Przyczyn rosnącego popytu na układy filtracji powietrza, który obserwujemy w ostatnim czasie, można upatrywać w podwyższonej trosce o zdrowie, a także w ciągle zwiększającym się zanieczyszczeniu powietrza. Stale wzrastające zapylenie powietrza zewnętrznego zmusza do poszukiwania coraz skuteczniejszych i niezawodnych metod filtracji, dodatkowo o możliwie niskim oporze przepływu powietrza. W niniejszym artykule skupiono się na omówieniu metod filtracji i urządzeń oczyszczających powietrze dla celów wentylacyjno-klimatyzacyjnych.



Zanieczyszczenie powietrza
Zapewnienie odpowiedniej czystości powietrza jest istotne zarówno ze względów technologicznych (przemysł elektroniczny, optyka, farmakologia), jak również z uwagi na konieczność zachowania odpowiedniego komfortu w pomieszczeniach biurowych i mieszkalnych, biorąc pod uwagę subiektywne odczucia przebywających w nich ludzi. Pyłki, alergeny i kurz dostają się do naszych domów i mieszkań szczególnie w okresie grzewczym i poprzez ciągłą cyrkulację powietrza wpływają negatywnie na zdrowie człowieka.
Osobną, godną poruszenia kwestią przy okazji analizy skutków zanieczyszczenia powietrza jest negatywny wpływ kurzu i różnych aerozoli na niezawodne funkcjonowanie części elektronicznych. Wysokie koszty zakupu sprzętu komputerowego, będącego już dzisiaj niezbędnym wyposażeniem biur i mieszkań, wymusza zapewnienie im prawidłowych warunków funkcjonowania, do których należy również odpowiednia jakość powietrza.
Pyłki i kurz. W budynkach mieszkalnych problem zanieczyszczenia powietrza pyłkami oraz kurzem jest szczególnie zauważalny w sypialniach, które są idealnym miejscem do egzystencji roztoczy. Miejscem zagnieżdżenia się ich są głównie materace, kołdry, zasłony oraz podłogi z wykładzin syntetycznych. Nie należy lekceważyć również negatywnego wpływu środowiska na naszą skórę, której zdrowy wygląd jest w znacznej mierze uzależniony od jakości powietrza w naszym najbliższym otoczeniu. Kurz, oprócz substancji szkodliwych, jest przez nas wdychany i dociera także do przewodu pokarmowego i żołądka, może powodować zakażenie dróg oddechowych i przewodu pokarmowego.
Zawartość pyłu staje się szczególnie zauważalna w czasie okresu grzewczego, gdy na powierzchni grzejników następuje jego rozkład na różne związki źle wpływające na samopoczucie człowieka. Widoczne jest to w salach zebrań (zawartość pyłu w tych pomieszczeniach jest o wiele większa niż w mieszkaniach), gdzie często odczuwa się podrażnienie błon śluzowych gardła i nosa.

Dym tytoniowy.
Jakość powietrza w pomieszczeniach pogarsza znacznie dym tytoniowy, który zawiera dużą ilość gazów i par oraz cząstek ciekłych i stałych. Niepalący odczuwają drażniące działanie dymu tytoniowego na błony śluzowe i drogi oddechowe, natomiast u dzieci i osób chorych dym utrudnia oddychanie. Na szkodliwe oddziaływanie dymu tytoniowego narażeni są pracownicy restauracji, kawiarni, dyskotek itp. Należy też nadmienić, że na odczuwanie zapachów wpływa także wilgotność powietrza.



Bakterie.
Najpowszechniej spotykanymi zanieczyszczeniami organicznymi są bakterie (0,2-5,0 µm3), przenoszone głównie na powierzchni cząstek pyłu, dlatego tak ważne jest odpylanie powietrza, które bezpośrednio wpływa na poprawę warunków bakteriologicznych w pomieszczeniu.

Wirusy
ze względu na swoje małe rozmiary (ø<1 mm) stanowią poważny problem dla systemów zapewnienia właściwej czystości w pomieszczeniu. Niektóre wirusy przenoszone są na kropelkach cieczy zawieszonych w powietrzu, ulegają rozpowszechnieniu w całej kubaturze pomieszczenia poprzez naturalną cyrkulację powietrza.

