ISO 16890

Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik

0. Kurzinformation

Die neue Prüfnorm ISO 16890 zur Filterprüfung und -klassifizierung liegt derzeit im Entwurf vor. Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Norm Ende 2016 gültigen Status erreicht. Die ISO 16890 wird mittelfristig die EN779 ersetzten. Eine wesentliche Neuerung besteht darin, dass die Filterwirkungsrade in Relation zu der von WHO bzw. Umweltbehörden verwendeten Feinstaubklassen PM1, PM2,5 sowie PM10 bestimmt werden. Ebenso gibt es Änderungen bei den zu verwendenden Prüfaerosolen, Prüfstäuben und dem elektrostatischen Endladungsprozess. Die Definition des Feinstaubs geht auf den in den USA 1987 eingeführten National-Air-Qality standard der EPA Umweltschutzbehörde. Die Abkürzung PM steht für Particulate Matter (Aerosol / Schwebstoff).

Die Filterklassengruppen ISO ePM1, ISO ePM2,5, ISO ePM10 sowie Grobstaub mit ISO coarse ersetzten damit in absehbarer Zeit die bisherigen Filterklassen G1 bis F9. Betreiber und Planer von RLT Anlagen wie z.b. bei Krankenhäusern, Flughäfen, Messegebäuden, Schwimmhallen, Bildungs- oder Einkaufszentren können mit der neuen Prüfnorm und deren Klassifizierungssystem wesentlich einfacher als mit der EN 779:2012 bedarfsgerechte Filterlösungen auswählen. Das neue Prüfungs- und Klassifizierungsverfahrender wird das Abscheideverhalten hinsichtlich aller in der Außenluft vorkommenden Partikelgrößen zwischen 0,3 und 10 µm ermittelt statt wie bisher ausschließlich mit Partikel der Größe 0,4µm. Damit orientiert sich die Norm stärker an den realen Einsatzbedingungen. Der Abscheidegrad von Feinstaubfiltern wird dann ohne voherige Staubaufgabe ermittelt. Somit entfällt die problematische Abhängigkeit der Filtereffizienz von einem synthetischen Prüfstaub und ist als Leistungswert deutlich verlässlicher als die Effizienzangabe gem. EN779.

Bei der Auswahl von Filtern in Bezug auf die gewünschte Luftqualität ist die neue Gruppeneinteilung deutlich anwenderfreundlicher. Es gibt vier Filtergruppen für die eine Ausweispflicht mit der prozentualen Abscheidelistung des Filters im zugehörigen Spektrum gegeben ist. Die Plasse ISO ePM1 75% weist eine Abscheideeffizienz (e) gegenüber Partikeln ≤ 1 µm von min. 75% auf. Filter deren Abscheideleistung geringer als 50% bei PM10 liegt werden den Grobstaubfiltern ISO coarse zugewiesen.

Klasse Effizienzbereich Beispielpartikel / Feinstaub
ISO ePM1 ePM1,min >= 50% Viren, Bakterien, Nanopartikel, Ruß (v. fossilen Brenstoffen), Seesalz, Ölnebel
ISO ePM2,5 ePM2.5,min >= 50% Bakterien, Pilz- & Schimmelsporen, Pollen, Tonerstaub
ISO ePM10 ePM10 >= 50% Pollen, Gesteinsstaub, Stäube v. Feldbewirtschaftung
ISO Coarse ePM10 <50% Sand, Flusen, Flugsämlinge, Haare etc.

