Ile filtrów o średniej wydajności potrzebuje bank i w jakim układzie, gdy wymagany przepływ powietrza i fizyczny otwór są już ustalone? Odpowiedzi nie znajdzie się w katalogu; zależy ona od tego, jaka część tego otworu jest faktycznie dostępna po uwzględnieniu ram i przeszkód, oraz od tego, jak dostępna powierzchnia zostanie następnie podzielona między standardowe rozmiary filtrów bez pozostawiania luk. Jeśli kolejność zostanie ustalona nieprawidłowo, instalacja albo będzie przepychać powietrze przez mniejszą powierzchnię materiału filtracyjnego niż planowano, zwiększając opór ponad poziom przewidziany w projekcie, albo pozostawi otwarte ścieżki, przez które powietrze całkowicie ominie materiał filtracyjny.

Projektowy przepływ powietrza i stan pracy zastosowane w tym bloku

Zanim rozpocznie się jakakolwiek kalkulacja dotycząca powierzchni czołowej, należy ustalić projektowy przepływ powietrza dla konkretnego, ocenianego stanu pracy. System wentylacyjny lub system wentylacji pomieszczenia czystego może obsługiwać więcej niż jeden zdefiniowany stan pracy, a w takim przypadku każdy stan może odpowiadać innej wartości projektowego przepływu powietrza. Zespół filtrów dobrany pod kątem przepływu powietrza dla jednego stanu nie musi automatycznie być odpowiedni dla innego stanu; powierzchnia użytkowa pozostaje stała, ale zmienia się przepływ rozdzielany na tę powierzchnię, co wpływa na prędkość przy powierzchni oraz opór, jaki zespół filtrów stwarza w tych warunkach. Ustalenie, który stan pracy ma reprezentować proces doboru, jest zatem warunkiem wstępnym, a nie formalnością, ponieważ każdy kolejny krok — powierzchnia użytkowa, liczba urządzeń, dane dotyczące oporu — ma znaczenie wyłącznie w odniesieniu do tego jednego określonego przepływu powietrza.

W tym przypadku również sama wartość natężenia przepływu powietrza musi być powiązana z wartością bazową. Projektowe natężenie przepływu powietrza wyznaczone na podstawie dobór wielkości centrali wentylacyjnej i obliczanie prędkości przepływu powietrza Obliczenia wykonywane przed zespołem filtrów opierają się na założeniach dotyczących prędkości w kanale, rozkładu przepływu oraz równowagi systemu, które są przejmowane przy doborze wielkości zespołu, a nie ponownie wyliczane. Jeśli w obliczeniach dotyczących zespołu zastosowano wartość przepływu powietrza inną niż ta, którą system wentylacyjny faktycznie dostarcza do danego otworu, rozbieżność ta ujawni się dopiero podczas uruchomienia instalacji, gdy zmierzony przepływ i obliczone opory nie będą się zgadzać.

ISO 14644-4:2022 opisuje proces, w ramach którego wymagania dotyczące pomieszczeń czystych przechodzą przez etapy projektowania, budowy i uruchomienia aż do weryfikacji, a w ramach tej sekwencji ustala się określony projektowy przepływ powietrza dla każdego istotnego stanu pracy, zanim przystąpi się do doboru wielkości urządzeń znajdujących się w dalszej części systemu. Norma nie nakazuje stosowania konkretnej technologii doboru wielkości ani określonej umownej metody realizacji w zakresie tego, w jaki sposób przepływ powietrza przekłada się na zestaw filtrów; określa jedynie kolejność, w jakiej przepływ powietrza musi zostać ustalony w pierwszej kolejności. Z punktu widzenia nabywcy praktyczne wymagania są węższe: należy określić, który stan pracy ma zaspokajać oferowany zestaw filtrów, oraz potwierdzić, że wartość przepływu powietrza zastosowana przy doborze jest tą, którą dany stan faktycznie generuje przy danym otworze, a nie ogólną lub zaokrągloną wartością przeniesioną z wcześniejszego etapu projektowania.

Powierzchnia czołowa dostępna po uwzględnieniu ram i przeszkód

Otwór zajmowany przez zestaw filtrów rzadko pokrywa się z powierzchnią dostępną dla mediów filtracyjnych. Elementy ramy, słupki oraz wszelkie podpory konstrukcyjne przecinające otwór zmniejszają powierzchnię w stosunku do tego, co sugerują wymiary nominalne lub wymiary obudowy, a ta pominięta powierzchnia nie przepuszcza powietrza przez materiał filtracyjny, niezależnie od tego, jak w innym zakresie rozmieszczony jest zestaw filtrów. Dobór rozmiaru na podstawie nominalnych wymiarów obudowy zamiast rzeczywistej powierzchni w świetle powoduje zatem zawyżenie powierzchni użytkowej, co z kolei prowadzi do zaniżenia prędkości czołowej, jaką faktycznie osiągnie zestaw filtrów, oraz zaniżenia wynikającego z tego oporu.

