Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Energy Saving in Buildings
Better AHU Pre Filters can bring
substantial energy savings

From: Camfil Farr Lt...
Camfil Farr – Better AHU Pre‐filters Can Bring Substantial 
Energy Savings 

    Executive Summary 


It is generally a...
The Business Challenge 
The coming period will be difficult for energy managers and plant engineers running ai...
The  current  Eurovent  LCC  model  for  air  filters  covers  maintenance  issues,  which  can  arise  due  to 
dust depo...
Building energy usage model


The assumption has been made that all heat transfer losses have occurred through the cooling coi...
Although poorly maintained coils can suffer heat transfer efficiency losses in excess of 50% and 
significant pressure d...
There are a huge number of Air Handling Units dating from the  1980's designed with poor grade 
G3/G4 pre‐filters and side...
Camfil low energy air filters are the solution. They offer the lowest air filter energy cost throughout 
their installed l...
IAQ               Indoor Air Quality 
LCC             Life Cycle Costing 
kW               Power rating kiloWatts (for AC ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5

Camfil Whitepaper - Energy Saving in Buildings Better AHU Pre Filters can bring substantial energy savings


Published on

Published in: Technology, Business
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Camfil Whitepaper - Energy Saving in Buildings Better AHU Pre Filters can bring substantial energy savings

