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微粒過濾裝置效率檢測方法與規範
吳旭聖 江旭政
副工程師 正研究員
工研院能資所
新竹縣竹東鎮中興路四段 195-6 號
前言:
近年來由於室內空氣品質日受重視,加上高
科技產業對於作業環境之潔淨度要求日益增加,甚
者需考慮空調系統遭恐怖攻擊之防備,促使空氣過
濾網產業發展迅速,但相應而產生的需求為空氣過
濾網之規格說明與效能之確定,如何透過統一的測
試標準進行性能評估測試,因此包括 ASHRAE、
ISO、IEST、EN 或 JIS 等機構均進行 “過濾網測
試規範"的研擬,希望藉此建立一標準評估比對之
研究平台,提供使用端選用過濾網時作為依據。
各國相關研究與學術單位為建立此一國際領
導地位,均投入人員與經費進行濾材特性與過濾效
能之研究,使測試方法與設備更為完善,這也彰顯
空氣過濾研究的重要性。但此一領域是複雜且結合
多項基礎科學之經驗和智慧,其中至少包含化學、
機械、生物、流體力學與量測技術等,性能測試技
術仍有非常寬廣的研究空間。目前過濾網測試規範
皆具有相似之評估程序與分析方法,但其中最廣為
業界流通之測試標準為 ASHRAE 52.1、ASHRAE
52.2、EN 1822 等微粒過濾規範與 JIS、ASHRAE 等
氣體濾網測試規範,這些規範之嚴謹性較為業界所
認同。本文中將針對微粒過濾網效率測試方法進行
介紹,氣體濾網測試系統將不於此說明。
微粒過濾原理:
室內空氣品質的改善除了空調系統需採用通
風系統引入足量且新鮮外氣之外,也可參考
ASHRAE 62.2 (2001)的標準針對室內特定的污染物
濃度是否已控制在允許的範圍來進行評估。而污染
物的移除必須倚賴空氣過濾(Air filtration)和空氣淨
化(Air cleaning)系統來達成。空氣過濾通常是指對
將空氣中的氣膠污染物(aerosol contaminants),如微
小的固體和液體微粒,加以捕集並移除;空氣淨化
則通常是指利用吸附的方法將有害的氣體或蒸汽
去除。氣膠的過濾效率與使用濾網形式和空調系統
的設計均有關係。越大顆粒的微粒即使使用較低效
率的濾網也可以移除,如因重力影響於氣流輸送過
程時移除之大於 15μm 粉塵,但是較小的微粒則
需要較高效能的濾網才能有較具體的效果。
微粒過濾濾網約可歸類為機械式濾網和靜電
式濾網兩種,兩種在特性上有些差異,但是都是以
纖維的形狀任意的堆疊而成濾材基材(filtration
media),使用時將過濾網安置成與氣流的方向垂
直,以捕集通過氣流中的微粒。纖維的平均直徑可
由微米以下(<1μm)至 50μm 以上,濾材纖維密度可
以由 1% to 30%,端視纖維材料和濾網效率等級,
纖維材料可以是棉質、玻纖、合成聚酯纖維
(polypropylene)、金屬和其他更多的材料。
濾塵原理可細分為 Impaction、Interception、
Brownian motion 和 Electrostatic attraction 四個主要機
制(如圖 1a),前三者主要是機械式濾網捕集微粒的
主要機制,其分別產生的作用和微粒的大小和重量
有密切的關係,而靜電吸引機制則是利用纖維和微
粒所帶電荷之間的靜電力,加強較小微粒的捕集效
果,四種捕集機制簡單介紹如下:
(1) Impaction:因重量較重之塵粒慣性大,運動
路徑不會馬上隨著流線的變化而變化,結果
直接撞擊纖維而黏附於其上,如圖 1b 所示。
其效率受許多因素影響,粒徑越大、密度越
高之粒子其重量越重,越有足夠之慣性可脫
離流線而撞擊纖維;濾網越厚因撞擊而被捕
捉之機率增加;濾網貫穿速度越大,則氣流
中粒子之動能越大,慣性越大;纖維間之間
距越小或纖維越粗,則撞擊之機率增加,但
亦須考量壓損之增加。
(2) Interception:當微粒大小適介於纖維之間隙
時,若其沿著靠近纖維之流線運動時,容易
與纖維表面擦撞,或因靜電力及表面吸引力
作用而黏附其上。纖維與粒子間之結合力量
包含有分子間之凡得瓦力(Van der waals
forces),及氣流流經纖維時使纖維帶靜電,
而空氣中之粒子則帶相反電性之電荷,此情
況下使得粒子更易被纖維吸引。而纖維與粒
子間之分離力量包含有氣流流經濾網時,由
於拖曳力(drag force)使被捕捉的粒子再次
脫離,或因外界振動而使粒子脫離纖維。
(3) Brownian Motion:當微粒大小接近分子大小
時,其運動軌跡由布朗運動所支配,運動路
徑成不規則狀,當其撞上纖維時則黏附其
上。此部份造成之集塵效果隨粒徑越小而效
果越明顯。
(4) Electrostatic attraction:靜電吸引作用除了空
氣和纖維摩擦時所產生的微弱靜電力之
外,通常是採用聚丙烯或聚酯類塑膠所製成
的合成纖維濾材,纖維在製造過程中就被植
入額外的靜電電荷,以提高微粒的去除效
率,效率的增加主要是因為帶有電荷的粒
子,被纖維上相反的電荷所吸引而捕集,即
使是中性的粒子也可能因為和帶電纖維的
磨擦而感應生電荷,進而被下游的纖維所捕
捉。利用電場捕集微粒的裝置還有靜電集塵
器(或板) (Electrostatic precipitator,ESP),其
原理後續另有說明。
(a) 微粒捕集的四種主要機制 (b)不同捕集機制的主要作用範圍
圖 1 濾材對空氣中微粒的捕集主要機制和其主要作用範圍
過濾網的形式:
纖維濾材為了不同的使用目的和過濾效率,
通常必須再加工製作使成為安裝於過濾系統中的
微粒過濾網,其目的在使以一定速度下之氣流通過
濾材時發揮較佳的效率,同時需考慮到氣流通過壓
損、粉塵捕集量(dust holding capacity)和使用風量
等問題。平板式濾網(Flat-panel filters)是最簡單形式
的濾網,但考慮提高處理過濾風量之需求下,若需
要維持過濾效率或者低壓損之狀態下,採用摺式過
濾網(Pleated filters)以增加過濾材的面積,可以降低
過濾材貫穿速度,達到過濾裝置的原預期的過濾效
果。
過濾材之型式多為成卷進行販售,為區分濾
材的性能,濾材通常已依據 ASHRAE 52.1 標準利
用顏色進行濾材效率分類,如紅色為污化法測試效
率 80~85%之濾材。濾材色分法目前亦適用於袋式
與摺式濾網,能有效讓使用者了解目前所安裝之濾
網為何種等級之濾材,但其非意味所購買之濾網已
具有該等級之效能,因為相關測試之結果皆須立於
相似貫穿速度,當過濾材貫穿速度變化過多則效能
會顯著下降,其他尚有許多因素也會影響整體效
能,這也是為何目前均須以過濾網成品來進行過濾
網性能的確認,而非以濾材基材的效率作為判斷基
準。以下針對目前常見的濾網形式做扼要的介紹:
(1) 平板過濾網:顧名思義其為平面板型之過濾
網,其為將低效率之濾材直接剪裁所需之尺
寸,再以金屬或紙框密封與固定,如於使用
風量較大者,一般會於出風面處另加支撐
網。此類過濾網多不以色分法進行材料之區
別,因生產製程不同,常見為較粗纖維之鬆
散結構濾材,使用於前置過濾網。
(2) 摺式過濾網:摺式過濾網利用將濾材摺成類
似三角形,雖增加厚度,卻可於固定風管截
面積下,增加過濾面積,降低貫穿速度。濾
材經打摺後其形狀可能因重力或風壓而變
形,反而使流通面積下降,因此一般皆會於
兩摺之間以金屬網或熱熔膠等將濾材加以
定型。摺式濾網皆具有顏色,因此也可依濾
材色分法來初步判斷其效率範圍。
(3) 摺式 V 型過濾器:在目前之高科技產業需求
下,傳統之摺式高效率濾網已不能滿足需
求,因此衍生出許多大風量高效能過濾器,
其中一項為將數個摺式高效率過濾網,以 V
字型交錯氣密與固定,藉由不影響濾材形變
條件下增加濾網流通面積,而此類型之濾網
