Verwendung von MERV-Bewertungen zur Bestimmung der Effizienz industrieller Entstaubungsanlagen

Von Andrew Untz, Donaldson Sr. Projektingenieur

Normen zur angemessenen und genauen Messung der Effizienz industrieller Entstaubungsanlagen gab es nie. Da viele Hersteller von Entstaubungsanlagen und Filtern Behauptungen über die Leistung ihrer Produkte machen, wissen viele Endverbraucher in einer Welt der Versprechungen nicht mehr, was sie glauben sollen. Um eine Vergleichsgrundlage zu schaffen, haben viele Unternehmen, Industrien und Rechtssysteme auf die Anwendung von MERV-Bewertungen zurückgegriffen, die von ASHRAE 52.2 für die allgemeine industrielle Lüfterreinigungsindustrie festgelegt wurden. Aber sind diese Bewertungen ein geeignetes Maß für die Effizienz für Entstaubungsanlagen?

Die Anwendung des MERV-Bewertungssystems zur Messung der Wirksamkeit von Entstaubungsanlagen ist aus folgenden Gründen problematisch:

• MERV-Tests bei festgelegten Medienflussraten unterscheiden sich stark von den typischen Betriebsflussraten industrieller Entstaubungsanlagen;
• MERV-Bewertungen geben die minimale Filtereffizienz (typischerweise beim Start) und nicht die typischen Filteremissionen über die Filterlebensdauer an;
• MERV misst die Effizienz der Filtermedien und nicht die gesamte Entstaubungsanlage und das Selbstreinigungssystem und
• MERV identifiziert den Druckverlust, befasst sich jedoch nicht mit dem Gesamtenergieverbrauch.

Was ist MERV?

MERV steht für Minimum Efficiency Reporting Value (Minimaler Effizienzberichtswert). Dies ist ein Bewertungssystem, das in die Testspezifikation von ASHRAE 52.2 integriert ist. Es ordnet einem Filter eine einzelne Nummer zu, um seine minimale Leistung beim Entfernen von Partikeln aus einem Luftstrom zu ermitteln. Höhere Zahlen sollen auf eine höhere Filtrationseffizienz hindeuten, aber viele Experten für industrielle Entstaubung argumentieren, dass dies nicht der Fall ist.

ASHRAE 52.2 wurde ursprünglich geschrieben, um eine Methode zur Messung der Leistung von allgemeinen Luftreinigungsgeräten zu etablieren. Während allgemeine Belüftungsluftreinigungssysteme und industrielle Entstaubungssysteme beide Partikel aus einem Luftstrom entfernen, haben sie sonst wenig gemeinsam. Die Unterschiede werden unten behandelt.

Betriebsdurchflussraten für allgemeine Lüftung im Vergleich zu industriellem Staub

Die Norm 52.2 wurde eingeführt, um die Effizienz von statischen Luftfiltern zu prüfen, die in allgemeinen Lüftungssystemen, wie z. B. Raum- und Gebäudeluftsystemen, eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu arbeiten industrielle Entstaubungs-Luftfilter in einer sehr dynamischen Umgebung, in der sich Staub kontinuierlich aufbaut und von den Medien nach Bedarf gereinigt wird. Die meisten industriellen Entstaubungsanlagen enthalten ein selbstreinigendes System, das es den Filtern erlaubt, viel länger zu arbeiten, als wenn sie nicht wiederholt gereinigt würden. Manchmal werden die Filter gereinigt, wenn kein Luftstrom vorhanden ist, aber die Reinigung erfolgt häufig während des normalen Betriebs. Der ständig wechselnde Staubkuchen (und der damit verbundene Druckverlust) bedeutet, dass sich auch die Effizienz des Filters ständig ändert. Jedes Mal, wenn ein Filter gereinigt wird, ändert sich die Effizienz der Filter. Die in ASHRAE 52.2 verwendeten statischen Bedingungen können nicht angemessen auf die dynamischen Bedingungen innerhalb einer Entstaubungsanlage angewendet werden.

