اهمیت و معیارهای انتخاب فیلترهای اولیه در سیستم های HVAC

فیلترهای اولیه - که به آنها فیلترهای پیش فیلتر، فیلترهای درشت یا فیلترهای کلاس G نیز گفته می شود - اولین مرحله تمیز کردن هوا در یک سیستم HVAC هستند و وظیفه آنها جذب ذرات بزرگ از 5 میکرومتر به بالا است تا هر جزء پایین دستی به اندازه کافی زنده بماند تا هزینه خود را به دست آورد. آنها معمولاً 80 تا 95 درصد از گرد و غبار موجود در هوا را بر حسب وزن حذف می‌کنند، در حالی که تنها 25 تا 50 پاسکال افت فشار اولیه را ایجاد می‌کنند، و هزینه کمی از فیلترهای متوسط ​​و هپا که محافظت می‌کنند، دارند.

اهمیت آنها بر سه نتیجه قابل اندازه گیری استوار است:

1. آنها عمر فیلتر پایین دست را بین 2 تا 5 افزایش می دهند و جایگزینی مکرر عناصر هپا گران قیمت را به جایگزینی نادر پیش فیلترهای ارزان قیمت تبدیل می کنند.
2. آنها کویل های خنک کننده و گرمایشی را تمیز نگه می دارند. یک سیم پیچ آلوده با یک لایه گرد و غبار 5 میلی متری می تواند 15 تا 25 درصد از ظرفیت انتقال حرارت خود را از دست بدهد و سیستم را مجبور کند تا برای همان خروجی بیشتر کار کند.
3. آنها از فن ها، دمپرها، رطوبت سازها و فضای داخلی کانال محافظت می کنند، فشار استاتیک را ثابت نگه می دارند و فرکانس و هزینه تمیز کردن کانال را کاهش می دهند.

انتخاب به ترتیب اهمیت به شش متغیر کاهش می یابد: کلاس کارایی، سرعت چهره و درجه جریان هوا، ظرفیت نگهداری گرد و غبار، افت فشار اولیه و نهایی، ساختار قاب و رسانه مطابق با محیط، و ابعاد فیزیکی با روش صحیح آب بندی. بقیه این مقاله هر یک از این ها را با اعدادی که می توانید مستقیماً اعمال کنید، توسعه می دهد.

آنچه که یک فیلتر اولیه در واقع انجام می دهد

موقعیت در قطار فیلتر

یک واحد هواساز تجاری استاندارد از یک توالی درجه بندی شده استفاده می کند: فیلتر اولیه → فیلتر با راندمان متوسط → فیلتر با راندمان بالا یا HEPA. هر مرحله، محدوده ذراتی را که به صرفه تر از آن مدیریت می کند حذف می کند و بقیه را به مرحله بعدی می دهد. قرار دادن یک فیلتر HEPA به طور مستقیم در هوای خام بیرون، آن را با پرز، حشرات، گرده و سنگ ریزه در عرض چند هفته پر می کند، و این باعث هدر رفتن محیطی می شود که برای ذرات زیر میکرونی طراحی شده است.

مکانیسم های جذب در کار

• رهگیری - ذره ای که از یک خط جریان هوا عبور می کند از یک شعاع ذره از یک فیبر عبور می کند و آن را لمس می کند. غالب برای ذرات 1-10 میکرومتر.
• نهفتگی اینرسی - ذرات سنگین‌تر نمی‌توانند هوا را در حول یک فیبر خم می‌کنند و با آن برخورد می‌کنند. غالب بالای 1 میکرومتر و قوی تر در سرعت صورت بالاتر.
• الک - ذرات از نظر فیزیکی بزرگتر از شکاف بین الیاف نمی توانند عبور کنند. به پرزها، الیاف، مو و حشرات رسیدگی می کند.
• ته نشینی گرانشی - ذرات درشت سنگین در مناطق کم سرعت جلوتر از رسانه بیرون می ریزند.

از آنجا که ضربه و رهگیری هر دو با بزرگتر شدن ذرات تقویت می‌شوند، فیلترهای اولیه دقیقاً روی ذراتی که بیشترین آسیب را به سیم‌پیچ‌ها و فن‌ها وارد می‌کنند بیشترین کارایی را دارند.