為摺式濾網之應用,卻與傳統規格不同,為
加以區隔故以其兩兩摺式濾網接合之型態
命名,通常稱為 V Bank 過濾器。
(4) 摺式 W 型過濾器:相同屬於摺式濾網之衍
生產品,利用很薄之波浪型之隔板取代傳統
之金屬網或熱熔膠固定技術,使過濾網定型
不受到厚度過長而無法製作,且改善 V Bank
之型態所可能造成之氣流場問題,當然最重
要是可減少濾材之損耗,雖然波浪型隔板價
格也不低,但其屬於可回收材,可降低環境
負荷,而此類產品也為大流量高效率之設
計,為區隔以其波浪型隔板命名為 W Bank
過濾器。
(5) 袋式過濾網:袋式過濾網優點為其可依據所
需之風量延長袋長或增加袋數,有些為無框
之袋式濾網,其框架無需更新僅需更換濾網
即可(環保且降低成本),但其壓損與過濾效
率之製作設計較不易。較常見者均有支架以
分隔過濾袋,使其發揮預期過濾效率。
(6) 金屬過濾網:就效能之歸類屬低效率之前置
過濾器,一般使用者選用之考量為耐溫防火
或耐腐蝕,為全金屬製品,濾材可為鋁質或
不銹鋼等材質,其設計以多層次金屬網進行
加工,每一層次之細度與密度不同,藉以控
制過濾效能。在選購上可能需註明所需之濾
材成分與重量法之效率值。
(7) 其他過濾網:ESP 過濾器為另一項最常見之
空調過濾系統,氣流經過離化或微粒荷電
後,利用適當間隔之金屬板片(亦有非金屬
者)構成之電場加以收集,其優點為低壓損
且於適當貫穿速度下可提供不錯之過濾效
能,加上無需更新購置濾網,故受到舊式或
非抗高壓之空調系統使用者喜愛。其缺點為
控制條件難管制,可能造成過濾效能喪失或
過高臭氧之產生,且需定期清洗與維護,否
則會產生逆電暈,且使用環境條件也有所限
制。因此購買此一類型之商品需確認其過濾
效能與臭氧產生率,並尋求專業製作商與維
護商進行評估。
過濾裝置的測試:
WHO 或美國 EPA 已明確指出粉塵之人體危
害性,考量空調環境品質的提升,空調設備效能與
維護的需求,高科技之製程與產品品質之管控需
求,過濾裝置是完備空調系統不可或缺的元件。然
而污染物質均無法以人體感知(肉眼)或簡易量測
方式分辨,且濾網材料之特性與使用狀態並非一般
人員所熟知,因此濾網濾除微粒的測試實務確有必
要,以提供區隔濾網優劣差異之判別。
濾網濾除微粒測試基本觀念,不論是哪一國
家或國際規範,基本上皆是將濾網置放於除前後端
外幾乎無外洩之風管中,再分析濾網前後兩端污染
物質濃度差,進而評估濾網效率。測試方法雖會有
些差異,如系統內之正負壓之限制、壓力量測點或
是污染物質採樣位置等,但是更重要的是對於測試
規範訂定的考慮和限制需有正確的了解,才能使測
試系統操作在合理條件下,本文將就 ASHRAE 52
濾網測試系統於 52.1 和 52.2 標準的差異性作比
較,雖然兩者明顯的差異如表 1 所述,主要在測試
污染物質、量測儀器和最終結果的表示方法。然而
測試方法的演變,事實上代表許多既有問題的發現
與檢討改進,而其歷程歷經十數年,可見得過濾效
率測試方法發展中所需考慮的因素之複雜。
ASHRAE 52.1 測試系統:
ASHRAE 52.1 基本上可為正壓或負壓之系
統,但一般會以負壓作為設計,因為抽風狀態之氣
流分布與控制性較佳,較易達成測試系統的ㄧ些氣
流條件的限制,尤其是需要較小尺寸型之測試系統
者,因此其測試風管的設計與 52.2 不盡然相同。
該規範主要為利用大氣粉塵以污化法進行濾網效
率之分級。但是如濾網等級過低,無法辨識時,則
於壽命(載塵)測試中,利用注入風管內之測試粉塵
量與最終濾網捕集塵量差,評估濾網之捕集測試塵
重量,此法則稱為重量法測試。因此無論是比色法
或重量法均為一段測試時間後所得的平均效率。
基本上 ASHRAE 52.1 已是一份完善之濾網測
試規範,但若考慮空間環境微粒分布的比例(如表
2),若依微粒的數量來評估,集中在 0.1~1.0μm 的
粒徑範圍內約佔有 98.5%,這些微粒有較多比例會
進入人體呼吸道產生影響,因此以健康影響而言,
較小粒徑微粒的濾除應該更受到重視。較大粒徑微
粒的影響主要是對空調設備送風和熱交換系統所
衍生的清潔問題。
ASHRAE 52.1 中之污化法為以大氣之污染物
質作為測試標的物,就標準濾紙之透光性評估濾網
效能,但外氣之環境條件無法有效控制污染物質之
粒徑分布情形,更因工業污染等因素無法區隔粉
塵、氣溶膠、油性與水性物質,進而造成測試結果
之誤差,更難以進行實驗室之測試比對,加上不論
重量法或比色法,當效能大於 80%以上,其濾網效
率等級之區隔即不易分辨與執行。由於測試污染源
產生器和分析儀器近年來的改進和設置成本降
低,使得 52.1 測試標準的問題,均可由測試設備
和方法的改進來克服,讓測試過程更為穩定嚴謹,
且濾材於相同貫穿速度與污染物質下,對於不同粒
徑大小之污染物具有不同之捕集效率,如可針對不
同大小微粒的移除效率分別獲得測試效率,讓過濾
網可以針對不同的用途來製作,將可滿足特定或個
別之過濾需求。
表 1 ASHRAE 52.1 和 52.2 測試標準主要差異
濾網測試標準 ASHRAE Std 52.1 ASHRAE Std 52.2
測試用污染質
(Challenge agent)
大氣粉塵
(Unconditioned atmospheric air particles)
氯化鉀(Potassium Chloride)
效率計算機制
(Counting mechanism)
光度計(Opacity meter)
光學微粒計數器
(Optical particle counter)
載塵用沙(Dust load) ASHRAE test dust ASHRAE test dust
結果表示法(Test results) 比色法(Dust spot efficiency) 最低效率報告值(MERV number)
載塵測試(Dust loading) 重量法(Arrestance) 重量法(Arrestance)
表 2 一般環境粉塵微粒所佔數量和重量比例
微粒粒徑(μm) 微粒平均粒徑(μm) 依微粒數量所佔比例% 依微粒重量所佔比例%
10.0-30.0 20.0 0.01 28%
5.0- 10.0 7.5 0.18 52%
3.0 - 5.0 4.0 0.25 11%
1.0 - 3.0 2.0 1.07 6%
0.0 - 1.0 0.5 98.50 3%
ASHRAE 52.2 測試系統:
ASHRAE 52.2 則為近年來最受注目之規範,
其具有完整之測試系統查驗、確認與評估方法,若
於相同規範下執行之測試結果皆能適用於全球各
地,改善以往 ASHRAE52.1 之測試盲點,如外在空
氣條件之穩定性差與高效率濾網之鑑別性弱等,且
在延續原規範之精神下,非以單一效能作為濾網性
能之標示與說明,以減少選樣誤差、測試與製程差
異所造成之測試結果變異,因此一項 ASHRAE 52.2
之濾網測試十分繁瑣,且耗時非常長,但其測試結
果卻能穩定收斂於一定範圍。
ASHRAE 52.2 之測試系統如圖 2 和圖 3 所
示,由上述之說明我們可了解濾網特性主要分為氣
流壓損、微粒過濾能力與總載塵量,為何經由
ASHRAE 52.2 系統測試可將相關濾網之特性展
現,可先由被測試濾網之安裝說明,如圖 2 中
DEVICE 段為測試件置放位置,而規範中強烈規定
測試風管之尺吋,且需以等截面積大小之濾網進行
測試,壓損之評估為測試件上下游處進行風管內靜
壓量測,由於這些測試條件之限制,我們不難發現
當測試件置放位置無濾網時,壓差之顯示於測試風
量由 400~4,000cfm 範圍內皆為零,等面積測試濾網
使氣流流通過測試件時,無面速度之變化,也因此
無靜壓轉動壓之慮,所測得之壓損為絕對壓損;換
