В этой статье Вы узнаете:
Время прочтения 3-5 минут
Системы очистки воздуха имеют долгую историю, простирающуюся на протяжении веков. Начиная от простых решеток, сеток и марли, предназначенных для удерживания пыли и насекомых, эволюция фильтров привела к созданию более сложных устройств.
Вероятно, первый противогазовый фильтр был разработан в 1814 году, когда фон Бризе Фрадин создал фильтровальную ячейку из хлопковой ткани для защиты дыхательных путей. Луи Пастер в 1861 году также использовал хлопковую ткань для защиты от микроорганизмов в воздухе.
Первая мировая война подтолкнула к разработке фильтров и противогазов из волокнистых материалов, что стало основой для HEPA и ULPA фильтров. Эти фильтры, отличающиеся от обычных, способны удерживать частицы размером 0,3 мкм.
Воздушные аэрозоли, представляющие собой взвесь в воздухе или газе, делятся на грубо- и мелко-дисперсные. Для борьбы с грубодисперсными аэрозолями, частицы которых имеют размеры более 1 мкм, применяют циклоны, скрубберы, пенные аппараты, тканевые, масляные и другие фильтры.
Циклон, работающий на основе центробежной силы и гравитации, создает вращающийся поток газа, при котором частицы выносятся из потока, оседают на стенках аппарата и удаляются. Скруббер, в свою очередь, промывает промышленные газы, создавая турбулентный поток газа, который сталкивается с жидкостью, вызывая дробление ее на капли и коагуляцию с взвешенными в воздухе частицами.
Таким образом, история фильтров для очистки воздуха представляет собой непрерывный процесс усовершенствования, начиная от простых материалов до сложных технологий, предназначенных для борьбы с различными видами загрязнений.
Чистые помещения являются неотъемлемой частью современных технологических процессов, предназначенных для защиты от частиц как в грубо-, так и в мелкодисперсных аэрозолях. Этого требует использование высокоэффективных фильтров, в основе которых лежит стекловолокнистый материал.
В последнее время отмечается активное развитие производства фильтров нового поколения, включая тефлоновые мембраны и другие инновационные материалы. Эти фильтры, представляющие собой следующий этап в эволюции технологии, обладают более высокой эффективностью по сравнению со стекловолокнистыми аналогами и обеспечивают низкое сопротивление потоку воздуха. Более того, они не выделяют молекулярных загрязнений, что является важным преимуществом.
С начала 1990-х годов введены современные стандарты на фильтры общего назначения (ГОСТ Р ЕН 779) и HEPA/ULPA фильтры (ГОСТ Р ЕН 1822, части 1-5). Эти стандарты внесли существенные изменения, предоставив удобную классификацию фильтров и унифицировав методы испытаний. Введены испытания для наихудшего случая на точке с наименьшей эффективностью MPPS (максимально вероятный размер частиц), а также требование проведения испытаний на заводе-изготовителе при снятом с фильтра статическом заряде для объективной оценки его эффективности.
Воздушные аэрозоли, представляющие собой взвесь в воздухе или газе, делятся на грубо- и мелко-дисперсные. Для борьбы с грубодисперсными аэрозолями, частицы которых имеют размеры более 1 мкм, применяют циклоны, скрубберы, пенные аппараты, тканевые, масляные и другие фильтры.
Циклон, работающий на основе центробежной силы и гравитации, создает вращающийся поток газа, при котором частицы выносятся из потока, оседают на стенках аппарата и удаляются. Скруббер, в свою очередь, промывает промышленные газы, создавая турбулентный поток газа, который сталкивается с жидкостью, вызывая дробление ее на капли и коагуляцию с взвешенными в воздухе частицами.
Таким образом, история фильтров для очистки воздуха представляет собой непрерывный процесс усовершенствования, начиная от простых материалов до сложных технологий, предназначенных для борьбы с различными видами загрязнений.
Фильтры EPA, HEPA и ULPA находят применение в таких изделиях как:
HEPA обеспечивают очень высокое качество фильтрации воздуха до 99,995% и только в случаях если нужно очистить воздух еще сильнее применяются фильтры типа ULPA.
Классификация фильтров.
Основные показатели.
Основной целью фильтров является очистка воздуха от загрязнений, и ключевыми показателями их эффективности являются эффективность и проскок.
Эффективность фильтра измеряется отношением числа удержанных частиц к общему числу частиц, поступивших на фильтр, и выражается в процентах. Например, эффективность 99,99% означает, что фильтр задерживает 99,99% поступивших частиц, что равно 9 999 частицам из 10 000.
Проскок, наоборот, представляет собой долю частиц, прошедших через фильтр. Для фильтров с эффективностью 99,99%, проскок равен 0,01%, что означает, что из 10 000 частиц пройдет только одна.
Важными эксплуатационными характеристиками являются также:
-
Пылеемкость фильтра, которая определяет, сколько пыли фильтр способен задержать и, следовательно, влияет на его срок службы.
