Impianti di Climatizzazione e Condizionamento

QUALITA’ DELL’ARIA INTERNA E

SISTEMI DI FILTRAZIONESISTEMI DI FILTRAZIONE

Prof. Cinzia Buratti

DEFINIZIONE INDOOR AIR QUALITYStandard 62/04 ASHRAE

Per ambienti ad uso prevalentemente residenziale la qualità dell’aria

Standard 62/04 ASHRAE

Per ambienti ad uso prevalentemente residenziale, la qualità dell ariainterna è considerata accettabile quando in essa non sono presentiinquinanti in concentrazioni dannose, secondo quanto stabilito dalleinquinanti in concentrazioni dannose, secondo quanto stabilito dalleautorità competenti e quando una notevole percentuale di persone(≥80%) non esprime insoddisfazione verso di essa.( ) p

’ f fIn generale, l’aria deve essere percepita fresca e confortevole dagli occupanti, in modo da rendere minima la percentuale di insoddisfatti, e soprattutto devono essere trascurabili i rischi per la salute che derivano

dalla sua respirazione.

Implicazioni di carattere soggettivo

PRINCIPALI FONTI DI INQUINANTI

ESTERNE INTERNEESTERNE INTERNE

Fonti di inquinamento civili e industriali Presenza di persone q

Traffico veicolare

p

respirazione

Impianti di riscaldamento sudorazione

Attività produttiveRilascio di particelle volatili

materiali di costruzione

componenti di arredo

PRINCIPALI FONTI DI INQUINANTI

CLASSIFICAZIONE

1_Provenienza

2_Tipo

3_Effetti

t t i ti d tt ll’i t d ll’ bi t d t ll

1_Provenienza

sostanze contaminanti prodotte all’interno dell’ambiente, dovute alla

presenza di persone, a processi di combustione o ai materiali;

sostanze contaminanti presenti nell’aria esterna che confluiscono

all’interno attraverso i condotti di ventilazione o le apertureall interno attraverso i condotti di ventilazione o le aperture.

2_Tipo

i (CO CO SO NO VOC d i )gas o vapori (CO, CO2, SOX, NOX, VOC, ozono, radon, ammoniaca);

inquinanti biologici (microrganismi, materiale organico);

solidi, ulteriormente suddivisi in base al diametro in polveri ( < 5 µm) e fumi

( )(diametro 0,1÷1 µm);

liquidi, distinguibili in nebbie e sospensioni.

3_Effetti_

inquinanti che producono sollecitazioni sensoriali (odori);

inquinanti che producono sollecitazioni fisiologiche (mal di testa,

affaticamento);affaticamento);

inquinanti che producono sollecitazioni biologiche (irritazioni di occhi e

mucose, allergie, effetti mutageni e carcinogeni).

Fanger ha proposto due unità di misura per la valutazione della qualità

dell'aria interna e gli effetti della presenza di inquinanti sulle condizioni di

benessere delle persone: l'olf e il decipol.benessere delle persone: l olf e il decipol.

L'olf (dal latino olfactus) è una grandezza che esprime la capacità

inquinante di una sorgente: è definito come la quantità di bioeffluenti

emessa da un soggetto che svolge attività sedentaria in condizioni diemessa da un soggetto che svolge attività sedentaria in condizioni di

benessere termico, con uno standard igienico di 0.7 bagni/giorno.(Ogni altra sorgente inquinante può essere espressa in numero di olf che producono una(Ogni altra sorgente inquinante può essere espressa in numero di olf che producono una

sensazione equivalente).

Il decipol (pol dal latino pollutio) è una grandezza che consente di

quantificare la percezione degli inquinanti; è l'inquinamento percepito inquantificare la percezione degli inquinanti; è l inquinamento percepito in

presenza di un soggetto normale (1 olf) in un ambiente con ventilazione di

10 l/s di aria pulita.

Sorgente olf Sorgente olf/m2 di pa imento

Tab. 2.1: Sorgenti di inquinamento (olf).

g g pavimento

Persona seduta (1 met) 1 Fumatore mediamente 6

Persona in movimento (4 met) 5 Uffici 0.3

Persona in movimento (6 met) 11 Scuole 0 3Persona in movimento (6 met) 11 Scuole 0.3

Fumatore quando fuma 25 Sale conferenze 0.5

Ambiente esterno DecipolTab. 2.2: Valori in decipol dell’inquinamento dell’aria percepito in alcune situazioni.

