Filtracja i oczyszczanie powietrza (cz. 2.) dr inż. Anna Charkowska Rynek Instalacyjny 6/2008 20.06.2008 W pierwszej części artykułu (RI 5/08, s. 100.) podano najważniejsze definicje oraz normy dotyczące filtracji powietrza, zamieszczono także aktualną klasyfikację filtrów powietrza. W drugiej części przedstawiono zastosowania poszczególnych klas jakości filtrów powietrza (zachowano kolejność numeracji tabel). STRONA 1 z 3 Biorąc pod uwagę różnorodne sposoby wykonania, lokalizacji i działania, filtry powietrza można sklasyfikować w następujący sposób: ze względu na zastosowane materiały filtracyjne: filtry włókninowe (tkaniny, włókniny, dzianiny, papiery i bibuły filtracyjne o wysokiej sprawności, membrany filtracyjne), filtry metalowe (stosowane np. w okapach kuchennych kuchni zawodowych), filtry węglowe, filtry nasączone substancjami biobójczymi (np. pochodzenia roślinnego, na przykład takimi jak: katechina, wasali, polifenole z jabłek); ze względu na sposób zabudowy: pionowe (np. filtry działkowe, kieszeniowe, taśmowe), ścienne (stosowane w pomieszczeniach czystych przy poziomym przepływie powietrza), sufitowe (jw., przy pionowym przepływie powietrza); ze względu na trwałość: filtry jednorazowe (opór filtra zmienia się od oporu początkowego do oporu końcowego, po przekroczeniu którego filtr należy wymienić filtry regenerowane; ze względu na klasę filtracji: filtry wstępne (zwane także zgrubnymi), filtry dokładne, filtry bardzo dokładne, filtry wysokfoskuteczne (zwane ze względu na klasę filtracji po prostu filtrami HEPA i ULPA lub filtrami aerozoli koloidalnych lub absolutnymi); ze względu na mechanizm zatrzymywania zanieczyszczeń pracy: filtry włókninowe, filtry adsorpcyjne, elektrofiltry (np. filtry elektrostatyczne coraz częściej stosowane w urządzeniach ze względu na zatrzymywanie dymu tytoniowego), filtry fotokatalityczne, filtry plazmowe. http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 1/6
Budowa filtrów powietrza W zależności od wymaganej skuteczności filtracji stosuje się filtry powietrza o określonej klasie filtracji. Filtry o wyższej skuteczności filtracji muszą charakteryzować się bardziej zwartą strukturą i wykonywane są z włókien o mniejszych średnicach, co pozwala na zatrzymanie zanieczyszczeń o mniejszych wymiarach. Wraz ze zwiększeniem zagęszczenia filtru, wzrasta opór przepływu powietrza, a zatem w praktyce nie jest możliwe jednoczesne uzyskanie najlepszych wielkości wskaźników filtracyjnych, czyli wysokiej skuteczności przy niskich oporach przepływu powietrza. Aby zapewnić jak najlepszą skuteczność filtracji zmniejsza się prędkość przepływu powietrza przez materiał filtracyjny, co zapewnia się poprzez zwiększenie czynnej powierzchni filtracji. Przykładem takiego postępowania są zarówno filtry o niskiej skuteczności (wstępne i dokładne filtry kieszeniowe), jak również filtry wysokoskuteczne wykonane ze splisowanego papieru filtracyjnego, dodatkowo ułożonego w obudowach wykonanych jako połączone ze sobą litery V, zapełnionych starannie pofałdowanymi splisowanymi papierami filtracyjnymi. Można w ten sposób uzyskać zwiększenie powierzchni filtracyjnej nawet 200 krotne, w porównaniu z najprostszym płaskim filtrem, przy założeniu, że oba te filtry zamieszczono by w ramkach o takich samych wymiarach poprzecznych [1]. Opis budowy filtrów powietrza, opracowano w oparciu o informacje zawarte w [2]. Filtry wstępne klasy G2, G3 można zastosować jednorazowe filtry kasetonowe wykonane z włókniny z impregnowanych włókien szklanych o progresywnie zmieniającej się gęstości materiału. Impregnacja włókien pozwala, w wyniku wykorzystania zjawisk adhezji, na zwiększenie pyłochłonności filtra oraz zminimalizowanie spadku ciśnienia powietrza przepływającego przez czysty filtr. Od strony napływu powietrza na filtr, włóknina ta jest zbudowana z grubszych, luźniej ułożonych włókien. Dalsze warstwy włókniny wykonane są z cieńszych, gęściej ułożonych włókien. W ten sposób uzyskuje się lepszą penetrację materiału filtracyjnego przez zawieszone w przepływającym powietrzu cząstki pyłu. W celu zwiększenia sztywności filtra, z obu stron materiału znajduje się metalowa siatka oraz jest on umocowany w mocnej, wykrawanej ramce filtra papierowej lub metalowej. Usunięte z centrali wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej, zanieczyszczone filtry, można spalić lub spopielić. STRONA 2 z 3 Filtry wstępne klasy G4 i F5 mogą być wykonane jako filtry kasetonowe z mieszanki włókien syntetycznych lub, kiedy wymagana jest odporność