-
Перепад давления на фильтре, включая начальный и конечный, который зависит от пылеемкости и указывает на необходимость прекращения эксплуатации фильтра при достижении определенного уровня загрязнения.
-
Важен также вопрос о выделении частиц или молекулярных загрязнений фильтром, поскольку это может влиять на качество очищенного воздуха.
Фильтры общего назначения.
Фильтры подразделяются на две основные категории: фильтры общего назначения и специальные фильтры, такие как фильтры для чистых помещений, включая ЕРА, HEPA и ULPA фильтры. Стандарты, касающиеся классификации, требований и методов испытаний для этих фильтров, установлены в ГОСТ Р ЕН 779–2014 "Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение технических характеристик".
Фильтры общего назначения используются в различных системах вентиляции, служат предфильтрами в системах вентиляции и кондиционирования в чистых помещениях, а также в вытяжных системах. Требования к их конструкции и материалам установлены в соответствии с ГОСТ Р ЕН 779-2014.
Для повышения пылеемкости и продолжительности службы фильтров используется метод увеличения площади фильтрации. Это достигается, например, складыванием фильтрующего материала в виде карманов (карманные фильтры) больших размеров. Однако, увеличение площади материала приводит к увеличению габаритов фильтра.
Существует два метода оценки эффективности фильтров: оценка по массе удержанных загрязнений и оценка по числу удержанных частиц с определенными размерами. Первый метод применяется к фильтрам грубой очистки (группа G), а чистые помещения оцениваются по счетной концентрации частиц. Эффективность фильтров в чистых помещениях определяется числом (или долей) удержанных частиц, за исключением фильтров группы G.
Группа G фильтров проходит испытания с использованием синтетической пыли согласно ГОСТ Р ЕН 779. Критерием эффективности для этой группы служит средняя пылезадерживающая способность (Am), которая выражается отношением массы задержанной фильтром пыли к массе пыли в воздухе до фильтра, достигнутого при конечном перепаде давления в ходе испытаний.
Для фильтров группы M и F используется контрольный аэрозоль с частицами размером 0,4 мкм. Эффективность фильтра определяется различными показателями, включая начальную, разряженную, минимальную и среднюю эффективность.
Относительно маркировки фильтров общего назначения, на ней должны быть указаны следующие данные:
-
Наименование, торговая марка или другие данные об изготовителе.
-
Тип и серийный номер фильтра.
-
Ссылка на ГОСТ Р ЕН 779-2014.
-
Группа и класс фильтра согласно ГОСТ Р ЕН 779-2014.
-
Расход воздуха, при котором выполнена классификация фильтра.
-
В случае возможности неправильной установки фильтра, маркировка должна содержать указание на направление потока воздуха или другой соответствующий знак.
Фильтры ЕРА, НЕРА и ULPA.
В чистых помещениях, а также в ряде других областей применения, в последней ступени фильтрации используются специальные виды фильтров, такие как ЕРА, НЕРА и ULPA.
Группы и классы фильтров разделены следующим образом:
-
Группа Е - ЕРА (Эффективные фильтры);
-
Группа Н - НЕРА (Высоко-эффективные фильтры);
-
Группа U - ULPA (Сверхвысокоэффективные фильтры или фильтры с ультранизким проскоком частиц).
Важно отметить, что в переводе на русский язык опущены слова, указывающие на очистку воздуха от частиц, чтобы сделать термины более лаконичными.
Классификация фильтров, включая их группы и классы, определена ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010. Этот стандарт внес изменения, включив новую группу фильтров - ЕРА.
Важным аспектом является разделение терминов интегральной и локальной эффективности.
Интегральная эффективность измеряется по концентрациям частиц до и после фильтрации. Это может быть оценено статическим методом, где пробоотборник неподвижен и весь поток воздуха после фильтра подается на него, или динамическим методом, который включает сканирование поверхности фильтра и регистрацию частиц после него. Динамический метод находит более широкое применение в промышленном производстве фильтров, позволяя определить не только интегральную, но и локальную эффективность.
Локальная эффективность определяется путем сканирования поверхности фильтра с его "чистой" стороны.
Введение группы Е обусловлено тем, что фильтры НЗ, Н14 и U15-U17 подвергаются проверке как по локальной, так и по интегральной эффективности (см. таблицу 4.3).
Фильтры Е10-Е12, несмотря на конструктивное сходство с Н1З, Н14 и U15-U17 (или одним и тем же исполнением), испытываются и оцениваются исключительно по интегральной эффективности.
Относительно материалов и конструкции, в настоящее время основным материалом для фильтров ЕРА, НЕРА и ULPA является стекловолокно с диаметром волокон менее 1 мкм. Стекловолокно обрабатывается для производства стеклобумаги, представляющей собой лист толщиной около 0,5 мкм.