Stopień zmniejszenia powierzchni użytkowej nie jest jednakowy we wszystkich projektach. W przypadku, gdy pojedynczy otwór mieści jedną jednostkę, przeszkoda ogranicza się do ramy obwodowej. Gdy szerszy otwór jest podzielony tak, aby pomieścić wiele jednostek obok siebie, podpory pośrednie między jednostkami zmniejszają powierzchnię użytkową o dodatkową część, której nie trzeba by uwzględniać przy obliczeniach dla pojedynczej jednostki. Szerszy lub głębszy profil ramy zmniejsza powierzchnię użytkową w większym stopniu niż profil węższy, nawet w przypadku otworów o identycznych wymiarach nominalnych. Dlatego powierzchnię czołową użytkową należy ustalać na podstawie rzeczywistych wymiarów światła otworu oraz udokumentowanych przeszkód ramowych charakterystycznych dla danego otworu, a nie zakładać na podstawie standardowego rozmiaru obudowy podanego dla innej konfiguracji.

Konsekwencje wykraczają poza bezpośrednie obliczenia. Każdy kolejny etap projektowania układu kanałów wentylacyjnych — ile standardowych modułów zmieści się w kanale, jakie opory występują przy projektowym przepływie powietrza, jaka powierzchnia niewykorzystana wymaga uszczelnienia — wynika z tej wartości powierzchni użytkowej. Błąd na tym etapie nie ogranicza się do jednej pozycji; ma wpływ na liczbę jednostek, przewidywane opory oraz zakres uszczelnienia. Potwierdzenie powierzchni czołowej użytkowej na podstawie wymiarów terenowych lub rysunkowych, a nie na podstawie nominalnego rozmiaru otworu, jest krokiem decydującym o tym, czy wszystko, co zostanie na tej podstawie zbudowane, będzie prawidłowe.

Liczba modułów i ich rozmieszczenie bez otwartych ścieżek obejściowych

Po ustaleniu powierzchni użytkowej kolejnym zadaniem jest podjęcie decyzji, w jaki sposób wypełnić ją modułami o standardowych rozmiarach, tak aby żadna część otworu nie pozostała bez modułu filtrującego lub uszczelnionej wkładki. W tym przypadku wybór konfiguracji modułów ma równie duże znaczenie, co ich liczba. Filtry powietrza panelowe o średniej wydajności charakteryzują się płaskim profilem i zajmują powierzchnię czołową mniej więcej proporcjonalną do powierzchni nośnej, co sprawia, że łatwo je połączyć w szerokim, płytkim otworze. Filtry powietrza o średniej skuteczności w workach lub kieszeniach rozszerzyć podkład w głąb za powierzchnią czołową, odzyskując powierzchnię podkładu bez zwiększania wymiaru czołowego, co jest przydatne w sytuacjach, gdy szerokość otworu jest ograniczona, ale dostępna jest głębokość za skarpą. Filtry powietrza o średniej wydajności V-bank upakować plisowany materiał filtracyjny w kompaktową powierzchnię czołową, wykorzystując ponownie głębokość o innej geometrii, co pozwala zmniejszyć powierzchnię czołową wymaganą dla danej ilości materiału filtracyjnego.

W przypadkach, gdy głębokość za obudową jest ograniczona przez otaczające budynki lub przewody, preferowana może być konfiguracja o płytkim profilu, wykorzystująca powierzchnię czołową do zapewnienia wymaganej powierzchni filtracyjnej, mimo że zajmuje ona większą część użytecznego otworu na jednostkę. Tam, gdzie ograniczeniem jest powierzchnia czołowa, a głębokość jest wystarczająca, preferowana może być natomiast konfiguracja, w której powierzchnia filtracyjna jest uzyskiwana raczej dzięki głębokości niż szerokości, co pozwala na zastosowanie mniejszej liczby jednostek lub mniejszych powierzchni czołowych przy zachowaniu tych samych wymagań dotyczących powierzchni filtracyjnej. Żadna z tych opcji nie jest z natury rzeczy właściwa; proporcje otworu i przestrzeń za nim decydują o tym, które z tych rozwiązań należy zastosować.