  1. 1. WHITE PAPER Energy Saving in Buildings Better AHU Pre Filters can bring substantial energy savings From: Camfil Farr Ltd Date: June 2010
  2. 2. Camfil Farr – Better AHU Pre‐filters Can Bring Substantial  Energy Savings  Executive Summary    It is generally accepted that using Low Energy Air Filters will minimise energy use for a given filter  particulate  efficiency  and  air  flow  rate.  This  is  achieved  by  the  low  pressure  drop  across  the  filter.  Another way the air filters can help save energy and maintain plant efficiency is by keeping coils and  other heat exchanger surfaces clean. The coils will then work to their full rated capacity.  The  comparison  of  pressure  drop  reduction  energy  saving  and  energy  changes  involved  in  coil  efficiency reduction in this paper indicate that they are of a similar order and both significant. These  potential  savings  can  be  realised  by  using  low  energy  air  filters  and  to  some  extent  by  improving  heating and cooling controls. Other savings and benefits on maintenance costs and Air Quality can  also be made.  Introduction    This White Paper will show a way to assess the potential energy saving benefits of a maintained coil  and heat exchanger heat transfer efficiency, when fitting F7 class Low Energy Air filters as Air  Handling Unit pre‐filters. There has been limited testing and research into the energy saving benefits  of clean coils and the linked gain of using higher grade pre‐filters. Reduced variations in pressure  drop and coil heat transfer efficiency offer the prospect of tighter HVAC system control and  improved energy savings.  The Legislation concerning energy usage in Air Handling Units    Current legislation for energy inspections of Air Conditioning systems with Air Handling Units is  covered by the Energy Performance Buildings Directive. This requires an inspection and report which  includes the condition and effective function of the air filters. Energy saving measures such as the  upgrade of air filter systems with Low Energy Air Filters should be considered.      1 | P a g e    
  3. 3. The Business Challenge      The coming period will be difficult for energy managers and plant engineers running air conditioning  plants.  The  current  budget  constraints  are  being  felt  across  the  economy.  The  Carbon  Reduction  Commitment (CRC) Energy Efficiency Scheme was launched in April 2010, impacting on an estimated  20,000  UK  businesses.  The  CRC  will  no  doubt  bring  the  subject  of  energy  consumption  to  boardrooms across the country, with Indoor Air Quality and low energy consumption presented as a  business challenge requiring urgent resolution.     The good news is that it is a straightforward process selecting the correct air filters to ensure Indoor  Air  Quality  is  maintained  and  energy  consumption  reduced.      An  Opportunity  Assessment  Survey  (OAS)  or  Air  Handling  Plant  Assessment  (AHPA)  can  be  carried  out  to  evaluate  the  potential  for  improvement.      Better AHU Pre‐filters Can Bring Substantial Energy Savings      Some air filter manufacturers have for a long time advised the fitting of better pre‐filters to give an  energy efficient performance.      When using the Eurovent filter Life Cycle Costing model (LCC) Camfil advises fitting an Hiflo M7 F7  Low  Energy  Air  Filter.  For  a  2‐stage  filter  system  an  Hiflo  M7  F7+F7  set  up  is  recommended.   EN13053 also states to AHU manufacturers that 'If a single stage of air filtration is used, a minimum  filter class of F7 shall be fitted'.      Traditionally' G3/G4 panels have been used as pre‐filters and indeed sometimes they are the only  AHU filters fitted.  To be effective a pre‐filter stage should be positioned just upstream of the coils  and heat exchangers in the HVAC system.  This gives increased protection to the AHU coils as well as  meeting recommended air quality requirements.    2 | P a g e    
  4. 4. The  current  Eurovent  LCC  model  for  air  filters  covers  maintenance  issues,  which  can  arise  due  to  dust deposition; duct cleaning for example. However has consideration been given to the loss of coil  efficiency due to the deposition of fine dust layers on the heat transfer surfaces?  Studies on HVAC coil efficiency      Studies on HVAC coil efficiency and cleaning companies indicate even very thin dust layers on coils  can mean significantly more energy usage, eg. 0.3mm. depth results in a 10% increase.(see graph)    Let us now try to quantify and compare a. and b. below.    a) the energy usage and possible saving by using F7 pre‐filters to prevent coil heat transfer  efficiency loss due to dust deposition on heat transfer surfaces.    b) the energy saving that can be made on reduced air filter pressure drop using the Eurovent  LCC model for air filters.    (Note : In a. It is assumed that the HVAC control system would use energy to increase the  temperature difference of the heating hot water or reduce the temperature of the cooling chilled  water to compensate for the loss of coil efficiency, otherwise the system will not deliver  the  required performance.)     To make a comparison we can adopt a building energy usage model. A recently published HVAC  model for air‐conditioned offices has been used for this purpose.  3 | P a g e    
  5. 5. Building energy usage model         4 | P a g e    
  6. 6.   Conclusions     The assumption has been made that all heat transfer losses have occurred through the cooling coils,  heating coils and air‐to‐air heat exchangers. In reality there will also be increased losses through the  pipe‐work system at places with poor or no insulation if temperature differentials are increased.     Although heat losses are not always lost to the building envelope leakage of heat must be regarded  as a very inefficient use of energy.  Any loss of coil heat transfer efficiency must be made good by  increased input from the boiler in a heating system and the compressor in a cooling system if it is a  controlled environment.    There is no attempt to directly fix the upper and lower levels of savings that can be made by  maintaining clean coils with the optimising of air filters but there is clearly a strong link. The  comparison made is to try and establish a reasonable estimate of the scale of the energy saving  possibilities involved.    The upper level of 30% and lower of 10% for coil efficiency energy losses seem to be generally  accepted as the level of losses commonly encountered in HVAC systems that are at the upper and  lower ends of the plant condition and maintenance spectrum.  5 | P a g e    
