Air filter

Điều hoà không khí và thông gió nghĩa là điều hoà các thông số của không khí đạt tới giá trị mong muốn bao gồm nhiều khía cạnh như nhiệt độ - độ ẩm - vận tốc gió - độ ồn - độ sạch. Độ sạch của không khí ở đây bao gồm nồng độ các chất độc hại, mùi và bụi bẩn trong không khí. Và loại thiết bị ảnh hưởng nhiều nhất tới độ sạch của không khí chính là hệ thống lọc.

Trong bài viết này mình sẽ chia sẻ với mọi người về các loại lọc được sử dụng trong hệ thống HVAC cũng như tác dụng và vị trí của chúng trong hệ thống.

Ngoài ra, việc sử dụng đúng loại lọc khí không những giúp hệ thống hoạt động tốt hơn, chất lượng không khí tốt hơn mà còn góp phần làm giảm được giá thành cho dự án. Hiện nay, các thiết kế tối ưu hóa giá dự án đang khá là phổ biến, khi mà bạn khó có thể tìm được phương án tốt hơn mà rẻ hơn cho hệ thống thì việc xem xét và lựa chọn lại các bộ lọc cũng là một phương án tiết kiệm cho chủ đầu tư.

PHÂN LOẠI CÁC LOẠI LỌC KHÍ CHO HỆ THỐNG HVAC:

Lọc khí thường được gọi tắt là lọc, từ tiếng Anh chuyên ngành là Air Filter. Có nhiều cách để phân loại lọc như:

Phân loại theo hình dáng:

• Lọc tấm (panel filter)
• Lọc túi (bag filter/ deep bed filter)

Phân loại theo vòng đời:

• Loại dùng 1 lần (throwaway filter/ disposal filter).
• Loại dùng nhiều lần (reuseable air filter - washable air filter).

Phân loại theo vị trí lắp đặt:

• Lọc thô (Pre-filter).
• Lọc tinh (Fine Filter).

Phân loại theo khả năng lọc bụi bằng hiệu suất lọc:

• ANSI/ASHRAE 52 phân chia lọc thành 20 loại xếp theo thứ tự hiệu suất tăng dần MERV 1 tới MERV 20.
• EN:779 là tiêu chuẩn của Châu Âu. Trong chuẩn này, lọc được phân thành các lớp theo thứ tự xếp hạng hiệu suất lọc cao dần là G1, G2, G3, G4, M5, M6, F7, F8, F9, H11, H13, H14 và U15.
• AS1324.1 & AS4260 Chuẩn Úc thì cũng tương tự chuẩn Châu Âu, chỉ thay một chút về chữ cái khi xếp loại lọc như F5, F6 thay vì M5, M6.

Phân loại dựa theo đặc điểm nổi bật nhất của lọc:

Đây là cách phân loại phổ biến nhất. Theo cách phân loại này, ta có 4 loại lọc được dùng phổ biến nhất trong hệ thống HVAC, bao gồm:

Phân loại dựa theo đặc điểm nổi bật nhất của lọc:

Lọc tấm:

Loại lọc này tiếng Anh chuyên ngành được gọi là Panel Filters hay hoàn chỉnh hơn là Flat Panel Air Filter. Hiệu suất lọc thông thường nằm ở mức MERV 1-4.

Đúng như tên gọi, loại lọc này là các tấm phẳng có độ dày thông thường nằm trong khoảng 1" tới 5" và vật liệu tấm lọc phổ biến thường thấy nhất là fiberglass.

Loại lọc này thường chỉ có thể dùng được một lần (disposal filter), sau một khoảng thời gian cần bỏ đi và thay tấm lọc mới. Giá thành loại lọc này khá là rẻ.

Lọc nếp gấp:

Loại lọc này tiếng Anh chuyên ngành được gọi là Pleated Filter, V-Form Panel Filter hoặc Extended Surface Filter. Hiệu suất lọc của loại lọc này thông thường nằm ở mức MERV 5-13.

Giống như tên gọi, các tấm lọc này được cấu tạo bởi những tấm lọc phẳng được gấp theo dạng chữ V hoặc U để tăng bề mặt tiếp xúc của tấm lọc và không khí. Chiều cao của nếp gấp hay độ dày tấm lọc (không phải độ dày màng lọc nhé) thông thường nằm trong khoảng từ 20 - 100mm.

Gọi chung là Pleated Filter nhưng chủng loại của loại lọc này rất đa dạng nên nó có thể được tái sử dụng hoặc chỉ dùng 1 lần.

