摘要
ASHRAE 52.2空氣濾網在美國綠建築LEED-NC的應用
Keywords / ASHRAE,Air Filter2,LEED-NC,Dust Removal Rate
由於國家政府及企業不斷的向外尋求資源或產品，在國際交通網路便捷性不斷的提昇下，跨國性貿易行為正蓬勃發展，從已開發國家、開發中國家並延伸至未開發國家。為確保合約雙方對產品品質及性能達成共識，共通標準遂應運而生，空氣濾網標準亦是如此。 在申請美國LEED-NC認證項目中，針對室內環境品質(Indoor Environmental Quality IEQ)，要求使用之空氣濾網效率至少需符合ASHRAE 52.2。本文乃就ASHRAE 52.2之相關發展源由、內容定義及產品應用作說明，以期同仁對空氣濾網產品能更進一步瞭解及適切選用。
DEFINITION & ABBREVIATION ASHRAE 52.2 定義及縮寫
- LEED:Leadership in Energy and Environmental Design Rating System 能源與環境設計先鋒評量系統，由美國綠建築協會制訂，採自願性認證，提供評估綠色建築物的指標平台
- LEED-NC:New Construction and Major Renovation 新建築物與大型改建類別，新建築物或大範圍增改建案的認證申請
- LEED-EB:Existing Buildings 既有建築類別，既有建築或既有建築局部改善的認證申請
- ASHRAE:American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc 美國冷凍空調協會
- AFI:American Air Filter Institute 美國空氣濾網協會
- NBS:National Bureau of Standard 國家標準局
- CEN:European Committee for Standardization 歐洲標準委員會
- PSE:Particle Size Removal Efficiency 微粒子的去除效率
- MERV:Minimum Efficiency Reporting Value 最小效率測試值
- IEQ:Indoor Environmental Quality 室內環境品質
- ISO:International Organization for Standardization 國際標準化組織
BACKGROUND ASHRAE 52.2 發展源由
1964年，美國空氣濾網協會(AFI)及國家標準局(NBS)分別進行空氣濾網標準之制定。1968年，ASHRAE整合並公佈空氣濾網標準ASHRAE 52-68，主要在於測量粉塵過濾效率，是第一份正式應用於工商業空調系統的標準，亦應用於保證熱交換器表面的清潔。1976年，ASHRAE公佈ASHRAE 52-76，用於測試粗、細空氣濾網的處理效率。1992年，NBS以ASHRAE52.1替代ASHRAE 52-76，僅定義一般通風之空氣過濾測試，但不包含特殊污染源的過濾與防治。1999年，衍生ASHRAE52.2標準，定義空氣中微粒子的過濾測試，以補足ASHARE 52.1不足之處。
在美國陸續制定標準的過程中，歐洲於1979年制定了Eurovent 4/5規範。1993年，公佈Eurovent 4/9，並於1997年修訂。同年，ECN參考ASHRAE 52-68 及52-76，制定並公佈EN 779:1993(Particulate air filters for general ventilation. Determination of the filtration performance)，隨後又參考EN 779:1993及Eurovent 4/9:1997，制定並公佈EN 779:2002(修訂版)，以符合室內空氣品質及環境保護要求，其間於1998年又公佈EN 1822:1998(High efficiency air filters (HEPA and ULPA). Classification, performance testing, marking )，規範高效率空氣濾網測試標準，其演進相關流程如圖一[3]，對於一般空氣濾網標準比較如表一。
圖一、空氣濾網標準發展
|
標準 |
ASHRAE 52.1 |
ASHRAE 52.2 |
EN 779 |
|---|---|---|---|
|
測試噴劑 |
ASHRAE 綜合粉塵 |
KCL 噴劑 |
ASHRAE 綜合粉塵 |
|
大氣粉塵 |
0.4μm液態DEHS |
||
|
粒徑 |
n/a |
0.3~10μm |
0.2~3μm |
|
測試風管 |
垂直型 |
垂直型或U型 |
垂直型 |
|
溫度 |
n/a |
10~38℃ |
n/a |
|
濕度 |
n/a |
20~65% |
＜75% |
|
壓力 |
正壓或負壓 |
正壓 |
正壓或負壓 |
|
流量 |
