エアフィルターの圧力損失の説明: それが何であるか、なぜ重要なのか、そしてフィルターの選択方法

コンパクトな外気ユニットは、試運転初日に定格空気流量のわずか半分しか供給しません。家庭用空気清浄機は研究室では良好にテストされていますが、顧客のナイトスタンドでは大きな騒音が発生します。病院の空気処理装置では、メンテナンス チームが最終的にフィルター ゲージをチェックするまで、毎月より多くのファン速度が必要です。これらの故障には 1 つの根本原因が共通しています。それは、エア フィルターの圧力低下が結果論として扱われたことです。

重要な洞察は単純です。圧力損失は濾過効率と同じくらい重要です。フィルターは粒子を効果的に捕捉しますが、空気の流れを制限しすぎると、きれいな空気の供給率が低下し、エネルギー消費が増加し、騒音レベルが上昇し、機器の寿命が短くなります。 OEM およびシステム設計者にとって、圧力損失を理解するのは、現場での設置後ではなく、フィルタの選択中にあります。

エアフィルターの圧力損失とは何ですか?

圧力降下は流れ抵抗とも呼ばれ、空気がフィルターエレメントを通過するときに発生する静圧の損失です。パスカル (Pa) または水位計インチ (W.G.) で測定されます。媒体が微細な繊維に空気を強制的に織り込み、フレーム、プリーツ、スペーサーが途中で乱流を加えるため、すべてのフィルターはある程度の抵抗を生み出します。

実際の意味は単純です。圧力損失が大きいほど、同じ量の空気を送り出すためにファンをより強く押す必要があります。その余分な労力は、空気の流れの減少、消費電力の増加、そして放電時の騒音の増大につながります。

すべての設計エンジニアが認識すべき関係の 1 つは、圧力降下は面速度とともに増加するということです。同じフィルターを通過すると面速度が 2 倍になり、一般的な HVAC エアフロー条件では圧力損失が 3 ～ 4 倍増加する可能性があります。これが、同じフィルタ モデルでもユニットが異なると圧力損失の測定値が大きく異なる可能性がある理由であり、空気流量を指定せずにフィルタを比較することは無意味である理由です。

初期圧力降下と最終圧力降下: 両方の値が重要な理由

すべてのフィルターには、システム設計において重要な 2 つの圧力降下値があります。

• 初期圧力降下 フィルターがきれいなときに測定されます。これは、ファンが動作初日に克服しなければならないベースライン抵抗であり、始動時の気流とエネルギー消費量を決定します。
• 最終圧力降下 フィルターを交換する必要がある抵抗レベルです。業界の慣行では通常、最終制限値を初期圧力損失の 2 倍、またはメーカー指定の最大値 (HEPA ステージの場合は 250 Pa、プレフィルターおよび中間フィルターの場合は 125 ～ 250 Pa など) に設定します。

フィルターは、耐用年数の大部分をこれら 2 つの値の間で費やします。最初の落下のみに合わせてファンのサイズを設定した場合、空気の流れは徐々に低下し、システムはフィルターの寿命の大部分で仕様を下回って動作します。最後のドロップに合わせてサイズを設定すると、最初の数か月間、ファンのサイズが大きくなりすぎます。実際的な妥協策は、ファン曲線上に両方の値をプロットし、サービス間隔全体にわたって許容可能なエアフローを提供するファンを選択することです。

効率と圧力損失のトレードオフ

ろ過効率と圧力損失は表裏の関係にあります。効率の高いフィルターは、より高密度の媒体とより細い繊維を使用するため、同じ空気流でもより大きな抵抗が生じます。 MERV 13 フィルターは、ほとんどの場合、同じハウジングで使用される MERV 8 フィルターよりも初期圧力降下が高くなります。

しかし、トレードオフは固定されていません。フィルターの構造は、特定の効率を得るためにどの程度の圧力降下が必要になるかに大きな影響を与えます。

• より深いプリーツまたはマルチポケット設計により、面領域の単位当たりのメディア面積が大きくなり、メディアを通過する速度が低下し、抵抗が減少します。
• 1 インチのフラット パネルの代わりに 2 インチまたは 4 インチのフレームなど、フィルターの深さを深くすると、同じ MERV 定格でも媒体の表面積が増え、圧力降下が大幅に低くなります。
• V バンクおよび V タイプ構成は、大きなメディア領域をコンパクトなカセットに折りたたむことができるため、スペースは限られているが抵抗予算が厳しい高エアフロー HVAC システムに推奨されます。

高流量アプリケーションの場合、 亜鉛メッキ V バンク高エアフローフィルター は、コンパクトな寸法と定格容量での低い抵抗を兼ね備えているため、一般的なソリューションです。

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フィルタタイプ別の一般的な圧力降下範囲

以下の表は、一般的なフィルター カテゴリの典型的な初期圧力降下の範囲を示しています。実際の値は面速度、メディアの選択、フレーム設計によって異なるため、データはメーカーのテストレポートの代わりとしてではなく、計画の参考として使用してください。

いくつかのパターンが目立ちます。 HEPA グレードのフィルターは最も高い抵抗を持ち、慎重なファンの選択が必要です。中効率フィルターは、ハウジングに適切な媒体領域が確保されている限り、扱いやすい帯域内に収まります。プレフィルターはより高いステージを保護し、全体の圧力降下が急激に上昇するのを防ぎます。

フィルターの構造: 圧力損失はどこから来るのか

メディア密度と繊維径

細い繊維はより小さな粒子を捕捉しますが、媒体の単位面積あたりの抵抗が大きくなります。粒子を引き付けるために荷電繊維を使用するエレクトレット媒体は、同じ効率目標において純粋な機械媒体よりも低い圧力損失で高い効率を達成できます。