Lọc tĩnh điện:

Loại lọc này được gọi là Electrostatic Air Filters. Đúng như tên gọi mô tả, loại lọc này sử dụng lực hút tĩnh điện để hút các hạt nhỏ trong dòng khí.

Cấu tạo sơ bộ của lọc gồm 2 phần:

• Ionizer: bộ phận tích điện này là một lưới kim loại tích điện dương, các hạt nhỏ trong dòng khí đi qua lưới này sẽ bị nhiễm điện tích dương.
• Collector: gồm các tấm kim loại tích điện âm, các tấm này sẽ hút các hạt đã nhiễm điện dương sau khi chúng đi qua lưới ionizer.

Do có cấu tạo là kim loại nên dĩ nhiên loại lọc này có thể tái sử dụng rất nhiều lần.

Thông thường lọc tĩnh điện không được xếp hạng trong MERV, một số có mặt trong thang MERV thì thường thuộc nhóm từ bậc 5-7.

Lọc HEPA:

>

HEPA là từ viết tắt của cụm từ high efficiency particulate air filter. Về cơ bản thì lọc HEPA cũng là một dạng Pleated Filter nhưng có khả năng lọc được tới 99,97% các hạt nhỏ có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0.3 microns (µm).

Theo chuẩn DIN EN 1822-1, ISO 16890 and ISO 29463-1 thì lọc HEPA còn được chia nhỏ ra thành 3 lớp:

• EPA (Efficiency Particulate Air filters).
• HEPA
  
• ULPA (Ultra Low Penetration Air filters).

Loại học ULPA cao cấp nhất loại bỏ tới ≥ 99.999995 các hạt nhỏ trong dòng khí, loại lọc này chỉ được sử dụng trong một số công trình đặc biệt ví như sản xuất chip điện tử, phòng thí nghiệm sinh hoá...

Một số công ty còn phân loại lọc HEPA thành 2 dạng: HEPA-True và HEPA-Like (HEPA-type, HEPA-style...). HEPA-True là loại lọc được cấp chứng chỉ từ một bên thứ 3, loại còn lại là được kiểm tra dạng cây nhà lá vườn 😆(dĩ nhiên cũng là phòng thí nghiệm hẳn hoi, chỉ là không phải thuê từ một bên khác chuyên test và cấp chứng nhận). MERV rating của lọc HEPA nằm trong khoảng từ 17-20.

Có thể bạn đang nghĩ rằng lọc HEPA chỉ có thể dùng 1 lần rồi thay mới, nhưng thực tế thì lọc HEPA cũng có thể tái sử dụng. Loại lọc HEPA có khả năng tái sử dụng được chế tạo bởi vật liệu đặc biệt gọi là fiber fluoroplastic (expanded Poly Tetra Fluor Ethylene (ePTFE fibers)) giá khá là cao.

LỌC KHÍ TRONG HỆ THỐNG HVAC

Vị trí lắp đặt:

Nguyên lý lắp đặt điển hình Air Filter trong hệ thống gió - ASHRAE 62.1

Thông thường, lọc sẽ được lắp tại 2 vị trí trong hệ thống:

Sau cửa lấy gió tươi và trước thiết bị đầu tiên trên hệ thống đường ống (vị trí 1 trong hình).

Trước khi vào dàn coils của các dàn lạnh như AHU, FCU (vị trí 2 trong hình).

Ngoài ra, tuỳ theo từng hệ thống cụ thể , từng yêu cầu cá biệt của không gian mà lọc có thể được đặt thêm ở các vị trí khác (vị trí 3 trong hình) .

Để tìm hiểu kỹ thêm về các ứng dụng đặc biệt, các bạn có thể đọc ASHRAE Applications Handbook, Chapter 16: Clean Space. Phần này nói về hệ thống cho các thể loại phòng sạch từ bên y tế qua bên điện tử bán dẫn.

Fact:

Phần lớn các bản vẽ thiết kế mình từng đọc thì các kỹ sư thường "quên" thể hiện filter trên hộp gió hồi của FCU. Điều này dẫn tới 2 hệ quả:

Hộp gió hồi trên bản vẽ thiết kế thường ngắn hơn nhiều so với thực tế. Đối với các không gian chật hẹp, thiết kế này thường dẫn tới cấn vướng rất nhiều và trong một số trường hợp không thể lắp đặt được mặc dù đã được dựng Revit và phối hợp kỹ càng.

Thiếu trực quan nên thường "quên" tính tới không gian bảo trì lọc và "quên" luôn access panel.

Với module lọc của các thiết bị làm lạnh lớn như Package Unit, AHU, PAU... ở VN thường là module do chính nhà sản xuất thiết bị chính, nhưng ở các dự án mình làm ở nước ngoài thì module lọc này được nhà thầu tự làm khung bằng tole, chỉ cần đặt hàng đúng loại lọc theo thiết kế yêu cầu để gắn vào nên giảm được giá thành kha khá.