Aria esterna, in montagna o al mare 0Aria esterna, in città con aria poco inquinata 0.1A i t i ittà i lt i i t 0 2Aria esterna, in città, con aria molto inquinata 0.2

Ambiente interno

Aria interna in edifici salubri 1Aria interna, in edifici salubri 1Aria interna, in edifici insalubri 10Pannelli in gesso 2.1gSigillanti 3.0Fumo da tabacco 14.4

Sindrome da edifici insalubriI i difi i t t l t t di til i i d tIn numerosi edifici, nonostante la portata di ventilazione sia adeguata a purificare l'aria dagli inquinanti interni, ci sono elevate percentuali di

persone che considerano la qualità dell'aria insoddisfacente. Ciò provoca p q puna serie di disturbi quali sonnolenza, mal di testa, irritazione agli occhi e

all'apparato respiratorio, ecc.

Tale situazione è stata denominata Sick Building Syndrome (S.B.S.) e g y ( )definita dalla O.M.S. come Building Sickness che si esprime attraverso

sintomi di malessere generali e non specifici, accusati da persone situate in d t i ti difi i i t i h d d l' bb d d lideterminati edifici, sintomi che recedono poco dopo l'abbandono degli

edifici stessi.

Una significativa quota parte delle sostanze é introdotta per mezzo degli stessisistemi di ventilazione: nei canali spesso transitano polveri, microrganismi, insetti,residui organici di vario tipo che, uniti all'umidità dell'aria, si annidano nei filtri dove sisviluppano funghi e batteri. L'aria che attraversa i filtri per poi essere distribuita inambiente dà luogo a condizioni di malessere anche se tutti i parametriambiente dà luogo a condizioni di malessere, anche se tutti i parametritermoigrometrici e di ventilazione assumono i valori ottimali.

Determinazione portata d’aria di ventilazione

Un’appropriata ventilazione, meccanica o naturale, miscelando l’aria

interna ad un ambiente e realizzando un’indispensabile ridistribuzione,interna ad un ambiente e realizzando un indispensabile ridistribuzione,

permette di rimuovere e/o diluire i contaminanti generati e di ottenerne la

lità d id tqualità desiderata.

CEN Ventilation of buildings Design criteria for the indoor environmentCEN Ventilation of buildings - Design criteria for the indoor environmentCR 1752

Propone due distinte procedure, che consentono rispettivamente di

determinare la portata di ventilazione necessaria per il comfort e quelladeterminare la portata di ventilazione necessaria per il comfort e quella

richiesta per minimizzare il potenziale di rischio di effetti indesiderati sulla

salute.

Il valore più alto tra i due viene scelto come dato di progetto.

A_Individuazione del livello di qualità dell’aria interna desiderata

Tab. 2.3: Qualità percepita dell’aria interna.

Categoria % di insoddisfatti (PPD)

Qualità dell’aria(decipol)

Aria esterna(l/s olf)

A ottima qualità 15 1 0 10A, ottima qualità 15 1.0 10

B, buona qualità 20 1.4 7

C, scarsa qualità 30 2.5 4

I valori si riferiscono alla prima impressione dei visitatori di un dato ambiente poiché, in pochi minuti, l’organismo si adatta ai bioeffluenti umani.

Il livello di qualità percepita dell’aria interna (Ci), a partire dalla percentuale di

insoddisfatti (PPD), può essere anche ricavato dalla seguente relazione di ( ), p g

origine sperimentale (fig.2.1):112C [decipol]

[ ]498,5)ln( −=

PPDCi [decipol]

Fig. 2.1: Relazione tra la qualità percepita dell’aria espressa in decipol e lag q p p p ppercentuale di insoddisfatti.

B_Valutazione della qualità percepita dell’aria esterna disponibile

Qualità Inquinanti dell’aria

Tab. 2.4: Livelli di qualità dell’aria esterna.

Qualità percepitadell’aria(decipol)

Inquinanti dell aria

CO2(mg/m3)

CO(mg/m3)

NO2(mg/m3)

SO2(mg/m3)(decipol)

Al mare 0 680 0-0.2 2 1

In città, buona qualità <0.1 700 1-2 5-20 5-20, q

In città, scarsa qualità >0.5 700-800 4-6 50-80 50-100

C_Valutazione del carico di inquinamento prodotto

∑= itot GG [olf]

Carico di inquinamento prodotto, valutato come somma dei contributi delle diversesorgenti inquinanti presenti nell’ambiente riportati nelle tabelle 2.5 e 2.6.sorgenti inquinanti presenti nell ambiente riportati nelle tabelle 2.5 e 2.6.