Niezależnie od wybranej kombinacji standardowych rozmiarów, układ należy sprawdzić pod kątem rzeczywistej powierzchni użytkowej, a nie tylko docelowej liczby modułów. Moduły muszą zmieścić się w wolnym otworze i wokół wszelkich przeszkód, bez wymuszania takiego rozmieszczenia, które pozostawia pasek powierzchni zbyt wąski dla kolejnego standardowego modułu, ale zbyt szeroki, by go zignorować. Ta pozostała część nie znika ze ścieżki przepływu powietrza; jeśli nie jest zajęta przez urządzenie i nie została wyraźnie uszczelniona, staje się otwartą ścieżką obejściową, przez którą powietrze przepływa bez przechodzenia przez materiał filtracyjny, podważając opór i rozkład przepływu powietrza założone w pozostałej części obliczeń. Udokumentowanie każdej niezajętej części i sposobu jej uszczelnienia wraz z wybranym układem urządzeń pozwala potwierdzić, że w układzie nie ma takich ścieżek, zamiast zakładać, że sama arytmetyka to gwarantuje.

Dane dotyczące oporu wymagane przy proponowanym natężeniu przepływu

Opór zespołu filtrów zależy od rzeczywistego przepływu powietrza przechodzącego przez powierzchnię filtracyjną, co oznacza, że dwa zespoły zapewniające ten sam całkowity przepływ powietrza mogą wykazywać różny opór, jeśli różni się ich układ. Zespół złożony z większej liczby modułów rozmieszczonych na większej powierzchni czołowej charakteryzuje się mniejszą prędkością czołową na moduł niż zespół składający się z mniejszej liczby większych modułów, przepuszczających ten sam całkowity przepływ powietrza przez mniejszą łączną powierzchnię mediów filtracyjnych. Dlatego dane dotyczące oporu należy uzyskać dla proponowanego przepływu powietrza na moduł oraz dla całego proponowanego zespołu, a nie przyjmować je jako ogólną wartość przypisaną do pojedynczego typu modułu. Dane dotyczące oporu na poziomie pojedynczego urządzenia opisują, jak zachowuje się pojedyncze urządzenie o wybranym rozmiarze przy swoim udziale w przepływie; same w sobie nie określają one jednak, jak zachowuje się zmontowany zestaw, ponieważ całkowity opór zestawu zależy od tego, jak urządzenia współdziałają wewnątrz obudowy oraz od tego, czy decyzje dotyczące powierzchni użytkowej i rozmieszczenia zostały zrealizowane zgodnie z obliczeniami.

Opór w stanie czystym oraz opór w stanie obciążenia zdefiniowanym w projekcie opisują różne etapy cyklu życia filtra i nie należy traktować tych wartości jako zamiennych. Zestaw filtrów dobrany wyłącznie na podstawie wartości oporu w stanie czystym będzie zaniżał spadek ciśnienia występujący w systemie w miarę zbliżania się do warunków obciążenia określonych w projekcie, co wpływa na sposób doboru wydajności wentylatora lub systemu znajdującego się przed filtrem. Rozróżnienie tych dwóch warunków w wymaganiach dotyczących oporu, zarówno w odniesieniu do pojedynczego filtra, jak i całego zestawu, pozwala uwzględnić w projekcie systemu pełny zakres warunków, w jakich zestaw będzie pracował, a nie tylko jeden korzystny punkt.

Systemy klasyfikacji, takie jak ISO 16890-1:2016, które dotyczą filtrów wentylacji ogólnej oraz ich klasyfikacji pod względem skuteczności w zatrzymywaniu cząstek stałych, określają kategorię skuteczności filtra, ale same w sobie nie podają wartości oporu przy konkretnym proponowanym natężeniu przepływu powietrza dla konkretnej konfiguracji zestawu filtrów. Etykieta klasyfikacyjna nie zastępuje danych dotyczących oporu powiązanych z rzeczywistym przepływem powietrza i rozważanym układem. Gdy powierzchnia czołowa użytkowa, dobór urządzeń i ich rozmieszczenie osiągną etap weryfikacji oferty, przedłożenie potwierdzonego projektowego przepływu powietrza, proponowanego przepływu na jedno urządzenie oraz wybranego układu pozwala dostawcy, takiemu jak YOUTH, na przedstawienie danych dotyczących oporu odpowiadających tej konkretnej konfiguracji, a nie jedynie ogólnej wartości odniesienia dla samego typu urządzenia.

