KLASYFIKACJA FILTRÓW POWIETRZA WG NORMY EN779:2012 i ISO-16890

Temat filtracji powietrza pojawia się zawsze w okresach wzmożonej emisji spalin, szczególnie tej związanej z ogrzewaniem budynków. Raport WHO wskazuje, że 33 z 50 najbardziej zanieczyszczonych miast Unii Europejskiej jest znajduje się w Polsce (choć WHO zastrzega, że w zestawieniu znalazły się tylko miasta, które robią pomiary jakości powietrza).

NORMY ZANIECZYSZCZEŃ WEDŁUG WHO

W okresach grzewczych następuje kumulacja zanieczyszczeń w powietrzu, poprzez wzrost stężenia tzw. pyłów zawieszonych (PM- Particulate Matter ). Według najnowszych badań najbardziej szkodliwe są cząstki o wielkości poniżej 10 µm, a szczególnie poniżej 1 µm, które wdychane mogą gromadzić się w organizmie (1 µm =10-6 m, czyli jedna milionowa metra).

Z pyłów PM do pomiarów wyodrębnia się te o wielkościach PM10 i PM2,5. Poniżej przedstawiono progi zanieczyszczeń zalecane przez WHO:

KATEGORIA PMPM10PM2,5
Średnia roczna20 μg/m310 μg/m3
Średnia dobowa50 μg/m325 μg/m3

Tabela 1. Poziomy stężenia PMx, zalecane w dokumentach WHO z roku 2005

NORMY ZANIECZYSZCZEŃ WEDŁUG NORM POLSKICH

Tabela 2. Średnie dopuszczalne poziomy stężenia PMx
W Polsce normy dla pyłów drobnych PM10 są ustalone na trzech poziomach:

POZIOMWARTOŚĆOPIS
Dopuszczalny50 µg/m3 (dobowo)Jakość powietrza nie jest dobra, ale nie wywołuje ciężkich skutków dla ludzkiego zdrowia
Informowania200 µg/m3 (dobowo)Jakość powietrza jest zła i trzeba ograniczyć aktywność na powietrzu, norma przekroczona jest 4-krotnie
Alarmowy300 µg/m3 (dobowo)Jakość powietrza jest bardzo i należy bezwzględnie ograniczyć przebywanie na powietrzu, a najlepiej zostać w domu (szczególnie osoby chore), norma przekroczona jest 6-krotnie

Tabela 3. Normy pyłów PM10 w Polsce

POZIOM JAKOŚCI POWIETRZAPM10 [μg/m3]PM2,5 [μg/m3]
Bardzo dobry< 20< 12
Dobry21–6013–36
Umiarkowany61–10037–60
Dostateczny101–14061–840
Zły141–20085–120
Bardzo zły> 200> 120

Tabela 4. Skala oceny zanieczyszczeń powietrza wg WIOŚ woj. mazowieckiego

CO KRYJE SIĘ W PYŁACH PM10 ?

Pył PM10 składa się z mieszaniny cząstek zawieszonych w powietrzu, będących mieszaniną substancji organicznych i nieorganicznych. Pył zawieszony może zawierać substancje toksyczne, takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, metale ciężkie oraz dioksyny i furany. Pył PM10 zawiera cząstki o średnicy mniejszej niż 10 mikrometrów, które mogą docierać do górnych dróg oddechowych i płuc.

NIEBEZPIECZNY BENZO(A)PIREN

Zanieczyszczeniem w grupie wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, dla którego w prawie krajowym i unijnym określono stężenie dopuszczalne, jest benzo(a)piren, traktowany jako wskaźnik zanieczyszczenia powietrza WWA. Został on najlepiej poznany i ze względu na siłę działania rakotwórczego oraz powszechność występowania w środowisku uznany został za wskaźnik całej grupy WWA. Jego dopuszczalne średnie stężenie roczne wynosi wynosi 1 ng/m3.

Powołując się na Państwowy Monitoring Środowiska – Inspekcja Ochrony Środowiska, „w roku 2016 poziom docelowy B(a)P przekroczony był na 122 ze 129 stanowisk w kraju, w tym na 111 spośród 114 stanowisk tła miejskiego i podmiejskiego. Uśrednione stężenie roczne B(a)P dla wszystkich stanowisk tła miejskiego i podmiejskiego w 2016 r. wynosiło 5,20 ng/m3, było więc pięciokrotnie wyższe od wartości poziomu docelowego. Na 7% stanowisk tła miejskiego i podmiejskiego stężenie średnie roczne B(a)P ponad dziesięciokrotnie przewyższało poziom docelowy.”