Filtracja powietrza

Filtry powietrza są urządzeniami, których zadaniem jest wychwycenie i oddzielenie od powietrza znajdujących się w nim zanieczyszczeń stałych i gazowych:
• zanieczyszczenia stałe występujące w powietrzu atmosferycznym są cząstkami o różnej wielkości, z różnych materiałów. Cząstki te tworzą rozdrobnioną mieszaninę, a ich wymiary zawierają się w przybliżeniu między 0,001 a 500 µm. Do oddzielenia cząstek o tak szerokim zakresie wymiarów można wykorzystać różne efekty fizyczne (patrz ramka poniżej),
• zanieczyszczenia gazowe oddziela się chemicznymi lub fizycznymi metodami sorpcji, w których substancje szkodliwe wiążą się z sorbentami.
Powietrze w stanie naturalnym wykazuje stężenie zanieczyszczeń pomiędzy 0,05 a 3,0 mg/m3. W przemyśle uzasadnione ekonomicznie jest stosowanie filtrów powietrznych usuwających zanieczyszczenia o stężeniach do ok. 20 mg/m3.

Filtracja prosta

Jednym z ciekawszych systemów filtracji, polegającym na swobodnym przepływie ogrzanych mas powietrza przez maty filtracyjne, jest układ filtracji prostej. Ogrzane przez grzejniki powietrze staje się lżejsze, w wyniku czego unosi się w górę (konwekcja ciepła) z prędkością mierzoną nad konwektorami w zakresie 5-30 cm/s. W pomieszczeniu zamkniętym, przy braku zakłóceń przepływu powietrza, ciepłe powietrze unoszące się w górę jest uzupełniane zimnym, które napływa wzdłuż podłogi do grzejnika. Wykorzystując to naturalne zjawisko, będące bezpłatnym „wentylatorem” przetłaczającym w ciągu godziny znaczne ilości powietrza, oszczędza się energię elektryczną, której pobór w układach filtracji wymuszonej pracą wentylatora spiętrzającego jest znaczny. Zamocowany na grzejniku filtr powietrza zatrzymuje znajdujące się w powietrzu zanieczyszczenia, poprawiając jakość powietrza w pomieszczeniu, oraz przeciwdziała powstawaniu ciemnych smug na ścianie nad grzejnikiem. Należy jednak zaznaczyć, iż w przypadku gdy warunki wewnętrzne ulegają ciągłej zmianie (przemieszczanie się osób, zwyczaje domowników itp.), proces cyrkulacyjnej filtracji ulega częściowemu osłabieniu (nie obejmując wszystkich części pomieszczenia), aż do chwili ponownej stabilizacji tychże warunków.

Konstrukcja filtrów

Na rynku występuje bardzo duża liczba filtrów o różnorodnych konstrukcjach. Przegląd różnych pojęć stosowanych w odniesieniu do filtrów i odnoszących się do materiałów, sposobów zabudowy, użytkowania, klasy filtrów i rodzaju pracy przedstawiono w tabeli 2. Natomiast w tabeli 3 zawarto zbiorcze zestawienie różnych klas filtrów, uwzględniające dokładność oczyszczania oraz skuteczność filtracji dla różnych zanieczyszczeń.


