. Filtr średniej skuteczności, który sam w sobie wydaje się działać prawidłowo, może nadal powodować niedobór ciśnienia w systemie, jeśli stopień HEPA, zabrudzony filtr wstępny i długi odcinek kanału pochłaniają ciśnienie, które nigdy nie zostało uwzględnione w specyfikacji. To samo dotyczy sytuacji odwrotnej: jeśli obudowy końcowych filtrów HEPA odpowiadają za większość oporu końcowego, poprawa działania filtra średniej skuteczności przynosi mniejsze korzyści, niż sugerują to specyfikacje.

Dwie pozycje w budżecie wymagają dołączenia wyraźnego warunku. Najbardziej oczywistym przykładem są filtry — należy wprowadzić wartość każdego stopnia filtrowania zgodnie z uzgodnioną wartością czystości lub obciążenia, zachowując spójność między stopniami, oraz określić, o który stopień chodzi. Drugą pozycją jest etap końcowy: końcowa obudowa filtra HEPA zwiększa opór pracy wentylatora centralnego, podczas gdy moduł wentylacyjno-filtracyjny posiada własny wentylator i własny filtr, więc jego opór dotyczy tego modułu, a nie centrali wentylacyjnej, chociaż centrala nadal musi dostarczać klimatyzowane powietrze do wlotu modułu przy wymaganym ciśnieniu statycznym. Błędne określenie tej granicy powoduje albo podwójne uwzględnienie oporu filtra HEPA, albo całkowite pominięcie go. ISO 14644-4:2022 traktuje projektowanie, budowę i uruchomienie pomieszczeń czystych jako spójny proces projektowy, co stanowi przydatne przypomnienie, że to właśnie ścieżka przepływu powietrza – a nie poszczególne elementy – jest przedmiotem budowy i weryfikacji.

Przykładowa ilustracja, w której wartości zostały pozostawione do ustalenia w ramach projektu: należy przyjąć projektowy przepływ powietrza zasilającego, podzielić go między zainstalowane elementy w każdym bloku filtrów, aby uzyskać przepływ na jeden element, odczytać opór każdego stopnia z odpowiedniej krzywej dla danego przepływu, zsumować straty w zmontowanym bloku wynikające z ram i przejść, dodać opory wężownicy, kanału, przepustnicy i przyłącza przy tym samym przepływie, a następnie dodać uzgodniony margines obciążenia filtrów. Suma tych wartości przy danym przepływie stanowi obciążenie wentylatora, na podstawie którego należy sporządzić ofertę.

Porównaj oferty i sprawdź zakres regulacji wentylatora

Dwie oferty na filtry można porównać tylko wtedy, gdy są one znormalizowane pod kątem tego samego przepływu powietrza, tego samego rozmiaru elementu oraz tej samej liczby zainstalowanych elementów; dopóki tak nie jest, niższy podany początkowy spadek ciśnienia może po prostu oznaczać, że filtr pracuje z większym obciążeniem lub że zestaw zawiera więcej elementów. Oferta oparta na większej liczbie elementów zakłada mniejszy przepływ na jeden element, a zatem wskazuje na niższy opór, co sprawia wrażenie lepszego filtra, a w rzeczywistości oznacza inny zestaw. Przed sporządzeniem rankingu obie oferty należy przeliczyć na podaną konfigurację, a jeśli oferent proponuje inną liczbę elementów lub głębokość, należy to traktować jako zmianę konstrukcji zestawu, wiążącą się z własną komorą rozprężną, kosztami i konsekwencjami związanymi z wymianą, a nie jako tańszy filtr.

Drugą częścią porównania jest sam wentylator, a jest to kwestia odrębna od wydajności. Nominalna wydajność wentylatora określa, jaką ilość powietrza urządzenie jest w stanie przetransportować; nie określa ona jednak, w jaki sposób system utrzyma projektowy przepływ powietrza, gdy opór filtra wzrośnie do poziomu wymagającego wymiany. Odpowiedź na to pytanie daje proponowany układ sterowania — regulacja prędkości obrotowej, przepływu lub ciśnienia oraz zakres regulacji, w którym działa — wraz z dostępnym ciśnieniem wentylatora i granicami pracy przy uzgodnionym obciążeniu filtra.