Các thông số cần lưu ý khi chọn lọc:

1 - Chọn hiệu suất lọc phù hợp:

Mỗi loại công trình ở một địa phương khác nhau nên sẽ có chất lượng không khí tươi khác nhau. Mỗi loại không gian điều hòa bên trong công trình cần một mức chất lượng không khí riêng. Đồng thời, nội bộ không gian bên trong tòa nhà cũng tạo ra khí ô nhiễm.

Cần xem xét để dùng loại lọc có hiệu suất lọc đủ để đảm bảo độ sạch cho không khí tươi cấp vào trong phòng, chất lượng khí hồi trong nội bộ không gian điều hòa có thể tái sử dụng hay không hay cần thải đi. Thậm chí là khi thải đi có được phép thải trực tiếp ra môi trường hay không.

ANSI/ASHRAE 62.1 - Table 6-1

Ví dụ:

Các không gian được liệt kê trong bảng phía trên được xếp vào Class 1. Do đó, chúng ta thoải mái sử dụng khí hồi để tái cấp vào phòng cũng như thoải mái transfer sang các khu vực khác (trừ một số khu vực đặc biệt).

Nhưng nếu không gian đó được xếp vào Class 4 thì chúng ta chỉ được phép thải thẳng ra bên ngoài chứ không được tái cấp/ transfer sang các khu vực khác.

Khí thải từ khu vực bệnh nhân truyền nhiễm có thể xem xét được xử lý đặc biệt trước khi thải ra môi trường (vd: đi qua tấm lọc ướt có hóa chất, được chiếu đèn UV, thải lên cao ở nơi thông thoáng...)

Bên dưới là bảng hướng dẫn sơ bộ (chỉ mang tính tham khảo) để chọn loại lọc tương ứng với các không gian khác nhau:

Ứng dụng của các loại lọc cho các loại không gian trong building (chia theo chuẩn EN:779)
Ứng dụng của các loại lọc cho các loại không gian trong building (chia theo chuẩn ANSI/ASHRAE 52)

Nhưng trong thực tế thì với các không gian điều hòa dân dụng, không có một tiêu chuẩn nào quy định cụ thể phải chọn lọc có MERV 3 cho phòng khách, hay lọc MERV 8 cho siêu thị. Air Filter dành cho công trình dân dụng thường là các loại lọc MERV 10 (tương đương với lọc M5, F5) trở xuống vì chủ yếu chỉ là lọc bụi. Việc lựa chọn lọc cụ thể thường được tham khảo từ các design manual, hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị và hãng lọc.

Để đối phó với các ca khó như mùi thuốc lá thì họ chúng ta gần như cấm hoàn toàn việc hút thuốc trong không gian công cộng, thậm chí là trong phòng khách sạn cũng không cho hút thuốc (thế nên gambling casino vẫn được xếp vào Class 1).

Trang 188 trong tài liệu WHO Air Quality Guidelines có một nội dung là Acceptability Of Risk chỉ ra rằng không có một mức ô nhiễm nào là an toàn với sức khỏe, chúng ta buộc phải chấp nhận một mức ô nhiễm nhất định và mức này sẽ cần các nước tự nghiên cứu - đo đạc để cho ra tiêu chuẩn riêng.

Ở Việt Nam, TCVN "Chất lượng không khí trong nhà ở và nhà công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế" vẫn đang là dự thảo và chưa rõ khi nào sẽ phát hành chính thức.

Table 2.1 - HVAC design manual / Department of Veterans Affairs

Đối với các công trình đặc biệt như phòng mổ, các loại phòng sạch... chúng ta luôn có guideline để lựa chọn loại lọc phù hợp vì ở những không gian đó ta biết chắc chắn sẽ có loại chất thải gì và cần lọc loại gì để đáp ứng chất lượng không khí như mong muốn. Trong bảng phía trên là một ví dụ để hướng dẫn chọn loại lọc cụ thể cho những không gian này.

Các nhà máy chuyên nghiệp như Unilever, Samsung... sẽ có quá trình commisioning ở chính nhà máy đã xây dựng và đưa ra chi tiết về yêu cầu trong chính design guidle của nhà máy để các đơn vị tư vấn thiết kế / thầu thi công làm theo khi thiết kế nhà máy mới.