ذرات درگیر

آلاینده های معمولی موجود در هوا بر اساس اندازه و مرحله فیلتراسیون که معمولاً آنها را جذب می کند.
آلاینده	اندازه معمولی	اسیر در درجه اول توسط
حشرات، برگ، پرز	> 100 میکرومتر	فیلتر اولیه
الیاف نساجی، مو	30-200 میکرومتر	فیلتر اولیه
گرده	10-100 میکرومتر	فیلتر اولیه
گرد و غبار ته نشین شده، شن و ماسه	5-50 میکرومتر	فیلتر اولیه
هاگ های کپک	2-20 میکرومتر	فیلترهای اولیه و متوسط
گرد و غبار ریز اتمسفر (PM2.5)	0.3-2.5 میکرومتر	فیلترهای با راندمان متوسط و بالا
دود احتراق، باکتری	0.01-1 میکرومتر	HEPA

چرا فیلتراسیون اولیه برای خودش هزینه می کند؟

محافظت از کویل ها و انتقال حرارت

فاصله باله ها در یک کویل خنک کننده معمولی 1.8 تا 3.2 میلی متر است. گرد و غبار به سرعت این شکاف ها را در هوای فیلتر نشده پر می کند و لایه رسوب شده به عنوان عایق حرارتی عمل می کند و جریان هوا را محدود می کند. مطالعات میدانی سیم پیچ های آلوده به طور مداوم تلفات انتقال حرارت 15-25٪ و کاهش جریان هوا 10-20٪ را نشان می دهد. از آنجایی که چیلر یا پمپ حرارتی باید برای پاسخگویی به همان بار بیشتر کار کند، یک سیم پیچ تمیز که با پیش فیلتراسیون خوب حفظ شود، معمولاً به معنی مصرف انرژی HVAC 5 تا 15 درصد کمتر است.

افزایش عمر فیلتر پایین دست

یک فیلتر هپا ممکن است 15 تا 40 برابر قیمت فیلتر اولیه همان ناحیه صورت باشد. بارگیری آن با گرد و غبار درشت گران ترین راه ممکن برای از بین بردن پرز است. با یک مرحله اولیه به درستی مشخص شده، عمر فیلتر پایین دستی 2 تا 5 برابر افزایش می یابد، و محاسبات تعیین کننده است: جایگزینی چهار پیش فیلتر در سال با هزینه متوسط ​​برای جلوگیری از یک تغییر زودرس HEPA یک پیروزی ساده است.

تمیز نگه داشتن فن ها و کانال ها

گرد و غبار جمع شده روی پره های فن گریز از مرکز باعث عدم تعادل پروانه، افزایش ارتعاش و بارهای تحمل شده و کاهش بازده آیرودینامیکی می شود. ته نشین شدن گرد و غبار در کانال کشی بستری را برای رشد میکروبی فراهم می کند و در نهایت نیاز به تمیز کردن مکانیکی دارد که می تواند بیش از چندین سال هزینه تعویض فیلتر داشته باشد. یک مرحله اولیه که به خوبی نگهداری می شود ارزان ترین برنامه بهداشت مجرای موجود است.

حمایت از اهداف کیفیت هوای داخلی

فیلترهای اولیه به خودی خود هوای اتاق تمیز یا بیمارستان را ارائه نمی دهند، اما آن را قابل دستیابی و پایدار می کنند. در سیستم‌هایی که مرحله نهایی مسئولیت IAQ را بر عهده دارد، پیش‌فیلتر تضمین می‌کند که مرحله نهایی به‌جای مبارزه با بار گرد و غباری که هرگز در نظر گرفته نشده بود، در محدوده بارگذاری طراحی خود عمل می‌کند.

مقایسه هزینه کار شده

مقایسه سالانه گویا برای یک واحد هواساز 10000 مترمکعبی در ساعت با و بدون مرحله اولیه اختصاصی.
مورد	بدون مرحله اولیه	با مرحله اولیه
تعویض فیلتر متوسط در سال	3-4	1
فیلتر اولیه changes per year	—	3-4
فاصله تمیز کردن کویل	سالانه	هر 3-5 سال
میانگین انتقال حرارت کویل	کاهش 15-25٪	نزدیک طراحی
هزینه نسبی فیلتراسیون	پایه 100%	40-60٪

خواندن رتبه بندی کارایی

EN 779 / ISO 16890 کلاس های درشت

فیلترهای اولیه به جای بازده کسری بر روی ذرات ریز، بر اساس گیرایی - درصد گرد و غبار مصنوعی حفظ شده بر حسب وزن - رتبه بندی می شوند. طبق استاندارد قدیمی EN 779، اینها درجات G1-G4 هستند. تحت ISO 16890 آنها به عنوان ISO Coarse xx٪ ظاهر می شوند.