Trzy czynniki pozwalają konkretnie zweryfikować tę kwestię. Należy poprosić o wykres charakterystyki wentylatora z naniesioną linią oporu systemu zarówno dla filtra czystego, jak i obciążonego, tak aby widoczne były punkty pracy na każdym końcu okresu eksploatacji filtra. Należy zapytać, gdzie te dwa punkty znajdują się w stosunku do stabilnego obszaru pracy wentylatora oraz jego ograniczeń prędkości, mocy i temperatury. Należy również zapytać, w jaki sposób pętla regulacyjna utrzymuje wymagany przepływ powietrza między tymi punktami — czy reaguje na zmierzony przepływ, na wartość zadaną ciśnienia w kanale, czy też na stały harmonogram prędkości — ponieważ układ o stałej prędkości, który działa poprawnie przy czystym filtrze, będzie wykazywał odchylenia w miarę obciążania układu. Wybór, który uwzględnia jedynie punkt dla filtra czystego, pomija kwestię pracy przy obciążonym filtrze, a to właśnie z tą sytuacją musi sobie radzić pomieszczenie.

Należy rozpatrywać porównanie oporu oraz pozostałe właściwości filtra oddzielnie. Klasa filtracji, rodzaj materiału filtracyjnego, odporność na wilgoć, materiał obudowy oraz przewidywana żywotność mają wpływ na wybór, a żadna z tych cech nie wynika z wartości ciśnienia; dlatego oferta, która wygrywa wyłącznie na podstawie początkowego oporu, wygrała jedynie jedno z kilku kryteriów porównania.

Zarejestruj przydatną linię bazową uruchomienia

Podstawa uruchomieniowa dla zestawu filtrów to krótki, szczegółowy zapis zawierający: zmierzony przepływ powietrza przez zestaw w momencie pomiaru, fizyczną lokalizację punktów pomiaru ciśnienia po obu stronach zestawu, dane zainstalowanych filtrów — producenta, model, klasę, rozmiar i liczbę elementów — oraz odczyty różnicy ciśnień dla poszczególnych stopni, o ile istnieją oddzielne punkty pomiarowe. Należy opatrzyć każdy zestaw odczytów datą oraz odnotować prędkość wentylatora lub aktualną wartość zadaną regulacji obowiązującą w momencie ich wykonania.

Każdy element istnieje po to, by wyeliminować konkretną niejasność, która pojawia się w późniejszym czasie. Bez przepływu powietrza wyższa różnica ciśnień po upływie roku mogłaby oznaczać zatkane filtry lub po prostu większy przepływ, ponieważ opór tych samych filtrów rośnie wraz z przepływem. Bez określenia lokalizacji punktów pomiarowych późniejszy odczyt może dotyczyć innego odcinka ścieżki przepływu powietrza — wyłącznie w obrębie wkładu, w obrębie ramy i wkładu lub w obrębie całej komory — a te dwie wartości nie będą porównywalne. Bez identyfikacji filtra element zamienny o innej głębokości lub innym materiale filtracyjnym może samodzielnie zmienić wartość odniesienia. A bez odczytów dla poszczególnych stopni wzrost ciśnienia w wieloetapowym zestawie filtrów wskazuje jedynie, że zestaw ten powoduje ograniczenie przepływu, nie wskazując jednak, który stopień jest tego przyczyną, co stanowi różnicę między wymianą filtra wstępnego a sprawdzeniem filtra HEPA.