言之,僅單純為濾網所造成之壓力損失。
而在效能測試上,依規範之要求,於測試濾
網之截面上其面速度與粉塵濃度差異性需小於
10%,以確保流通過濾網氣流條件均一性,此對於
載塵測試結果的收斂非常重要,而下游之採樣點為
經過至少 3 米長之混合分散段,更是神來之筆,但
要實現相關規定卻不易,而此也是常讓人質疑的問
題「風管過長不是會造成更大之誤差?」,其實如
於等流線上之濾網後端量測,所獲得之效能僅可代
表該測試流線上附近之效能,而非濾網整體之效
能,加上如其他測試系統未要求粉塵濃度分布均勻
性,如果考慮濾材於製程或濾網成品之防漏問題,
所獲得之結果根本不具意義。反觀 ASHRAE 測試
標準之要求雖不易達成,但仍以達 90%的均一性作
為要求,除此外該規範尚考慮到不均流過濾與再揚
效果,使效能之測試可更精準化。
最後於載塵測試之設計,其相關測試皆以
ASHRAE dust 為準,包含 72 %之 SAE J726 測試粉
塵,23 %碳粉及 5 %磨碎棉絮,此載塵確實有其
優點,但其缺點也不少,因此實驗室之測試人員之
素質與品管成為最重要之因素,否則載塵測試之誤
差性將會放大,而本項測試結果提供另一項特性比
較所必須之基本條件,如正確執行其測試結果之穩
定性甚高,且於載塵過程中須依效能測試步驟,確
認各期間之過濾效能,而測試完成之濾網標示,則
須以全測試歷程中各標示粒徑之最低效能做為該
濾網之效能,以確保濾網實際使用功效。
ASHRAE 52.2 測試流程:
ASHRAE 52.2 之濾網測試是一項非常繁瑣耗
時,但其測試結果卻最穩定及收斂,其測試流程在
標準中定義非常清楚,本文將其主要重點步驟整理
如下:
初始濾網壓損測試:本項測試必須使用全新未使用
過之濾網執行,並依一定之操作風量作為基準值,
再依此劃分為最少為 50%、75%、100%、125%的基
準風量之四個量測點,如製造商未指定測試風量基
準值,則以 2,000cfm 作為測試基準風量值。
(1) 初始濾網效率測試:於初始壓損測試與相關
系統查驗完成之後,以氯化鉀作為測試污染
物,量測上下游之各粒徑濃度差,進行各粒
徑之過濾效能評估,而此即稱為初始濾網效
率。
(2) 載塵與效能測試:於初始測試過程皆完成,
以相同之基準風量下,分五次進行載塵與效
能測試,各別為載入 ASHRAE dust 後,以壓
損值增加量為 10 Pa與初壓與終壓損差值之
1/4、1/2、3/4 時,和最後達到終壓時共五階
段的測試。而此項測試,除了量測測試件之
載塵量外,更必須依初始濾網效率測試步驟
執行濾網之過濾效能測試,以獲得各載塵狀
態下之濾網捕塵效率。
(3) 將初始與各載塵階段之濾網效能值,尋找出
各粒徑之最低效能值,而此稱為最低濾網效
能(Minimum Efficiency Reporting Value),並以
此英文縮寫(MERV)作為濾網效能等級之
區別。如表 3 所示。
圖 2 ASHRAE 52.2 測試系統示意圖
圖 3 工研院能資所 ASHRAE 52.2 測試設備照片
表 3 過濾網效能標示值之說明
平均效率 (%)
MERV 值
E1 (0.3~1μm) E2 (1~3μm) E3 (3~10μm)
最低終壓損 (Pa)
1 n/a n/a E3<20 75
2 n/a n/a E3<20 75
3 n/a n/a E3<20 75
4 n/a n/a E3<20 75
5 n/a n/a 20≤E3<35 150
6 n/a n/a 35≤E3<50 150
7 n/a n/a 50≤E3<70 150
8 n/a n/a 70≤E3 150
9 n/a E2<50 85≤E3 250
10 n/a 50≤E2<65 85≤E3 250
11 n/a 65≤E2<80 85≤E3 250
12 n/a 80≤E2 85≤E3 250
13 E1<75 90≤E2 90≤E3 350
14 75≤E1<85 90≤E2 90≤E3 350
15 85≤E1<95 90≤E2 90≤E3 350
16 95≤E1 95≤E2 95≤E3 350
17 99.97≤0.3μm 效率 n/a
18 99.99≤0.3μm 效率 n/a
19 99.999≤0.3μm 效率 n/a
圖 4 顯示一個過濾網載塵和濾網過濾性能的
測試結果,圖 4(a)為其經過初始和不同載塵階段
後,分別測試不同粒徑下之過濾效率,而圖 4(b)
則為綜合這六條曲線中個別粒徑之最低過濾效率
值所繪製的曲線,根據表 3 之規定可以決定其平均
效率值分別為 E1=62%;E2=93%;E3>99%,所以
此濾網的最低濾網效能值應為 MERV 12。
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
微粒粒徑Particlesize(μm)
過濾效率(%)
初始
Load1
Load2
Load3
Load4
Load5
圖 4a 在不同載塵量下各粒徑濾網過濾效率
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
微粒粒徑Particlesize(μm)
過濾效率(%)
圖 4b 濾網最低過濾效率報告值曲線
在瞭解 ASHRAE52.2 的測試流程和結果處理
之後,可能尚有一些不足之處須特別在此說明,例
如執行各載塵階段後之效率測試,其效能不定然會
呈現逐漸增加趨勢,最重要是有些濾網初始之捕集
效能,可能會因載塵後降低,如靜電效應,因此如
要瞭解濾網使用過程中最低效率的變化,進行各階
段載塵測試應有必要。尤其中、低效率之濾網尚有
粉塵再釋出之問題,各階段之效率可能會有低於初
始效率值之虞。
雖然新規範改善部分之測試問題,但以往皆
以 ASHRAE 52.1 作為濾網之標示,如何轉換成
ASHRAE 52.2 之問題?此於 ASHRAE 52.2 規範中
有詳細說明,將 ASHRAE 52.1 效率相對於 MERV
值如下表 4 所示,如效率值大於 80%以上其比對僅
供參考。而於表 3 中為何 MERV1~4 之標示說明為
相同,如何區別?於此 ASHRAE 52.2 規範引用原
ASHRAE 52.1 中重量法測試進行說明,藉由載塵測
試中之捕塵重量差進行濾網效率鑑別,但此重量法
之效率僅適用於使用 ASHRAE dust 作為測試粉塵
之測試。
表 4 ASHRAE 52.1 效率與 52.2 之 MERV 值對照表
ASHRAE 52.1
Dust spot
efficiency
ASHRAE 52.1
Arrestance
ASHRAE 52.1
Dust spot
efficiency
ASHRAE 52.1
Arrestance
MERV 14 90~95% > 98% MERV 7 <20% > 90%
MERV 13 80~90% > 98% MERV 6 <20% 85~90%
MERV 12 70~75% > 95% MERV 5 <20% 80~85%
MERV 11 60~65% > 95% MERV 4 <20% 75~80%
MERV 10 50~55% > 95% MERV 3 <20% 70~75%
MERV 9 40~45% > 90% MERV 2 <20% 65~70%
MERV 8 25~30% > 90% MERV 1 <20% <65%
ASHRAE 52.2 是目前規範中最完善詳盡,其
可提供初效率濾網至超高效率濾網的區格測試,並
改進原 52.1 之相關缺點,如粉塵之自然沉降等問
題。因此於 2002 年改版之 EN779 規範,已不保留
污化法方式,全面修訂為濃度測試法。除此之外,
ASHRAE 52.2 對於高效率濾網也可以進行相關測