0.5~2.0 m3/s |
0.22~1.4 m3/s |
0.24~1.5 m3/s |
|
測試結果 |
"初使壓損,大氣粉塵去除效率,容塵量" |
"初使壓損,去除效率,MERV 值" |
"初使壓損,初使/平均去除效率,容塵量,靜電荷去除效率" |
|
缺點 |
"無法針對粒徑測出去除效率,最大去除效率≦98% " |
無法評估臭氣及離子去除效率 |
無法量測粒子彈跳現象 |
INTRODUCTION ASHRAE 52.2 介紹
制定空氣濾網對微粒子的過濾性能。主要評估兩種性能：去除空氣中微小粒子（0.3~10.0 um）的過濾效率和氣流通過濾網的阻力，一般空氣濾網的測試風量介於0.22~1.4m3/s（472~3,000 CFM）之間。
使用標準粉塵空氣濾網進行五次捕捉測試，每一次粉塵捕捉測試，可獲得一組去除效率 (Particle Size Removal Efficiency, PSRE) 性能曲線，以及由未使用過的空氣濾網所測得的初始性能曲線，共可獲得六條曲線，取這些曲線在不同粒徑的最低值，組成一條最低性能曲線。再將粒徑區分為三個區間(E1、E2、E3)，各區間取平均值，定義為空氣濾網等級的最低效率測試值 (Minimum Efficiency Reporting Value, MERV)。
測試之設備與器材
- 準備受測濾網樣本610 x 610 mm，並均分為九個區域，如圖二[1]。
圖二、測試之設備與器材
- 微粒計數器，計數範圍如表二。
表二、微粒計數器粒徑範圍表
範圍
粒徑(μm)
平均粒徑(μm)
下限
上限
1
0.30
0.40
0.35
2
0.40
0.55
0.47
3
0.55
0.70
0.62
4
0.70
1.00
0.84
5
1.00
1.30
1.14
6
1.30
1.60
1.44
7
1.60
2.20
1.88
8
2.20
3.00
2.57
9
3.00
4.00
3.46
10
4.00
5.50
4.69
11
5.50
7.00
6.20
12
7.00
10.00
8.37
- 濃度為30%氯化鉀(KCl)水溶液，作為產生氣膠(Aerosol)。
- 符合ASHRAE 52.1粉塵：72% ISO 12103-1 A2粉塵，23%煙灰，5%棉絨。
- 檢測風管組，如圖三。
圖三、測試風管架構圖
1.風機 2.流量控制閥 3.濾網區 4.置換 5.氣膠噴入管 6.氣膠產生器 7.粉塵噴入管 8.粉塵產生器 9.混合孔口 10.外插式擴散板
11.取樣管位置 12.靜壓頭位置 13.壓力計 14.空氣濾網與換氣 15.末級濾網 16.垂直壓力計 17.主要氣流量測嘴 18.置換 19.彎管（可選擇性） - 檢測風管之洩漏率須小於1%氣流量。
- 控制環境溫度：10~38℃，相對溼度：20~65%。
- 控制三組均勻的氣流量：0.22、 0.93、1.4 m3/s。
測試數據
1 主要測試項目為：
- 初始濾網濾材的壓損測試。
- 微粒子去除效率測試。
- 粉塵去除效率測試。
2 初始濾網的壓損測試：
在一定的氣流速率下，測試乾淨濾網的壓損（Pa）。再變更氣流速率為50%、75%、100%和125%並記錄這些流速下的壓損值，即可繪製出類似圖四的濾網壓損及流速變化曲線。
圖四、濾網壓損及流速變化的曲線
3 微粒子去除效率測試：
對於實驗供應的粒子數，依下列公式計算去除效率：
Ei % = (1-下游通過粒子數/上游通過粒子數)100%
在不同的幾何平均粒徑(如表二)下，測得的粒徑效率值可繪出類似圖五的曲線。
圖五、粒徑及效率變化的曲線
其中幾何平均粒徑 di = √(du × dl)
式中du表示最大粒子直徑；dl 表示最小粒子直徑。
例：若粒徑的範圍介於0.3~0.4 之間，則 di=√( 0.4×0.3) = 0.346 ≈ 0.35
粉塵去除效率測試：
在測試過程中，隨著粉塵逐漸累積在濾網上，濾網壓損和效率亦隨時變化，必須適當調整粉塵噴入機的噴入量，使測試箱體內的濃度維持在70mg /m3，直到濾網的壓損達到標準設定值，計算濾網捕捉的粉塵量。每個量測階段如下：
- 空氣濾網尚未進行捕捉測試前，進行粉塵量測。
- 噴入粉塵達30克，或濾網壓損增加10Pa，進行第一次粉塵量測。
- 當終端壓損與初始壓損差異，到達25%（第二次）、50%（第三次）、75%（第四次），進行去除效率的測量。
- 空氣濾網達到終端壓損時，進行量測。
範例：假設濾網初始壓損70Pa、終端壓損 300Pa，當壓損分別為70 Pa、128Pa、185Pa、243Pa和300Pa，進行粉塵捕捉量之計算。
每階段完成後都要計算重量與數量的去除效率，包括初始、第一次至第五次負載測試等，共六條曲線，測試條件及程序如表三所示。
|
程序 |
濾網置放 |
氣膠產生器 |
粉塵噴入器 |
|---|---|---|---|
|
壓差Vs流量 |
Y |
Off |
Off |
|
初始去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