کلاس های فیلتر درشت با هم ارزی های تقریبی و مقادیر افت فشار معمولی.
کلاس EN 779	دستگیری	تقریبا MERV	Δp اولیه	استفاده معمولی
G1	< 65%	1-3	10-25 Pa	فقط غربالگری تجهیزات
G2	65-80٪	4-5	20-35 Pa	تجاری سبک، هوای برگشتی
G3	80-90٪	6-7	25-50 Pa	رایج ترین پیش فیلتر عمومی
G4	> 90%	7-8	30-60 Pa	قبل از F7–F9 یا HEPA از قبل فیلتر کنید

برای اکثر ساختمان‌های تجاری، G4 / MERV 8 پیش‌فرض معقول است: تقریباً تمام بارهای جرمی را که مهم هستند حذف می‌کند و در عین حال مقاومت کمی را اضافه می‌کند.

چرا Arrestance و بازده کسری سوالات متفاوتی هستند

یک فیلتر می تواند 90% وزن را نشان دهد و همچنان بیشتر ذرات را بر اساس شمارش عبور دهد، زیرا ذرات درشت تقریباً تمام جرم را حمل می کنند در حالی که ذرات ریز تقریباً تمام تعداد را حمل می کنند. این یکی از ویژگی‌های طراحی مرحله‌ای است، نه یک نقص - فیلتر اولیه با جرمی که باید رهگیری کند، اندازه‌گیری می‌شود و مرحله پایین‌دست با کسری ریز اندازه‌گیری می‌شود که باید آن را برطرف کند.

معیار انتخاب یک: جریان هوا و سرعت صورت

سرعت چهره تنها پارامتری است که اغلب فیلتری را که مطابق فهرست بندی شده از فیلتری که ندارد جدا می کند.

سرعت چهره (m/s) = جریان هوا (m³/s) ÷ سطح صفحه فیلتر (m²)

راهنمای طراحی بر اساس نوع رسانه:

• فیلترهای اولیه پانلی و پلیسه دار: 2.0-2.5 متر بر ثانیه، با 2.5 متر بر ثانیه به عنوان سقف عملی.
• توری فلزی قابل شستشو: تا 3.0 متر بر ثانیه، زیرا محیط سفت و سخت سرعت بالاتری را تحمل می کند.
• رول های مصنوعی: 1.5-2.5 متر بر حسب ضخامت و سقف.

نمونه کار شده

یک AHU 10000 m³/h = 2.78 m³/s را کنترل می کند. هدف گیری 2.0 متر بر ثانیه، مساحت صورت مورد نیاز 2.78 ÷ 2.0 = 1.39 متر مربع را می دهد. با استفاده از پانل‌های استاندارد 592 × 592 میلی‌متر (هر کدام 0.35 متر مربع)، به این معنی که چهار پانل - یک بانک 2×2. مشخص کردن تنها دو پانل، سرعت چهره را به 4.0 متر بر ثانیه، به خوبی خارج از پنجره طراحی، افزایش می دهد.

Pleat Area به عنوان متغیر پنهان

دو فیلتر با وجه های 592 × 592 میلی متری یکسان می توانند در ناحیه رسانه تفاوت زیادی داشته باشند. یک پانل تخت حدود 0.35 متر مربع را ارائه می دهد. یک فیلتر 100 میلی‌متری چین‌دار عمیق می‌تواند 2 تا 4 متر مربع رسانه را در همان دهانه ارائه دهد. از آنجایی که سرعت رسانه به نسبت کاهش می یابد، نسخه چین دار عمیق چندین برابر گرد و غبار را با مقاومت قابل مقایسه نگه می دارد. هنگام مقایسه محصولات، سطح رسانه موثر را مقایسه کنید، نه ابعاد چهره.