2 - Nhiệt độ và áp suất làm việc:

Nhiệt độ cao sẽ làm hư hại lọc, do đó nên chọn loại lọc có nhiệt độ làm việc phù hơp. Thực tế thì đối với điều hòa dân dụng, chúng ta không cần quan tâm lắm tới giá trị này vì ở VN chỉ là làm mát không khí, chỉ những hệ thống công nghiệp đặc thù mới cần thiết quan tâm tới nhiệt độ dòng khí đi qua lọc.

Tấm lọc về cơ bản là những sợi nhỏ được bện lại với nhau trừ ra những khoảng trống nhỏ cho không khí đi qua, nên nếu áp suất hoạt động của hệ thống quá cao sẽ ảnh hưởng tới cấu trúc của những sợi lọc và làm giảm hiệu quả lọc, thậm chí làm lọc hư hại. Do đó, cần đảm bảo áp suất hoạt động của lọc phù hợp với áp suất hoạt động của hệ thống.

3 - Vận tốc gió bề mặt của lọc:

Bảng vận tốc gió trên bề mặt lọc - VAF Filter

Mỗi loại lọc sẽ có khuyến nghị một khoảng vận tốc gió ở bề mặt lọc khác nhau và thường nằm trong khoảng 1 - 3m/s (đây chỉ là con số thông thường, thực tế cần xem xét catalog thiết bị của nhà sản xuất).

Do vận tốc gió đi qua lọc thấp như vậy nên hệ quả là đường ống ở nơi gắn lọc sẽ to ra, gây ảnh hưởng tới quá trình xử lý va chạm và lắp đặt.

Sẽ ra sao nếu cố tình cho gió đi qua lọc nhanh hơn vận tốc khuyến nghị? Có 3 vấn đề sẽ xảy ra:

Tuổi thọ lọc bị giảm.

Tổn thất áp suất tăng.

Lọc hoạt động không hiệu quả và để lọt nhiều hạt nhỏ đi qua nó hơn.

Tác động của Air Filter tới hệ thống:

Tác động tích cực:

Nâng cao chất lượng không khí trong không gian điều hoà. Và bảo vệ sức khỏe cho con người.

Góp phần tăng tuổi thọ thiết bị.

Góp phần giảm ồn.

Tác động tiêu cực:

Làm gia tăng trở lực trên hệ thống đường ống, cột áp quạt thông thường sẽ tăng 100-200 Pa cho mỗi lớp lọc.

Đặc biệt khi lọc bị bẩn tới một mức độ nhất định sẽ làm gia tăng trở lực lên rất lớn khiến hệ thống hoạt động không hiệu quả và có thể trực tiếp làm giảm công suất lạnh của hệ thống. Do đó, cần kiểm tra đồng hồ chênh áp để xem lọc đã tới lúc thay chưa.

Ở cá biệt một số vị trí, lọc bẩn có thể là nguyên nhân gây ra hiện tượng đọng sương.

Chi phí cho lọc khí trong hệ thống HVAC: Lọc khí là một loại thiết bị đặc biệt, mặc dù giá chi phí dành cho lọc khí trong một dự án thông thường thấp hơn nhiều so với các loại vật tư - thiết bị khác. Nhưng, phần lớn lọc khí thuộc loại dùng 1 lần nên cần mua mới thường xuyên. Chi phí cho cả vòng đời của hệ thống lọc bao gồm rất nhiều yếu tố, có thể kể tới:

Chi phí mua mới ban đầu.

Chi phí bảo dưỡng, thay tấm lọc.

Chi phí gián tiếp của hệ thống lọc lên hệ thống ống gió:

Kích thước đường ống/ hộp lọc.

Chọn mua quạt.

Điện năng tiêu tốn ở quạt.>

Do đó, chi phí dành cho lọc khí khá là lớn trong vòng đời dự án. Đặc biệt với các công trình đặc thù như bệnh viện thì chi phí dành cho việc thay lọc khí là rất cao.

Có 2 phương pháp làm giảm khá thành cho hệ thống lọc:

1 - Thiết kế hợp lý:

Cách thứ nhất: sử dụng lọc thô (Pre-filter):

Thông thường, phương pháp sử dụng lọc thô (pre-filter) gắn vào phần đầu hệ thống lấy gió vào sẽ góp phần bảo vệ lớp lọc tinh (fine-filter/ final filter, thường là các loại lọc mắc tiền hơn), từ đó giúp cho vòng đời của lọc tinh dài hơn và tiết kiệm chi phí thay lọc cũng như phí bảo trì.

Thêm vào đó, chúng ta cũng có thể gắn những tấm lưới chắn côn trùng ở cửa lấy gió nhằm bảo vệ cho tấm lọc thô.