Industrielle Herstellungsverfahren erzeugen Staub – in Mengen, die in allgemeinen Lüftungsreinigungssystemen nicht erwartet werden. Die Luftströme innerhalb der Prozesse in Sägewerken, Getreideverarbeitungsanlagen, Metallfabrikationswerkstätten und thermischen Spritzkabinen erzeugen typischerweise 0,5 bis 20 Korn pro Kubikfuß an Partikeln. Hersteller können es sich nicht leisten, die Produktion zu stoppen, um die Filter häufig zu wechseln, sodass sie auf Entstaubungsanlagen mit selbstreinigenden Systemen angewiesen sind. Die selbstreinigenden Systeme ermöglichen es, dass ein Filter längere Zeit in Gebrauch bleibt.

Im Gegensatz dazu fügt ein ASHRAE 52.2-Test relativ wenig Staub in den Luftstrom ein. Er verwendet ungefähr 0,005 Korn pro Kubikfuß Luft. Diese Staubkonzentration ist 100- bis 4000-mal geringer als in einem typischen industriellen Entstaubungsanlagen-Luftstrom.

Ein anderer stark zu berücksichtigender Faktor, ist, dass sich die Medienlufteinströmungsgeschwindigkeit zwischen der allgemeinen Lüftung und der industriellen Entstaubungsanlage stark unterscheidet. Eine typischer Entstaubungsanlage hat eine Medienlufteinströmungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 12 Fuß pro Minute. Im Gegensatz dazu testet ASHRAE 52.2 Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich von 118 bis 748 Fuß pro Minute. Das bedeutet, dass die Größen in einem MERV-Test 10- bis 1500-mal höher sind als in einer Entstaubungsanlage. Da die Mediengeschwindigkeit die Effizienz beeinträchtigen kann, sollte die Anwendbarkeit des MERV-Tests für eine industrielle Entstaubungsanwendung in Frage gestellt werden.

Anfängliche Effizienz vs. Lebensdauereffizienz

Das Ziel von ASHRAE 52.2 ist es, die Effizienz eines allgemeinen Lüftungsreinigungssystems zu messen. Das Ziel einer Entstaubungsanlage ist es, Emissionen über die Zeit zu kontrollieren. Auf den ersten Blick scheint es, dass die Effizienz eines Filters direkt mit den Emissionen zusammenhängt, die der Filter aus dem System entweichen lässt. Die Effizienz eines Filters kann jedoch nicht direkt mit den Emissionen einer industriellen Entstaubungsanlage in Verbindung gebracht werden. Wenn man versucht, die Emissionen über die Zeit basierend auf dem MERV-Wirkungsgrad zu berechnen, würden die Emissionen stark überbewertet. Es kommt zu dieser Fehlkalkulation, weil ein Filter in einer Entstaubungsanlage mit Staub beladen wird und immer wieder Staubkuchen erzeugt.

Das Funktionsprinzip einer industriellen Entstaubungsanlage nutzt die Ansammlung des Staubkuchens für eine zusätzliche Filtration. Da der Staubkuchen einen Widerstand gegen die Luftströmung bietet, liegt der Widerstand über den Filtermedien einer Entstaubungsanlage in der Regel im Bereich von 2- bis 5-Zoll-Wassersäule. Während dieser Zeit wird der Staubkuchen ständig ersetzt, wenn die Filter gereinigt werden und dann der Staub wieder aufgebaut wird. Der ASHRAE 52.2-Test arbeitet in einem völlig anderen Widerstandsbereich. Der Test stoppt bei einem maximalen Widerstand von 1,4-Zoll-Wassersäule (oder eher je nach dem erzielten Wirkungsgrad). Die Prüfung für MERV ist einfach an die Fähigkeit des Filtermediums gebunden, Staub aufzufangen, während der Betriebszyklus einer Entstaubungsanlage die Ansammlung und Freisetzung des Staubkuchens als wesentlichen Beitrag zur Leistungseffizienz verwendet.

