Header Reklam
Header Reklam

Filtre Performansının Anlamı

05 Nisan 2006 Dergi: Nisan-2006
Filtre seçimi çoğu kez ticari ve endüstriyel HVAC sistemlerinin tasarımında oldukça önemsiz bir karar olarak görülür. Geçmiş projelerden edinilen tecrübelerden bilinir ki, ‘%30 filtreleme’ veya ‘2 inçlik kullan-at’  filtreleri, ticari ofislerdeki  hava tutma ünitelerinde kullanılabilir. Müşteri tercihi veya kullanım alanı kısıtları, ‘kartuş’, ‘torba’, ‘%85’ veya ‘%95’ filtreler gibi ek ve daha verimli filtrelerin kullanılmasını gerektirebilir. Bazı uygulamalarda ise ‘MERV değeri (minimum verim beyan değeri) 15 olan türde filtreler gerekebilir. İlaç sanayisi için, yüksek verimli partikül tutuculu hava (HEPA) filtreleri olduğunda menfez önemli değildir. Ancak, filtrelerin koyulduğu yer önemlidir. Filtreler üniteye merkezlenmeli midir, yoksa havanın ortama girdiği yerde mi olmalıdır?

Filtre seçimi, birçok uygulama için tecrübe veya müşterinin isteğine bağlı olabilir. Filtreleme seviyesinden sorumlu olan insanlar gerekli terimleri anlamak ile yükümlüdürler. Örneğin, herkes %85 filtrenin %30 filtreden daha fazla partikül tutacağında hem fikirken, MERV 12 filtre ile %85 filtre nasıl kıyaslanır? % 85 ne ifade etmektedir? Hava akımında gelen tozun miktarını mı? Filtrenin minimum veya ortalama toz lekeleme verimini mi? MERV 16 filtre, HEPA filtre ile kıyaslanabilir mi? Kullan-at (throw away) filtresi nedir?

Bu gibi soruların cevabını bilmek, filtrelemenin öncelikli bir tasarım unsuru oluşturduğu biyomedikal sektörü gibi yerlerde kritik bir önem taşımaktadır. Ayrıca filtrenin sınıflandırılmasının teoriye mi, deneylere mi yoksa her ikisinin kombinasyonuna mı dayandığı ve filtrenin performans bilgilerinin uygulamaya yansıtılıp yansıtılamayacağı gibi soruların cevaplarını da verebilmek gerekir.

Bu makalenin öncelikli amacı, okuyucuyunun filtre performansını karşılaştırmada kullanacağı bilgileri sağlamaktır. ASHRAE standartlarından ‘Partiküllü Maddeleri Tutmak Amacıyla Genel Olarak Havalandırmada Kullanılan Hava Temizleme Cihazları Için Toz Tutma Prosedürleri’ (No: 52.1-1992) ve ‘Havalandırmada Hava Temizleme Cihazları Için  Partikül Boyutuna Göre Tutma Verimi’  (No: 52.1 Ğ 1999) açıklanacaktır. Öncelikle genel olarak nitel terimler, sonra da denklemleri ve örnekleri içeren spesifik detaylar açıklanacaktır. Detayları incelerken, filtrenin ‘kurulum etkisi’ gibi daha çok uygulamaya dayalı bilgiler  üzerinde durulacaktır.

ASHRAE Standardı 52.1-1992

1968 yılında ASHRAE, 52 numaralı, ticari ve endüstriyel HVAC uygulamalarında kullanılan filtrelerin test standardını yayınladı. Standartta meydana gelen iki revizyona rağmen bu standarttaki performans amaçları değişmemiştir. Bunlar aşağıdaki başlıklarda özetlenmiştir.

     Filtrenin partikül tutabilme kabiliyetini belirlemek.

    Filtrenin hava akımına karşı direncini belirlemek.

    Filtrenin öngörülen çalışma ömrünü belirlemek.

52.1-1992 numaralı standart bir filtrenin partikül tutma kabiliyeti için iki prosedürün altını çizmektedir. Birincisi, atmosferik havadaki çok küçük boyutlu partiküllerin tutulması hedefi  ‘ortalama ASHRAE toz-lekeleme verimi’ ile adlandırılır. Bu, bir bina ortamında filtrenin ‘atmosferdeki tozu ne oranda azalttığı’ kabiliyetini ölçer.1

Ölçümler hiçbir filtreleme veya başka bir iyileştirmeden geçmemiş atmosfer havasının, filtrenin yukarı ve aşağı akış yönünde koyulmuş ‘deney’ kağıtlarını lekeleme seviyeleri temeli üzerine kurulmuştur. İkinci prosedür, filtrenin, ekipmanlara zarar verebilecek özelliğe sahip havadaki tozun daha büyük boyutlu taneciklerinin tutulmasını1 hedefler ve ‘ortalama ASHRAE tutma verimi’ adı verilir. Düşük verimli  filtreler, ‘tutma’ terimi ile tanımlanırken, yüksek partikül tutma verimliliklerinden dolayı, ticari ve endüstriyel HVAC uygulamalarında kullanılan filtreler ‘tutma’ verimi tanımı ile nadiren anılırlar.

