Значение перепада давления в фильтрующем блоке можно использовать для подбора вентилятора только в том случае, если оно привязано к трем указанным параметрам: расходу воздуха, проходящего через блок; конфигурации фильтров, создающей данное сопротивление; а также к тому, относится ли это значение к чистым фильтрам или к состоянию загрязнения, при котором фильтры подлежат замене. Значение сопротивления без этих уточнений невозможно сопоставить с кривой вентилятора, поскольку сопротивление фильтра увеличивается примерно пропорционально расходу и снова возрастает по мере загрязнения фильтрующего материала. Перед расчетом мощности вентилятора необходимо убедиться, что указанный запас покрывает все ступени, через которые проходит воздух, а не только тот фильтр, о котором идет речь.

Определить расход воздуха и критерии давления для очистки и замены

Основой для выбора вентилятора являются заявленный расход воздуха, заявленная конфигурация фильтра и заявленные условия сопротивления — в чистом состоянии или в состоянии, предполагаемом при замене. Все три параметра взаимосвязаны. A фильтр средней очистки Устройство, рассчитанное на заданное сопротивление, проходит это сопротивление только при значении расхода воздуха, соответствующем точке на его кривой, и если нагрузка превышает или не достигает этой точки, фактическое значение изменяется соответственно.

Различие между состоянием «чистый» и «требует замены» определяет, сможет ли система поддерживать расчетный расход воздуха на протяжении всего срока службы фильтров. Вентилятор, размер которого рассчитан исключительно с учетом сопротивления чистых фильтров, обеспечивает расчетный расход в день ввода в эксплуатацию, но затем этот показатель постепенно снижается по мере накопления пыли, что в чистой комнате сначала проявляется в виде уменьшения частоты воздухообмена и ослабления каскада давления, а уже потом — в виде срабатывания сигнализации о состоянии фильтра. Вентилятор, размер которого рассчитан с учётом согласованного условия замены, обеспечивает запас давления, необходимый для поддержания расхода в этом диапазоне. Заранее определите, какое из этих условий будет считаться расчётным для проекта, и зафиксируйте это в письменной форме, поскольку одна и та же модель фильтра поддерживает оба значения, и поставщик не может догадаться, какое из них вы имеете в виду.

Параметры фильтра должны указываться в одном и том же утверждении. Глубина элемента и площадь фильтрующего материала влияют на сопротивление при заданном расходе воздуха: более глубокий V-образный блок или коробчатый фильтр с фильтрующим материалом имеет большую площадь фильтрующего материала, чем неглубокая панель того же размера лицевой поверхности, и, следовательно, меньшее сопротивление при том же расходе. Когда вы запрашиваете значение сопротивления, укажите размер лицевой поверхности, глубину элемента или формат, класс фильтрации и количество элементов в блоке; в противном случае приведенные данные будут относиться к фильтру, который вы не собираетесь приобретать.

Учет убытков по параллельным элементам и сформированным резервам

Элементы, установленные рядом в блоке, делят между собой поток воздуха; каждый из них не получает полного объема воздушного потока, проходящего через блок. Сопротивление блока определяется по расходу воздуха, проходящего через один элемент, с учетом кривой давления этого элемента — а не путем сложения отдельных потерь давления, как если бы воздух проходил через каждый элемент по очереди. Сложение этих потерь в последовательном порядке приводит к значительному завышению сопротивления блока и заставляет выбирать вентилятор, который будет работать с ограничением мощности или за пределами диапазона эффективной работы.

Таким образом, расчетным показателем является расход на один элемент: необходимо разделить расход воздуха в блоке на количество установленных элементов, определить значение на соответствующей точке кривой элемента и принять полученный результат за сопротивление фильтрующего этапа. Это также объясняет, почему количество элементов является проектной переменной, а не конструктивной деталью. Добавление элементов в один и тот же блок снижает расход, обрабатываемый каждым из них, что приводит к уменьшению как перепада давления, так и линейной скорости, и, как правило, увеличивает интервал до достижения состояния перегрузки — за счет необходимости использования более крупной камеры и увеличения количества фильтров, которые нужно хранить и заменять.

