작성자: Donaldson 선임 프로젝트 엔지니어 Andrew Untz
산업용 집진기 시스템의 효율을 적절하고 정확하게 측정할 수 있는 표준은 존재하지 않았습니다. 많은 집진기 및 필터 제조업체가 주장하는 자사 제품의 성능으로 인해 수많은 최종 사용자는 자랑과 약속의 세계에서 길을 잃고 있습니다. 비교를 위한 기반을 구현하기 위해 많은 회사, 산업 및 관할권에서는 일반 산업용 환기 클리닝 산업에 대해 ASHRAE 52.2에서 수립한 MERV 등급 적용에 의존했습니다. 그러나 이 방법으로 산업용 집진기의 효율을 적절하게 측정할 수 있을까요?
산업용 집진기의 효율을 측정하기 위해 MERV 등급 시스템을 적용하는 것은 다음 이유로 문제가 됩니다.
- 규정된 미디어(Media) 유량에서 진행하는 MERV 테스트는 산업용 집진기의 표준 작동 유량과 매우 다릅니다.
- MERV 등급은 필터 수명 주기 동안 표준 필터 배출량이 아닌, 최소 필터 효율(일반적으로 시동 시)을 나타냅니다.
- MERV는 전체 집진 시스템과 셀프 클리닝 시스템이 아닌, 필터 미디어(Media)의 효율을 측정합니다.
- MERV는 압력 강하를 식별하지만 전체 에너지 소비량은 다루지 않습니다.
MERV란 무엇입니까?
MERV는 Minimum Efficiency Reporting Value의 약자로, 최소 효율 보고 값입니다. ASHRAE 52.2의 테스트 사양에 통합된 등급 시스템입니다. MERV는 공기 흐름에서 입자를 제거할 때 최소 성능을 식별하기 위해 필터에 하나의 숫자를 할당합니다. 숫자가 높으면 필트레이션 효율이 높은 것이지만 많은 산업용 집진 산업 전문가들은 그렇지 않다고 주장합니다.
ASHRAE 52.2는 처음에 일반 환기 에어 클리닝 장치의 성능을 측정하는 방법을 수립하기 위해 작성되었습니다. 일반 환기 에어 클리닝 시스템과 산업용 집진 시스템 모두 공기 흐름에서 입자를 제거하기는 하지만 이 둘은 공통점이 거의 없습니다. 차이점은 아래에 설명되어 있습니다.
일반 환기와 산업 분진의 작동 유량
52.2 표준은 실내 및 건물 공기 필트레이션 시스템과 같은 일반 환기 시스템에 사용되는 정적 공기 필터의 효율을 테스트하기 위해 수립되었습니다. 대조적으로, 산업용 집진 공기 필터는 필요에 따라 분진이 계속 쌓이고 미디어(Media)에서 클리닝되는 매우 역동적인 환경에서 작동합니다. 대부분의 산업용 집진기에는 필터를 반복적으로 클리닝하지 않을 때보다 훨씬 더 오래 작동할 수 있는 셀프 클리닝 시스템이 포함되어 있습니다. 에어 플로우(air flow)가 없을 때 필터를 클리닝하는 경우도 있지만 대개는 정상 작동 중에 클리닝이 이루어집니다. 끊임없이 변화하는 분진 층(및 관련 압력 강하)은 필터의 효율도 끊임없이 변화하고 있음을 의미합니다. 필터를 클리닝할 때마다 필터 효율이 변경됩니다. ASHRAE 52.2에 사용된 정적 조건은 집진기 내의 동적 조건에 적절하게 적용될 수 없습니다.
산업 제조 공정에서는 일반 환기 클리닝 시스템에서 예상할 수 없는 양의 분진이 발생합니다. 제재소, 곡물 처리 시설, 금속 제조 기업 및 열 용사 부스의 공정 내 공기 흐름에서는 통상적으로 입자 1 세제곱피트당 0.5~20개의 입자가 생성됩니다. 제조업체는 잦은 필터 교체를 위해 생산을 중단할 여유가 없기 때문에 셀프 클리닝 시스템이 있는 집진기를 사용합니다. 셀프 클리닝 시스템을 사용하면 필터를 더 오래 사용할 수 있습니다.
이와 반대로 ASHRAE 52.2 테스트는 공기 흐름에 비교적 적은 양의 분진을 삽입합니다. 이 테스트에서는 공기 세제곱피트당 약 0.005개의 입자를 사용합니다. 이는 표준 산업용 집진기의 공기 흐름보다 분진 농도가 100~4,000배 더 적습니다.
또한, 미디어(Media) 표면 속도가 일반 환기와 산업용 집진 간에 크게 다르다는 점도 중요한 고려 사항입니다. 표준 집진기는 분당 0.5~12 피트 범위의 미디어(Media) 표면 속도를 가집니다. 대조적으로, ASHRAE 52.2는 분당 118~748 피트 범위에서 에어 플로우(air flow) 속도를 테스트합니다. 다시 말하면, 집진기보다 MERV 테스트에서 규모가 10~1,500배 더 큰 것입니다. 미디어(Media) 속도는 효율에 영향을 미칠 수 있으므로 산업용 집진 응용 분야에 대한 MERV 테스트의 적용 가능성에 대해서는 의문을 제기해야 합니다.