Carico

Tab. 2.5: Carico di inquinamento prodotto dagli occupanti.

Caricoprodotto

(olf/persona)

CO2(l/h persona)

CO* (l/h persona)

H2O**(g/h persona)

Sedentari, 1-1.2 met1

fumatori 0% 1 19 50fumatori 20%2 2 19 11*10-3 50fumatori 20%2 2 19 11 10 3 50fumatori 40%2 3 19 21*10-3 50fumatori 100%2 6 19 53*10-3 50Esercizio fisico livello basso, 3 met 4 50 200livello medio, 6 met 10 100 430livello alto, 10 met (atleti) 20 170 750B bi iBambini Asilo, 3-6 anni, 2.7 met 1.2 18 90Scuola 14-16 anni 1-Scuola, 14-16 anni, 1-1.2 met 1.3 19 50

* Derivato dal fumo di tabacco.** Per individui prossimi alla neutralità termica.1 1 met = 58 W/m2 di pelle, ovvero a circa 100 W per una persona media.2 In media 1.2 sigarette/ora per fumatore, velocità di emissione pari a 44 ml CO/sigaretta.

Tab. 2.6: Carico inquinante prodotto dall’edificio completo di mobili e sistemi diventilazione

Carico prodotto(olf/m2 pav)

ventilazione.

media rangeEdifici esistentiuffici1 0.3 0.02-0.95scuole (aule)2 0.3 0.12-0.54asili3 0 4 0 20 0 74asili3 0.4 0.20-0.74sale riunioni4 0.5 0.13-1.32abitazioni5abitazioniEdifici poco inquinanti: valori target 0.05-0.1

1 Dati relativi a 24 edifici a uso ufficio con ventilazione meccanica1 Dati relativi a 24 edifici a uso ufficio con ventilazione meccanica.2 Dati relativi a 6 scuole con ventilazione meccanica.3 Dati relativi a 9 asili con ventilazione meccanica.4 Dati relativi a 5 sale riunioni con ventilazione meccanica.5 Dati relativi a 3 edifici uso abitazione con ventilazione naturale.

D_Valutazione dell’efficienza di ventilazione (εv)

Di d d l i t di til i d tt t i t d di i t di diDipende dal sistema di ventilazione adottato; esistono due diversi metodi di diffusione dell’aria in ambiente:

1 a completo mescolamentocompleta diluizione degli inquinanti in ambientearia immessa da bocchette con velocità notevolmente superiori a quelle ammessearia immessa da bocchette con velocità notevolmente superiori a quelle ammessenella zona occupata dalle persone (da 2 m/s a 12 m/s).

Svantaggi: possibilità di correnti d’aria probabile corto circuitazione dell’aria traSvantaggi: possibilità di correnti d aria, probabile corto circuitazione dell aria traimmissione ed estrazione, stagnazioni dell’aria.

2 a perfetto dislocamentoun fronte d’aria che avanza da un lato verso l’altro dell’ambiente e la rimozionecostante dei contaminanti durante il suo moto. La concentrazione degli inquinantivaria da un minimo nella zona di immissione ad un massimo nella zona diestrazione.Grandi portate d’aria, che implica da un lato piccole differenze di temperatura traaria immessa e aria ambiente e dall’altro una velocità dell’aria nella zonaoccupata dalle persone sicuramente superiore a quelle tradizionali (circa 0 5 m/s)occupata dalle persone sicuramente superiore a quelle tradizionali (circa 0,5 m/s).

CCEfficienza di ventilazione (εv)

si

sev CC

CC−−

=ε

dove:Ce: concentrazione inquinanti nell'aria in uscita;C : concentrazione inquinanti nell'aria in ingresso;Cs: concentrazione inquinanti nell aria in ingresso;Ci: concentrazione inquinante nella zona occupata dalle persone (zona di respirazione).

Nel caso di perfetta miscelazione tra aria ed inquinante il valore sarà pari a 1.

Se la concentrazione dell'inquinante è minore nella zona di respirazione rispetto all'aria in uscita, si avrà un valore > 1, il che significa che si potrà avere il livello di qualità desiderato con un flusso di ricambio relativamente contenuto.

Se, al contrario, la concentrazione dell'inquinante è minore nell'aria in uscita rispetto alla zona di respirazione, occorrerà un ricambio maggiore.

Differenza di temperatura

Tab. 2.7: Efficienza di ventilazione con tecniche diverse.