Кривая элемента описывает сам фильтр, а не конструкцию вокруг него. Удерживающие рамы, заглушки, уплотнения коллекторов, переходные элементы воздуховодов, ведущие в камеру и из нее, а также любые изгибы или сужения перед лицевой поверхностью фильтра — все это создает сопротивление, которое не учитывается в технических характеристиках фильтра. Неравномерная скорость воздушного потока ухудшает ситуацию, поскольку переход, создающий более высокую нагрузку на одну часть поверхности фильтрующего блока по сравнению с остальными, повышает суммарный перепад давления в сборе выше, чем просто сумма перепадов отдельных частей. Уточните, относится ли указанное значение к самому фильтрующему элементу или к смонтированному блоку с системой рамок, и если ответ — к элементу, спросите у лица, ответственного за проектирование корпуса, какое дополнительное сопротивление создает узел в сборе.

Составить полный баланс давления в воздуховоде

Вентилятор должен преодолевать все препятствия на пути воздушного потока, поэтому в расчете давления необходимо учесть все последовательно соединенные сопротивления при расчетном расходе воздуха, а не только рассматриваемый этап фильтрации. В типичной схеме подачи воздуха в чистую комнату, включающей предварительный фильтр, среднеэффективный фильтр, конечный этап HEPA, охлаждающие и нагревательные змеевики, секции увлажнения, шумопоглотители, заслонки, приточные и вытяжные воздуховоды с их фитингами, любые концевые корпуса или вентиляторно-фильтрующие агрегаты, а также обратный или вытяжной канал, ведущий обратно к вентиляционная установка. Каждый из них рассчитан на одинаковый расход воздуха, и их сопротивления суммируются, поскольку воздух проходит через них все по очереди.

Проверка одного фильтра в отдельности — это именно то, как скрываются недостатки. Среднеэффективный фильтр, который сам по себе выглядит исправным, всё равно может привести к недостаточному давлению в системе, если HEPA-ступень, загрязнённый предфильтр и длинный воздуховод потребляют давление, которое никогда не учитывалось в расчётах. То же самое верно и в обратном случае: если основная часть конечного сопротивления приходится на конечные HEPA-корпуса, то улучшение характеристик среднеэффективного фильтра даст меньший эффект, чем предполагается в технических характеристиках.

К двум статьям бюджета необходимо добавить четкие условия. Очевидным примером являются фильтры — необходимо вводить значение для каждого этапа фильтрации в соответствии с согласованным значением чистоты или загруженности, соблюдая единообразие на всех этапах, и указывать, о каком именно этапе идет речь. Другой пункт касается конечной ступени: корпус конечного HEPA-фильтра увеличивает сопротивление центрального вентилятора, в то время как вентиляторно-фильтрующий агрегат оснащён собственным вентилятором и собственным фильтром, поэтому его сопротивление приходится на этот агрегат, а не на воздухообрабатывающий агрегат, хотя последний по-прежнему должен подавать кондиционированный воздух к входу агрегата при требуемом статическом давлении. Неправильное определение этой границы приводит либо к двойному учёту HEPA-фильтра, либо к его полному исключению из расчёта. ISO 14644-4:2022 рассматривает проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию чистых помещений как единый проектный процесс, что служит полезным напоминанием о том, что объектом строительства и проверки является воздушный контур, а не отдельные компоненты.

Пример расчета, в котором конкретные значения оставлены на усмотрение заказчика: возьмите расчетный расход приточного воздуха, распределите его между установленными элементами в каждом фильтрующем блоке, чтобы получить расход на один элемент; определите сопротивление каждой ступени по соответствующей кривой при данном расходе; сложите потери в сборе блока, связанные с рамами и переходными элементами; добавьте сопротивления змеевика, воздуховода, заслонки и концевого узла при том же расходе воздуха; затем добавьте согласованный запас по нагрузке на фильтр. Итоговая величина при данном расходе воздуха и будет рабочей нагрузкой вентилятора, на основе которой следует составлять коммерческое предложение.