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są substancjami bardzo toksycznymi. Stanowią one liczną grupę związków zawierających od dwóch do kilku, a nawet kilkunastu pierścieni aromatycznych w cząsteczce. „Z reguły na stanowiskach gdzie notowane są większe stężenia pyłu PM10, większe są również stężenia WWA. Można to łączyć z faktem, że zwykle wyższe stężenia pyłu PM10 występują w rejonach, w których na mierzone stężenia PM10 znaczący wpływ ma emisja z niskich emitorów związanych z ogrzewaniem budynków. Ta kategoria źródeł emisji charakteryzuje się dużą emisją WWA do powietrza. W czystych rejonach, oddalonych od obszarów z dużą emisją zanieczyszczeń z ogrzewania budynków, stężenie WWA w pyle PM10 jest znacznie mniejsze. Wraz z przesuwaniem się w kierunku rejonów o dużym stężeniu PM10, stężenia WWA rosną proporcjonalnie w większym stopniu niż stężenia PM10. Z reguły na stanowiskach gdzie notowane są większe stężenia pyłu PM10, większy jest procentowy udział WWA w tym pyle.

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ

W skali kraju, największe ilości WWA emitowane są z systemów indywidualnego ogrzewania budynków. Szacuje się, że ta kategoria źródeł emisji odpowiedzialna była za 87% całkowitej emisji WWA i 80% emisji B(a)P z terenu Polski w 2015 r. Źródła emisji tej kategorii występują powszechnie na terenie całego kraju. Z uwagi na małą wysokość kominów odprowadzających spaliny z tych źródeł, emisja WWA z tej kategorii źródeł jest odpowiedzialna w największym stopniu za występowanie wysokich stężeń WWA na dużym obszarze kraju na terenach zamieszkałych, nie tylko na obszarze dużych miast i aglomeracji, ale także na obszarze mniejszych miast, miejscowości i wsi zabudowanych budynkami ogrzewanymi indywidualnie.

KLASYFIKACJA SKUTECZNOŚCI FILTRÓW – DOTYCHCZASOWA NORMA EN 779:2012

Myśląc o jakości powietrza i biorąc pod uwagę dodatkowo fakt, że 80 % czasu człowiek spędza w pomieszczeniu zamkniętym (dom, praca), szczególnie ważnym staje się problem filtracji powietrza nawiewanego do tych pomieszczeń.

Obowiązująca od dłuższego czasu na rynku europejskim norma PN-EN 779 [6] klasyfikuje filtry z uwagi na dwa główne wskaźniki ich jakości: stopień odpylania (Am) oraz średnią wartość skuteczności filtracji (Em). W wyniku zastosowania procedur przywołanych w normie otrzymuje się możliwość zaliczenia badanego egzemplarza filtra do jednej z klas podanych w tabeli poniżej.

GRUPAKLASAŚREDNI STOPIEŃ ODPYLANIA Am
DLA PYŁU SYNTETYCZNEGO [%]
ŚREDNIA SKUTECZNOŚĆ FILTRACJI Em DLA CZĄSTEK 0,4 μm [%]MINIMALNA SKUTECZNOŚĆ FILTRACJI DLA CZĄSTEK 0,4 μm
[%]
ZgrubneG150 ≤ Am ≤ 65
G265 ≤ Am ≤ 80
G380 ≤ Am ≤ 90
G490 ≤ Am
Pośrednie (wstępne)M540 ≤ Em ≤ 60
M660 ≤ Em ≤ 80
DokładneF780 ≤ Em ≤ 9035
F890 ≤ Em ≤ 9555
F995 ≤ Em70

Tabela 5. Klasyfikacja filtrów przeznaczonych do wentylacji ogólnej wg normy EN 779:2012
Stosując tę normę określa się tylko minimalny stopień filtracji dla cząstek 40 µm.

Jednak w miarę rozwoju budownictwa i upowszechniania się wentylacji mechanicznej, w kontekście coraz wyższych wymagań w zakresie jakości powietrza oraz konieczności minimalizacji zużycia energii

przez budynki, ocena filtrów w powyższy sposób okazuje się niewystarczająca.

NOWA KLASYFIKACJA SKUTECZNOŚCI FILTRÓW – NORMA ISO 16890

Świeże spojrzenie na problem zanieczyszczeń wymusiło potrzebę stworzenia nowej normy, która ujmowałaby problem filtracji bardziej szczegółowo. Tak powstała norma ISO 16890, opublikowana z końcem 2016 roku. Poprzednia norma EN 779:2012 będzie stopniowo wycofywana, tak aby w połowie 2018 roku została całkowicie zastąpiona przez nową normę.