試,但其目前使用氯化鉀(KCl)作為測試標的物,
並依各粒徑大小評估濾網過濾效能。基於相同之考
量,未來高效率之濾材測試也可能非單純如以 DOP
或 0.3PSL 污染物進行評估分析,或許能以更廣粒
徑範圍與不同化性之測試污染物驗證濾網之效
能,正如目前濾材測試在 EN 1822 的標準即較具有
彈性。
過濾系統設計考慮:
空氣過濾網需建立於送風機系統之上,藉由
送風系統提供強制流通過濾網之空氣,進而進行污
染物質之捕集或移除,因此相關濾網之測試結果皆
以滿足送風系統限制條件為主,再配合基本外氣換
氣量與最低潔淨風量等設計參數,最後限制濾網材
料、結構與強度特性。普遍之濾網測試應架構於標
準或額定之操作風量下,獲得相對應之風量壓損性
能曲線,而此稱為初始濾網壓損,一般以此搭配風
機性能曲線,可尋求出過濾網和送風機組初始操作
風量或稱為系統最大風量。再以此濾網進行特定污
染物質之移除或貫穿效率,進而評估濾網之過濾效
能,而此稱為初始濾網效率。
但濾網之使用壽命與何時更新,常困擾多數
之使用者,但此也非於濾網測試結果中可獲得,而
是由系統操作之最小允許風量與風機性能曲線確
定可接受之濾網最大壓損值,一般可以依此壓力或
低於此壓力值作為系統最大壓損,也可作為濾網更
新時間之基準,但於相同之初始效率與壓損之濾網
上,可能因材料、結構、基重或纖維細度,導致濾
網於使用過程中具有不同之過濾效能,並且於使用
至濾網終壓過程中具有不同之載塵量,因此於目前
濾網測試規範中多另加入總載塵量測試,以系統最
大壓損作為濾網測試之終壓,以特定之高濃度污染
質,加速濾網之污化效應,進行濾網之壽命測試,
一來可在區別基於相同初始效能之濾網彼此特性
差異,另可確認濾網使用過程之效能變化,並以監
控壓力的變化作為更換濾網的參考依據。
濾網採購與驗證:
過濾網之相關驗證規範目前尚未有完整之國
際標準,但於 ASHRAE 52.2 規範中有提及測試樣
品之獲得方式與濾網摽示方法,如由賣場中取同一
批號製程之樣品六個進行測試,以平均效能之最低
值做為商品之標示等。但取樣與測試皆由第三公正
單位執行,且於濾網採購驗收時尚需依收貨樣品中
取百分之 1~3,再送第三公正單位測試作為合格指
標。
國內目前尚無相關之制度,但相關廠商已進
行色分法與自我性能標示,有利於市場之區隔與消
費者之選購。雖然目前濾網產品或有自我之性能標
示,但驗收制度卻不可缺,且也是確保國內市場機
制健全最重要因素之ㄧ。清淨空調產業技術發展聯
盟等組織或機構已在推動濾網規格制定與驗收機
制,但國內使用端之採購人員對於驗收送件之辦法
與流程尚未完全建立,因此於本文最後說明目前或
可實施的採購與驗收機制之建議:
(1) 標案之規格說明:規格說明為驗收時之依
據,因此須至少載記濾網之材料、形式與尺
寸(如 2'x2'之 6 袋式玻璃纖維、袋長 12'
等),並訂立操作風量與允收初始壓損(如
於 2,000cfm 下,初始壓損需小於 12mmaq
等),再進行過濾效能之說明(如初始效能
E1 需大於 70%,或 MERV 值為 13 等),因
MERV 值須執行完整載塵測試後才可判
定,如僅需以初始效率說明者,且須記載初
始效率之 E1、E2 與 E3 值即可,最後如需執
行載塵測試者,需標示所載入測試砂為何規
格(如 ISO 或 ASHRAE dust)。
(2) 驗收之取樣:驗收之取樣與方式將不進行建
議,可依各公司方式執行,但一定須為收貨
樣品中隨機取得,而取樣之數目也依各公司
決定。
(3) 送第三公正單位測試:樣品之效能需由專業
測試單位執行,且收樣測試件上需有驗收單
位人員已不可抹去之方式進行標示,且以得
標廠商與採購單位聯名進行委託第三公正
單位測試,並指定付款單位。
結論:
濾網測試規範尚無可能盡善盡美,但於實際
執行濾網測試與系統之評估,確實體會 ASHRAE
52.2 可將相關誤差與實際濾網使用時之特性完全
展現,雖然該規範尚有許多測試技術仍在不斷改進
中,但目前相關過濾網之國際或國家測試規範,尚
無一測試標準可與其嚴謹性相提並論。工研院能資
所累積濾網測試近 3 年來經驗,已漸能完全體會其
原始設計精神與目的,並於完全符合規範規定之條
件下,建立制式化分析評估方式,以補充部份未於
規範中規定或說明之事項,提高測試之再現性與濾
網效能區隔,未來將積極參與國際間有關濾網測試
標準規範的討論和研究,並希望能協助我國濾網測
試標準化制度之推動,實際提供業界相關協助。
參考文獻:
1. ASHRAE Standard 52.1-1992 - Gravimetric and
Dust-Spot Procedures for Testing Air-Cleaning Devices
Used in General Ventilation for Removing Particulate
Matter, American Society of Heating, Refrigerating and
Air-Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, GA, USA,
1992.
2. ANSI/ASHRAE 52.2 - Method of Testing 1999
Method of Testing General Ventilation Air General
Ventilation Air-cleaning Devices for cleaning Devices
for Removal Efficiency by Particle Size, American
Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
Engineers, Inc., Atlanta, GA, USA, 1999.
3. ASHRAE 145P, Method of Test for Assessing the
Performance of Gas Phase Air Cleaning the Performance
of Gas Phase Air Cleaning Equipment, American
Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
Engineers, Inc. Atlanta, GA, USA, 2003.
4. ANSI/ASHRAE Standard 62: Ventilation for
Acceptable Indoor Air Quality, American Society of
Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers
Inc., Atlanta, GA, USA, 2001.
5. Centers for Disease Control and Prevention,
Guidance for Filtration and Air-Cleaning Systems to
Protect Building Environments from Airborne Chemical,
Biological, or Radiological Attacks, National Institute
for Occupational Safety and Health, USA, 2003.
6. EN 1822-1, 1998, High Efficiency air filters (HEPA
and ULPA) part 1: Classification, performance testing,
marking, 1998.