Principio di ventilazione

Differenza di temperatura tra l’aria di immissione e

l’aria della zona direspirazione, ts-ti (°C)

Efficienza di ventilazione

p , s i ( )

< 00 – 2

0.9 – 1.00 9

Ventilazione per miscelazione

0 22 – 5> 5

0.90.8

0.4 – 0.7Ventilazione per miscelazione

< 5 0 9< - 50 – 5> 0

0.90.9 – 1.0

1.0

Ventilazione per miscelazione

> 20 – 2< 0

0.2 – 0.70.7 – 0.91 2 1 4

Ventilazione a dislocamento

< 0 1.2 – 1.4

E_Determinazione del tasso di ventilazione necessario

La capacità di rimozione (CRe) di sostanze inquinanti da parte di una portata d’aria esterna Q, caratterizzata da una concentrazione C0, si esprime con:

)( 0CCQCR ie −⋅= [olf]

La capacità di rimozione (CRv) delle sostanze inquinanti prodotte in ambiente da parte di un sistema di ventilazione, vale:

vv

GCRε

= [olf]

(G è la portata di inquinante prodotta).

G 1

Uguagliando le due quantità e considerando la definizione di decipol, la portata d’aria esterna Q sarà data da:

vi CCGQ

ε110

0−= [l/s]

Ci qualità dell’aria interna di progetto; C0 qualità dell’aria (in decipol) a livello della presa esterna.

Tab. 2.8: Concentrazione massima ammissibile per sostanze inquinanti indoor.

Sostanza Concentrazione Tempo massimo

p q

Sostanza inquinante

Concentrazione limite

Tempo massimo di esposizione

100 mg/m3 15 minuti

Monossido di carbonio

60 mg/m3 30 minuti30 mg/m3 1 ora10 mg/m3 8 ore10 mg/m3 8 ore

Formaldeide 100 µg/m3 30 minutiPiombo 0.5 -1.0 µg/m3 1 annoµg

Diossido di azoto400 µg/m3 1 ora150 µg/m3 24 ore

Anidride solforosa500 µg/m3 10 minuti350 µg/m3 1 ora

V di 1 / 3 24Vanadio 1 µg/m3 24 ore

Determinazione portata d’aria di ventilazione

ASHRAE 62-2004: Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality

Prevede due possibili procedure per la valutazione dei requisiti di

ventilazione, entrambe basate sull’approccio tradizionale della diluizione , pp

degli inquinanti tramite aria di ricambio esterna, che si differenziano per i

diversi approcci utilizzati per la determinazione delle portate d’aria didiversi approcci utilizzati per la determinazione delle portate d’aria di

rinnovo:

- procedura Ventilation Rate (approccio prescrittivo);p ( pp p )

- procedura Indoor Air Quality (approccio prestazionale)procedura Indoor Air Quality (approccio prestazionale).

Approccio prescrittivo

La portata necessaria è determinata facendo riferimento ai dati riportati in tabella 2 9 per diverse destinazioni d’uso; si hanno a disposizione:tabella 2.9 per diverse destinazioni d uso; si hanno a disposizione:

portate d’aria necessarie per persona

G = Gp · Np (m3/h)G= portata totale (m3/h);G portata totale (m /h);Gp= portata per persona (m3/h

persona);N diNp= numero di persone.

Nel caso in cui non risulta di facile determinazione il numero di persone si

Np = Gv · A

ricorre alla formula seguente

p v

con A = superficie dei locali in m2;

portate d’aria necessarie per unità di superficie

G = Ga · A (m3/h)

G G G

Tab. 2.9: Alcuni valori delle portate di ventilazione da rispettare nella zona occupata dalle persone.

Ambiente Gpm3/h *persona

Gvn°persone/ m2

Gam3/h* m2

Aule scolastiche 17.6 0.25 2.2Laboratori informatici 26.6 0.25 2.2

Ristoranti 18 4 0 70 3 2Ristoranti 18.4 0.70 3.2Camere da letto 19.8 0.10 1.1Uffici 30.6 0.05 1.1Banche 30.6 0.05 1.1Musei 16.6 0.40 1.1Discoteche 37.1 1.00 1.1Palestre – sala aerobica 38.9 0.40 1.1aerobicaPalestre – sala pesi 46.8 0.10 1.1

Occorre inoltre considerare l’efficienza di ventilazione: la portata d’aria diventilazione effettivamente necessaria (Gtot) è fornita da:

G G/ ( 3/h)Gtot = G/εv (m3/h)

Sistema di distribuzione dell’aria ε

Tab. 2.10: Alcuni valori di efficienza di ventilazione all’interno dell’ambiente confinato.