معیار انتخاب دو: افت فشار و ظرفیت نگهداری گرد و غبار

تنظیم مقاومت اولیه و نهایی

افت فشار اولیه برای فیلتر اولیه تمیز باید در باند 25-50 Pa با جریان نامی قرار گیرد. نقطه جایگزینی توصیه شده - مقاومت نهایی - معمولاً دو برابر مقدار اولیه یا 150 تا 250 Pa است، هر کدام که اول شود. عملکرد فراتر از آن نقطه، انرژی فن را به شدت افزایش می دهد تا بازدهی کاهش یابد.

محاسبات انرژی

مقیاس قدرت فن به طور مستقیم با فشار:

قدرت فن (کیلووات) = جریان هوا (m³/s) × افت فشار (Pa) ÷ (1000 × راندمان فن)

برای واحد 10000 m³/h بالا با راندمان فن 65 درصد، هر 100 Pa مقاومت اضافه تقریباً 0.43 کیلو وات هزینه دارد. کارکرد مداوم، یعنی حدود 3750 کیلووات ساعت در سال — اغلب بیشتر از کل بودجه سالانه فیلتر. بنابراین انتخاب یک محیط کم مقاومت با سطح پلیسه سخاوتمندانه به همان اندازه که تصمیمی برای فیلتر کردن است، یک تصمیم انرژی است.

ظرفیت نگهداری گرد و غبار

ظرفیت نگهداری گرد و غبار (DHC) جرم گرد و غبار آزمایشی است که وقتی فیلتر به مقاومت نهایی می رسد، در گرم بیان می شود. مقادیر معمول برای یک عنصر 592 × 592 میلی متر:

ظرفیت نگهداری گرد و غبار و عمر مفید آن توسط ساختار فیلتر اولیه، بر اساس یک عنصر استاندارد 592 × 592 میلی متر.
ساخت و ساز	حوزه رسانه	ظرفیت نگهداری گرد و غبار	عمر سرویس معمولی
پانل مصنوعی تخت	0.35 متر مربع	80-150 گرم	1-2 ماه
پانل پلیسه دار، 46 میلی متر	1.0-1.5 متر مربع	250-400 گرم	3-4 months
پانل پلیسه دار 100 میلی متر	2.5-4.0 متر مربع	500-900 گرم	6-12 ماه
جیب / کیف، G4	3.0-5.0 متر مربع	700-1200 گرم	6-12 ماه
توری فلزی قابل شستشو	0.35 متر مربع (multi-layer)	100-200 گرم در هر چرخه	ماهانه شسته می شود، 5-10 سال

نتیجه عملی: فیلترها را بر اساس هزینه هر گرم گرد و غبار مقایسه کنید، نه قیمت واحد خرید. یک عنصر چین‌دار عمیق با قیمت دو برابر که دوام بیشتری دارد و مقاومت کمتری می‌افزاید، انتخاب ارزان‌تری در هر محور است.

معیار انتخاب سوم: ساخت رسانه و قاب

گزینه های رسانه

• پلی استر مصنوعی غیر بافته - انتخاب اصلی. مقاوم در برابر رطوبت، از نظر ابعادی پایدار، در ساختارهای با چگالی درجه بندی شده موجود است که در آن تراکم فیبر به سمت سطح پایین دست برای بارگذاری عمقی تدریجی افزایش می یابد.
• پلی پروپیلن مذاب - الیاف ریز، وزن پایه کم، راندمان خوب در مقاومت کم. اغلب به صورت الکترواستاتیک برای افزایش جذب در ذرات با اندازه متوسط ​​شارژ می شود.
• الیاف شیشه - تحمل دمای بالا، مناسب برای جریان هوای گرم و کار صنعتی.
• مش آلومینیوم یا ضد زنگ - قابل شستشو و قابل استفاده مجدد، ایده آل برای خروجی اگزوز آشپزخانه، هوای پر از چربی و ورودی های با رطوبت بالا.
• غیر بافته شده با کربن فعال - کنترل گاز و بو را در جایی که ورودی نزدیک جاده، اسکله بارگیری یا پشته اگزوز است، اضافه می کند.