 


 

1. Einleitung

Bereits vor den 1990er Jahren wurde zunehmen damit begonnen, Weltweit regelmäßig die Feinstaubbelastungen zu messen. Landesumweltämter, das Umweltbundesamt sowie die WHO veröffentlichen nunmehr regelmäßig die lokalen Belastungswerte mit den Partikelspektren PM1, PM2,5 sowie PM10 (im Folgenden PMx) Diese Messgrößen lassen sich jedoch mit dem derzeitig gültigem Standard für die Filterklassifizierung EN779 nicht, oder nur Umständlich in Bezug setzten. Bei der Filterklassifizierung gemäß EN 779 wird zum einen der Abscheidegrad von Grobstaubfiltern mit einem definiertem Prüfstaub (ASHRAE) gravimetrisch bestimmt. Bei Feinstaubfiltern (Gruppe M und F) wird zudem die Effektivität des Filters gegenüber der Partikelgröße 0,4 µm gemessen. Ein Grund für die Entwicklung der ISO 16890 ist es, den Bezug von Filterwirksamkeit zu Umweltfeinstaubmesswerten zu erreichen. Die wesentliche Aspekte der Norm (gem. derzeitigem Stand)  werden im Folgenden beschrieben.

2. Neue Filterklassen der ISO 16890

Die ISO 16890 "Air filters for general ventilation" besteht  derzeit aus vier Blättern:


ISO 16890-1: Technical specifications, requirements and efficiency classification sys-tem based upon Particulate Matter (PM)
(Anm. Teil 1: "System für die technische Spezifikationen, Voraussetzungen und Effizienzklassen basierend auf der Schwebstoffen")
Dieser Abschnitt behandelt das Effizienzklassifizierungssystem für Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik basierend auf Feinstaub (PM). Zudem wird ein Überblick über die Prüfverfahren gegeben und die allgemeinen Anforderungen für die Bewertung und Kennzeichnung der Filter beschrieben. Ebenso wird die die Dokumentation der Prüfergebnisse festgelegt.

ISO 16890-2: Measurement of fractional efficiency and air flow resistance
(Anm. Teil 2: "Messung der Fraktionsabscheidegrade und des Durchflusswiderstandes")
Dieser Abschnitt bestimmt die Aerosolherstellung, Prüfmittel und Prüfverfahren, die zur Ermittlung des Fraktionsabscheidegrads und des Durchflusswiderstands eines Luftfilters für die allgemeine Raumtechnik verwendet werden.

ISO 16890-3: Determintion of the arrestance and the air flow resistance versus the mass of test dust captured
(Anm. Teil 3:"Bestimmung des Abscheidegrades und des Durchflusswiederstandes bei Aufgabe von Prüfstaub")
Dieser Abschnitt beschreibt das Verfahren zur Ermittlung des gravimetrischen Wirkungsgrades und des Durchflusswiderstandes für gegebene Luftreinigungseinrichtungen. Nach der Ermittlung des Anfangswirkungsgrades und der Abscheidegrades im konditionierten Zustand wird das Filterelement mit synthetischem Prüfstaub bis zum Erreichen der Endprüfdruckdifferenz beladen. Zur Ermittlung der Staubspeicherfähigkeit werden während der Prüfung die Druckverlustkurve im Vergleich zur Staubbeladung aufgezeichnet.

ISO 16890-4: Conditioning method to determine the minimum fractional efficiency.
(Anm. Teil 3:"Konditionierungsmethoden zur Ermittlung des minimalen Fraktionsabscheidegrades")
Dieser Abschnitt beschreibt ein Verfahren, welches zur künstlichen Alterung (Staubbeladung) von Filtern und möglichen Reduzierung des Fraktionsabscheidegrad von elektrostatisch und aufgeladenen und nicht aufgeladenen Filtermedien geeignet ist. Dieses Konditionierungsverfahren ist  nur anwendbar auf Luftfilter deren Baumaß der vollen Baugröße gemäß EN 15805 (Partikel-Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik - Standardisierte Abmessungen) Abschnitt 4 entsprechen. Das Verfahren ist ungeachtet des im Filter verwendeten Medientypes (z.B. Glasfaser oder Synthetik) anzuwenden. Das Konditionierungsverfahren sieht die Beaufschlagung des montierten Filters mit Isopropanoldampf (IPA) gesättigter Luft für eine festgelegte Dauer vor. Dieser Normteil beschreibt ausschließlich die Prüfapparatur und die notwendige Ausrüstung.