Сравните предложения и проверьте диапазон регулировки скорости вентилятора

Два предложения по фильтрам можно сравнивать только в том случае, если они приведены к одинаковому расходу воздуха, одинаковому размеру элементов и одинаковому количеству установленных элементов; до тех пор более низкий указанный начальный перепад давления может просто означать, что фильтр работает с большей нагрузкой или что в фильтрующем блоке установлено больше элементов. Предложение, основанное на большем количестве элементов, предполагает меньший расход воздуха на один элемент и, следовательно, показывает более низкое сопротивление, что выглядит как более качественный фильтр, но на самом деле представляет собой другой фильтрующий блок. Перед тем как ранжировать предложения, пересчитайте оба предложения с учетом указанной конфигурации, и если участник тендера предлагает другое количество элементов или другую глубину, рассматривайте это как изменение конструкции фильтрующего блока с собственными последствиями для пленума, стоимости и замены, а не как более дешевый фильтр.

Вторая часть сравнения касается самого вентилятора, и это вопрос, не связанный с производительностью. Номинальные характеристики вентилятора указывают, какой объём воздуха он способен перемещать; они не отражают, как система будет поддерживать расчётный расход воздуха по мере увеличения сопротивления фильтра до момента его замены. Ответ на этот вопрос зависит от предлагаемой схемы управления — регулирования скорости, расхода или давления, а также диапазона регулирования, в котором она работает — в сочетании с доступным давлением вентилятора и эксплуатационными ограничениями при согласованном режиме работы с загруженным фильтром.

Три момента позволяют конкретизировать эту проверку. Попросите предоставить кривую вентилятора с нанесенной на неё линией сопротивления системы как для чистого, так и для загрязнённого фильтра, чтобы были видны рабочие точки на каждом конце срока службы фильтра. Уточните, где эти две точки находятся относительно области устойчивой работы вентилятора и его пределов по скорости, мощности и температуре. А также спросите, как контур регулирования поддерживает требуемый расход воздуха между этими точками — реагирует ли он на измеренный расход, на заданное значение давления в воздуховоде или на график фиксированных скоростей — ведь схема с фиксированной скоростью, которая подходит для чистого фильтра, будет давать отклонения по мере увеличения нагрузки на фильтр. Выбор, учитывающий только точку «чистого» состояния, оставляет без внимания режим работы при загруженном фильтре, а именно с этим режимом придется мириться помещению.

Не следует смешивать сравнение сопротивления с другими характеристиками фильтра. Класс фильтрации, тип фильтрующего материала, влагостойкость, материал корпуса и предполагаемый срок службы — все эти факторы влияют на выбор, и ни один из них не отражается в показателе давления, поэтому предложение, выигравшее только благодаря начальному сопротивлению, победило лишь в одном из нескольких критериев сравнения.

Зафиксировать приемлемый исходный уровень для ввода в эксплуатацию

Базовые данные для ввода в эксплуатацию фильтрующего блока представляют собой краткую и конкретную запись: измеренный расход воздуха в блоке на момент считывания показаний, физическое расположение датчиков давления с каждой стороны блока, характеристики установленных фильтров — производитель, модель, класс, размер и количество элементов — а также показания перепада давления для отдельных ступеней, если имеются отдельные датчики. Каждый набор показаний следует датировать и указать скорость вращения вентилятора или заданное значение регулирования, действовавшее на момент считывания.

Каждый элемент существует для устранения конкретной неоднозначности, которая может возникнуть позже. Без учета воздушного потока более высокий перепад давления через год может означать как загрязненные фильтры, так и просто увеличение расхода, поскольку сопротивление на тех же фильтрах растет с увеличением расхода. Без указания мест установки отводов последующее измерение может охватывать другой участок воздушного тракта — только по фильтрующему элементу, по раме и элементу или по всей камере — и эти два показателя будут несопоставимы. Без идентификации фильтра сменный элемент другой глубины или с другим фильтрующим материалом может самостоятельно сместить базовую линию. А без поэтапных измерений повышение давления в многоступенчатом блоке указывает лишь на то, что блок создает сопротивление, но не указывает, на какой именно ступени это происходит, а это и есть разница между заменой предварительного фильтра и проверкой фильтра HEPA.