Nhưng không phải lúc nào chia ra thành lọc thô - lọc tinh cũng tốt vì:

Tấm lọc góp phần gia tăng trở lực trên đường ống, kéo theo đó là cột áp quạt phải cao hơn => hệ thống hoạt động tốn điện nhiều hơn, chưa kể tới giá tiền của quạt có thể cao hơn do cột áp cao hơn.

Vận tốc gió ở tấm lọc phải đảm bảo đủ nhỏ nhằm đảm bảo hoạt động của lọc ổn định => kích thước đường ống ở khu vực này tăng lên, có thể sẽ gây khó khăn cho việc lắp đặt.

Cách thứ 2: chọn loại lọc phù hợp

Chúng ta có loại lọc disposal và washable. Do đó nên có thể xem xét chọn lựa hợp lý, washable có thể đắt hơn disposal nhưng bù lại là khả năng tái sử dụng, nên xét trên vòng đời của cả dự án thì bên nào có lợi hơn.

Cách thứ 3: chọn lọc có sức thời gian sử dụng dài hơn.

Thông thường, tổn thất áp suất của ban đầu của lọc là 10-75 Pa. Theo thời gian, các lỗ trống bị chất bẩn lấp đầy và làm gia tăng trở lực ở lọc. Tới khi giá trị này đạt tới giới hạn khuyến nghị của nhà sản xuất lọc thì cần vệ sinh hoặc thay thế lọc mới.

Nhìn lại vào hình trên (catalog lọc VAF) chúng ta thấy cột "độ tổn thất áp suất cuối khuyến nghị", đây là chỉ số tổn thất áp suất tối đa của lọc. Khi lọc bẩn tới mức này thì cần phải thay mới. Trong catalog phía trên, độ "độ tổn thất áp suất cuối khuyến nghị" của lọc là 250 Pa. Nhưng cũng có những loại lọc chỉ có "độ tổn thất áp suất cuối khuyến nghị" là 120 Pa. Và như vậy thì vòng đời của loại lọc thứ 2 chỉ ngắn bằng một nửa của loại 1.

Nhưng cái gì cũng có 2 mặt, cần xem xét mức tổn thất đó có ảnh hưởng tới việc chọn quạt và hoạt động của quạt hay không.

VD: quạt có cột áp tĩnh tối đa là 600Pa nhưng thực tế thì tổn thất áp của toàn bộ hệ thống đường ống đó chỉ là 300Pa thì có thể xem xét loại lọc có mức tổn thất áp suất tối đa cao hơn vì không cần thay loại quạt khác.

2 - Chọn nhà cung cấp lọc giá rẻ:

Không phải cứ thương hiệu lớn là lọc sẽ tốt hơn, nên nhiều chủ đầu tư - nhà thầu có thể lựa chọn các thương hiệu lọc giá rẻ để giảm chi phí cho dự án.

Tuy nhiên, lọc giá rẻ không đảm bảo sẽ làm cho hệ thống hoạt động kém hiệu quả từ đó làm gia tăng chi phí vận hành và bảo trì hệ thống nhiều. Lọc giá rẻ cũng chia làm 2 loại:

Rẻ cả tiền lẫn "rẻ" cả chất lượng. Không cần nói cũng biết, các loại lọc này chắc chắn "hồ cẩm đào".

Loại rẻ thứ 2 nằm là do thương hiệu chưa nổi tiếng.

Sử dụng lọc rẻ "hồ cẩm đào" sẽ giúp cho chi phí ban đầu của dự án thấp hơn 1 chút nhưng chi phí vận hành lại không hề rẻ. Sử dụng những loại lọc này có thể khiến dự án chịu một số rủi ro nhất định:

Vật liệu lọc chưa chắc là loại vật liệu sạch, có thể tấm lọc sẽ lọc bụi nhưng lại thải ra một số thứ khác vô hình vào trong nhà.

Chất lượng tấm lọc không tốt thì vòng đời của lọc sẽ ngắn hơn, đặc biệt khi hoạt động ở áp suất cao. Thế nên chi phí bảo trì và thay mới tốn kém.

Đồ "ngon, bổ, rẻ" cũng có nhưng rất hiếm và thường có số lượng không nhiều. Nhưng đã "rất rẻ"lại còn tràn lan thì sẽ không còn ngon và bổ nữa.

Nhưng theo mình biết thì có 1 thương hiệu lọc nội địa Việt Nam được châu Âu, châu Mỹ mua về dùng nhưng ở VN lại ít người biết tới.Theo mình được biết, hãng lọc này cung cấp lọc cho các đối tác lớn như Samsung, Cocacola, First Solar, Unilever... nên chất lượng thì khỏi phải bàn.