Аналитический обзор нового стандарта ИСО 16890 для воздушных фильтров общего назначения

Проволович О.В.
Технический директор ООО «НПП «ФОЛТЕР», к.т.н.

 

Рабочей группой WG3 комитета по международной стандартизации ИСО/ТК 142 (ISO/TC 142) был разработан и в 2016 году введен в действие новый стандарт ИСО 16890:2016 ≪Фильтры очистки воздуха для систем кондиционирования воздуха общего назначения≫, который был разработан вместо ранее действовавшего в Европе стандарта ЕН 779:2012 и стандарта США ASHRAE 52.2.

Целью разработки нового стандарта было создание единого мирового стандарта, что является важным поводом для этой работы.

Основанием для разработки стандарта являлись исследования Всемирной Организации Здравоохранения о способности аэрозольных частиц определенного размера воздействовать на организм человека при вдыхании окружающего воздуха.

Здесь необходимо отметить, что результаты подобных исследований известны в СССР с конца 1970-х годов.

Существом этих исследований является способность вдыхаемых вместе с воздухом частиц размером от 3 до 10 мкм осаждаться в носовой полости человека. Частицы размером 1–2 мкм могут проникать в верхнюю часть легких, а частицы размером менее 1 мкм могут достигать альвеол и затем попадать в систему кровообращения человека.

Попадание таких частиц в организм человека может вызывать негативное воздействие на его организм.

Основанием для разработки стандарта явилось также обстоятельство улучшения за последние десятилетия чистоты воздуха в развитых промышленных странах за счет ужесточения нормативов выбросов для автомобильного транспорта и промышленных предприятий и разработки более эффективных фильтров.

К сожалению, это характерно лишь для небольшого количества стран, к которым Россия и другие развивающиеся страны не относятся.

Новый стандарт ИСО 16890:2016 ≪Фильтры очистки воздуха для систем кондиционирования воздуха общего назначения≫ состоит из 4-х частей:

– 1-ая часть ≪Технические требования, параметры и классификация≫, основанная на оценке эффективности улавливания аэрозольных частиц (еРМ);

– 2-ая часть ≪Измерение фракционной эффективности и аэродинамического сопротивления≫;

– 3-ая часть ≪Определение пылезадерживающей эффективности, а также определение зависимости изменения аэродинамического сопротивления фильтров от количества уловленной пыли≫;

– 4-ая часть ≪Методика определения минимальной фракционной эффективности≫.

Новый стандарт разделяет все фильтры общего назначения на 4 группы фильтров в зависимости от размера улавливаемых частиц:

• • Фильтры грубой очистки (оценка улавливания пыли – грубая пыль ISO fine);
• • PM10: размер частиц ≤10 мкм;
• • PM2.5: размер частиц ≤ 2,5 мкм;
• • PM1: размер частиц ≤ 1 мкм.

В таблице 1 приведено различие методик испытаний воздушных фильтров по двум стандартам ИСО 16890:2016 и ЕН 779:2012.

Таблица 1

Параметр	EN 779:2012	ISO 16890
Размер частиц для классификации	0,4 мкм	0,3 до 1 мкм (PM1)
		0,3 до 2,5 мкм (PM2.5)
		0,3 до 10 мкм (PM10)
Контрольный аэрозоль	DEHS (диэтилгексилсебацинат)	DEHS для 0,3 до 1 мкм
		KCL (хлорид натрия) для 2,5 мкм и 10 мкм
Электростатический разряд с IPA (изопропанол)	Образец полностью погружен	Образец (весь фильтр) увлажнен парами IPA
Эффективность разряженного фильтра	Сравнение образца и фильтра	Средняя эффективность разряженного и неразряженного (увлажненного) фильтра
Источник пыли для классификации	Дополнительный источник пыли	Классификация без пыли
Контрольная пыль для ISO Coarse и энергоэффективность	ASHRAE	ISO fine
Подача пыли	70 мг/м³	140 мг/м³
Тест на предельный перепад давления	G1, G2, G3, G4 = 250 Па	PM10 < 50% = 200 Па
	М5, М6, F7, F8, F9 = 450 Па	PM10 > 50% = 300 Па

 

Рядом экспертов, а также производителями воздушных фильтров, предлагается сравнительная таблица классификаций фильтров.