В настоящее время основным материалом для фильтров ЕРА, НЕРА и ULPA широко применяется стекловолокно с диаметром волокон менее 1 мкм. В период с 1960-х по 1990-е годы тканевые фильтры, действие которых частично опиралось на электростатический эффект, были широко распространены. Однако с ростом требований к чистоте воздуха выявились ограниченные возможности этих фильтров, и их применение в технике чистых помещений оказалось неэффективным. В настоящее время фильтры из стекловолокна стали основным материалом для фильтрации в чистых помещениях.
Скорость воздушного потока через фильтрующий материал невелика, составляя всего 1-3 см/с. Для обеспечения достаточного объема проходящего воздуха через фильтр, необходимо значительно увеличить площадь поверхности фильтрующего материала. Это достигается путем гофрирования материала. Структура гофрированного материала должна быть однородной, а расстояние между соседними складками - одинаковым.
Фильтры из гофрированного материала позволяют существенно увеличить площадь фильтрации по сравнению с плоскими листами, тем самым повышая пылеемкость фильтра и снижая перепад давления. Сепараторы могут использоваться для разделения складок.
Одним из распространенных методов гофрирования является нанесение клея в виде параллельных полос на рулон стеклобумаги. Эти полосы наносятся на определенном расстоянии друг от друга в процессе производства. После этого рулон гофрируется, создавая мини-гофры или миниплиссированный пакет.
Существуют фильтры с сепараторами из алюминиевой фольги или нитевыми сепараторами, размещенными между складками, а также другие инновационные решения.
Наиболее распространены два типа фильтров:
-
Плоские фильтры, обычно устанавливаемые в потолок чистых помещений и эксплуатируемые при скорости потока воздуха 0,3-0,5 м/с.
-
Фильтрующие ячейки, использующиеся в чистых помещениях, где скорость потока воздуха может превышать 2 м/с.
Фильтрующая ячейка представляет собой корпус, в который устанавливаются несколько фильтров, расположенных в виде зигзага (см. рисунок 4.8). Этот дизайн способствует увеличению общей площади фильтрации и допускает работу при более высокой скорости воздуха на входе в ячейку, превышающей 2 м/с. Таким образом, скорость воздуха у лицевой поверхности фильтра может быть в 100 и более раз выше, чем скорость воздуха, проходящего через фильтрующий материал. Благодаря этому фильтрующие ячейки могут успешно интегрироваться в системы обработки воздуха и воздуховоды. При низкой скорости воздуха через материал повышается эффективность фильтрации.
Конструкция фильтра должна исключать возможность утечек через уплотнения (например, резиновые или гель-уплотнения), при условии правильной установки. Фильтр также должен быть устойчивым к механическим воздействиям.
Материалы, использованные в изготовлении фильтра, должны выдерживать нормальные условия эксплуатации, быть стойкими к температурным и влажностным воздействиям, а также устойчивыми к коррозии.
С целью предотвращения ошибок при монтаже, фильтры должны быть предоставлены с соответствующей конструкцией и четкой маркировкой.
Расчет фильтра производится на номинальный расход воздуха при заданном перепаде давления.
Фильтры из традиционного стекловолокна имеют ограниченную стойкость к повреждениям.
Многообещающими считаются тефлоновые (мембранные) фильтры, обладающие уникальными свойствами, включая способность задерживать химические загрязнения. Однако, на данный момент, они еще не достигли широкого коммерческого применения.
Другие системы классификации.
Европа
Европейский стандарт EUROVENT 4/4 ранее применял классификацию высокоэффективных фильтров от EU10 до EU14. Эта система затем была заменена на обозначения Н10-Н14, а также введены классы U15-U17 (ULPA фильтры).
Россия
В 1999 году в России был утвержден стандарт ГОСТ Р 51251-99 "Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка", который принял единый подход к классификации фильтров по стандартам EN 779:1993 (классы G1-G4 и F5-F9) и EN 1822-1:1998 (классы Н10-Н14 и U15-U17).
В последующем были введены ГОСТ Р EN 779-2007 и ГОСТ Р EN 1822-1-2010, являющиеся переводами соответствующих европейских стандартов, и ГОСТ Р 51251-99 был аннулирован.
США
Системы классификации и методы испытаний фильтров в США начали разрабатываться с конца 1940-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались. Основные нормативные документы включают:
-
"ASHRAE: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2017";
-
"IEST-RP-CC001: HEPA and ULPA filters, Institute of Environmental Sciences and Technology, 2009";
-
"MIL 282 Filter units, protective clothing, gas-mask components and related products: performance test methods, 1956".
Стандарты ИСО
Попытки введения единой мировой классификации фильтров с использованием стандарта ИСО оказались неудачными.
Стандарт ИСО 16890-1:2016 предложил классификацию фильтров общего назначения, отличную от ASHRAE и EN 779, и внес некоторые усложнения. Однако он не получил широкого признания в США и стал объектом критики (см. приложение 5).
Стандарт ИСО 29463-11:2011 ввел дробную классификацию высокоэффективных фильтров с обозначениями 15E, 20E, 35H, 50U и т.д. Его внедрение в Европе столкнулось с сопротивлением, что привело к появлению стандарта EN 1822-1:2019.