Sistema di distribuzione dell aria εv

Mandata di aria calda dal pavimento e ripresa dal pavimento 1.0

Mandata di aria calda dal pavimento e ripresa dal soffitto 0.7Mandata di aria calda dal soffitto e ripresa dal pavimento 1.0M d t di i ld ( l 8 ° C i llMandata di aria calda (almeno 8 ° C superiore alla temperatura ambiente)dal soffitto e ripresa dal soffitto

0.8

Note:1.soffitto include ogni punto al di sopra della zona occupata dalle persone2.pavimento include ogni punto al di sotto della zona occupata dalle persone

Metodo prescrittivo empirico

Gtot = β · V (m3/h)

con:β = numero di ricambi/ora (h-1), variabile nell’intervallo 0.5 ÷ 2 a

seconda del grado di purezza richiesto;seconda del grado di purezza richiesto;V = volume dell’ambiente (m3).

Approccio prestazionalepp p

La procedura Indoor air quality è fondata sul controllo di specifici inquinanti,

per i quali si presuppongono noti i tassi di emissione da parte dell’edificio.

H bi tti l d t i i d ll tità di i t ffi i tHa per obiettivo la determinazione della quantità di aria esterna sufficiente a

diluire quella interna fino a raggiungere livelli di concentrazione, per

prefissati inquinanti, inferiori ai limiti imposti.

SISTEMI DI FILTRAZIONE E PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

Nel processo di filtrazione dell’aria si deve considerare:Nel processo di filtrazione dell aria si deve considerare:

-tipologia di inquinante da rimuovere;

f-forma;

- dimensioni;

-peso specifico delle particelle;

- proprietà elettriche delle polveri;

-velocità del flusso di aria.

Esistono diversi meccanismi di filtrazione con efficienze differenti.

I dispositivi per la depurazione dell’aria possono essere inseriti all’interno dei canali, oppure consistono in apparecchi indipendenti, da installare pp pp p

all’interno dei locali o da appoggiare a terra o su ripiani.

Il flusso d’aria attraversa le fibre del filtro:-le particelle solide con diametro maggiore della distanza tra le fibremaggiore della distanza tra le fibre che costituiscono il filtro sono arrestate;

le particelle più grossolane si

Meccanismo di setaccio.

- le particelle più grossolane si fermano nei punti di intersezione delle fibre;

l ti ll iù i t iMeccanismo di setaccio. - le particelle più minute si depositano lungo le fibre stesse per l’azione di forze elementari di attrazione elettrostatica (effetto intercettazione).

Il meccanismo di setaccio non è influenzato dalla velocità delle particelle ed è il più efficiente per

Fi 2 3 E i di filt (Ti f )

particelle ed è il più efficiente per quelle con dimensioni ≥5 μm; per le particelle tra 0.3÷0.4 μm, interviene il i di i t tt iFig. 2.3: Esempio di filtro a sacco (Tiemmefc). il meccanismo di intercettazione.

Il mezzo filtrante utilizza

una carta – filtro, costituita

per il 95% di microfibre di

vetro e per il 5% di leganti

sintetici.

Esempio di filtro a pieghe.

L’ampia pieghettatura fa sì che, per una velocità all’ingresso che può essere di 2 o

3 m/s, quella di attraversamento del media filtrante si riduca a 0.1 – 0.2 m/s. La

perdita di carico iniziale varia tra 120 e 150 Pa, quella finale tra 350 e 450 Pa.

Dello stesso genere dei filtri a pieghe sono i filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air).

Mezzo filtrante costituito da fibre di solo 0,1 μm.

Le perdite di carico di tali filtri sono inizialmente di almeno 200 o 250 PaLe perdite di carico di tali filtri sono, inizialmente, di almeno 200 o 250 Pa.

Tali filtri trovano impiego in ambienti nei quali debba essere garantita un’elevata

asetticità (sale operatorie, camere bianche); in particolari lavorazioni o processi si( p , ); p p

ricorre ai filtri ULPA (Ultra Low Penetration Air), che presentano valori di efficienza

ancora più elevati.

Esempio di filtro assoluto (Tiemmefc).

Esempio di filtro viscoso a rullo (Satrel).