Filtry włókninowe

Środkiem filtrującym w tego typu filtrach, wykonywanych w różnych kształtach, jest włóknina z włókien różnych materiałów, takich jak szkło, plastik, tworzywa naturalne, metale itp.
Oferowane kształty filtrów uwzględniają materiał oraz obszar zastosowań. Jako generalne, podstawowe wymagania przyjmuje się długi czas pracy i małe różnice ciśnień. Takie własności osiąga się przez umieszczenie w jednym filtrze możliwie dużej powierzchni filtrującej. Włókniny dla filtrów zgrubnych i dokładnych są grubsze i wykazują mniejsze różnice ciśnień niż włókniny filtrów bardzo dokładnych i zawiesinowych.
Typowe kształty tych filtrów to płaskie działki filtrowe, w których mata filtracyjna o łącznej grubości 50 mm, wewnątrz kartonowej ramki, jest utrzymywana przez perforowaną blachę lub tekturę. W innym wykonaniu mata filtracyjna jest pozaginana zygzakowato i umieszczona w odstępach utrzymywanych przez wsporniki dystansowe z papieru, tworzywa sztucznego lub innych materiałów.
Najbardziej rozpowszechnioną konstrukcją tych filtrów jest filtr workowy, mający dużą zdolność magazynowania pyłu i małe wymiary (stosowane materiały to włókniny z tworzyw sztucznych lub szkła, we wszystkich klasach jakości filtrów).
Specjalnym wykonaniem filtrów workowych są maty filtracyjne, które dzięki doborowi odpowiednich materiałów (włókna z tworzyw sztucznych) można myć wodą. Maty takie mogą byś samonośne (sztywne) albo rozpinane w ramach.
Szczególne miejsce wśród filtrów włókninowych zajmują filtry do oddzielania pyłów najdrobniejszych lub zawiesin. Stosowanym środkiem filtrującym jest włóknina z mikrowłókien szkła, tworzyw sztucznych, celulozy, minerałów, tlenków metali lub metali. Włóknina jest składana w harmonijkę i umieszczana w ramie.
Takie filtry stosuje się w miejscach, gdzie chodzi o wysoką skuteczność odpylania, jako końcowe stopnie filtrów oddzielających nawet najdrobniejsze cząsteczki pyłu (w laboratoriach, salach operacyjnych szpitali, pomieszczeniach o wysokim stopniu czystości, w przemyśle ó elektronika, farmacja). Przy optymalnym wykorzystaniu należy przed tymi filtrami montować filtry zgrubne i dokładne.
Początkowa różnica ciśnień przy znamionowym strumieniu objętościowym wynosi 250 Pa i silnie wzrasta podczas pracy. Zalecana końcowa różnica ciśnień to 1000 Pa.
Przy wymaganej dużej skuteczności odpylania stosuje się wysokiej jakości elementy filtrujące zawiesinowe, nadające się do oddzielania płynów i zawiesin o wymiarach cząsteczek poniżej 0,5 mm, mianowicie do płynów radioaktywnych, bakterii, wirusów, aerozoli itp. Stosuje się je najczęściej jako końcowe stopnie filtrów kilkustopniowych do celów przemysłowych, przy produkcji bardzo wrażliwej na zanieczyszczenia, w laboratoriach, salach operacyjnych i siłowniach jądrowych, laboratoriach izotopowych i pomieszczeniach reaktorów, a także w zakładach farmaceutycznych. Bezwarunkowo konieczne są poprzedzające filtry zgrubne i dokładne w celu zatrzymywania większych i drobnych cząsteczek pyłu. Wytwarza się je w pojedynczych ramach. Stosowany materiał to mikrowłóknina ze szkła, celulozy, papieru i mieszanin tych składników.
Tabela 3. Zestawienie różnych klas filtrów, uwzględniające dokładność czyszczenia oraz skuteczność filtracji dla różnych zanieczyszczeń
(po kliknięciu na tabele można zobaczyć jej powiększenie)