|
第一次粉塵捕捉 |
Y |
Off |
On |
|
去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
|
第二次粉塵捕捉 |
Y |
Off |
On |
|
去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
|
第三次粉塵捕捉 |
Y |
Off |
On |
|
去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
|
第四次粉塵捕捉 |
Y |
Off |
On |
|
去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
|
第五次粉塵捕捉 |
Y |
Off |
On |
|
去除效率測試 |
Y |
On |
Off |
當粉塵捕捉測試達到某一階段的壓損後，從測試機台內取出末端濾網進行秤重，增加的重量代表穿過測試樣品的粉塵重量。空氣濾網完成粉塵測試後，所增加的重量即為最大粉塵捕捉量。
經粉塵測試後，可獲得完整的效率數據，如表四，由表找出每個粒徑中最小的過濾效率(PSE)值，依不同的粒徑區分為3個群組，並計算得3個平均過濾效率─E1, E2, E3，如表五。
|
粒徑(μm) |
0.3~0.4 |
0.4~0.55 |
0.55~0.7 |
0.7~1.0 |
1.0~1.3 |
1.3~1.6 |
1.6~2.2 |
2.2~3.0 |
3.0~4.0 |
4.0~5.5 |
5.5~7.0 |
7.0~10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
"平均粒徑(μm)" |
0.35 |
0.47 |
0.62 |
0.84 |
1.14 |
1.44 |
1.88 |
2.57 |
3.46 |
4.69 |
6.2 |
8.37 |
|
Initial |
7.7 |
8.9 |
11.0 |
16.0 |
24.8 |
29.0 |
36.0 |
41.0 |
41.5 |
38.0 |
44.0 |
52.0 |
|
1st |
2.8 |
4.8 |
15.0 |
26.0 |
47.0 |
60.0 |
73.0 |
78.0 |
85.0 |
91.0 |
92.0 |
96.0 |
|
2nd |
8.9 |
16.5 |
28.0 |
44.0 |
68.0 |
80.0 |
90.0 |
94.0 |
96.0 |
98.0 |
99.0 |
99.5 |
|
3th |
12.0 |
25.0 |
35.0 |
56.0 |
80.0 |
86.0 |
94.0 |
96.0 |
98.0 |
98.5 |
99.5 |
100.0 |
|
4th |
20.0 |
24.5 |
48.0 |
68.0 |
84.0 |
90.0 |
96.0 |
97.0 |
99.0 |
99.5 |
100.0 |
100.0 |
|
5th |
22.5 |
36.0 |
55.0 |
76.0 |
89.0 |
94.0 |
97.0 |
98.0 |
98.5 |
99.5 |
100.0 |
100.0 |
|
最小PSE |
2.8 |
4.8 |
11 |
16 |
24.8 |
29 |
36 |
41 |
41.5 |
38 |
44 |
52 |
|
粒徑羣效率(%) |
粒徑範圍 |
PSE |
平均PSE |
|---|---|---|---|
|
E1 |
0.3~1.0 |
2.8, 4.8, 11, 16 |
8.7 |
|
E2 |
1.0~3.0 |
24.8, 29, 36, 41 |
32.7 |
|
E3 |
3.0~10 |
41.5, 38, 44, 52 |
43.9 |
例：E1平均過濾效率=(2.8+4.8+11+16)/4 = 8.7。
由表五得E1=8.7, E2=32.7, E3=43.9對應至表六， 可得出此濾網的等級為MERV 6。
|
MERV值 |
複合平均去除效率(%) |
平均捕集率(%) |
最小終端壓損 (Pa) |
||
|---|---|---|---|---|---|
|
範圍1 |
範圍2 |
範圍3 |
|||
|
1 |
n/a |
n/a |
E3＜20 |
Avg＜65 |
75 |
|
2 |
n/a |
n/a |
E3＜20 |
65≦Avg＜70 |
75 |
|
3 |
n/a |
n/a |
E3＜20 |
70≦Avg＜75 |
75 |
|
4 |
n/a |
n/a |
E3＜20 |
Avg≦75 |
75 |
|
5 |
n/a |
n/a |
20≦E3＜35 |
n/a |
150 |
|
6 |
n/a |
n/a |
35≦E3＜50 |
n/a |
150 |
|
7 |
n/a |
n/a |
50≦E3＜70 |
n/a |
150 |
|
8 |