초기 효율과 수명 효율
ASHRAE 52.2는 일반 환기 클리닝 시스템의 효율을 측정하는 것이 목적입니다. 집진기는 시간이 지남에 따라 배출량을 제어하는 것이 목적입니다. 언뜻 보기에 필터 효율은 필터가 시스템에서 빠져나갈 수 있게 하는 배출량과 직접적인 관련이 있는 것처럼 보입니다. 그러나 필터 효율은 산업용 집진기의 배출량과 직접적인 관련이 없습니다. MERV 효율 수준을 기반으로 시간 경과에 따른 배출량을 계산하려고 하면 배출량이 크게 초과될 수 있습니다. 집진기의 필터가 분진으로 길들여지는 상태가 되고 계속해서 분진 층이 생성되기 때문에 계산 착오가 발생하는 것입니다.
산업용 집진기는 오히려 이렇게 축적된 분진 층을 사용하여 추가적인 필트레이션을 제공합니다. 분진 층은 에어 플로우(air flow)에 대한 저항을 제공하기 때문에 집진기의 필터 미디어(Media)에 걸친 저항은 일반적으로 2~5 "wg 범위입니다. 그 시간 동안 필터가 클리닝되었다가 분진이 다시 쌓이면서 분진 층은 끊임없이 교체됩니다. ASHRAE 52.2 테스트는 완전히 다른 저항 범위에서 작동합니다. 테스트는 최대 1.4 "wg의 저항에서 중지됩니다(또는 얻는 효율 수준에 따라 더 빨리 중지됨). MERV에 대한 테스트는 단순히 분진을 포집하는 필터 미디어(Media)의 능력과 관련이 있는 반면, 집진기의 작동 주기는 성능 효율에 중요한 기여자로 분진 층의 축적 및 배출을 사용합니다.
집진기의 기능과 ASHRAE 52.2 테스트 적용의 이러한 차이로 인해 엔지니어링 미디어(Media)에 대한 접근 방식은 크게 달라집니다. 정적 필트레이션 시스템의 경우, 입자가 실제로 필터 엘리먼트를 관통하지 않고 미디어(Media)의 깊이 전체에 걸쳐 포집되도록 하는 심층 포집 미디어(Media)를 사용하는 것이 유리합니다. 분진 층을 형성하지 않고 분진을 필터에 포집할 수 있는 미디어(Media)는 입자를 더 많이 처리하고 정적 환경에서 더 오래 지속됩니다. 그러나 이 방법은 동적 환경에서 미디어(Media)를 클리닝하려는 경우에는 적합하지 않습니다. 미디어(Media) 표면에 더 많은 분진이 잔류할수록(표면 포집) 쉽게 클리닝할 수 있습니다. 필터 수명을 연장하기 위해 집진기에 표면 포집 미디어(Media)를 사용하는 것이 매우 유리합니다. 필터 제조업체는 필터에 더 높은 MERV 등급을 보장하기 위해 심층 포집 미디어(Media)를 쉽게 설계할 수 있고 소비자는 MERV 등급이 높으면 필터 성능이 더 나은 것이라고 가정할 수도 있습니다. 그러나 이러한 심층 포집 미디어(Media)는 대개 클리닝 중에 파티클(particle)을 방출하는 기능이 떨어집니다. MERV 등급을 엄격히 준수하는 필터를 구입하는 산업용 집진기 소비자는 성능 면(클리닝 능력)에 있어 상당 부분을 희생하고 있다는 사실을 인식하지 못할 수 있습니다. 산업용 집진기에 가장 적합한 필터는 더 나은 효율과 더 나은 클리닝 성능을 제공할 것입니다. 산업용 집진기 성능에 영향을 미치는 요인의 수와 복잡성을 감안할 때, 온전히 초기 효율에 기반한 MERV 등급을 기준으로 집진 구매 결정을 내리는 것은 비효율적이라고 주장할 수 있습니다. MERV 13 성능 등급과 MERV 14 성능 등급을 구분하는 조건은 집진기 필터 수명 주기에 있어 극히 일부에 불과합니다. 필터 수명의 처음 몇 분 동안 설정된 MERV 등급으로 필터 수명 주기에서 남은 6~24개월의 효율을 예측하는 것은 불가능합니다. 다시 말하지만, 52.2의 효율 특성은 신뢰할 수 없습니다. 실제 산업용 집진기의 성능은 클리닝 시스템의 엔지니어링, 표면 포집 미디어(Media) 기술 및 에어 플로우(air flow) 관리를 기반으로 보다 정확하게 측정됩니다.