L l ità di tt t d 1 2 3 0 / ilLe velocità di attraversamento vanno da 1.2 a 3.0 m/s e il valore di efficienza, in funzione della velocità, è ottimale nel campo compreso tra 1 5 e 2 5 m/s mentre decrescenel campo compreso tra 1.5 e 2.5 m/s, mentre decresce per valori minori o maggiori della velocità. L’efficienza è mediamente attorno al 75% e pertanto sonoL efficienza è mediamente attorno al 75% e pertanto sono spesso utilizzati come prefiltri a quelli di maggiore efficienza. La perdita di carico, alle velocità ottimali, è attorno a 30-40 Pa a filtro nuovo.

I filtri viscosi possono essere di due tipi:p p

-a perdere

rigenerabili- rigenerabili,

Schema semplificativo del meccanismo di inerzia.

Le particelle contenute in un flusso d’aria soggetto ad

una brusca variazione di direzione seguono una

Esempio di separatore inerziale (Satrel).

una brusca variazione di direzione seguono una

traiettoria generalmente diversa dalle molecole che

compongono il gascompongono il gas. L’efficienza di questa tipologia di filtri aumenta con la

l ità d ll’ i tt l t i t t i ivelocità dell’aria; attualmente esistono separatori in

grado di far depositare particelle di dimensione

minima dell’ordine di 1 μm.

Il flusso d’aria in prossimità delle fibre del filtro tende a seguirne il contorno,

t i d l ti ll iù fi i ltrascinando le particelle più fini e leggere.

Se la traiettoria delle particelle passa a una distanza dalla fibra inferiore al raggio

d ll ti ll t i fi f l t i di tt idelle particelle stesse, esse si fissano per forze elementari di attrazione

elettrostatica.

L’ ffi i di t i t il di t l di t t lL’efficienza di questo meccanismo aumenta con il diametro e la distanza tra le

fibre del filtro.

La velocità dell’aria, entro certi limiti, non ha influenza.

Schema semplificativo del meccanismo di intercettazione.

Schema semplificativo del meccanismo didel meccanismo di diffusione.

Le particelle più piccole, in un flusso d’aria, sono soggette a moti oscillatori di tipo

browniano; nel corso di tali moti, lungo la generale direzione del flusso d’aria, essebrowniano; nel corso di tali moti, lungo la generale direzione del flusso d aria, esse

giungono a contatto con le fibre del filtro.

L b bilità h l ti ll i t i l fib d l filt t il di i iLa probabilità che le particelle incontrino la fibra del filtro aumenta con il diminuire

del diametro, sia delle particelle che delle fibre, e con il ridursi della velocità

dell’aria.

Anche in questo meccanismo le particelle aderiscono alle fibre per effetto di forze

elettriche elementari;

Il flusso d’aria è fatto passare attraverso un intenso campo elettrico, che ionizza le

molecole d’aria. Gli ioni colpiscono le particelle sospese, trasferendo loro la propria

carica elettrica positiva; successivamente il flusso d’aria attraversa un campo elettricop ; p

più debole, dove le particelle, cariche positivamente, si depositano su apposite piastre

caricate negativamentecaricate negativamente.

Le particelle devono essere periodicamente rimosse attraverso l'azione detergente di un liquido oppure un’azione meccanica di percussione o vibrazionedi un liquido oppure un azione meccanica di percussione o vibrazione.

Schema semplificativo di un filtro elettrostatico.

Esempi di filtri ad adsorbimento (MCleoDrussel).

Utilizzati per l’eliminazione di gas e polveri.Sulla base della natura delle forze che impegnano il materiale adsorbente el’inquinante cioè la sostanza adsorbita si possono distinguere l’adsorbimentol inquinante, cioè la sostanza adsorbita, si possono distinguere l adsorbimentochimico e quello fisico.

L’ d bi t hi i i t ll i d li i i ti t i tiL’adsorbimento chimico consiste nella reazione degli inquinanti con opportuni agentichimici (permanganato di potassio, carbonato di sodio) che li trasformano o fissanodefinitivamente.

Nell’adsorbimento fisico, la molecola contaminante contenuta nei vapori è trattenuta sulla superficie esterna del materiale adsorbente da deboli forze elettrostatichesulla superficie esterna del materiale adsorbente da deboli forze elettrostatiche.

Caratteristiche funzionali dei filtri:- resistenza; - ritentività;- efficienza.

La resistenza di un filtro è rappresentata dalla perdita di carico, cioè dallacaduta di pressione statica del flusso d’aria tra le due facce opposte del filtro,per una data portata.

La ritentività è la capacità, espressa come quantità di un certo tipo di polvere,p p q p pche il filtro può trattenere dalla messa in funzione al limite massimo di perdita dicarico ammissibile.

