Introduction to Air Filter

ทำไมเราต้องมีแผ่นกรองอากาศ

ในการใช้งานส่วนใหญ่แผ่นกรองอากาศมักจะโดนมองข้ามความสำคัญ ซึ่งจะนึกถึงก็ต่อเมื่อแผ่นกรองอากาศมีการใช้งานจนเกิดการตันและประสิทธิภาพลดลง หน้าที่หลักของแผ่นกรองอากาศคือการกรองสิ่งสกปรกที่ปนเปื้อนในอากาศ ทำให้อากาศสะอาดขึ้น ทั้งนี้เพื่อปกป้องมนุษย์ กระบวนการผลิต และผลิตภัณฑ์

ทำไมเราต้องกรองอากาศ

เมื่อเราพูดถึงแผ่นกรองอากาศเพื่อขจัดสิ่งสกปรกหรือฝุ่นละอองจากอากาศ สิ่งที่แผ่นกรองอากาศต้องการดักจับคืออะไร คำตอบมันขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบของฝุ่นละอองในแต่ละที่ ขึ้นอยู่กับว่าคุณจะอยู่ในเมืองใหญ่ ซึ่งฝุ่นส่วนใหญ่จะเป็นฝุ่นจากถนนและไฮโดรคาร์บอนจากไอเสียรถยนต์หรือถ้าคุณอยู่ในชนบท ที่ซึ่งฝุ่นจะเกิดจากกิจกรรมการเกษตรหรือต้นไม้ ละอองเกสร ฝุ่นละอองยังแตกต่างกันไปตามช่วงเวลาฤดูกาลหรือกิจกรรมในสถานที่นั้นๆ อีกด้วย เช่น พื้นที่โรงงาน เหมืองแร่ ซึ่งสามารถก่อให้เกิดอนุภาคฝุ่นละอองต่างๆ ได้เพิ่มขึ้น หรือแม้กระทั่งอยู่ในสถานที่เดียวกันแตกต่างกันที่ระดับความสูง ปริมาณของฝุ่นก็จะแตกต่างกันไป  ยกตัวอย่างเช่น ในอาคารสูง ชั้นล่างๆ จะมีปริมาณของฝุ่นที่มาจากรถยนต์และกิจกรรมต่างๆ ในขณะเดียวกันอากาศในชั้นสูงๆ ในอาคารแห่งเดียวกัน ก็จะมีความสะอาดของอากาศที่มากกว่า 

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นอนุภาคที่พบในอากาศจะประกอบไปด้วยสิ่งต่างๆ มากมาย ซึ่งที่เราสนใจคือขนาดของอนุภาคของฝุ่น ซึ่งหน่วยนับที่ใช้คือไมโครเมตร หรือ ไมครอน   

1 ไมครอนเท่ากับ 1 / 1,000,000 เมตร โดยทั่วไปเส้นผมของมนุษย์นั้นมักมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100 ไมครอน ละอองเกสรอาจมีขนาดประมาณ 10 ไมครอนซึ่งมีขนาดเล็กเท่าที่สายตามนุษย์มองเห็น สิ่งนี้ถือว่าเป็นฝุ่นขนาดใหญ่และสามารถดักจับได้ง่าย แต่สิ่งที่แผ่นกรองอากาศจะดักจับคืออนุภาคฝุ่นในขนาด 1 ไมครอนและต่ำกว่า ดูได้จากภาพประกอบว่าอนุภาคขนาด  1  ไมครอนนั้นมีขนาดเล็กขนาดไหนเมื่อเทียบกับเส้นผมมนุษย์

สุขภาพของมนุษย์และการกรองอากาศ

ขนาดอนุภาคของฝุ่นที่จะเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์จะมีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อม (Environmental Protection Agency -EPA) หรือ “อีพีเอ” เป็นหน่วยงานระดับประเทศของสหรัฐอเมริกา ได้กำหนดมาตรฐานในการแบ่งคุณภาพของอากาศโดยดูจากขนาดของฝุ่น (Particulate Matter or  PM)  ตั้งแต่ขนาด PM10  ถึง PM 2.5  โดย PM 2.5 คือฝุ่นที่มีขนาด  2.5 ไมครอนและเล็กกว่า  แผนภาพนี้แสดงให้เห็นว่าฝุ่นขนาดต่างๆกับสามารถเข้าไปในระบบหายใจของมนุษย์ได้ลึกเพียงใด จมูกจะดักจับอนุภาคฝุ่นขนาดใหญ่ ในขณะที่อนุภาคขนาดเล็กกว่าจะหลุดลอดลึกเข้าไปในปอด ซึ่งยิ่งเข้าไปในปอดลึกมากเท่าไร ยิ่งจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้มากเท่านั้น