Szczegóły dotyczące obudowy, uszczelnienia i dostępu – podstawy obliczeń

Układ spełniający wymagania obliczeń dotyczących powierzchni czołowej i rezystancji nie stanowi jeszcze zestawu nadającego się do montażu lub konserwacji, dopóki nie zostaną udokumentowane szczegóły dotyczące obudowy i instalacji technicznej znajdujących się za nim. Możliwość dostępu decyduje o tym, czy układ, który wygląda dobrze na papierze, będzie faktycznie dostępny po zamontowaniu obudowy, przewodów wentylacyjnych lub otaczającej konstrukcji; układ dostępny tylko z jednej strony wpływa na to, które urządzenia można wyjąć i w jakiej kolejności, w porównaniu z układem dostępnym z obu stron. W przypadku gdy dostęp jest ograniczony do jednej ścianki czołowej, urządzenia umieszczone za innymi na trasie demontażu ograniczają kolejność, w jakiej można wymienić dowolne urządzenie, co należy ustalić przed sfinalizowaniem układu, a nie odkrywać podczas pierwszego cyklu konserwacji.

Sposób mocowania elementów w ramie oddziałuje na układ w podobny sposób. Metoda odpowiednia dla pojedynczego elementu w izolowanym otworze niekoniecznie da się w prosty sposób zastosować do układu wielopunktowego z podpórkami pośrednimi, gdzie punkt mocowania każdego elementu musi współistnieć z punktami sąsiednich elementów bez wzajemnych zakłóceń. Podobne rozważania dotyczą połączeń uszczelniających: położenie i zasięg każdego połączenia uszczelniającego decyduje o tym, czy obliczona granica powierzchni użytkowej faktycznie pokrywa się z miejscem, w którym uzyskuje się uszczelnienie, czy też linia uszczelnienia przebiega gdzie indziej w stosunku do uwzględnionej wcześniej przeszkody w ramie. Niezgodność między zakładaną linią uszczelnienia a rzeczywistym połączeniem uszczelniającym ponownie rodzi obawy dotyczące ścieżek obejściowych, które zostały już poruszone w kontekście rozmieszczenia modułów, nawet jeśli liczba modułów i ich położenie są w pozostałym zakresie prawidłowe.

Udokumentowanie kolejności wymiany modułów wraz ze szczegółami dotyczącymi dostępu i mocowania pozwala powiązać obliczenia z faktycznym sposobem obsługi baterii w miarę upływu czasu. Rozwiązanie, które technicznie pasuje do powierzchni czołowej użytkowej, ale wymaga demontażu niepowiązanych modułów w celu dotarcia do jednego filtra, nakłada pewne warunki konserwacyjne, których samo doznakowanie nie ujawniłoby. Rejestrowanie sposobu dostępu, metody mocowania, położenia połączeń uszczelek oraz kolejności wymiany wraz z układem modułów pozwala na zainstalowanie obliczonego zestawu i jego późniejszą konserwację zgodnie z zamierzeniami, zamiast pozostawiania tych kwestii do rozwiązania dopiero po zamontowaniu modułów.

Opublikowano plan rozmieszczenia banków wraz z potwierdzeniem dostawcy

Zanim projekt układu banku zostanie zatwierdzony do wdrożenia, projekt powinien już dysponować potwierdzonym schematem przepływu powietrza powiązanym z konkretnym stanem pracy, powierzchnią użytkową ustaloną na podstawie rzeczywistych wymiarów otworu wylotowego i udokumentowanych przeszkód, rozmieszczeniem modułów wypełniającym tę powierzchnię bez otwartej ścieżki obejściowej, danymi dotyczącymi oporu przy proponowanym przepływie powietrza zarówno dla poszczególnych modułów, jak i całego zestawu w warunkach czystych oraz określonych w projekcie warunkach obciążenia, a także szczegółami dotyczącymi dostępu, mocowania, uszczelek i wymiany niezbędnymi do montażu i konserwacji zestawu. Pozostaje jedynie potwierdzenie, że ten zestaw danych i decyzji, rozpatrywany jako całość, opisuje jedną spójną konfigurację, a nie zbiór indywidualnie uzasadnionych wyborów, które w rzeczywistości nie da się połączyć.