Ниже в таблице 2 приведено сравнение классификаций по мнению экспертной рабочей группы VDL – SWKO, опубликованной фирмой TROX TECHNICK (Германия), которая являлась одним из разработчиков нового стандарта.

Таблица 2

EN 779	ePM1 [%]	ePM2.5 [%]	ePM10 [%]
M5			ISO ePM10 (50 %)
F7	ISO ePM1 (50 %)	ISO ePM2.5 (65 %)
F9	ISO ePM1 (80 %)
Для конечной ступени фильтрации требуется фильтр класса не менее ISO ePM1 50 %

 

В таблице 2 приведено сравнение фильтров, начиная с класса М5 по стандарту ЕН 779:2012. По мнению многих производителей фильтров четвертая группа фильтров грубой очистки ISO Coarse (грубые фильтры) по ИСО 16890:2016 соответствует классам от G1 до G2 по ЕН 779:2012.

Как видно из этого сравнения, фильтры грубой очистки описываются одной группой вместо 4-х классов по старому стандарту, что является неудобным и в дальнейшем потребует дробления этой группы, так как, например, в России для различных систем фильтрации нецелесообразно отказываться от фильтров грубой очистки.

Главным обоснованием разработки нового стандарта является оценка эффективности фильтров в отношении частиц, способных негативно воздействовать на человека при вдыхании с воздухом. То есть в основе стандарта заложены гигиенические требования.

Здесь необходимо отметить, что второй большой группой потребителей воздушных фильтров, занимающей не менее 50 % общей потребности, являются различные технологические процессы. То есть там, где для обеспечения выпуска качественной продукции или защиты технологического оборудования применяются воздушные фильтры общего назначения.

К ним относятся больницы, фармацевтические и пищевые предприятия, микроэлектроника, газовые турбины и так далее. Здесь фильтры выступают в качестве фильтров или финишной, или предварительной очистки.

Определение эффективности по частицам, способным негативно воздействовать на человека, для этой большой группы потребителей не имеет какой-либо взаимосвязи. И в каждой из перечисленных областей может потребоваться оценка по заданному интервалу размеров частиц, связанная с той или иной технологией.

В ранее действовавшем стандарте ЕН 779 разных годов переиздания существовало 9 классов, из которых использовались классы от G2 до F9. При этом за годы действия стандарта ЕН 779 было разработано большое количество рекомендаций, нормативов о применении в том или ином случае фильтров определенного класса, обеспечивающих решение как гигиенических, так и технологических задач очистки воздуха.

Введение новой классификации из 4-х групп с разной эффективностью для разного размерного диапазона частиц вызовет полную дезориентацию проектировщиков и потребителей фильтров.

Какой фильтр лучше поставить: из 2-ой группы с эффективностью 65 % или из третьей с эффективностью 52 %?

На этот вопрос, например, в России сможет ответить несколько десятков человек, а людей, каждый день сталкивающихся с подобными вопросами, несколько миллионов (проектировщики, наладчики, продавцы, потребители).

Для решения подобных вопросов потребуется создание консультационно-инжиниринговых фирм, услуги которых будут увеличивать себестоимость фильтров и по цепочке всей продукции, при производстве которой используются эти фильтры.

Как отмечалось выше, большой группой потребителей воздушных фильтров являются различные технологические процессы, где, как правило, устанавливаются многоступенчатые системы фильтрации (от 2-х до 5-ти ступеней).

За многие годы существования стандарта ЕН 779 были разработаны оптимальные схемы установки фильтров различных классов, позволяющие оптимизировать как технические, так и экономические аспекты фильтров. Большинство потребителей фильтров не задумывались, какая эффективность по размеру 0,4 мкм, например, у фильтра 5-го (М5) или 8-го (F8) классов.

Знание области применения каждого класса позволяло быстро принять решение о применении того или иного класса для выполнения поставленной задачи. С введением нового стандарта без квалифицированных специалистов в области фильтров это сделать невозможно.

Если перейти к детальному рассмотрению методики испытаний фильтров, то можно констатировать, что она кардинально не изменилась.