미디어(Media)와 시스템 성능
MERV 등급 시스템은 전체 필트레이션 시스템이 아닌 미디어(Media)를 측정하기 때문에 산업용 집진 시스템의 효율을 식별하는 데에도 적합하지 않습니다. 이상적으로는 표준을 통해 최종 사용자가 정기적인 작동 중에 배출량을 비교할 수 있습니다. 전체 필트레이션 시스템의 효율을 측정하는 것입니다. 집진기 내부의 에어 플로우(air flow) 관리는 전체 성능에 매우 중요합니다. 설계상 집진기는 분진이 필터에 도달하지 않게 에어 플로우(air flow)를 관리하여 미디어(Media)가 더 오래 지속되도록 해야 합니다. 또한 에어 플로우(air flow)는 포집된 분진이 에어 플로우(air flow)에 다시 혼입되지 않고 가라앉거나 영구적으로 부유하지 않도록 관리해야 합니다. Donaldson® Torit® 4에는 클리닝 메커니즘에 대한 많은 접근 방식이 있지만 클리닝 시스템과 미디어(Media)의 설계는 함께 진행해야 합니다. 집진기 사용자는 전체 성능에만 관심이 있으므로 둘 중 하나의 측정은 불완전합니다.
압력 강하와 총 에너지 소비량
또 다른 문제는 ASHRAE 52.2의 압력 강하 표기법이 수많은 최종 사용자의 우려를 늘리는 광범위한 성능 특성(에너지 소비량 및 해당 비용)을 인식하지 못한다는 것입니다. 필터의 제한이 높을수록 적절한 에어 플로우(air flow)를 유지하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 클리닝 에너지도 매우 중요합니다. 집진기는 우수한 클리닝 시스템과 낮은 압력 강하를 갖출 수 있지만 막대한 양의 클리닝 에너지가 필요할 수 있습니다. 그러한 시나리오를 받아들일 수 있다고 생각하는 사람은 거의 없을 것입니다. 그러나 MERV 등급은 최종 사용자에게 이렇게 중요한 성능 특성에 대한 지침을 제공하지 않습니다.
그래서 다음에 해야 할 일은 무엇입니까?
MERV 등급 시스템이 산업용 집진기에 적합하지 않은 모든 이유를 감안할 때, 우리에게 의미하는 바는 무엇입니까? 새로운 표준이 있다면 최종 사용자가 우려하는 주요 성능 특성(주로 이 백서에 나온 특성)을 고려해야 합니다. 최종 사용자가 산업용 집진기를 선택할 때 고려해야 할 기타 사항도 고려 대상입니다. 최종 사용자가 일반적으로 알고 싶어하는 다른 특성으로는 필터 시스템의 이상 상태 복구 기능, 크기, 캐비닛 무결성, 소음이 있습니다.
산업용 집진 업계의 리더인 ASHRAE 및 ISO는 현재 이 문제를 해결하기 위해 협력하고 있습니다. ASHRAE의 기술위원회 5.4는 최근 집진기 테스트 사양을 개발하는 가장 좋은 방법을 결정하기 위한 연구 프로젝트(RP1284)를 완료했으며, 이 연구를 기반으로 테스트 사양을 작성하는 특별 프로젝트 위원회도 있습니다. 또한 ISO의 기술위원회 142는 국제적인 수준에서 사용할 유사한 테스트 사양을 작성하느라 바삐 움직이고 있습니다. 둘 다 완전히 작성되고 개발되는 데는 몇 년이 걸릴 수 있지만 적어도 MERV가 다루려 하지 않았던 산업용 집진 시장의 니즈를 해결해 주고 있습니다. 관심 있는 사람들은 참여해야 합니다. 피드백을 통해 최종 사용자의 니즈를 결정적으로 충족할 수 있도록, 표준이 게시되기 전에 공개 검토에 참여하는 것을 고려해 보십시오.
그사이에 집진 필터 시스템 선택에 직면하면 당면한 상황에 대한 MERV의 적용에 관해 제조업체에 문의하십시오. 더 중요한 것은 작동 흐름, 예상 필터 수명, 미디어(Media) 설계, 에어 플로우(air flow) 관리, 클리닝 시스템 설계 및 에너지 사용량과 같은 집진 시스템의 효율을 더 효과적으로 예측할 수 있는 특성에 대해 질문하는 시간을 갖는 것입니다. 수익으로 분별력 있는 선택임이 드러날 것입니다.
Andrew Untz는 Donaldson Company, Inc.의 선임 프로젝트 엔지니어로, 위스콘신 대학교 리버폴스에서 공학 학사 학위를 취득하고 피닉스 대학교에서 경영학 석사를 취득했습니다. Andrew는 산업용 공기 필트레이션 분야에서 16년의 경력을 보유하고 있습니다. 그는 ASHRAE 기술위원회 5.4에서 활동하고 있으며 ASHRAE 199 작성에 참여했습니다. 또한 Andrew는 ISO 기술위원회 142, WG5에 참여하여 산업용 집진기의 국제적인 테스트 표준 개발을 주도하고 있습니다.