ความสำคัญของคุณภาพอากาศในอาคาร

คุณภาพอากาศภายในอาคาร (Indoor Air Quality) เป็นแนวคิดที่เกิดขึ้นเนื่องจากวิกฤตการณ์พลังงานในปี 1970 เพื่อเป็นการอนุรักษ์พลังงานอาคารต่าง ๆ จึงมีการควบคุมไม่ให้มีอากาศไหลออกและทำให้การหมุนเวียนอากาศถูกนำมาหมุนเวียนมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็เพิ่มโอกาสในการที่อากาศจะมีการปนเปื้อนมากขึ้นเช่นกัน นำไปสู่สิ่งที่เรารู้จักในชื่ออาคารป่วย หรือ(Sick building syndrome) ซึ่งทำให้ผู้อยู่อาศัยในอาคารป่วยและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพในการทำงาน  การแก้ปัญหานี้จะต้องเพิ่มระดับการกรองอากาศที่มากและดีขึ้นเพื่อทำความสะอาดของอากาศในอาคาร

การกรองอากาศประสิทธิภาพสูง

บ่อยครั้งที่แผ่นกรองอากาศและระบบ HVAC เป็นสิ่งที่ผู้คนมักจะไม่ค่อยให้ความสำคัญเนื่องจากระบบเหล่านี้ถูกซ่อนให้พ้นสายตาจากผู้อยู่อาศัยในอาคาร ชิ้นส่วนที่มองเห็นได้ก็จะมีแค่ปล่องปล่อยลมออกและปล่องระบายอากาศออก ท่อสีเทาที่แสดงในแผนภาพแสดงถึงอากาศสกปรกที่ถูกหมุนเวียนกลับเข้าไปในแผ่นกรองอากาศและคอยล์เย็น ท่อสีขาวคืออากาศบริสุทธิ์ที่ถูกกระจายไปยังพื้นที่ต่างๆ ในระหว่างกระบวนการหมุนเวียนอากาศจำนวนเล็กน้อยจะถูกระบายออกสู่ภายนอกและแทนที่ด้วยอากาศที่บริสุทธิ์ภายนอก

ผลกระทบที่เกิดจากการที่คอยล์สกปรก

Amount of Scale % Reduction
.006″  16%
.012″  20%
.024″  27%
.036″  33%

จากที่เราได้กล่าวมาถึงความสำคัญของการกรองอากาศ เพื่อปกป้องมนุษย์ ให้ปลอดภัยและรู้สึกสบาย แต่สิ่งที่สำคัญเช่นกันคือการปกป้องอุปกรณ์ต่างๆ ในระบบปรับอากาศ ตารางข้างต้นจากบริษัท เทรนแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการสะสมสิ่งสกปรกบนคอยล์ แม้ฟิล์มที่มีขนาดเล็กเพียง 0.006” ก็สามารถลดประสิทธิภาพได้ถึง 16% จำนวนฟิล์มที่มากขึ้นอาจส่งผลให้ลดลงถึง 33% หากเราดูงบประมาณการบำรุงรักษาสถานที่ส่วนใหญ่รายการที่ใหญ่ที่สุดในงบประมาณนั้นจะเป็นต้นทุนพลังงาน ประหยัดแม้แต่ 10% ของจำนวนเงินนั้นคือการออมที่แท้จริง

ส่วนประกอบต่างๆในการกรองอากาศ

การคำนวณปริมาณลมและความจุ

ตัวแปรแรกคือ Airflow capacity หรือความสามารถในการรับปริมาตรลม (Q) โดยการคูณความเร็วลม (V)ในหน่วยฟุตต่อนาที (FPM) ด้วยพื้นที่(A) ของแผ่นกรองอากาศเป็นตารางฟุต ตัวอย่างเช่นแผ่นกรองขนาด 24 x 24 นิ้ว หรือ 4 ตารางฟุต รับลมได้ที่ 500 FPM จะมีความสามารถในการรับลมที่ 2,000 CFM (4 ตารางฟุต x 500 FPM = 2,000 CFM) สิ่งนี้จะถูกใช้เพื่อคำนวณจำนวนแผ่นกรองอากาศที่ต้องการในระบบ เช่น หากระบบปรับอากาศมีขนาดลมอยู่ที่ 20,000 CFM เราจะต้องใช้แผ่นกรองอากาศขนาด 24”x24” จำนวน 10 ชิ้น

ความต้านทานหรือความดันตกคร่อม (Pressure drop/Resistance)