Показания на этапах также позволяют определить целесообразный путь диагностики, когда в помещении впоследствии начинает не хватать воздуха. Сравните текущие показания с базовыми при том же расходе воздуха и тех же отборах; изменение, ограниченное предварительным фильтром, указывает на нормальную загрузку, изменение на конечной ступени — на HEPA-фильтр, негерметичность или наличие байпаса, а неизменный перепад давления при снижении расхода воздуха указывает не на фильтры, а на вентилятор, привод или систему управления. ISO 14644-3:2019 в нём описываются методы испытаний параметров эксплуатационных характеристик установленных чистых помещений, а эталон, при котором каждый раз фиксируются одни и те же границы измерений, позволяет сопоставлять последовательные результаты друг с другом.

Решение о том, следует ли заменить нагруженный блок, оставить его в эксплуатации или вернуть в эксплуатацию после проведения работ, принимается в соответствии с утвержденной процедурой проекта и уполномоченным лицом, ответственным за утверждение, при этом оно основывается на исходных данных, а не определяется ими. Для предварительного обсуждения с поставщиком, предшествующего всему вышесказанному, необходимо иметь данные о расчетном расходе воздуха и количестве элементов для каждого блока, классах и форматах фильтров, предусмотренных на каждом этапе, перечень других сопротивлений в воздушном канале при данном расходе воздуха, согласованные условия замены, а также требования к давлению в помещении и интенсивности воздухообмена, чтобы полученные вами значения сопротивления соответствовали тому блоку, который вы фактически изготавливаете.

Часто задаваемые вопросы

Q: Что следует указать в запросе на вентилятор, если окончательная конфигурация фильтра ещё не определена?
A: Укажите конкретные конфигурации кандидатов, а не приводите один общий показатель допустимого падения давления без уточнений. Для каждого варианта укажите требуемый расход воздуха, размеры и количество элементов, а также базовые значения сопротивления в чистом состоянии и при предполагаемой замене. Укажите остальные потери в воздуховоде, чтобы сравнение вентиляторов учитывало полную нагрузку.

Q: Можно ли уменьшить допустимое давление вентилятора, установив несколько фильтров, соединенных параллельно?
A: Не следует исходить из снижения нагрузки, основываясь исключительно на количестве элементов. Проверьте кривую давления каждого элемента с учетом его доли в общем воздушном потоке блока, а затем учтите сборные рамы и переходные элементы. Любое скорректированное значение запаса давления для блока должно по-прежнему укладываться в рамки допустимого диапазона давления для остальных ступеней фильтрации и компонентов воздушного тракта.

Q: Можно ли продолжать использовать имеющийся вентилятор при изменении характеристик фильтра?
A: Рассматривайте вопрос о сохранении производительности как проверку соответствия требованиям, а не как допущение о полной заменяемости. Сравните предлагаемые фильтры при требуемом расходе воздуха, включая их предполагаемое рабочее состояние под нагрузкой, а затем проверьте доступное давление, диапазон регулирования и рабочие пределы существующего вентилятора с учетом всего воздушного тракта. Одно лишь сравнение чистых фильтров не позволяет определить их пригодность в пределах предполагаемого рабочего диапазона.

Q: Означает ли более высокое показание давления в магистрали, что фильтры достигли состояния, требующего замены?
A: Само по себе более высокое показание не позволяет сделать такой вывод. Сначала сравните расход воздуха, расположение точек отбора давления и тип фильтра с исходными данными, зафиксированными при вводе в эксплуатацию; для уточнения результатов измерений используйте показания отдельных ступеней, если они доступны. Прежде чем принимать решение, сопоставьте полученный результат с согласованными критериями замены.