n/a |
n/a |
70≦E3 |
n/a |
150 |
|
9 |
n/a |
E2＜50 |
85≦E3 |
n/a |
250 |
|
10 |
n/a |
50≦E2＜65 |
85≦E3 |
n/a |
250 |
|
11 |
n/a |
65≦E2＜80 |
85≦E3 |
n/a |
250 |
|
12 |
n/a |
80≦E2 |
90≦E3 |
n/a |
250 |
|
13 |
E1＜75 |
90≦E2 |
90≦E3 |
n/a |
350 |
|
14 |
75≦E1＜85 |
90≦E2 |
90≦E3 |
n/a |
350 |
|
15 |
85≦E1＜95 |
90≦E2 |
90≦E3 |
n/a |
350 |
|
16 |
95≦E1 |
95≦E2 |
95≦E3 |
n/a |
350 |
例：若E1、E2 和E3分別為86、92和98，則濾網的等級為MERV 15。
綜合以上測試目的，ASHRAE 52.2 僅提供試驗方法的標準，在標準的基礎上界定空氣濾網的性能，與產品實際優劣無關。
CONCLUSION ASHREA 52.2空氣濾網產品的應用
美國綠建築LEED-NC
在申請美國LEED-NC認證項目中，分別於室內環境品質(Indoor Environmental Quality IEQ)之IEQ C3.1、IEQ C3.2 及 IEQ C5中，要求使用之空氣濾網效率至少需符合ASHRAE 52.2之規定。
EQ C3.1為施工期間室內空氣品質管理計劃，對於使用之空氣濾網至少需符合MERV 8以上，依表六，MERV 8 為平均去除效率E3≧70，E1及E2並未規範；EQ C3.2為施工期間人員進駐前室內空氣品質管理計劃，對於排淨使用之空氣濾網亦至少需符合MERV 8以上；EQ C5為對室內化學品及污染源的控制，對空調系統使用之空氣濾網亦至少需符合MERV 13以上，依表六，MERV 13 為平均去除效率E3≧90，E2≧90，E1＜75。
空調系統的應用
半導體廠房的MAU構造中，包含初級濾網、中效濾網、化學濾網及高效濾網，一般而言初級濾網效率為35%以上，中效濾網效率為85%以上，化學濾網效率為80%以上（終端壽命），高效濾網（HEPA）效率為99.99%以上；初級&中效濾網應用規範為ISO 12103-1、ASHRAE 52.2及EN 779，化學濾網應用規範為ISO class 7，高效濾網應用規範為EN 1822。
表七為摘錄自ASHRAE 52.2 TABLE E-1，說明各MERV等級之濾網的應用環境及控制污染源，提供給讀者參考。
|
平均去除效率(%) |
應用指導 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
|
MERV |
粒徑 |
粒徑 |
粒徑 |
控制污染源 |
應用環境 |
產品型式 |
|
16 |
E1≧95 |
E2≧95 |
E3≧95 |
細菌類, 殺蟲劑, 油漆顏料 |
加護病房, |
袋型濾網, |
|
15 |
95＞E1≧85 |
E2≧90 |
E3≧90 |
|||
|
14 |
85＞E1≧75 |
E2≧90 |
E3≧90 |
|||
|
13 |
75＞E1 |
E2≧90 |
E3≧90 |
|||
|
12 |
n/a |
E2≧80 |
E3≧90 |
濕氣, 煤灰, |
頂級餐廳, |
袋型濾網, |
|
11 |
n/a |
80＞E2≧65 |
E3≧85 |
|||
|
10 |
n/a |
65＞E2≧50 |
E3≧85 |
|||
|
9 |
n/a |
50＞E2 |
E3≧85 |
|||
|
8 |
n/a |
n/a |
E3≧70 |
袍子, |
高級餐廳, |
摺型濾網, |
|
7 |
n/a |
n/a |
70＞E3≧50 |
|||
|
6 |
n/a |
n/a |
50＞E3≧35 |
|||
|
5 |
n/a |
n/a |
35＞E3≧20 |
|||
|
4 |
n/a |
n/a |
20＞E3 |
花粉,紡纖 |
一般餐廳, |
水洗濾網, |
|
3 |
n/a |
n/a |
20＞E3 |
|||
|
2 |
n/a |
n/a |
20＞E3 |
|||
|
1 |
n/a |
n/a |
20＞E3 |
|||
參考文獻
- ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
- The Introduction of Air filter Testing for ASHRAE 52.2. 紡織產業綜合研究所, 檢驗中心, 胡明銓
- Comparison of General Ventilation Air Filter Test Standards Between America and Europe. Tongji University, Bin Zhou and Jinming Shen.
留言(0)