  7. 7.   Although poorly maintained coils can suffer heat transfer efficiency losses in excess of 50% and  significant pressure drop energy losses due to partial blockage. Coil pressure drop losses incurred as  a result of dust loading are not quantified in this paper but can be significant.    The upper level 18% and lower of 9% reduction for fans, pumps and controls is an estimate based on  LCC energy calculations for pressure drop and some reduced pump load when coil efficiency is  maintained. Controls energy usage is usually quite low.      The resulting figures suggest that at the lower (10/9%) level the benefit of F7 class pre‐filters based  on pressure drop compared to benefit of maintenance of clean coils are broadly similar.     Ratio (1.28:1) in favour of coil efficiency benefit.      At the higher (30/18%) level the maintenance of coil efficiency indicates an increasing benefit  approaching twice as much as that of filter pressure drop.     Ratio (1.92:1) in favour of coil efficiency benefit.    Given the current problems with rising energy cost and supply this relationship deserves further  investigation. There can be little doubt of the increased energy saving benefit given by F7 class pre‐ filters when considering the longer maintained coil efficiency.      Consideration should be given as to whether the coil efficiency energy saving benefit should be  included in the filter LCC model. The UK government should seriously consider including air filtration  as an energy saving technology and include it on the energy technology list (ETL).     The analysis in this report indicates that savings of up to 14% of the Total  Building Energy costs are possible using F7 class Low Energy Air Filters as pre‐ filters to maintain clean AHU coils.    The effect of using F7 class pre‐filters in HVAC systems to reduce energy usage seems to be  underestimated by many designers and plant operators.      6 | P a g e    
  8. 8. There are a huge number of Air Handling Units dating from the  1980's designed with poor grade  G3/G4 pre‐filters and side withdrawal frames (SWF) but never the less have a generously sized  plenum depth (700mm. or more).     These otherwise well engineered AHU's are now ripe for air filter section refurbishment.   If they are  fitted with Front Withdrawal Frame (FWF) filter mountings the typical payback time is only 3‐6  months.  A refurbishment kit based on an Hiflo M7 F7 class bag filter plus the FWF mounting would  yield very significant energy savings in HVAC systems across the UK and thus should be included on  the approved Energy Related Products list.   It should form an active energy saving measure  supported as part of the government Carbon Reduction Commitment (CRC) program.        The Camfil Solution         Refurbishment  of  existing  Air  Handling  Units  will  be  a  necessary  action  to  meet  energy  efficiency  targets  over  the  next  few  decades.  Camfil  can  offer  a  complete  refurbishment  solution  for  air  filtration  systems  in  existing  air  handling  units.Camfil  Farr  offer  low  energy  air  filter  products  that  provide the highest indoor air quality and deliver the biggest energy savings to customers.    Camfil Farr low energy air filters are manufactured using fine fibres that consistently deliver effective  filtration  and  low  energy  consumption  throughout  their  installed  lifetime.  The  combination  of  fine  fibre  technology  and  high‐quality  engineering  and  construction  enables  our  filters  to  deliver  both  Indoor Air Quality and optimised energy performance.     Summary      Use Camfil Low Energy Air Filters to ensure that buildings achieve Indoor Air Quality and deliver low  energy consumption and improved Life Cycle Costing to ensure business needs are well maintained.     7 | P a g e    
  9. 9. Camfil low energy air filters are the solution. They offer the lowest air filter energy cost throughout  their installed lifetime.     For more information visit the Camfil Farr website  Or subscribe to the Low Energy Air Filter Blog at    References     Save money and reduce carbon ‐ Commercial HVAC Nigel Lenegan – Low Carbon Consultant   Recommendation concerning calculating the Life Cycle Cost of Air Filters Jan 1999  EUROVENT/CECOMAF   Air Filters and LCC for F+S October 2002 Jan Gustavsson   EN13053 Ventilation for buildings ‐ Air handling units ‐ Ratings and performance for units,  components and sections   Clean coils equals efficient coils ‐ Feb 2010 Tom Fitzsimons   Study verifies coil cleaning saves energy ‐ Ross Montgomery ASHRAE Nov2006    Glossary of Acronyms:    AC               Air Conditioning  AHPA          Air Handling Plant Assessment  AHU           Air Handling Unit  CIBSE         Chartered Institute of Building Services Engineers  CRC            Carbon Reduction Commitment  CLG            Communities and Local Government  CO2  Carbon Dioxide  EN               European Standard  EPBD          Energy Performance Buildings Directive  Etracker     Energy usage monitor and recorder  EU               European Union  HVAC          Heating Ventilation and Air Conditioning  8 | P a g e    
  10. 10. IAQ  Indoor Air Quality  LCC             Life Cycle Costing  kW               Power rating kiloWatts (for AC Cooling capacity)  MEMU         Mobile Energy Monitoring Unit  NOx  Emissions of Oxides and Nitrogen  OAS            Opportunity Assessment Survey  PM10  Particulate matter 10 microns and below in size  PM2.5  Particulate matter 2,5 microns and below in size  SBS  Sick Building Syndrome  SOx  Emissions of Oxides of Sulphur  TM              Technical Memo (CIBSE)  VAV            Variable Air Volume  VOC  Volatile Organic Compound  UK              United Kingdom    Contact information:  Camfil Ltd  Knowsley Road  Haslingden  Lancashire  BB4 4EG  Tel: 0044 (0)1706 238000  Fax: 0044 (0)1706 226736  E‐mail:     9 | P a g e