7. EN 779, 2002, Particulate air filters for general
ventilation-determination of the filtration performance,
2002.

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  • 1. 微粒過濾裝置效率檢測方法與規範 吳旭聖 江旭政 副工程師 正研究員 工研院能資所 新竹縣竹東鎮中興路四段 195-6 號 前言: 近年來由於室內空氣品質日受重視,加上高 科技產業對於作業環境之潔淨度要求日益增加,甚 者需考慮空調系統遭恐怖攻擊之防備,促使空氣過 濾網產業發展迅速,但相應而產生的需求為空氣過 濾網之規格說明與效能之確定,如何透過統一的測 試標準進行性能評估測試,因此包括 ASHRAE、 ISO、IEST、EN 或 JIS 等機構均進行 “過濾網測 試規範"的研擬,希望藉此建立一標準評估比對之 研究平台,提供使用端選用過濾網時作為依據。 各國相關研究與學術單位為建立此一國際領 導地位,均投入人員與經費進行濾材特性與過濾效 能之研究,使測試方法與設備更為完善,這也彰顯 空氣過濾研究的重要性。但此一領域是複雜且結合 多項基礎科學之經驗和智慧,其中至少包含化學、 機械、生物、流體力學與量測技術等,性能測試技 術仍有非常寬廣的研究空間。目前過濾網測試規範 皆具有相似之評估程序與分析方法,但其中最廣為 業界流通之測試標準為 ASHRAE 52.1、ASHRAE 52.2、EN 1822 等微粒過濾規範與 JIS、ASHRAE 等 氣體濾網測試規範,這些規範之嚴謹性較為業界所 認同。本文中將針對微粒過濾網效率測試方法進行 介紹,氣體濾網測試系統將不於此說明。 微粒過濾原理: 室內空氣品質的改善除了空調系統需採用通 風系統引入足量且新鮮外氣之外,也可參考 ASHRAE 62.2 (2001)的標準針對室內特定的污染物 濃度是否已控制在允許的範圍來進行評估。而污染 物的移除必須倚賴空氣過濾(Air filtration)和空氣淨 化(Air cleaning)系統來達成。空氣過濾通常是指對 將空氣中的氣膠污染物(aerosol contaminants),如微 小的固體和液體微粒,加以捕集並移除;空氣淨化 則通常是指利用吸附的方法將有害的氣體或蒸汽 去除。氣膠的過濾效率與使用濾網形式和空調系統 的設計均有關係。越大顆粒的微粒即使使用較低效 率的濾網也可以移除,如因重力影響於氣流輸送過 程時移除之大於 15μm 粉塵,但是較小的微粒則 需要較高效能的濾網才能有較具體的效果。 微粒過濾濾網約可歸類為機械式濾網和靜電 式濾網兩種,兩種在特性上有些差異,但是都是以 纖維的形狀任意的堆疊而成濾材基材(filtration media),使用時將過濾網安置成與氣流的方向垂 直,以捕集通過氣流中的微粒。纖維的平均直徑可 由微米以下(<1μm)至 50μm 以上,濾材纖維密度可 以由 1% to 30%,端視纖維材料和濾網效率等級, 纖維材料可以是棉質、玻纖、合成聚酯纖維 (polypropylene)、金屬和其他更多的材料。 濾塵原理可細分為 Impaction、Interception、 Brownian motion 和 Electrostatic attraction 四個主要機 制(如圖 1a),前三者主要是機械式濾網捕集微粒的 主要機制,其分別產生的作用和微粒的大小和重量 有密切的關係,而靜電吸引機制則是利用纖維和微 粒所帶電荷之間的靜電力,加強較小微粒的捕集效 果,四種捕集機制簡單介紹如下: (1) Impaction:因重量較重之塵粒慣性大,運動
  • 2. 路徑不會馬上隨著流線的變化而變化,結果 直接撞擊纖維而黏附於其上,如圖 1b 所示。 其效率受許多因素影響,粒徑越大、密度越 高之粒子其重量越重,越有足夠之慣性可脫 離流線而撞擊纖維;濾網越厚因撞擊而被捕 捉之機率增加;濾網貫穿速度越大,則氣流 中粒子之動能越大,慣性越大;纖維間之間 距越小或纖維越粗,則撞擊之機率增加,但 亦須考量壓損之增加。 (2) Interception:當微粒大小適介於纖維之間隙 時,若其沿著靠近纖維之流線運動時,容易 與纖維表面擦撞,或因靜電力及表面吸引力 作用而黏附其上。纖維與粒子間之結合力量 包含有分子間之凡得瓦力(Van der waals forces),及氣流流經纖維時使纖維帶靜電, 而空氣中之粒子則帶相反電性之電荷,此情 況下使得粒子更易被纖維吸引。而纖維與粒 子間之分離力量包含有氣流流經濾網時,由 於拖曳力(drag force)使被捕捉的粒子再次 脫離,或因外界振動而使粒子脫離纖維。 (3) Brownian Motion:當微粒大小接近分子大小 時,其運動軌跡由布朗運動所支配,運動路 徑成不規則狀,當其撞上纖維時則黏附其 上。此部份造成之集塵效果隨粒徑越小而效 果越明顯。 (4) Electrostatic attraction:靜電吸引作用除了空 氣和纖維摩擦時所產生的微弱靜電力之 外,通常是採用聚丙烯或聚酯類塑膠所製成 的合成纖維濾材,纖維在製造過程中就被植 入額外的靜電電荷,以提高微粒的去除效 率,效率的增加主要是因為帶有電荷的粒 子,被纖維上相反的電荷所吸引而捕集,即 使是中性的粒子也可能因為和帶電纖維的 磨擦而感應生電荷,進而被下游的纖維所捕 捉。利用電場捕集微粒的裝置還有靜電集塵 器(或板) (Electrostatic precipitator,ESP),其 原理後續另有說明。 (a) 微粒捕集的四種主要機制 (b)不同捕集機制的主要作用範圍 圖 1 濾材對空氣中微粒的捕集主要機制和其主要作用範圍 過濾網的形式: 纖維濾材為了不同的使用目的和過濾效率, 通常必須再加工製作使成為安裝於過濾系統中的 微粒過濾網,其目的在使以一定速度下之氣流通過 濾材時發揮較佳的效率,同時需考慮到氣流通過壓 損、粉塵捕集量(dust holding capacity)和使用風量
  • 3. 等問題。平板式濾網(Flat-panel filters)是最簡單形式 的濾網,但考慮提高處理過濾風量之需求下,若需 要維持過濾效率或者低壓損之狀態下,採用摺式過 濾網(Pleated filters)以增加過濾材的面積,可以降低 過濾材貫穿速度,達到過濾裝置的原預期的過濾效 果。 過濾材之型式多為成卷進行販售,為區分濾 材的性能,濾材通常已依據 ASHRAE 52.1 標準利 用顏色進行濾材效率分類,如紅色為污化法測試效 率 80~85%之濾材。濾材色分法目前亦適用於袋式 與摺式濾網,能有效讓使用者了解目前所安裝之濾 網為何種等級之濾材,但其非意味所購買之濾網已 具有該等級之效能,因為相關測試之結果皆須立於 相似貫穿速度,當過濾材貫穿速度變化過多則效能 會顯著下降,其他尚有許多因素也會影響整體效 能,這也是為何目前均須以過濾網成品來進行過濾 網性能的確認,而非以濾材基材的效率作為判斷基 準。以下針對目前常見的濾網形式做扼要的介紹: (1) 平板過濾網:顧名思義其為平面板型之過濾 網,其為將低效率之濾材直接剪裁所需之尺 寸,再以金屬或紙框密封與固定,如於使用 風量較大者,一般會於出風面處另加支撐 網。此類過濾網多不以色分法進行材料之區 別,因生產製程不同,常見為較粗纖維之鬆 散結構濾材,使用於前置過濾網。 (2) 摺式過濾網:摺式過濾網利用將濾材摺成類 似三角形,雖增加厚度,卻可於固定風管截 面積下,增加過濾面積,降低貫穿速度。濾 材經打摺後其形狀可能因重力或風壓而變 形,反而使流通面積下降,因此一般皆會於 兩摺之間以金屬網或熱熔膠等將濾材加以 定型。摺式濾網皆具有顏色,因此也可依濾 材色分法來初步判斷其效率範圍。 (3) 摺式 V 型過濾器:在目前之高科技產業需求 下,傳統之摺式高效率濾網已不能滿足需 求,因此衍生出許多大風量高效能過濾器, 其中一項為將數個摺式高效率過濾網,以 V 字型交錯氣密與固定,藉由不影響濾材形變 條件下增加濾網流通面積,而此類型之濾網 為摺式濾網之應用,卻與傳統規格不同,為 加以區隔故以其兩兩摺式濾網接合之型態 命名,通常稱為 V Bank 過濾器。 (4) 摺式 W 型過濾器:相同屬於摺式濾網之衍 生產品,利用很薄之波浪型之隔板取代傳統 之金屬網或熱熔膠固定技術,使過濾網定型 不受到厚度過長而無法製作,且改善 V Bank 之型態所可能造成之氣流場問題,當然最重 要是可減少濾材之損耗,雖然波浪型隔板價 格也不低,但其屬於可回收材,可降低環境 負荷,而此類產品也為大流量高效率之設 計,為區隔以其波浪型隔板命名為 W Bank 過濾器。 (5) 袋式過濾網:袋式過濾網優點為其可依據所 需之風量延長袋長或增加袋數,有些為無框 之袋式濾網,其框架無需更新僅需更換濾網 即可(環保且降低成本),但其壓損與過濾效 率之製作設計較不易。較常見者均有支架以 分隔過濾袋,使其發揮預期過濾效率。 (6) 金屬過濾網:就效能之歸類屬低效率之前置 過濾器,一般使用者選用之考量為耐溫防火 或耐腐蝕,為全金屬製品,濾材可為鋁質或 不銹鋼等材質,其設計以多層次金屬網進行 加工,每一層次之細度與密度不同,藉以控 制過濾效能。在選購上可能需註明所需之濾 材成分與重量法之效率值。 (7) 其他過濾網:ESP 過濾器為另一項最常見之 空調過濾系統,氣流經過離化或微粒荷電 後,利用適當間隔之金屬板片(亦有非金屬 者)構成之電場加以收集,其優點為低壓損 且於適當貫穿速度下可提供不錯之過濾效 能,加上無需更新購置濾網,故受到舊式或 非抗高壓之空調系統使用者喜愛。其缺點為
  • 4. 控制條件難管制,可能造成過濾效能喪失或 過高臭氧之產生,且需定期清洗與維護,否 則會產生逆電暈,且使用環境條件也有所限 制。因此購買此一類型之商品需確認其過濾 效能與臭氧產生率,並尋求專業製作商與維 護商進行評估。 過濾裝置的測試: WHO 或美國 EPA 已明確指出粉塵之人體危 害性,考量空調環境品質的提升,空調設備效能與 維護的需求,高科技之製程與產品品質之管控需 求,過濾裝置是完備空調系統不可或缺的元件。然 而污染物質均無法以人體感知(肉眼)或簡易量測 方式分辨,且濾網材料之特性與使用狀態並非一般 人員所熟知,因此濾網濾除微粒的測試實務確有必 要,以提供區隔濾網優劣差異之判別。 濾網濾除微粒測試基本觀念,不論是哪一國 家或國際規範,基本上皆是將濾網置放於除前後端 外幾乎無外洩之風管中,再分析濾網前後兩端污染 物質濃度差,進而評估濾網效率。測試方法雖會有 些差異,如系統內之正負壓之限制、壓力量測點或 是污染物質採樣位置等,但是更重要的是對於測試 規範訂定的考慮和限制需有正確的了解,才能使測 試系統操作在合理條件下,本文將就 ASHRAE 52 濾網測試系統於 52.1 和 52.2 標準的差異性作比 較,雖然兩者明顯的差異如表 1 所述,主要在測試 污染物質、量測儀器和最終結果的表示方法。然而 測試方法的演變,事實上代表許多既有問題的發現 與檢討改進,而其歷程歷經十數年,可見得過濾效 率測試方法發展中所需考慮的因素之複雜。 ASHRAE 52.1 測試系統: ASHRAE 52.1 基本上可為正壓或負壓之系 統,但一般會以負壓作為設計,因為抽風狀態之氣 流分布與控制性較佳,較易達成測試系統的ㄧ些氣 流條件的限制,尤其是需要較小尺寸型之測試系統 者,因此其測試風管的設計與 52.2 不盡然相同。 該規範主要為利用大氣粉塵以污化法進行濾網效 率之分級。但是如濾網等級過低,無法辨識時,則 於壽命(載塵)測試中,利用注入風管內之測試粉塵 量與最終濾網捕集塵量差,評估濾網之捕集測試塵 重量,此法則稱為重量法測試。因此無論是比色法 或重量法均為一段測試時間後所得的平均效率。 基本上 ASHRAE 52.1 已是一份完善之濾網測 試規範,但若考慮空間環境微粒分布的比例(如表 2),若依微粒的數量來評估,集中在 0.1~1.0μm 的 粒徑範圍內約佔有 98.5%,這些微粒有較多比例會 進入人體呼吸道產生影響,因此以健康影響而言, 較小粒徑微粒的濾除應該更受到重視。較大粒徑微 粒的影響主要是對空調設備送風和熱交換系統所 衍生的清潔問題。 ASHRAE 52.1 中之污化法為以大氣之污染物 質作為測試標的物,就標準濾紙之透光性評估濾網 效能,但外氣之環境條件無法有效控制污染物質之 粒徑分布情形,更因工業污染等因素無法區隔粉 塵、氣溶膠、油性與水性物質,進而造成測試結果 之誤差,更難以進行實驗室之測試比對,加上不論 重量法或比色法,當效能大於 80%以上,其濾網效 率等級之區隔即不易分辨與執行。由於測試污染源 產生器和分析儀器近年來的改進和設置成本降 低,使得 52.1 測試標準的問題,均可由測試設備 和方法的改進來克服,讓測試過程更為穩定嚴謹, 且濾材於相同貫穿速度與污染物質下,對於不同粒 徑大小之污染物具有不同之捕集效率,如可針對不 同大小微粒的移除效率分別獲得測試效率,讓過濾 網可以針對不同的用途來製作,將可滿足特定或個 別之過濾需求。
  • 5. 表 1 ASHRAE 52.1 和 52.2 測試標準主要差異 濾網測試標準 ASHRAE Std 52.1 ASHRAE Std 52.2 測試用污染質 (Challenge agent) 大氣粉塵 (Unconditioned atmospheric air particles) 氯化鉀(Potassium Chloride) 效率計算機制 (Counting mechanism) 光度計(Opacity meter) 光學微粒計數器 (Optical particle counter) 載塵用沙(Dust load) ASHRAE test dust ASHRAE test dust 結果表示法(Test results) 比色法(Dust spot efficiency) 最低效率報告值(MERV number) 載塵測試(Dust loading) 重量法(Arrestance) 重量法(Arrestance) 表 2 一般環境粉塵微粒所佔數量和重量比例 微粒粒徑(μm) 微粒平均粒徑(μm) 依微粒數量所佔比例% 依微粒重量所佔比例% 10.0-30.0 20.0 0.01 28% 5.0- 10.0 7.5 0.18 52% 3.0 - 5.0 4.0 0.25 11% 1.0 - 3.0 2.0 1.07 6% 0.0 - 1.0 0.5 98.50 3% ASHRAE 52.2 測試系統: ASHRAE 52.2 則為近年來最受注目之規範, 其具有完整之測試系統查驗、確認與評估方法,若 於相同規範下執行之測試結果皆能適用於全球各 地,改善以往 ASHRAE52.1 之測試盲點,如外在空 氣條件之穩定性差與高效率濾網之鑑別性弱等,且 在延續原規範之精神下,非以單一效能作為濾網性 能之標示與說明,以減少選樣誤差、測試與製程差 異所造成之測試結果變異,因此一項 ASHRAE 52.2 之濾網測試十分繁瑣,且耗時非常長,但其測試結 果卻能穩定收斂於一定範圍。 ASHRAE 52.2 之測試系統如圖 2 和圖 3 所 示,由上述之說明我們可了解濾網特性主要分為氣 流壓損、微粒過濾能力與總載塵量,為何經由 ASHRAE 52.2 系統測試可將相關濾網之特性展 現,可先由被測試濾網之安裝說明,如圖 2 中