L’efficienza è la capacità di un filtro di arrestare e quindi di separare leL efficienza è la capacità di un filtro di arrestare, e quindi di separare, leparticelle contenute nel flusso di aria che lo attraversa.

Il grado di efficienza media nel corso della durata di un filtro è, permolte applicazioni, la caratteristica più significativa ed è in base a taleparametro che è possibile effettuare una ulteriore classificazione deisistemi di filtrazione.

L’efficienza può essere determinata in base a tre differenti metodologie di prova adottate dalle norme ASHRAE (Test Standard for Air Cleaning Devices)dalle norme ASHRAE (Test Standard for Air Cleaning Devices)

1) metodo gravimetrico (o ponderale);

) ( )2) metodo opacimetrico (o colorimetrico);

3) metodo DOP (dioptilftalato).

1) Metodo gravimetrico (o ponderale)E’ anche denominato Synthetic Dust Weight Arrestance Test in quanto si basa

sull'aumento di peso del filtro di controllo al termine della prova Il test può esseresull aumento di peso del filtro di controllo al termine della prova. Il test può essere schematizzato nel seguente modoa)una portata nota d'aria viene aspirata e filtrata tramite filtri assoluti (A) i quali, ) p p ( ) q ,come si vedrà successivamente, sono caratterizzati da rendimenti molto più elevati rispetto al filtro in prova; tale operazione permette di garantire una elevata purezza dell’aria impiegata nella prova;b) a valle del filtro (A) viene immessa una quantità nota di polveri sintetiche di test, con concentrazione prefissata (70 mg/m3);con concentrazione prefissata (70 mg/m3);c) l'aria contenente le polveri attraversa il filtro da testare (B);d) a valle del filtro di prova l'aria viene nuovamente filtrata da un filtro assoluto (C),d) a valle del filtro di prova l aria viene nuovamente filtrata da un filtro assoluto (C), che trattiene le particelle non arrestate da (B).

Il filtro (C) viene pesato prima e dopo la prova; la differenza di peso consente di calcolare l’efficienza del filtro (B) da testare; maggiore è il peso del filtro (C), minore ( ) ; gg p ( ),è l’efficienza del filtro (B).

L’efficienza di filtrazione E è data dalla relazione:L efficienza di filtrazione E è data dalla relazione:

2WW1E −= (%)

1W

W1 = peso di polvere sintetica di riferimento;

S f ff f (S )

W1 peso di polvere sintetica di riferimento;W2 = peso di polvere sintetica che attraversa il filtro (e che viene arrestata dal filtro C).

Schema semplificativo del metodo gravimetrico per la determinazione dell’efficienza di filtrazione (Satrel).

2) Metodo opacimetrico (o colorimetrico);

Sonde con filtri di raffronto

S h lifi ti d l t d i t i l d t i i d ll’ ffi i di filt i (S t l)Schema semplificativo del metodo opacimetrico per la determinazione dell’efficienza di filtrazione (Satrel).

Il metodo opacimetrico è anche denominato Atmospheric Dust Spot Efficency TestIl metodo opacimetrico è anche denominato Atmospheric Dust Spot Efficency Testin quanto si basa sul grado di annerimento di filtri campione, valutato per mezzo di un colorimetro.Il filtro da testare viene fatto attraversare da aria atmosferica per un periodo variabile di tempo. A monte e a valle del filtro sono collocate due sonde che prelevano l'aria e la filtrano attraverso carte di filtro di raffronto. pAl termine della prova si misura il diverso grado di colorazione tra la carta di filtro a valle e quello a monte del filtro da testare tramite un colorimetro: maggiore è la differenza migliore è l’efficienza E del filtro.differenza migliore è l efficienza E del filtro.

1

2

2

1OO

QQ1E ⋅−= (%)

12 OQ

dove:Q1, Q2 = portate totali di aria prelevate dalle sonde, rispettivamente a monte e a valle del filtro di prova;O O ità d ll t i t ll d l filt di iO1, O2 = opacità della carta campione a monte e a valle del filtro di prova pari a:

u1

u2u11 t

ttO −=

d1

d2d12 t

ttO −=

con:

t t ffi i ti di t i i l i i i i l fi l t d ltu1, tu2 = coefficienti di trasmissione luminosa iniziale e finale a monte del

filtro in prova;

ffi i i di i i l i i i i l fi l ll d ltd1, td2 = coefficienti di trasmissione luminosa iniziale e finale a valle del

filtro in prova.

E’ d tt t l t l di filt i tt i ti d ffi i 98%

3) Metodo DOP (dioptilftalato).