گزینه های قاب

مواد قاب برای فیلترهای اولیه و شرایط هر کدام به بهترین وجه مناسب است.
مواد قاب	محدودیت دما	تحمل رطوبت	بهترین برنامه
مقوا / کرافت	60 درجه سانتی گراد	تا 80% RH	هوای برگشتی خشک داخلی، استفاده یکبار مصرف
فولاد گالوانیزه	120 درجه سانتی گراد	بالا	ورودی های هوای بیرون، وظیفه عمومی AHU
آلومینیوم	120 درجه سانتی گراد	بالا	واحدهای قابل شستشو، نصب حساس به وزن
فولاد ضد زنگ	250 درجه سانتی گراد	خیلی بالا	آشپزخانه ها، آزمایشگاه ها، اتاق های تمیز، سایت های ساحلی
ABS / پلاستیک مهندسی شده	70 درجه سانتی گراد	بالا	واحدهای مسکونی و تجاری سبک

رتبه بندی آتش

فیلترهای نصب شده در سیستم‌های حمل و نقل هوای تجاری باید مطابق با UL 900 کلاس 1/Class 2 یا طبقه‌بندی معادل EN 13501-1 مورد نیاز کد محلی باشند. به جای استنباط از نوع رسانه، گواهی را در برگه اطلاعات محصول تأیید کنید.

معیار انتخاب چهار: تطبیق با محیط

مشخصات فیلتر اولیه توصیه شده بر اساس نوع ساختمان و شرایط گرد و غبار محیط.
محیط زیست	کلاس توصیه شده	ساخت و ساز ترجیحی	تغییر فاصله
دفتر، هوای پاک شهری	G4 / MERV 8	پانل مصنوعی پلیسه دار	3-6 ماه
بیمارستان / آزمایشگاه	پیش مرحله G4	اسکلت فلزی، مهر و موم شده با واشر	2-3 ماه
صنعتی، پر گرد و غبار	جیب یا پلیسه عمیق G4	100 میلی متر عمق، فریم فولادی	1-2 ماه
آشپزخانه تجاری	مش G2–G3	بافل ضد زنگ قابل شستشو	هفتگی شسته می شود
ساحل / رطوبت بالا	G4	قاب فلزی مصنوعی مقاوم در برابر رطوبت	3-4 months
مرکز داده	G4 / MERV 8	پلیسه عمیق کم Δp	6-12 ماه
نزدیک محل ساخت و ساز	سری G3 G4	بانک درشت دو مرحله ای	2-6 هفته

در جایی که PM10 در فضای باز به طور منظم از 150 میکروگرم بر متر مکعب فراتر می رود، آرایش درشت دو مرحله ای - یک صفحه توری قابل شستشو جلوتر از یک G4 یکبار مصرف - معمولاً کمترین هزینه را به همراه دارد، زیرا صفحه نمایش سنگین ترین بار را جذب می کند و به سادگی آبکشی می شود.

معیار انتخاب پنج: ابعاد، آب بندی و نصب

اندازه های استاندارد

ماژول‌های متریک AHU حول دهانه‌های اسمی 592 × 592 میلی‌متر و 592 × 287 میلی‌متر با عمق‌های 21، 46، 96 و 100 میلی‌متر ساخته شده‌اند. سیستم‌های امپریال از 24 اینچ × 24، 24 اینچ × 12 اینچ و 20 اینچ × 25 اینچ با عمق‌های 1، 2 اینچی و 4 اینچی استفاده می‌کنند. ماندن در اندازه‌های استاندارد باعث می‌شود جایگزین‌ها در قفسه در دسترس نباشند و از زمان تحویل و حق بیمه عناصر سفارشی جلوگیری شود.

نشت دور زدن جزئیات تعیین کننده است

هوا مسیر کمترین مقاومت را طی می کند، بنابراین هر شکافی در اطراف قاب جریان نامتناسبی دارد. یک شکاف 3 میلی‌متری در اطراف یک فیلتر 592 × 592 میلی‌متری می‌تواند به حدود 5 تا 10 درصد از کل جریان هوا اجازه دهد تا محیط را به طور کامل دور بزند و هوای دور زده، بار کامل گرد و غبار خود را مستقیماً به سیم‌پیچ منتقل می‌کند. اگر مهر و موم از کار بیفتد، هر درصد از راندمان درجه بندی شده بی ربط است. اقدامات عملی:

1. فیلترهایی را با یک واشر سلول بسته پیوسته در سطح بالادست یا پایین دست مشخص کنید.
2. از گیره های فنری یا قاب های نگهدارنده بادامک استفاده کنید که فشرده سازی یکنواخت را در سراسر واشر اعمال می کند.
3. مطمئن شوید که مسیر و فریم در هر تعویض مستقیم و بدون آسیب هستند.
4. فلش های جهت جریان هوا را بررسی کنید - رسانه چین دار نصب شده به سمت عقب سهم معنی داری از ظرفیت خود را از دست می دهد.