W tym przypadku potwierdzenie dostawcy pełni funkcję kontroli, a nie odrębnego etapu projektowania. Wymiary obudowy, wybrane standardowe rozmiary modułów w panelach, workach lub kieszeniach, konfiguracje typu V-bank, sposób uszczelnienia wszelkich niezagospodarowanych obszarów oraz wartości oporu muszą odpowiadać tej samej zadanej wartości przepływu powietrza i temu samemu fizycznemu otworowi; potwierdzenie zatwierdzonego układu pod kątem kompatybilności z urządzeniami dostawcy i interfejsami obudowy pozwala przekształcić układ taki jak ten zbudowany z modułów filtrujących YOUTH z obliczonego projektu w konfigurację, którą można wyprodukować, dostarczyć i zintegrować z otaczającą siecią kanałów wentylacyjnych oraz obudową bez konieczności ponownej obróbki podczas montażu. W przypadku, gdy nie przeprowadzono jeszcze własnej weryfikacji wymiarów wolnego otworu w terenie, weryfikacja ta pozostaje kwestią do rozstrzygnięcia przed zatwierdzeniem projektu, ponieważ wszystkie pozostałe dane w układzie są od niej zależne. W przypadku gdy do tego samego zestawu mają zastosowanie stany pracy wykraczające poza ten już oceniony, potwierdzenie, że zatwierdzony układ spełnia również wymagania dotyczące przepływu powietrza w tych stanach, stanowi ostatnią decyzję, jaką należy podjąć, zanim układ zostanie uznany za ostateczny.

Często zadawane pytania

Q: Jakiego trybu przepływu powietrza należy użyć, jeśli instalacja wentylacyjna posiada więcej niż jeden tryb pracy?
A: Należy dobrać rozmiar układu wentylacyjnego na podstawie jednego, jasno określonego stanu pracy oraz potwierdzonego projektowego przepływu powietrza. Każdy stan, który znacznie odbiega od normy, należy sprawdzić osobno, uwzględniając wynikowy proponowany przepływ powietrza na jednostkę oraz odpowiadające mu dane dotyczące oporu, zamiast łączyć kilka stanów w jedną wartość wymiarową.

Q: Czy do każdego filtra w zestawie można przypisać ten sam przepływ powietrza?
A: Z założenia równych udziałów należy korzystać wyłącznie wtedy, gdy jest ono zgodne z proponowaną liczbą urządzeń i ich rozmieszczeniem. Jeśli wielkość urządzeń, ich położenie lub rozkład przepływu powietrza są inne, należy odnotować proponowaną podstawę przepływu dla każdego wybranego urządzenia i uzyskać dane dotyczące oporu odpowiadające tej podstawie.

Q: Czy na podstawie samych obliczeń powierzchni czołowej można ustalić, czy należy zastosować filtry panelowe, workowe, kieszeniowe czy typu V-bank?
A: Nie. Należy porównywać wyłącznie konfiguracje, które pasują do rzeczywistego światła otworu, mogą być zamocowane i uszczelnione bez otwartych ścieżek obejściowych, pozostają dostępne w celu wymiany oraz dla których dostępne są dane dostawcy dotyczące oporu przy proponowanym przepływie powietrza w pojedynczym elemencie i w całym zestawie.

Q: Co należy zrobić, gdy standardowe rozmiary filtrów nie wypełniają całkowicie dostępnego otworu?
A: Należy zidentyfikować wszystkie niezagospodarowane części otworu i zastosować w nich odpowiednie uszczelnienie. Jeśli nie da się zamknąć pozostałej przestrzeni przy zachowaniu zaplanowanych elementów mocujących, uszczelek, dostępu oraz szczegółów dotyczących wymiany, przed zatwierdzeniem projektu należy zmienić kombinację rozmiarów elementów lub układ obudowy.

Q: Co powinno znaleźć się w paczce wysyłanej do dostawcy w celu potwierdzenia?
A: Należy przesłać wymiarowy schemat elewacji czołowej z zaznaczonymi wymiarami otworu wylotowego, przeszkodami, wybranymi rozmiarami i położeniami urządzeń, uszczelnieniem niewykorzystanej powierzchni oraz projektowym przepływem powietrza i stanem pracy. Należy również podać proponowany przepływ powietrza na jedno urządzenie, odróżnić warunki czystego oporu od warunków obciążonego oporu zdefiniowanych w projekcie oraz dołączyć szczegóły dotyczące elementów mocujących, uszczelek, dostępu i kolejności wymiany.

Q: Czy wykonane obliczenia dotyczące doboru rozmiarów banku filtrów potwierdzają wydajność zainstalowanego pomieszczenia czystego?
A: Nie. Obliczenia określają proponowany układ baterii oraz dane niezbędne do jej weryfikacji; nie określają one jednak rzeczywistej wydajności po zainstalowaniu. Należy oddzielnie uwzględnić wymagania dotyczące weryfikacji projektu i upewnić się, że dane dostawcy dotyczące rezystancji są zgodne z wybraną konfiguracją i określonymi warunkami pracy.