E’ adottata per valutare la resa di filtri caratterizzati da efficienze > 98%.

Per valutare l'efficacia del filtro, nell'aria, precedentemente filtrata con filtri assoluti,

sono immesse goccioline (diametro 0.3 μm) di dioptilftalato, (ottenute per ebollizione e

successiva condensazione), con una concentrazione stabile di 80 mg/m3.

Tramite fotometri, misurando la luce diffusa da goccioline presenti in sospensione in aerosol, vengono contate tali goccioline a monte (CM) e a valle del filtro (CV), ottenendo così il rapporto di penetrazione (RC):

100CVRC ⋅(%)CM

RC =

dove:CV = numero di goccioline a valle del filtro;

(%)

CV = numero di goccioline a valle del filtro;CM = numero di goccioline a monte del filtro.

RC100E (%)

L'efficienza di filtrazione (E):

RC100E −= (%)

EN 779

Prefiltri Arrestanza media Am (%) Corrispondenza con Norme

Tabella riepilogativa della classificazione filtri in base all’efficienza.

Prefiltri m ( )(con polvere sintetica) Eurovent

Perdita di carico finale

G1 50 – 65 EU1

G2 65 – 80 EU2(massimo 250 Pa) G3 80 – 90 EU3

G4 > 90 EU4

Filt i di Efficienza media Em (%)Filtri medi c e a ed a m (%)(per particelle di 0.4 μ)

F5 40 – 60 EU5

F6 60 – 80 EU6Perdita di carico finale

(massimo 450 Pa) F7 80 – 90 EU7

F8 90 – 95 EU8

F9 > 95 EU9F9 > 95 EU9

EN 1822

Filtri assoluti Efficienza globale MPPS (%) Corrispondenza con Norme EuroventEurovent

Hepa

H10 85 EU10

H11 95 EU11

H12 99 5 EU12Hepa H12 99.5 EU12

H13 99.95 EU13

H14 99.995 EU14

Ulpa U15 99.9995 EU15

U16 99.99995 EU16

U17 99.999995 EU17

Area Zona Concentrazione Dimensione Dimensione

Tab. 2.12: Concentrazione e dimensioni delle polveri in diverse aree [3].

Area Zona (mg/m3) media (μm) massima (μm)

CampagnaTempo umido 0.05 0.8 4T 0 15 2 25Tempo secco 0.15 2 25

CittàResidenziale 0.4 7 60Periferia 0 75 20 100Periferia 0.75 20 100

Industriale Industriale 3 60 1000

Tab. 2.13: Distribuzione delle polveri [3].

Dimensione (μm) Concentrazione (particelle/m3) Percentuale in volume10 – 30 50.000 285 – 10 1.750.000 523 – 5 2.500.000 111 3 10 700 000 61 – 3 10.700.000 6

0.5 – 1 67.000.000 20 – 0 5 910 000 000 10 0.5 910.000.000 1

Tipologia di filtro Applicazioni

Tab. 2.14: Esempi di applicazione di diversi filtri [3].

Tipologia di filtro Applicazioni

FILTRI ASSOLUTI

Camere bianche, locali sterili per ospedali elaboratori farmaceutici, industrie elettroniche eFILTRI ASSOLUTI fotografiche, industria nucleare – arresto dellacontaminazioneLocali per elaboratori, condizionamento dell’aria –

FILTRI AD ALTISSIMA EFFICIENZA

Locali per elaboratori, condizionamento dell ariacabine di verniciatura, industria chimica emeccanica di precisione, filtri per motoriesotermici

FILTRI A MEDIA EFFICIENZA Ventilazione locali pubblici ed officine, prefiltri perfiltri assoluti, filtri per compressori

Tipologia di filtro Manutenzione/Sostituzione

Tab. 2.15: Tipologie di filtri in funzione della perdita di carico massima [2].

Filtro a grana grossa(diametro particelle captate 1 – 3 μm)

Incremento della perdita di carico di 100 Parispetto al filtro nuovo (50 Pa)

PERDITA DI CARICO FINALE 150 Pa

Filtro a grana fine(diametro particelle captate < 1 μm)

Incremento della perdita di carico di 150 - 100 Pa rispetto al filtro nuovo (50 - 100 Pa)

PERDITA DI CARICO FINALE 200 Pa

Filtro assolutoIncremento della perdita di carico di 250 Pa

rispetto al filtro nuovo (250 Pa)PERDITA DI CARICO FINALE 500 Pa