دسترسی و ترخیص خدمات

حداقل به عمق فیلتر بعلاوه 300 میلی‌متر فضای خالی در جلوی بانک برای برداشتن اجازه دهید. فیلترهایی که دسترسی به آنها دشوار است دیر تغییر می کنند، که کل استراتژی را بدون توجه به اینکه عنصر مشخص شده چقدر خوب است، تضعیف می کند.

استراتژی نظارت و جایگزینی

اندازه گیری کن، حدس نزن

یک فشارسنج یا فرستنده دیفرانسیل در هر بانک فیلتر، با محدوده 0 تا 500 Pa و نقطه تنظیم هشدار مشخص شده نصب کنید. بازرسی بصری یک شاخص غیرقابل اعتماد است: یک فیلتر می تواند خاکستری به نظر برسد و همچنان بیشترین ظرفیت خود را داشته باشد، یا در حالی که گرد و غبار ریز را در عمق رسانه حمل می کند قابل قبول به نظر برسد.

تمرین توصیه شده

• فیلتر تمیز Δp را هنگام راه اندازی به عنوان خط پایه برای هر مقایسه آینده ثبت کنید.
• زمانی که Δp به دو برابر مقدار اولیه یا 200 Pa رسید، جایگزین کنید.
• خوانش گزارش ماهانه برای ایجاد منحنی بارگذاری. منحنی که تندتر می شود، نشان دهنده تغییر در شرایط محیطی است که ارزش بررسی دارد.
• مرحله اولیه را طبق برنامه زمانی خود جایگزین کنید، و زمان پایین دست تغییر می کند تا با یک پیش فیلتر جدید همزمان شود.
• فیلترهای کیسه ای در هنگام حذف برای جلوگیری از ورود مجدد گرد و غبار به اتاق کارخانه.

کل هزینه مالکیت

ارزیابی نامزدها بر روی تصویر کامل به جای خط فاکتور:

هزینه سالانه = (قیمت فیلتر × تغییرات در سال) انرژی نیروی کار از میانگین سهم Δp هزینه تمیز کردن فیلتر پایین دست و کویل

در اکثر سیستم‌های کارکرد پیوسته، انرژی قابل انتساب به افت فشار 60 تا 80 درصد از هزینه طول عمر یک فیلتر اولیه است و قیمت خرید سهم اقلیت است. این نسبت منفرد باید بیش از هر ملاحظه دیگری مشخصات را هدایت کند.

چک لیست انتخاب عملی

1. جریان هوای طراحی را بر حسب m³/h تأیید کنید و به m³/s تبدیل کنید.
2. تقسیم بر سرعت صورت هدف 0-2.5 متر / برای به دست آوردن سطح صورت مورد نیاز، سپس طرح بانک را تنظیم کنید.
3. کلاس کارایی را از جدول محیطی انتخاب کنید - G4 / MERV 8 مگر اینکه شرایط خلاف این را استدلال کند.
4. برای به حداکثر رساندن سطح رسانه و ظرفیت نگهداری گرد و غبار، عمیق ترین پلیسه ای را انتخاب کنید که محفظه می پذیرد.
5. بررسی کنید Δp اولیه کمتر از 50 Paat جریان طراحی واقعی باشد، نه در جریان مرجع کاتالوگ.
6. قاب و محیط را با دما، رطوبت و هر گونه گریس یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مطابقت دهید.
7. طبقه بندی آتش مورد نیاز توسط کد محلی را تأیید کنید.
8. واشر و یک قاب نگهدارنده مثبت را برای حذف بای پس مشخص کنید.
9. یک گیج فشار دیفرانسیل نصب کنید و خط پایه تمیز را در زمان تحویل ثبت کنید.
10. هزینه سالانه شامل انرژی را قبل از مقایسه قیمت ها محاسبه کنید.