  • 6. DEVICE 段為測試件置放位置,而規範中強烈規定 測試風管之尺吋,且需以等截面積大小之濾網進行 測試,壓損之評估為測試件上下游處進行風管內靜 壓量測,由於這些測試條件之限制,我們不難發現 當測試件置放位置無濾網時,壓差之顯示於測試風 量由 400~4,000cfm 範圍內皆為零,等面積測試濾網 使氣流流通過測試件時,無面速度之變化,也因此 無靜壓轉動壓之慮,所測得之壓損為絕對壓損;換 言之,僅單純為濾網所造成之壓力損失。 而在效能測試上,依規範之要求,於測試濾 網之截面上其面速度與粉塵濃度差異性需小於 10%,以確保流通過濾網氣流條件均一性,此對於 載塵測試結果的收斂非常重要,而下游之採樣點為 經過至少 3 米長之混合分散段,更是神來之筆,但 要實現相關規定卻不易,而此也是常讓人質疑的問 題「風管過長不是會造成更大之誤差?」,其實如 於等流線上之濾網後端量測,所獲得之效能僅可代 表該測試流線上附近之效能,而非濾網整體之效 能,加上如其他測試系統未要求粉塵濃度分布均勻 性,如果考慮濾材於製程或濾網成品之防漏問題, 所獲得之結果根本不具意義。反觀 ASHRAE 測試 標準之要求雖不易達成,但仍以達 90%的均一性作 為要求,除此外該規範尚考慮到不均流過濾與再揚 效果,使效能之測試可更精準化。 最後於載塵測試之設計,其相關測試皆以 ASHRAE dust 為準,包含 72 %之 SAE J726 測試粉 塵,23 %碳粉及 5 %磨碎棉絮,此載塵確實有其 優點,但其缺點也不少,因此實驗室之測試人員之 素質與品管成為最重要之因素,否則載塵測試之誤 差性將會放大,而本項測試結果提供另一項特性比 較所必須之基本條件,如正確執行其測試結果之穩 定性甚高,且於載塵過程中須依效能測試步驟,確 認各期間之過濾效能,而測試完成之濾網標示,則 須以全測試歷程中各標示粒徑之最低效能做為該 濾網之效能,以確保濾網實際使用功效。 ASHRAE 52.2 測試流程: ASHRAE 52.2 之濾網測試是一項非常繁瑣耗 時,但其測試結果卻最穩定及收斂,其測試流程在 標準中定義非常清楚,本文將其主要重點步驟整理 如下: 初始濾網壓損測試:本項測試必須使用全新未使用 過之濾網執行,並依一定之操作風量作為基準值, 再依此劃分為最少為 50%、75%、100%、125%的基 準風量之四個量測點,如製造商未指定測試風量基 準值,則以 2,000cfm 作為測試基準風量值。 (1) 初始濾網效率測試:於初始壓損測試與相關 系統查驗完成之後,以氯化鉀作為測試污染 物,量測上下游之各粒徑濃度差,進行各粒 徑之過濾效能評估,而此即稱為初始濾網效 率。 (2) 載塵與效能測試:於初始測試過程皆完成, 以相同之基準風量下,分五次進行載塵與效 能測試,各別為載入 ASHRAE dust 後,以壓 損值增加量為 10 Pa與初壓與終壓損差值之 1/4、1/2、3/4 時,和最後達到終壓時共五階 段的測試。而此項測試,除了量測測試件之 載塵量外,更必須依初始濾網效率測試步驟 執行濾網之過濾效能測試,以獲得各載塵狀 態下之濾網捕塵效率。 (3) 將初始與各載塵階段之濾網效能值,尋找出 各粒徑之最低效能值,而此稱為最低濾網效 能(Minimum Efficiency Reporting Value),並以 此英文縮寫(MERV)作為濾網效能等級之 區別。如表 3 所示。
  • 7. 圖 2 ASHRAE 52.2 測試系統示意圖 圖 3 工研院能資所 ASHRAE 52.2 測試設備照片
  • 8. 表 3 過濾網效能標示值之說明 平均效率 (%) MERV 值 E1 (0.3~1μm) E2 (1~3μm) E3 (3~10μm) 最低終壓損 (Pa) 1 n/a n/a E3<20 75 2 n/a n/a E3<20 75 3 n/a n/a E3<20 75 4 n/a n/a E3<20 75 5 n/a n/a 20≤E3<35 150 6 n/a n/a 35≤E3<50 150 7 n/a n/a 50≤E3<70 150 8 n/a n/a 70≤E3 150 9 n/a E2<50 85≤E3 250 10 n/a 50≤E2<65 85≤E3 250 11 n/a 65≤E2<80 85≤E3 250 12 n/a 80≤E2 85≤E3 250 13 E1<75 90≤E2 90≤E3 350 14 75≤E1<85 90≤E2 90≤E3 350 15 85≤E1<95 90≤E2 90≤E3 350 16 95≤E1 95≤E2 95≤E3 350 17 99.97≤0.3μm 效率 n/a 18 99.99≤0.3μm 效率 n/a 19 99.999≤0.3μm 效率 n/a
  • 9. 圖 4 顯示一個過濾網載塵和濾網過濾性能的 測試結果,圖 4(a)為其經過初始和不同載塵階段 後,分別測試不同粒徑下之過濾效率,而圖 4(b) 則為綜合這六條曲線中個別粒徑之最低過濾效率 值所繪製的曲線,根據表 3 之規定可以決定其平均 效率值分別為 E1=62%;E2=93%;E3>99%,所以 此濾網的最低濾網效能值應為 MERV 12。 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 微粒粒徑Particlesize(μm) 過濾效率(%) 初始 Load1 Load2 Load3 Load4 Load5 圖 4a 在不同載塵量下各粒徑濾網過濾效率 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 微粒粒徑Particlesize(μm) 過濾效率(%) 圖 4b 濾網最低過濾效率報告值曲線 在瞭解 ASHRAE52.2 的測試流程和結果處理 之後,可能尚有一些不足之處須特別在此說明,例 如執行各載塵階段後之效率測試,其效能不定然會 呈現逐漸增加趨勢,最重要是有些濾網初始之捕集 效能,可能會因載塵後降低,如靜電效應,因此如 要瞭解濾網使用過程中最低效率的變化,進行各階 段載塵測試應有必要。尤其中、低效率之濾網尚有 粉塵再釋出之問題,各階段之效率可能會有低於初 始效率值之虞。 雖然新規範改善部分之測試問題,但以往皆 以 ASHRAE 52.1 作為濾網之標示,如何轉換成 ASHRAE 52.2 之問題?此於 ASHRAE 52.2 規範中
  • 10. 有詳細說明,將 ASHRAE 52.1 效率相對於 MERV 值如下表 4 所示,如效率值大於 80%以上其比對僅 供參考。而於表 3 中為何 MERV1~4 之標示說明為 相同,如何區別?於此 ASHRAE 52.2 規範引用原 ASHRAE 52.1 中重量法測試進行說明,藉由載塵測 試中之捕塵重量差進行濾網效率鑑別,但此重量法 之效率僅適用於使用 ASHRAE dust 作為測試粉塵 之測試。 表 4 ASHRAE 52.1 效率與 52.2 之 MERV 值對照表 ASHRAE 52.1 Dust spot efficiency ASHRAE 52.1 Arrestance ASHRAE 52.1 Dust spot efficiency ASHRAE 52.1 Arrestance MERV 14 90~95% > 98% MERV 7 <20% > 90% MERV 13 80~90% > 98% MERV 6 <20% 85~90% MERV 12 70~75% > 95% MERV 5 <20% 80~85% MERV 11 60~65% > 95% MERV 4 <20% 75~80% MERV 10 50~55% > 95% MERV 3 <20% 70~75% MERV 9 40~45% > 90% MERV 2 <20% 65~70% MERV 8 25~30% > 90% MERV 1 <20% <65% ASHRAE 52.2 是目前規範中最完善詳盡,其 可提供初效率濾網至超高效率濾網的區格測試,並 改進原 52.1 之相關缺點,如粉塵之自然沉降等問 題。