Diese Unterschiede in der Funktion eines Staubabscheiders gegenüber der Anwendung eines ASHRAE 52.2-Tests führen zu einer erheblichen Unterscheidung des Ansatzes für technische Medien. Für ein statisches Filtrationssystem wäre es vorteilhaft, ein Tiefenfiltermedium zu haben, das es den Partikeln ermöglicht, sich über die ganze Tiefe des Mediums zu beladen, ohne tatsächlich durch das Filterelement zu dringen. Die Medien, die es ermöglichen, den Staub in den Filter zu laden, ohne einen Staubkuchen zu bilden, bewältigen mehr Partikel und halten in einer statischen Umgebung länger. Dies ist jedoch nicht ideal, wenn Sie versuchen, die Medien in einer dynamischen Umgebung zu reinigen. Je mehr Staub auf der Oberfläche des Mediums zurückbleibt (Oberflächenfiltration), desto leichter ist die Reinigung. Es ist von großem Vorteil, ein Oberflächenfiltrationsmedium in einer Entstaubungsanlage zu haben, um eine längere Lebensdauer des Filters zu gewährleisten. Ein Filterhersteller könnte leicht ein Tiefenfiltrationsmedium entwerfen, um eine höhere MERV-Bewertung für seine Filter sicherzustellen, und die Verbraucher würden wahrscheinlich davon ausgehen, dass die höhere MERV-Bewertung einen besseren Filter bedeutet. Diese Tiefenfiltrationsmedien opfern jedoch häufig die Fähigkeit, Partikel während der Reinigung freizusetzen. Ein Kunde einer industriellen Entstaubungsanlage, der einen Filter streng von der MERV-Bewertung ausgehend kauft, ist sich möglicherweise nicht bewusst, dass er einen signifikanten Leistungsbereich opfert – die Fähigkeit der Reinigung. Der beste Filter für Entstaubungsanlagen würde eine bessere Effizienz UND eine bessere Reinigungsleistung bieten. Angesichts der Anzahl und Komplexität von Faktoren, die in die Leistung industrieller Entstaubungsanlagen einfließen, könnte man argumentieren, dass es ineffektiv ist, die Kaufentscheidungen bezüglich einer Entstaubungsanlage auf einer MERV-Bewertung zu basieren, die ausschließlich auf der anfänglichen Effizienz basiert. Die Bedingungen, die eine MERV 13-Leistungsbewertung von einer MERV 14-Leistungsbewertung trennen, repräsentieren nur einen kurzen Teil der Lebensdauer des Filters der Entstaubungsanlage. Die MERV-Bewertung, die während der ersten Minuten der Filterlebensdauer festgelegt wird, kann die Wirksamkeit der verbleibenden 6 bis 24 Monate der Filterlebensdauer nicht vorhersagen. Auch hier ist die Effizienzcharakterisierung von 52.2 nicht zuverlässig. Die tatsächliche Leistung industrieller Staubsammler basiert genauer auf der Konstruktion im Reinigungssystem, der Oberflächenfiltrationsmedientechnologie und der Luftstromsteuerung.

Medienleistung vs. Systemleistung

Das MERV-Bewertungssystem ist auch unzureichend bei der Identifizierung der Effizienz einer industriellen Entstaubungsanlage, da es die Medien misst und nicht das gesamte Filtrationssystem. Idealerweise würde eine Norm es dem Endbenutzer ermöglichen, zu vergleichen, welche Emissionen während des regulären Betriebs auftreten würden. Es würde die Effizienz des gesamten Filtrationssystems gemessen. Das Luftstrommanagement innerhalb einer Entstaubungsanlage ist entscheidend für die Gesamtleistung. Die Konstruktion sollte den Luftstrom so steuern, dass der größte Teil des Staubs die Filter nie erreicht, damit die Medien länger halten. Die Luftströmung sollte auch so gesteuert werden, dass sich der gesammelte Staub ablagert, ohne dass er im Luftstrom wieder mitgerissen wird oder dauerhaft unterbrochen wird. Es gibt Donaldson® Torit®-Lösungen für verschiedene Ansätze für Reinigungsmechanismen, aber die Konstruktion des Reinigungssystems und der Medien sollte Hand in Hand gehen. Der Nutzer der Entstaubungsanlage ist nur mit der Gesamtleistung beschäftigt, daher ist die reine Messung des einen oder des anderen unvollständig.