Dużym problemem w ocenie skuteczności filtra jest zmienność wartości poszczególnych wskaźników – wartości zmieniają się z czasem oraz w zależności od warunków eksploatacji. Dodatkowym problemem jest ponadto duża różnorodność materiałów filtracyjnych. To wszystko powoduje, że klasyfikowanie filtrów może być dokonywane tylko dla jednoznacznie określonych parametrów badania.

Norma ISO 16890 definiuje min. wskaźniki, którymi charakteryzuje się filtry:

  1. stopień odpylania (A) – inaczej współczynnik zatrzymania – to stosunek masy pyłu zatrzymanego w filtrze do masy pyłu dostarczonego w tym samym czasie do filtra,
  2. skuteczność filtracji (E) – czyli efektywność filtra, to wyrażona w % zdolność filtra do redukcji określonej frakcji pyłów,
  3. pojemność pyłowa filtra (M) – to sumaryczna masa pyłu (testowego) osadzonego na filtrze od początku czasu eksploatacji (testu) do osiągnięcia granicznej wartości oporów przepływu

powietrza przez filtr w warunkach nominalnych,

  1. współczynnik przepuszczalności (P) – to stosunek stężenia pyłu o określonej frakcji za filtrem do jego stężenia w powietrzu przed filtrem,
  2. wtórny posiew filtra (S) – to zjawisko obecności za filtrem cząstek zanieczyszczeń, które

uprzednio były osadzone na włóknach filtra uzupełnionych o oderwane cząstki włókien tkaniny filtracyjnej,

  1. opór przepływu powietrza (Δp) – to różnica ciśnienia statycznego powietrza przed i za filtrem.

W nowej normie całkowicie zmieniona została procedura i sposób określania klas filtra. W szczególności zupełnie nowymi elementami procedury są:

  1. skuteczność filtra E jest określana w oparciu o stosunek różnicy koncentracji (stężenia) pyłu zawieszonego przed i za filtrem do jego koncentracji na wlocie dla całego spektrum frakcji PMX;
  2. wskaźnik skuteczności filtra ePM, jest wyznaczany odrębnie dla trzech frakcji wielkości cząstek pyłu zawieszonego : PM1, PM2,5 i PM10.

KATEGORIE FILTRÓW WEDŁUG NORMY ISO 16890

KATEGORIA FILTRAMINIMALNE WYMAGANIAKLASA FILTRA
ePM1,minePM2,5,minePM10
ISO Zgrubny (ISO Coarse)< 50 %
ISO ePM10> 50 %ePM10 = … %
ISO ePM2,5> 50 %ePM2,5 = … %
ISO ePM1> 50 %ePM1 = … %

Tabela 6. Klasyfikacja filtrów zgodnie z normą ISO 16890

KLASYFIKACJA FILTRÓW – PODSUMOWANIE

W efekcie zmian podejścia do określania skuteczności filtrów uzyskuje się sposób oceny diametralnie różny od poprzedniego. Niemal każdy filtr dokładny poddany nowej procedurze testowej będzie mógł mieć wyznaczone klasy w 3 różnych kategoriach ePM, odrębnie dla każdej frakcji PM.

Jednak producent w porozumieniu z jednostką badawczą będzie musiał wybrać jedną z nich do finalnego oznaczenia klasy filtra.

Filtr powietrza zostanie sklasyfikowany w jednej z grup, jeżeli jego minimalna wydajność wynosi 50%. Jest ona następnie opisywana w zaokrągleniu do 5%, na przykład filtr powietrza o wydajności 66% dla cząstek PM1 zostanie sklasyfikowany jako ePM1 65% (gdzie „e” oznacza „efficiency” (wydajność)).

Nowa norma obejmuje również filtry zgrubne. Filtry te pochłaniają mniej niż 50% cząstek stałych w grupie PM10, przez co zostają zaklasyfikowane jako „ISO filtry zgrubne”. Filtry te testowane są na podstawie wydajności w grupie PM10, co oznacza, że np. filtr z wynikiem na poziomie 45% będzie określany jako PM Coarse 45%.

Zastosowanie nowej klasyfikacji filtrów przyczyni się do łatwiejszego i szybszego określania klas ich skuteczności i pozwoli na jednoznaczność oceny.

Literatura:

  1. Raport :”Zanieczyszczenie powietrza wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi na stacjach tła miejskiego w 2016 roku”. Państwowy Monitoring Środowiska – Inspekcja Ochrony Środowiska
  2. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w procesach stosowania asfaltów „BEZPIECZEŃSTWO PRACY nauka i praktyka” 7-8/2000, str. 11-13
  3. Rynek Instalacyjny 12/2016
  4. DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy
  5. https://sojp.wios.warszawa.pl