Odczyty na poszczególnych stopniach filtrowania pozwalają również ustalić sensowny kierunek poszukiwań, gdy w pomieszczeniu zacznie brakować powietrza. Należy porównać aktualny odczyt z wartością odniesienia przy tym samym przepływie powietrza i tych samych punktach pomiarowych; zmiana ograniczona do filtra wstępnego wskazuje na normalne obciążenie, zmiana na ostatnim stopniu wskazuje na filtr HEPA lub na problem z uszczelnieniem albo obejściem, a stała różnica przy spadającym przepływie powietrza wskazuje, że przyczyna leży zupełnie poza filtrami – w wentylatorze, napędzie lub układzie sterowania. ISO 14644-3:2019 opisuje metody badawcze dotyczące parametrów eksploatacyjnych zainstalowanych pomieszczeń czystych, a punkt odniesienia, który za każdym razem określa te same granice pomiarowe, pozwala na porównywanie kolejnych wyników między sobą.

Decyzja o tym, czy obciążony blok zostanie wymieniony, pozostawiony w eksploatacji lub ponownie wprowadzony do eksploatacji po zakończeniu prac, podlega zatwierdzonej procedurze projektowej oraz wyznaczonemu osobie zatwierdzającej, przy czym opiera się ona na danych bazowych, a nie jest przez nie wiążąco określana. W ramach rozmów z dostawcą, które poprzedzają wszystkie te działania, należy przedstawić projektowy przepływ powietrza i liczbę elementów dla każdego bloku, klasy i formaty filtrów przewidziane na każdym etapie, listę pozostałych oporów w ścieżce przepływu powietrza przy danym przepływie, uzgodnione warunki wymiany oraz wymagania dotyczące ciśnienia w pomieszczeniu i wymiany powietrza, tak aby otrzymane wartości oporów odpowiadały blokowi, który faktycznie budujesz.

Często zadawane pytania

Q: Co należy zawrzeć w zapytaniu od fana, jeśli ostateczna konfiguracja filtrów nie została jeszcze ustalona?
A: Należy podawać konkretne konfiguracje kandydackie zamiast określać jedną ogólną wartość dopuszczalnego spadku ciśnienia. Dla każdej opcji należy podać wymagany przepływ powietrza, rozmiar i liczbę elementów oraz podstawę oporu w stanie czystym i przy planowanej wymianie. Należy uwzględnić pozostałe straty w przewodach powietrznych, tak aby porównanie wentylatorów uwzględniało pełne obciążenie.

Q: Czy mogę zmniejszyć dopuszczalne ciśnienie wentylatora, montując więcej filtrów połączonych równolegle?
A: Nie należy zakładać zmniejszenia wartości wyłącznie na podstawie liczby elementów. Należy sprawdzić krzywą ciśnienia każdego elementu przy jego udziale w przepływie powietrza w bloku, a następnie uwzględnić zmontowane ramy i elementy przejściowe. Każda skorygowana wartość rezerwy dla bloku musi nadal mieścić się w ramach budżetu ciśnienia dla pozostałych stopni filtra i elementów ścieżki przepływu powietrza.

Q: Czy po zmianie specyfikacji filtra możemy zachować dotychczasowy wentylator?
A: Należy traktować zachowanie wydajności jako kontrolę zgodności z wymaganiami, a nie jako założenie dotyczące zamiany na identyczny model. Należy porównać proponowane filtry przy wymaganym przepływie powietrza, uwzględniając ich przewidywane obciążenie, a następnie sprawdzić dostępne ciśnienie, zakres regulacji i granice pracy istniejącego wentylatora w odniesieniu do całej ścieżki przepływu powietrza. Samo porównanie czystych filtrów nie pozwala ustalić ich przydatności w przewidywanym zakresie pracy.

Q: Czy wyższy odczyt ciśnienia w układzie oznacza, że filtry wymagają wymiany?
A: Sam wyższy odczyt nie pozwala na wyciągnięcie takiego wniosku. Najpierw należy porównać przepływ powietrza, położenie punktów pomiaru ciśnienia oraz typy filtrów z wartościami odniesienia z okresu uruchomienia; w miarę możliwości należy wykorzystać odczyty poszczególnych stopni, aby doprecyzować pomiar. Przed podjęciem decyzji należy ocenić ten wynik w kontekście uzgodnionych warunków wymiany.