1. Фильтры грубой очистки, к которым по ЕН 779 относились три класса G2, G3 и G4, испытываются на синтетической пыли ISO fine (грубой пыли) вместо синтетической пыли ASHRAE, что не имеет никакого значения, так как результаты, полученные при испытаниях как на одном, так и на другом виде пыли нельзя переносить на реальные условия эксплуатации. Эти испытания нужны только для целей классификации фильтров и сравнения фильтров между собой. Здесь необходимо отметить, что результаты, полученные в ходе испытаний на 2-х разных фильтрах (например, большая пылеемкость) не означали, что в реальных условиях эксплуатации фильтр с большей пылеемкостью, полученной при испытаниях, будет иметь больший ресурс при реальной эксплуатации на атмосферном воздухе.

2. Если сравнивать методические подходы испытаний второй, третьей и четвертой групп PM10 : PM2,5 : PM1 (ранее по ЕН 779 классы F5 – F9), то также можно констатировать о близком методическом подходе применения аэрозольных счетчиков частиц и тестового аэрозоля, с той разницей, что по новому стандарту эффективность определяется только для чистых (новых) фильтров без их запыления синтетической пылью.

Дополнением по новому стандарту является применение генератора аэрозолей КСI для частиц 2,5–10 мкм, что также могло быть дополнением к новой версии стандарта ЕН 779.

Важно отметить, что такая процедура испытаний чистых фильтров существует и в ЕН 779:2012, когда перед началом запыления (класс F5–F9) чистые фильтры испытывают на тестовом аэрозоле с контролем эффективности аэрозольными счетчиками частиц (учитывая только размер 0,4 мкм).

К недостаткам методики испытаний по стандарту ИСО 16890:2016 можно отнести отсутствие запыления фильтров в ходе испытаний.

Не имеет значения какой пылью будет производиться это запыление – ISO fine или ASHRAE, здесь важно следующее.

Как известно, начальное сопротивление фильтров групп 3–4 по ИСО 16890:2016 или F5–F9 по ЕН 779:2012 составляет от 50 до 100–120 Па, а конечное сопротивление 300 или 450 Па соответственно.

Увеличение этого сопротивления происходит за счёт забивки фильтрующего материала пылью, и при этом на фильтрующий материал воздействует сила давления в 4–8 раз выше первоначальной силы, когда фильтр был чистым, то есть увеличивается механическое воздействие на фильтрующий материал.

Как известно, большинство фильтрующих материалов представляют собой волокнистые структуры, которые при механическом воздействии могут растягиваться, утончаться, что, в свою очередь, может приводить к снижению эффективности очистки.

При этом ни производитель фильтров, ни потребитель не будут знать, какая будет эффективность фильтра при увеличении его сопротивления в 2–4 раза по сравнению с начальным.

Производители фильтрующих материалов могут также не затрачивать дополнительные средства на изучение физико-механических свойств материалов, а проверять эффективность очистки на чистых материалах с минимальным сопротивлением.

Отсутствие у потребителя информации о поведении фильтра в ходе его эксплуатации, а значит, и росте сопротивления не позволит ему обеспечить получение ожидаемого результата за весь срок службы фильтра.

Процедура испытаний фильтров по ЕН 779:2012 с периодическим запылением фильтров и последующим контролем эффективности с помощью аэрозольных счетчиков частиц позволяла получить более достоверную картину работы фильтра в ходе всего его периода жизни, то есть роста сопротивления.

Суммируя изложенное выше, можно сделать следующие выводы:

1. Кардинальное изменение стандарта ЕН 779:2012 на ИСО 16890:2016 не имеет существенного технического обоснования, а является политическим для компромисса между стандартом Европы ЕН 779:2012 и США ASHRAE 52.2.

2. Введение нового стандарта приведет к полной дезориентации потребителей фильтров и потребует дополнительных затрат на услуги инжиниринговых фирм, которые должны будут давать рекомендации по выбору того или иного фильтра.

3. При разработке стандарта не были учтены интересы большой группы потребителей фильтров, а именно различных технологических процессов, для которых 4 группы фильтров являются недостаточными, а значит, потребуется дробление этих четырех групп.

4. Методические подходы при испытаниях фильтров не претерпели существенных изменений и могли бы быть реализованы в рамках действовавшего стандарта ЕН 779:2012 с небольшими дополнениями.

5. Исключение из процедуры испытаний фильтров групп 2–4 периодического запыления фильтров не позволяет изготовителям фильтров и потребителям получать достоверную картину работы фильтров в ходе всего периода срока службы фильтров.