Birçok alanda, toz lekeleme verimi, ticari ve endüstriyel HVAC sistemleri uygulamaları için en çok kullanılan verim ölçüsüdür. Toz lekeleme verimi %98’in üzerinde olan filtreler için, HEPA filtrelerini de kapsayarak, aerosol tutma gibi zorlayıcı nitelikte farklı deney metodları uygulanmaktadır. Toz lekeleme verimi %20’nin altında olan filtreler için ‘tutma’, 52.1 numaralı standart için tek uygun kriterdir. Gerçekte, toz lekeleme verimi prosedürleri, üretici firma, filtresinin ASHRAE toz lekeleme veriminin %20’den düşük olduğunu açıkladığında ihmal edilebilir.

Değişik filtrelerin değişim zamanlarını kıyaslarken, 52.1 numaralı standart ‘toz tutma kapasitesi’ adında ölçülebilen bir büyüklük sunmuştur. Bu, basitçe, deney toz filtresinin en son basınç düşümünde ortalama tutabildiği toz miktarıdır. Her ne kadar teori, ne kadar çok toz tutma kapasitesi o kadar uzun değiştirme ömrüne denk düşer dese de, filtre endüstrisinin bu konuda şüphesi bulunmaktadır. Öncelikle, sentetik deney tozu, normalde karşılaşılan toz partikülünden farklılık göstermektedir. İkinci olarak, toz tutma kapasitesi, deney esnasında manipüle edilebilir.1 Sonuç olarak, toz tutma kapasitesi dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır.

Testler temiz filtrenin direncinin dört hava akımı değerinde (test hava akımının %50,75,100,125’i) ölçülmesiyle başlanır. Filtre halen temizken matlık ölçer (reflektans cihazı) ile filtredeki iki deney kağıdının (biri ön diğeri art hava akımında olacak şekilde) leke miktarı ölçülür. Ölçülen değerlerin oranı, filtrenin başlangıç (temiz) toz-lekeleme verimliliğini ölçer. Örnek olarak, yüksek toz-lekeleme verimliliğine sahip filtre daha fazla atmosferik toz tutacağından, alt hava akımı kağıdı daha düşük verimli filtreninkinden daha az lekeli olacaktır.

Test yaklaşımlarının bir sonraki aşaması, sentetik test tozu ile (%72 sentetik toz, %23 karbon, %5 pamuk lifleri) kademe kademe arttırılan kirlenme karşısında filtrenin performansının çalışma ömrü ile değişimidir.

Her toz yüklemesinden sonra, ölçümlerde toz lekeleme verimi, direnç, hava akımındaki toz beslemesinin ağırlığı (Wi) ve filtre tarafından yakalanan tozun ağırlığı (Wcapturet,i) değerleri alınıp değerlendirilir. Filtre tarafından tutulan tozun ağırlığının, hava akımındaki toz beslemesinin ağırlığına oranı ‘tutma artışı (Ai)’;

Ai = Wcaptured,i / Wi

şeklindedir.

Ortalama ağırlık tutma değeri (Aavg), tüm tutma artışı değerlerinin ağırlıklı ortalaması hesaplanarak bulunur. Örneğin dört tutulma artışı olan bir deneyde, ağırlıklı ortalama tutma değeri:

Aavg =[(W1)(A1)+(W2)(A2)+(W3)(A3)+(W4)(A4)] / Wtotal

olarak bulunur.

Ortalama toz lekeleme verimliliği (Eavg) Ğki bu değer, başlangıç toz lekeleme verimliliğinden (E0) herhangi bir toz yükleme durumundaki verimlilik arasındadır- aşağıdaki gibi bulunur:

Toz tutma kapasitesi (DHC), dört kademe ile yapılmış toplam toz besleme değeri ile, ortalama tutma değerinin çarpımı ile hesaplanır:

DHC = (Wtotal)(Aavg)

52.1 numaralı standardın performans değerlendirmesi, genel hava temizliğinde kullanılan filtrelerin ortalama performansı ile konfor şartları için kullanılan filtrelerin performanslarının karşılaştırılmasında başarılı olmuştur. Ancak bazı spesifik kirleticiler için bu standardın çok uygun olmaması 52.2 numaralı ASHRAE standardını meydana getirmiştir.