Druckverlust im Vergleich zum Gesamtenergieverbrauch

Ein weiteres Problem ist, dass die Notation von ASHRAE 52.2 zum Druckverlust nicht die breitere Leistungscharakteristik der zunehmenden Besorgnis vieler Endbenutzer – Energieverbrauch und damit verbundene Kosten – anerkennt. Höhere Beschränkungen in einem Filter benötigen mehr Energie, um den richtigen Luftstrom aufrechtzuerhalten. Die Reinigungsenergie ist ebenfalls sehr wichtig. Eine Entstaubungsanlage kann ein hervorragendes Reinigungssystem und einen geringen Druckverlust haben, erfordert jedoch möglicherweise eine enorme Menge an Reinigungsenergie. Nur wenige würden dieses Szenario für akzeptabel halten. Die MERV-Bewertungen bieten Endbenutzern jedoch keine Anleitung zu diesem kritischen Leistungsmerkmal.

Wie geht es weiter?

Angesichts all der Gründe, warum das MERV-Bewertungssystem für industrielle Entstaubungsanlage ungeeignet ist: Wo stehen wir? Wenn es eine neue Norm gäbe, sollte sie viele der Hauptleistungsmerkmale berücksichtigen, über die sich ein Endbenutzer in erster Linie Gedanken macht und die in diesem Dokument behandelt werden. Andere Überlegungen, die Endbenutzer bei der Auswahl einer industriellen Entstaubungsanlage machen müssen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Größe, Anlagenzustand, Lautstärke und die Fähigkeit des Filtersystems, sich von einer Störungsbedingung zu erholen, sind andere Eigenschaften, über die Endbenutzer in der Regel Bescheid wissen möchten.

Führende Unternehmen in der industriellen Entstaubungsindustrie, ASHRAE und ISO arbeiten derzeit zusammen, um dieses Problem anzugehen. Der technische Ausschuss 5.4 von ASHRAE hat vor kurzem ein Forschungsprojekt (RP1284) abgeschlossen, um den besten Weg zur Entwicklung einer Testspezifikation für Entstaubungsanlagen zu bestimmen, und ein spezieller Projektausschuss arbeitet daran, eine Testspezifikation auf der Grundlage dieser Forschung zu schreiben. Der technische ISO-Ausschuss 142 ist ebenfalls damit beschäftigt, eine ähnliche Testspezifikation zu schreiben, die auf internationaler Ebene verwendet werden soll. Beide können mehrere Jahre von der vollständigen Ausarbeitung und Entwicklung entfernt sein, aber sie erfüllen zumindest die Bedürfnisse des industriellen Entstaubungsmarktes, für den MERV nie bestimmt war. Interessierte sollten sich engagieren. Ziehen Sie in Betracht, an der öffentlichen Bewertung mitzuwirken, bevor die Normen veröffentlicht werden, damit Ihr Feedback helfen kann, sicherzustellen, dass die Bedürfnisse der Endbenutzer letztendlich erfüllt werden.

In der Zwischenzeit fragen Sie den Hersteller, wenn Sie mit der Auswahl eines Entstaubungsfiltersystems konfrontiert werden, in Bezug auf die Anwendbarkeit von MERV auf die vorliegende Situation. Noch wichtiger: Fragen Sie nach den Eigenschaften, die besser die Effizienz der Entstaubungsanlage vorherzusagen, wie: Betriebsflüsse, erwartete Filterlebensdauer, Medienkonstruktion, Luftstromsteuerung, Konstruktion des Reinigungssystems und Energieverbrauch. Ihr Endergebnis wird Ihre anspruchsvollere Wahl widerspiegeln.

Andrew Untz ist ein Sr. Projektingenieur bei Donaldson Company, Inc. Er hat einen Bachelorabschluss in Ingenieurwesen der University of Wisconsin River Falls und einen Masterabschluss von der University of Phoenix. Andrew hat 16 Jahre Erfahrung in der industriellen Luftfiltration. Er gehört dem ASHRAE Technical Committee 5.4 an und war an der Erstellung von ASHRAE 199 beteiligt. Andrew ist auch Mitglied im ISO Technical Committee 142, WG5, und leitet die Entwicklung einer internationalen Testnorm für industrielle Entstaubungsanlagen.