プリーツの形状

プリーツが増えると媒体の表面積が増えるため、媒体を通過する面速度が低下し、圧力降下が減少します。ただし、プリーツが過剰になると、狭いプリーツ チャネル内で空気の流れが制限されるため、実際には抵抗が増加する可能性があります。最適なプリーツ数は、メディアの透過性と利用可能なフレームの深さによって異なります。

フィルターの深さ

これは、設計者が利用できる最も直接的な手段です。深さ 4 インチのフィルターは、同じ効率で 1 インチのフィルターの約 2 倍の媒体面積を保持でき、圧力降下を大幅にカットします。そのため、商用空気処理ユニットでは、スペースが許す限り、フラット パネルの代わりにディープ ポケット フィルターやボックス フィルターを使用します。

フレームとスペーサーの設計

アルミニウムのセパレーター、エンボス加工されたスペーサー、接着剤のラインはすべて、フィルター内のエアフロー パターンに影響を与えます。連続した接着ラインを備えたミニプリーツ デザインは、メディア表面での乱流が少ないため、一般に個別のセパレーターを備えたデザインよりも抵抗が低くなります。

フィルターの圧力損失の測定方法

圧力損失の測定は、正しく行えば簡単です。フィルターハウジングの上流と下流に静圧タップを設置し、差圧計やデジタルマノメーターに接続し、その差を記録します。

1. トランジションやコイルによる乱流の影響を避けるために、上流のタップをフィルタよりダクト直径の少なくとも 1 ～ 2 つ前に配置し、下流のタップをフィルタの直径 1 つ後ろに配置します。
2. 両方のタップを差圧計に接続します。読み取りエラーを最小限に抑えるために、同じ長さのチューブを使用してください。
3. 設計されたエアフローでシステムを実行します。流量のない圧力降下値の意味は限られているため、測定された空気流量とともに圧力降下を記録します。

実験室グレードのデータについては、フィルター メーカーは、ASHRAE 52.2 または EN ISO 16890 に従って標準化されたダクト リグで圧力降下をテストします。これらの規格は、定義された空気流量での圧力降下を報告し、ファン曲線のマッチングと製品の比較に必要なデータを提供します。

用途に適した圧力損失のフィルターを選択する

許容可能な圧力降下は、用途、ファンの利用可能な静圧、およびフィルターの寿命にわたってシステム内を空気を移動させるエネルギーコストによって異なります。

HVAC システム

商用 HVAC 設計の一般的なガイドラインは、初期フィルター圧力降下をファンの総静圧の 20 ～ 30 パーセント未満に保つことです。そのレベルを超えると、フィルターが圧力バジェットを過剰に消費し、空気流量が低下し、コイルの性能が低下し、居住者は部屋が息苦しいと不満を言い始めます。換気および空調におけるフィルターの選択の詳細については、当社のウェブサイトを参照してください。 HVAC システムの濾過の概要 .

家庭用空気清浄機

家庭用空気清浄機では、CADR は空気流量に依存し、空気流量は圧力損失に依存します。抵抗が低いフィルターを使用すると、より小型で静かなファンで同じ清浄空気供給率を達成できます。これは、騒音と消費電力が購入の決定要因となる消費者向け製品にとって決定的な利点となります。多くのコンパクト浄水器は 家庭用空気清浄機用円筒フィルター これは、ラップアラウンドメディア表面が同じ設置面積のフラットパネルよりも広い面積を提供し、製品をコンパクトに保ちながら圧力損失を軽減するためです。 OEM バイヤーは、当社の Web サイトで詳細を確認できます。 家庭用空気清浄機フィルターガイド .

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新鮮な空気と換気システム

ファンはフィルターに加えてダクト、熱交換器、ダンパーを通して空気を移動させる必要があるため、外気ユニットの圧力バジェットが厳しいことがよくあります。初期抵抗が高いフィルターはユニットの空気の流れを枯渇させ、換気率を低下させ、結露の問題を引き起こす可能性があります。スペースに制約のある製品の場合は、次のような統合ソリューションが必要です。 DN250およびDN150浄化ボックスユニット フィルターステージとファン制御を単一のケーシングに組み込むことで、外気システムメーカーの圧力損失のマッチングが簡素化されます。

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エンジニアおよび OEM バイヤー向けの実践的な推奨事項

次の点は、圧力損失の問題が現場で表面化する前に回避するのに役立ちます。

• 常に圧力降下曲線をリクエストしてください。 フィルターサプライヤー 、効率の評価だけではありません。動作時のエアフローでのデータを要求します。
• 同じ公称サイズだけでなく、同じ通気量と同じ最終圧力降下制限で候補フィルタを比較します。
• ファンのサイズを決定するときは、最終的な圧力降下値、または少なくとも初期と最終の中間点を使用して、フィルターに負荷がかかってもシステムが適切な空気流を供給できるようにします。
• 高効率フィルターの前にプレフィルターステージを追加します。粗い粉塵を捕捉し、最終フィルターの圧力損失の上昇を抑え、サービス間隔を大幅に延長します。
• メディアのオプションについて質問します。メディアグレードやプリーツ密度を変えると、必要な効率クラスを犠牲にすることなく圧力損失を減らすことができます。

エアフィルターの圧力降下は、実験室エンジニア専用の隠れたパラメーターではありません。これは、システムのパフォーマンス、エネルギー効率、ユーザー エクスペリエンスの基本的な部分です。フィルタを選択するときは、一方では圧力降下曲線を、もう一方では効率評価を考慮してください。どちらも同じ重みに値します。