Die derzeit gültige EN779:2012 klassifiziert Luftfilter entsprechend Abscheidegrad gegenüber synthetischem Prüfstaub (ASHRAE) für Grobstaubfilter der Klassengruppe G. Bei Feinstaubfiltern der Klassengruppen M und F wird zudem die Effektivitätszunahme bei der Staubbeladung gegenüber der Partikelgröße 0,4 µm (DEHS) gemessen und gemittelt. Darüber hinaus gilt für Filter der Klassengruppe F ein entsprechender Mindestwirkungsgrad. Für die Ermittlung des Mindestwirkungsgrades wird bei einer Medienprobe die potentielle Elektrostatik mittels IPA Bad entladen um den rein mechanischen Wirkungsgrad  im Eingangszustand zu ermitteln. Es wird also bei der EN779 nicht der Prüfling sondern nur eine Medienprobe auf den Mindestabscheidegrad untersucht.

Bei der ISO 16890 wird der Prüfablauf und die Messerhebung bei der Filterprüfung vergleichbar zur EN779 sein. Jedoch wird die Klassifizierung nicht mittels Effizienzmessung gegenüber einer einzigen Partikelgröße (0,4µm) sondern gegenüber den Feinstaubspektren PMx erhoben. Für die Klassifizierung werden neben der Partikelgrößenverteilung in Roh- und Reingas auch die Fraktionsabscheidegrade  (Effizenzwert E) gemäß der ISO DIS 16890 angewendet.

Die Terminologie der ISO 16890 beinhaltet:

Metrik Beschreibung
di Untere Grenze des Partikeldurchmessers in der Größenklasse i in µm
di+1 Obere Grenze des Partikeldurchmessers in der Größenklasse i in µm
dl
Geometrischer Mittelwert der Partikeldurchmesser der Größenklasse i in µm
Δdi Breite der Größenklasse i in µm
Ei Anfangswirkungsgrad des unbehandelten Filterelements für die Größenklasse i in %
ED,i Anfangswirkungsgrad des mit Isopropanol entladenen Filters für die Größenklasse i in %
EA,i Arithmetischer Mittelwert aus Ei und ED,i

Im Entwurf der ISO DIS 16980 werden die Filter gemäß Ihren Wirkungsgraden gegenüber den Partikelspektren PMx gruppiert (siehe Tabelle Klasseneinteilung gem. ISO 16890). Die Partikelspektren beinhalten jeweils alle gemessenen Partikel deren Größe kleiner oder gleich 1, 2,5, oder 10 µm ist. Die kleinste gemessene Fraktionsgröße ist hierbei 0,3µm.

Klasseneinteilung gem. ISO 16890

Gruppe Anforderungsmerkmal Klassifi-zierungs-
wert
Emin
(ePM1)
E
(ePM1)
Emin
(ePM2,5)
E
(ePM2,5)
E
(ePM10)
ISO Coarse - - - - <50% ges. Wirkungsgrad
ISO ePM10 - - - - >=50% E(ePM10)
ISO ePM2,5 - - >=50% >=50% - E(ePM2,5)
ISO ePM1 >=50% >=50% - - - E(ePM1)

Die Klassifizierung gemäß ePMx ergeben sich aus den gemittelten Wirkungsgraden. Diese ergeben sich aus den Einzelwerten EA.I sowie Emin(ePMx). Emin wird im elektrostatisch entladenen Zustand (mittels Isopropanolgasgemisch) des Filtermediums (Ep,i) gemessen.

Für die Bestimmung von Emin(ePM1) und E(ePM1) werden alle Größenklassen von 0,3µm bis einschließlich 1µm herangezogen. Dementsprechend sind die Spektren für PM2,5 und PM10 je 0,3 - 2,5 µm bzw. 0,3 - 10 µm. Für alle Messwerte des Protokolls werden nur die Leistungsdaten des unbestaubten Filtermediums betrachtet. Somit wird das Klassifizierungmodell der ISO 16890 um Unterschied zur EN 779 nur Anfangswerte angeben und bewerten. Bei der EN779 wird die Effizienz des Filters bei den Klassengruppen M und F als Mittelwert über die Staubbeladung bis zum Filterwiderstand 450 Pa bei Nennvolumenstrom angegeben. Die ISO 16890 wird damit keine Informationen zum Verhalten der Effizienz bei Staubbeladung angeben.