ตัวแปรถัดไปที่สำคัญคือความต้านทานหรือความดันตกคร่อมของแผ่นกรองอากาศ  Pressure drop คือแรงดันที่ต้องการในการเคลื่อนย้ายอากาศผ่านแผ่นกรองอากาศเพื่อให้ได้ปริมาณอากาศที่กำหนด Pressure drop มีหน่วยวัดเป็นนิ้วน้ำหรือ พาสคาล แผ่นกรองอากาศจะใช้ Initial Pressure drop หรือความต้นทานเริ่มแรกในขณะที่แผ่นกรองอากาศยังสะอาดหรือใหม่ มาเป็นตัวกำหนด    Pressure drop นี้จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมีการใช้งานและแผ่นกรองอากาศสกปรกเพิ่มขึ้น และในที่สุดแผ่นกรองอากาศนี้จะมีความต้านทานสุดท้ายที่จะแนะนำให้เปลี่ยน ซึ่งเราเรียกว่า Final pressure drop  โดยทั่วไปเราจะแนะนำให้เปลี่ยนแผ่นกรองอากาศเมื่อ Final pressure drop อยู่ที่ 1.0 นิ้วน้ำ ถึง 1.5 นิ้วน้ำ

ขนาดและความหนาแน่นของเส้นใย

รูปภาพเหล่านี้แสดงภาพขยายของมีเดียหรือเส้นใยที่มีประสิทธิภาพแตกต่างกัน ด้านซ้ายบนเป็น MERV 15 ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด จนไปถึงรูปภาพล่างขวาเป็น MERV 8  ที่มีประสิทธิภาพต่ำลงมา  มีเดียประสิทธิภาพสูงจะมีขนาดเส้นใยที่เล็กกว่า วิธีนี้ช่วยให้แผ่นกรองอากาศจับอนุภาคที่ละเอียดกว่า อย่างไรก็ตามมีเดียประสิทธิภาพสูงก็จะมี Pressure drop ที่สูงกว่ามีเดียเกรดต่ำกว่าเช่นกัน

การทดสอบแผ่นกรองอากาศ

Underwriter Laboratories

อุตสาหกรรมแผ่นกรองอากาศโดยรวมทั่วไปไม่มีกฎหมายหรือข้อบังคับระดับประเทศมาเป็นตัวกำหนดที่จะต้องปฏิบัติตาม ยกเว้นในบางอุตสาหกรรมที่อาจจะมีข้อกำหนดพิเศษโดยเฉพาะ เช่น อุตสาหกรรมยา อุตสาหกรรมนิวเคลียร์หรือโรงพยาบาล แต่สำหรับระบบปรับอากาศทั่วไปมาตรฐานระดับชาติเพียงอย่างเดียวที่ฟิลเตอร์จำเป็นต้องมีเพื่อตอบสนองคือ Underwriters Laboratories Standard 900 ซึ่งเป็นการติดไฟของไส้กรองอากาศ การทดสอบนั้นใช้ตัวกรองกับเปลวไฟในท่อและวัดปริมาณของควันและประกายไฟที่เกิดขึ้นในกรอบเวลา 3 นาที ผลการทดสอบเป็นแบบง่าย ๆคือผ่านหรือไม่ผ่านดังนั้นแผ่นกรองอากาศที่ได้รับการรับรองจาก UL ควรทำเครื่องหมายอย่างชัดเจนด้วยป้าย UL หากได้รับการอนุมัติจาก UL ก่อนปี 2012 การทดสอบ UL มีการจำแนกประเภทที่แตกต่างกันเป็นสองประเภทUL class I และ UL class 2 ซึ่ง UL Class 2 จะกำหนดพารามิเตอร์ขั้นต่ำสำหรับควันและประกายไฟ แต่ก็ยังสามารถเผาไหม้ได้ในระดับหนึ่ง ส่วนUL Class 1 จะกำหนดเข้มงวดมากขึ้นและต้องไม่เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ อีกทั้งจะต้องสามารถดับเองได้เมื่อติดไฟ การจำแนกประเภท UL Class 1 นี้ถูกยกเลิกในปี 2012 เนื่องจากเมื่อตัวแผ่นกรองอากาศสกปรกความสามารถในการเผาไหม้จึงเปลี่ยนไปอย่างมาก ในปัจจุบันจะเหลือแค่การจำแนกประเภทเป็น UL อย่างเดียว ตามลักษณะเดิมของ UL class 2

American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE)

สมาคมวิศวกรเครื่องทำความร้อนและปรับอากาศของอเมริกาเป็นองค์กรที่ได้พัฒนาวิธีการทดสอบที่ใช้ในการทดสอบและประเมินประสิทธิภาพการทำงานของแผ่นกรองอากาศ วิธีการทดสอบปัจจุบันคือ ASHRAE Std 52.2 – 2012 บริษัทผู้ผลิตแผ่นกรองอากาศจะทำการทดสอบแผ่นกรองอากาศตามมาตรฐานนี้เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพ ความต้านทานและผลการดักจับฝุ่นที่มีตัวกรองและรุ่นที่คล้ายกัน ประสิทธิภาพจะถูกกำหนดตามความสามารถของแผ่นกรองในการดักจับอนุภาคขนาดเฉพาะ มีการกำหนดค่าตัวเลขระหว่าง 1 ถึง 16 โดยที่จำนวนที่สูงกว่าจะเป็นประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ค่านี้เรียกว่า MERV หรือค่าการรายงานประสิทธิภาพขั้นต่ำ