因此於 2002 年改版之 EN779 規範,已不保留 污化法方式,全面修訂為濃度測試法。除此之外, ASHRAE 52.2 對於高效率濾網也可以進行相關測 試,但其目前使用氯化鉀(KCl)作為測試標的物, 並依各粒徑大小評估濾網過濾效能。基於相同之考 量,未來高效率之濾材測試也可能非單純如以 DOP 或 0.3PSL 污染物進行評估分析,或許能以更廣粒 徑範圍與不同化性之測試污染物驗證濾網之效 能,正如目前濾材測試在 EN 1822 的標準即較具有 彈性。 過濾系統設計考慮: 空氣過濾網需建立於送風機系統之上,藉由 送風系統提供強制流通過濾網之空氣,進而進行污 染物質之捕集或移除,因此相關濾網之測試結果皆 以滿足送風系統限制條件為主,再配合基本外氣換 氣量與最低潔淨風量等設計參數,最後限制濾網材 料、結構與強度特性。普遍之濾網測試應架構於標 準或額定之操作風量下,獲得相對應之風量壓損性 能曲線,而此稱為初始濾網壓損,一般以此搭配風 機性能曲線,可尋求出過濾網和送風機組初始操作 風量或稱為系統最大風量。再以此濾網進行特定污 染物質之移除或貫穿效率,進而評估濾網之過濾效 能,而此稱為初始濾網效率。
  • 11. 但濾網之使用壽命與何時更新,常困擾多數 之使用者,但此也非於濾網測試結果中可獲得,而 是由系統操作之最小允許風量與風機性能曲線確 定可接受之濾網最大壓損值,一般可以依此壓力或 低於此壓力值作為系統最大壓損,也可作為濾網更 新時間之基準,但於相同之初始效率與壓損之濾網 上,可能因材料、結構、基重或纖維細度,導致濾 網於使用過程中具有不同之過濾效能,並且於使用 至濾網終壓過程中具有不同之載塵量,因此於目前 濾網測試規範中多另加入總載塵量測試,以系統最 大壓損作為濾網測試之終壓,以特定之高濃度污染 質,加速濾網之污化效應,進行濾網之壽命測試, 一來可在區別基於相同初始效能之濾網彼此特性 差異,另可確認濾網使用過程之效能變化,並以監 控壓力的變化作為更換濾網的參考依據。 濾網採購與驗證: 過濾網之相關驗證規範目前尚未有完整之國 際標準,但於 ASHRAE 52.2 規範中有提及測試樣 品之獲得方式與濾網摽示方法,如由賣場中取同一 批號製程之樣品六個進行測試,以平均效能之最低 值做為商品之標示等。但取樣與測試皆由第三公正 單位執行,且於濾網採購驗收時尚需依收貨樣品中 取百分之 1~3,再送第三公正單位測試作為合格指 標。 國內目前尚無相關之制度,但相關廠商已進 行色分法與自我性能標示,有利於市場之區隔與消 費者之選購。雖然目前濾網產品或有自我之性能標 示,但驗收制度卻不可缺,且也是確保國內市場機 制健全最重要因素之ㄧ。清淨空調產業技術發展聯 盟等組織或機構已在推動濾網規格制定與驗收機 制,但國內使用端之採購人員對於驗收送件之辦法 與流程尚未完全建立,因此於本文最後說明目前或 可實施的採購與驗收機制之建議: (1) 標案之規格說明:規格說明為驗收時之依 據,因此須至少載記濾網之材料、形式與尺 寸(如 2'x2'之 6 袋式玻璃纖維、袋長 12' 等),並訂立操作風量與允收初始壓損(如 於 2,000cfm 下,初始壓損需小於 12mmaq 等),再進行過濾效能之說明(如初始效能 E1 需大於 70%,或 MERV 值為 13 等),因 MERV 值須執行完整載塵測試後才可判 定,如僅需以初始效率說明者,且須記載初 始效率之 E1、E2 與 E3 值即可,最後如需執 行載塵測試者,需標示所載入測試砂為何規 格(如 ISO 或 ASHRAE dust)。 (2) 驗收之取樣:驗收之取樣與方式將不進行建 議,可依各公司方式執行,但一定須為收貨 樣品中隨機取得,而取樣之數目也依各公司 決定。 (3) 送第三公正單位測試:樣品之效能需由專業 測試單位執行,且收樣測試件上需有驗收單 位人員已不可抹去之方式進行標示,且以得 標廠商與採購單位聯名進行委託第三公正 單位測試,並指定付款單位。 結論: 濾網測試規範尚無可能盡善盡美,但於實際 執行濾網測試與系統之評估,確實體會 ASHRAE 52.2 可將相關誤差與實際濾網使用時之特性完全 展現,雖然該規範尚有許多測試技術仍在不斷改進 中,但目前相關過濾網之國際或國家測試規範,尚 無一測試標準可與其嚴謹性相提並論。工研院能資 所累積濾網測試近 3 年來經驗,已漸能完全體會其 原始設計精神與目的,並於完全符合規範規定之條 件下,建立制式化分析評估方式,以補充部份未於 規範中規定或說明之事項,提高測試之再現性與濾 網效能區隔,未來將積極參與國際間有關濾網測試 標準規範的討論和研究,並希望能協助我國濾網測 試標準化制度之推動,實際提供業界相關協助。
  • 12. 參考文獻: 1. ASHRAE Standard 52.1-1992 - Gravimetric and Dust-Spot Procedures for Testing Air-Cleaning Devices Used in General Ventilation for Removing Particulate Matter, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, GA, USA, 1992. 2. ANSI/ASHRAE 52.2 - Method of Testing 1999 Method of Testing General Ventilation Air General Ventilation Air-cleaning Devices for cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, GA, USA, 1999. 3. ASHRAE 145P, Method of Test for Assessing the Performance of Gas Phase Air Cleaning the Performance of Gas Phase Air Cleaning Equipment, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. Atlanta, GA, USA, 2003. 4. ANSI/ASHRAE Standard 62: Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers Inc., Atlanta, GA, USA, 2001. 5. Centers for Disease Control and Prevention, Guidance for Filtration and Air-Cleaning Systems to Protect Building Environments from Airborne Chemical, Biological, or Radiological Attacks, National Institute for Occupational Safety and Health, USA, 2003. 6. EN 1822-1, 1998, High Efficiency air filters (HEPA and ULPA) part 1: Classification, performance testing, marking, 1998. 7. EN 779, 2002, Particulate air filters for general ventilation-determination of the filtration performance, 2002.