Filtry z węglem aktywowanym

Filtry z węglem aktywowanym (aktywnym) służą do adsorbowania szkodliwych albo niepożądanych gazowych i parowych zanieczyszczeń powietrza. Do tych zanieczyszczeń należą substancje zapachowe z kuchni, toalet, sal zebrań, pary i gazy z procesów przemysłowych oraz gazy radioaktywne. Działanie węgla aktywnego polega, zależnie od stanu substancji szkodliwej i węgla, na adsorpcji fizycznej albo chemicznej.
Materiałem podstawowym do produkcji węgla aktywnego jest węgiel kamienny, łupiny kokosowe lub nawet drewno. W specjalnym procesie materiał bazowy jest przetwarzany tak, by powstała bryła z wieloma porami. ĺrednice porów są różne, w zakresie od 1 nm do 1 mm. Dzięki temu materiał bazowy uzyskuje rozbudowaną powierzchnię, na której mogą się osadzać molekuły szkodliwych substancji.
Orientacyjnie można przyjmować, że 1 g węgla aktywnego, odpowiadający objętości ok. 2 cm3, ma powierzchnię wewnętrzną albo właściwą od 900 do 1200 m2.
Własności adsorpcyjne można wykorzystać optymalnie tylko wtedy, gdy są do siebie dopasowane: węgiel aktywowany, impregnacja i substancja, która ma byś zaadsorbowana. Gazów, takich jak: N2, O2, CO2, węgiel aktywowany nie może adsorbować, ponieważ występują one powszechnie i węgiel aktywowany już po wytworzeniu „nasyca się” ich molekułami. Zmiany stężenia tych gazów (przy przejściu przez węgiel aktywowany) nie zachodzą.
Do zastosowań w instalacjach wentylacyjnych produkuje się pojedyncze komory albo wkłady do filtrów. Stosuje się je do oczyszczania powietrza zewnętrznego, jeśli powietrze atmosferyczne jest zanieczyszczone. Do oczyszczania powietrza usuwanego, dla zatrzymywania szkodliwych gazów lub par, stosuje się komory tylko w szczególnych przypadkach. Z reguły dobór urządzeń filtrujących uzależniony jest od procesów technologicznych. Oczyszczanie powietrza obiegowego ma na celu oszczędzanie energii na podgrzewanie lub schładzanie powietrza.
Płyty z węgla aktywnego dla małych stężeń zapachów umieszcza się zygzakowato w filtrach komorowych albo kanałowych dla uzyskania powierzchni filtrującej przy małej powierzchni czołowej nawiewu. Czas kontaktu powietrza z materiałem filtrującym wynosi wówczas 0,08-0,1 s. Nie udaje się osiągnąć zupełnej szczelności filtra.
Przy wyższych wymaganiach stosuje się ładunki węgla aktywnego mocowane hermetycznie na ramach nośnych za pomocą śrub. Grubości warstw bywają różne. Stosuje się kombinacje z filtrem wstępnym. Wykonania filtrów mogą byś ścienne albo kanałowe. Filtry wstępne są zawsze pożądane, pomagają uniknąć zabrudzenia filtra z węgla aktywnego pyłem i skrócenia przez to jego żywotności. Normalnie wynosi ona około jednego roku.
Marek Preiss
Opracowano na podstawie publikacji „Technika klimatyzacyjna dla praktyków”, Systherm Serwis S.C.
* 1 µm = 10-6 m

Źródło:

Komentarze

  • Co z filtrami elektrostatycznymi?

    Bardzo ładny i ciekawy artykuł , kóry jednak pomija całkowice filtry elektrostatyczne, których popularnośc wzrasta , pomijać fakt ,że w wielu przypadkach są tańsze od nie których filtrów klasy H10-H14 i spowodzeniam zastepują filtry od EU7-EU10 w swojej tańszej wersji

  • na temat filtrów pyłowych nic nie dodam natomiast jeżeli chodzi o filtry węglowe to po pierwsze: jest jeszcze wiele innych związków które węgiel aktywny nie wyłapie, po drugie : zdolności adsorbcyjne węgla aktywnego zależą od czasu kontaktu zanieczyszczonego powietrza z nim i powierzchnia czołowa nawiewu powinna byc jak największa dlatego też coraz częsciej stosuje się nie płyty z weglem a patrony o kształcie cylindrycznym co daje możliwość uzyskania maksymalnie dużej powierzchni napływu przy generalnie małej wielkości samego cylindra. zresztą nie zgodzę się że przy stosowaniu płyt z węglem nie można uzyskać zupełnej szczelności. A grubości złoża węglowego wcale nie sa takie różne a raczej nie powinny przekraczać pewnej stałej grubości ze wzgledu na bardzo duże spadki ciśnień przy zbyt grubym złożu. Jeżeli chodzi o oczyszczanie powietrza usuwanego to nie rozumiem stwierdzenia ze stosuje sie węgiel tylko w szczególnych przypadkach. zawsze mozna zastosowac wegiel niezaleznie od stężeń zanieczyszczeń. A odnosnie ochrony wegla przed zanieczyszczeniami pyowymi powinno stosować się najlepiej filtry w klasie EU-9. A zywotność złoża węglowego zależy głównie od stężenia zanieczyszeń i dlatego stwierdzenie że normalna żywotność wynosi rok jest mylna. Żywotność liczy się tak, że na kazdy kilogram węgla w filtrze można wyłapać od ok 0,3 do 0,6 kg zanieczyszczeń.
    Przepraszam za tak długa opinię i mało składna ale coś musiałem napisać.