Für die Filterprüfprotokolle gem. ISO 16890 sind alle in der Tabelle Klasseneinteilung gem. ISO 16890 aufgeführten Wirkungsgrade mit den Messwerten-E(ePMx) angegeben. Diese sind in 5-er Pentaden gerastert. Die Messwerte werden hierfür abgerundet und die Filterklasse ergibt sich aus der entsprechenden Einordnung.

Hier ein Beispiel für Klassifizierung G4, F7 sowie F9 Filter:

Filterklasse EN779
(Beispiel)
G4 F7 F9
Emin(ePM1) [%] 4 42 87
E (ePM1) [%] 6 64 89
Emin(PM2,5) [%] 36 51 94
E (PM2,5) [%] 38 89 96
E (PM10) [%] 48 97 98
A (Coarse) [%] 94 - -
Filtereffizienzen   ISO Coarse 90%
ISO 48% PM10
ISO 35% PM2,5
ISO 0% PM1
ISO 95% PM10
ISO 85% PM2,5
ISO 50% PM1
ISO 95% PM10
ISO 95% PM2,5
ISO 94% PM1
Klassifizierung gem. ISO 16890   ISO Coarse 90% ISO 85% PM2,5 ISO 90% PM1

Die eindeutige Klassifizierung der Filter im Geltungsbereich der Norm ist über die Metrik des Prüfprotolls eindeutig. Es werden die Mittelwerte vom Wirkungsgrad des Prüflings im Lieferzustand sowie im elektrostatisch entladenen Zustand ermittelt und auf die nächstliegende Pentade abgerundet.

Der EN779 F7 Filter im Beispiel erfüllt die Minimalanforderungen der Klasse ISO ePM1 und kann mit 50% klassifiziert werden. Der Hersteller kann sich entscheiden, den höheren Wert für die ISO ePM2,5 als führendes Leistungskriterium zu wählen. Der F9 Filter hingegen weist eine Effizienz gegenüber PM1 von >50% auf und wird deshalb gem ISO ePM1 klassifiziert. Der G4 Filter mit einem ePM10 Wert von 48% fällt somit in die ISO Coarse Klasse.

3. Neue Prüfbedingungen

Messungen gemäß EN 779 wird mit Prüfstaub gem. ASHRAE 52.2 der Wirkungsgrad sowie das Staubspeichervermögen bestimmt. Der ASHRAE Prüfstaub besteht aus 72% ISO 12103-1, A2 Fine Test Dust, 23% Carbon Black (Farbruß) und 5% gemahlenen Baumwollfasern. Dieser Prüfstaub ist umstritten, da dessen spezifisches Gewicht trotz genormter Zusammensetzung je nach Bezugsquelle stark schwanken kann. Mithin können die Messergebnisse in Bezug auf die Staubaufnahmekapaziztät schwanken oder sogar gezielt beeinflusst werden.
Das Eingesetzte Prüfaerosol DEHS ist für Messungen des submikronen Spektrums hervorragend geeignet. Jedoch lassen sich damit nicht hinreichend hohe Partikelkonzentrationen erzeugen um auch sinvoll Effizienzen gegenüber Partikeln im Mikrometerbereich messen zu können. Die EN779:2012 sieht eine elektrostatische Entladung zur Bestimmung der rein mechanischen Filterwirkung als Mindestleistungskriterium (Mindesteffizient M.E. gegenüber 0,4 µm) für Filter der Gruppe F vor. Die Entladung wird gem. EN779:2012 jedoch an einem Filtermedienausschnitt mittels Tauchbad in Isopropanol und nach Trocknungsphase anschließend an einer Flachprobe vollzogen. Es wird demzufolge also nicht der Prüfling sondern nur eine Filtermedienprobe auf die Filtereffizienz im entladenden Zustand getestet.