ANSI/ASHRAE STANDART 52.2-1999

ASHRAE 52.2-1999 standardı, tanecik boyutunu ve bir filtrenin işletme ömrü süresince karşılaşılabilecek en kötü (ortalama durumdan ziyade) performansını göz önüne alarak, parçacık tutabilme durumunu belirler. Parçacık tutma kabiliyeti, ‘verim’ ifadesi yerine  MERV 1 ila 16 arası derecelerle tanımlanmıştır.

52.1-1999 standardına benzer olarak 52.2-1999 standardı, karşılaştırma amacıyla kullanılabilir. 52.1-1999 standardından farklı olarak 52.2-1999 standardı, spesifik bir kirletici için bir filtrenin en kötü durumdaki tutma kabiliyetini belirlemek amcıyla kullanılabilir. ANSI/ASHRAE STANDART 62.1-2004’ün Ek D kısmında, konu ile ilgili bir örnek görülebilir. 52.2 standardı, değişik filtreleme  seviyelerinin, bir alanın kirletici konsantrasyonları üzerindeki etkisini hesaplamak için kullanılabilir.

52.2 standardı, Tablo 1’de de gösterildiği üzere, her biri  mikron cinsinden bir alt ve üst limitle belirtilmiş 12 parçacık grubunu tanımlamaktadır.  Parçacık grupları üç adet verim grubuna ayrılmaktadır (E1,E2,E3).

52.2 standardı deney prosedürleri, temiz bir filtre ile, sonrasında deney tozu ile, kademe kademe kirletilmiş durumlardaki performansı ölçmektedir.

Herhangi bir deney filtresinin değişik hava debilerindeki direnci ölçüldükten sonra, parçacık kaldırma deneyi başlar. Deney filtresinin art ve ön akış kısımlarına optik parçacık sayaçları konur. Bu sayaçlar, ön akışa  konulan bir aerosol üretecinden çıkan potasyum klorür parçacıklarını ölçmektedir. Deney filtresinden geçen ölçülmüş taneciklerin yüzdesi, tanecik penetrasyonu (P) olarak ifade edilir:

P= ölçülmüş art akış tanecik konsantrasyonu / ölçülmüş ön akış tanecik konsantrasyonu

Filtrede tutulan parçacık yüzdesi ise, parçacık boyutu verimi olarak tanımlanır:

PSE= ölçülmüş art akış tanecik konsantrasyonu/ölçülmüş ön akış tanecik konsantrasyonu X (1-P)x100

PSE, her parçacık boyut grubu için, öncelikle temiz bir filtre, sonrasında beş adet toz yükleme aşaması için belirlenir (Her tanecik boyutu için toplam altı PSE ölçümü). Her parçacık grubu için belirlenen en düşük PSE değeri, grubun minimum bileşik verimi olarak göz önüne alınır. 1-4, 5-8 ve 9-12 grupları için minimum bileşik verimlerin ortalamaları alınır. Bu üç ortalama değer (E1, E2, E3) filtrenin MERV değerinin belirlenmesi için kullanılır.

Tablo 2, 52.2 standardında belirtilen bir deneye ait temsili verileri göstermektedir. Görüldüğü üzere, E1, E2 ve E3 verimleri sırasıyla 75, 95 ve 99’dur. Tablo 3 incelenirse deneydeki filtreye ait MERV değerinin 14 olduğu görülür.





UYGULAMA

Özet olarak:

Ortalama toz lekesi verimi, dış ortam havasındaki tozların neden olduğu kirlenmeyi azaltma kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Bu verim değeri, yüksek ve düşük verimli filtrelerin karşılaştırılmasında kullanılabilir.

Ortalama tutma, bir filtre tarafından tutulan sentetik deney tozunun yüzde ortalama ağırlığıdır. Düşük verimli filtreler için önemli bir belirleyici özelliktir. Yüksek verimli filtreler için de ikincil bir özellik olarak, zaman zaman kullanılabilir.

MERV, en kötü koşullarda, bir filtrenin değişik boyutlardaki parçacıkları tutma kabiliyetinin ölçüsüdür. Bu verim değeri, yüksek ve düşük verimli filtrelerin karşılaştırılmasında kullanılabilir. Bu durumda akıllarda iki soru oluşmaktadır: Ortalama toz lekesi verimi,

Yazan: Donald A. NEWELL, PE
HPAC Engineering Şubat 2006 sayısından çevirenler:
Mak. Müh. C. Murat DORA - Mak. Müh. Önder BALİOĞLU

Etiketler