Bei der ISO 16890 ist A2 Fine Prüfstaub (gem. ISO 12103) zur Bestimmung des Wirkungsgrades (gravimetrisch) vorgesehen. Dieser Prüfstaub besteht zu >97% aus Siliziumoxid (Quarz) mit anderen Oxiden. Das spezifische Gewicht des Staubes ist deutlich höher als dass des problematischen ASHARE Staubes, welcher bei der neuen Norm keine Verwendung mehr findet.
Die Effizient gegenüber Partikeln wird bis 1µm mit DEHS Aerosol gemessen. Für die Messbereiche PM2,5 und PM10 wird hingegen KCL-Aerosol verwendet. Somit ist sichergestellt, dass in den Messbereichen von Partikeln >1µm jeweils genügend hohe Partikelkonzentration für eine vertrauenswürdige Messung vorhanden sind.
Im Gegensatz zur EN779 wird die elektrostatische Entladung bei der ISO 16890 klar definiert und sieht vor, den vollständigen Prüfling zu entladen. Dies soll nicht mehr mittels eines Tauchbades vollzogen werden sondern in einer Kammer deren Atmosphäre mit Isopropanol gesättigt ist. Der Prüfling wird für vier Stunden dieser Atmosphäre ausgesetzt um elektrostatische Ladung im Filtermedium zu vernichten. Somit wird bezieht sich die vollständige Prüfung, anders als bei der EN779 auf einen entladenen Prüfling und nicht nur auf die Effizienzmessung zur Bestimmung des Mindestabscheidegrades anhand einer Medienprobe.

4. Folgen der Einführung

Im Zuge der Normeinführung werden sich Änderungen für andere Regelwerke ergeben. Dies betrifft z.B. die VDI 6022 welche z.B. Filter der Klassen M5, F7 bzw. F9 EN779 für RLT-Anlagen zur Aufrechterhaltung der Hygiene vorsieht. Ebenso wird die EN 13779 für die Auslegung von Lüftungsanlagen für Nichtwohngebäude betroffen wie z.B. die betroffen sein. Diese Norm empfiehlt den Einsatz verschiedener Filterklassen gem. EN779 in Abhängigkeit von Außenluftqualität (Klassen ODA1 bis ODA3) und der angestrebten Innenluftqualität (Klassen IDA1 bis IDA4). Für diese wie auch andere Standards sind somit erhebliche Änderungen zu erwarten, da die Filterklassifizierungen der ISO 16890 weit mehr Klassifizierungsmöglichkeiten bieten.
Ebenso ist eine vollständige Überarbeitung der Energieklassifizierungsmodelle (z.B. Eurovent 4/21 notwendig. Die Energieklassifizierung dürfte aufgrund der differenzierteren Filterklassen um einiges komplexer werden. Ebenso sollte die Änderung des Prüfstaubes Einfluss auf die Betrachtung der Standzeiten haben.

5. Orientierung zu EN 779?

Eine einfache 'Übersetzung' der Klassen ISO 16890 zu EN779 scheitert an den sehr unterschiedlichen Mess- und Bewertungsverfahren. Ein normierter Schlüssel exsistiert bisher nicht. Als Orientierungshilfe bieten wir vorerst folgende Übersetzungstabelle an:

Klasse ISO ePM1 ISO ePM2,5 ISO ePM10 ISO Coarse
G3 - - - >80
G4 - - - >90%
M5 - - > 50% -
M6 - 50 - 65% > 60% -
F7 50 - 65 % 65 - 80% >85% -
F8 65 - 80 % >80 % >90% -
F9 >80 % >95 % >95% -

Die Angaben dieser Tabelle erheben nicht den Anspruch einer Allgemeinverbindlichkeit.