na wysoką temperaturę, z materiału filtracyjnego z włókien szklanych o dużej sprężystości wraz ze specjalną warstwą podkładową. Wkład filtracyjny jest przyklejony do wewnętrznych ścian ramki, co pozwala na zapewnienie wymaganej szczelności oraz sztywności konstrukcji. Materiał filtracyjny połączony z metalową siatką wspierającą jest splisowany i umożliwia swobodny przepływ powietrza na całej swojej powierzchni. Cząstki pyłu rozkładają się równomiernie na wszystkich, ukształtowanych w wyniku plisowania w postaci litery V, fałdach filtra. W ten sposób uzyskuje się zwiększenie chłonności pyłowej filtra, przy jednocześnie niskich oporach przepływu powietrza. Filtry wstępne klasy G3, G4 mogą być także wykonane jako zawieszone w ramce filtry kieszeniowe z włókniny syntetycznej. Swobodne końce kieszeni nie wymagają dodatkowego zamocowania. W wersji standardowej ramka filtra wykonana jest z blachy ocynkowanej, a w wersji ekologicznej wszystkie elementy filtra wykonane są z tworzyw sztucznych, które po zużyciu można poddawać utylizacji, tzn. całkowicie spalić bez emisji szkodliwych zanieczyszczeń. Także filtry o wyższej skuteczności filtracji niż filtry wstępne, wykonuje się jako kieszeniowe, z włókniny syntetycznej lub szklanej. Filtry kieszeniowe, zależnie od klasy, mogą być zastosowane jako: http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 2/6
filtry wstępne klasy G3, G4 filtry wstępne dla filtrów klasy F7 F8, filtry dokładne klasy F5 ostatni stopień filtracji lub filtry wstępne powietrza zewnętrznego dla filtrów klasy F8, F9, H10, filtry dokładne klasy F6 ostatni stopień filtracji lub filtry wstępne powietrza zewnętrznego dla filtrów klasy F9, H10, filtry dokładne klasy F7, F8 ostatni stopień filtracji lub filtry wstępne powietrza zewnętrznego dla filtrów klasy H11, H12, filtry dokładne klasy F8, F9 ostatni stopień filtracji lub filtry wstępne powietrza zewnętrznego dla filtrów klasy H13, H14. Filtry klas F6 F11 można stosować w środowiskach zanieczyszczonych drobnym pyłem. Produkowane są z papieru filtracyjnego z włókien celulozowych (filtr o klasie F6) oraz szklanych, plisowanego zygzakowato, zależnie od klasy filtra ułożonego w płaskiej kasecie lub w obudowie wykonanej jako połączone ze sobą litery V. Zależnie od sposobu wykonania papieru filtracyjnego, są to filtry o klasach od F6 do H11. Stosowane są jako filtry końcowe lub filtry wstępne dla filtrów wysokoskutecznych. Choć są przewidziane do zatrzymywania drobnych pyłów, dymu, pary, sadzy, bakterii, nadają się także do typowych zastosowań. Filtry te charakteryzują się bardzo dużą powierzchnią filtracji (zależnie od klasy od 8,5 do 20 m2), stosunkową niskimi wartościami oporów przepływu powietrza. Można je poddawać utylizacji poprzez spalanie, w wyniku którego nie uzyskuje się zanieczyszczeń szkodliwych dla środowiska naturalnego. Filtry wysokoskuteczne klasy H11, H12, H13, H14, U15, U16, U17 wykonywane są z hydrofobowego papieru z mikrowłókien szklanych, ukształtowanego w formie pofałdowanej w kształcie litery V. W zależności od wymaganej skuteczności filtracji stosuje się papier filtracyjny o odpowiedniej gęstości upakowania włókien. Filtry o klasie H11 13 mogą być stosowane w pomieszczeniach czystych do klasy M3,5 włącznie (zgodnie z normą amerykańską Federal Standard 209E [3]), czyli klasy ISO 5 (zgodnie z normą PN EN ISO 1644 1 [4]). Filtry o klasach H14, U15 17 stosuje się w pomieszczeniach o klasie czystości lepszej od ISO 5. Filtry o najwyższej skuteczności montuje się w stropach laminarnych lub w laminarnych nawiewnikach ściennych doprowadzających nawiewane powietrze do pomieszczeń czystych oraz w instalacjach doprowadzających powietrze do czystych stanowisk pracy lub kabin czystych. Typowymi obszarami ich zastosowań są: mikroelektronika, produkcja półprzewodników, służba zdrowia, farmacja, mikrobiologia, produkcja taśm filmowych i magnetycznych, laboratoria oraz przemysł spożywczy. W celu przedłużenia czasu pracy przed wysokoskutecznymi filtrami powietrza niezbędne jest zastosowania filtrów o niższej skuteczności (zależnie od potrzeb należy zaprojektować jeden, dwa lub trzy stopnie filtracji, poprzedzające filtr końcowy). Filtry dokładne (F7, F9) oraz wysokoskuteczne (klasa H11, H13, H14, U15) wykonane w postaci kaset z wkładem filtracyjnym z papieru filtracyjnego z mikrowłóknien szklanych (przeznaczone do oczyszczania powietrza z zawieszonych bardzo drobnych cząstek) znajdują zastosowanie m.in. w budynkach przemysłowych, w których wymagane jest zapewnienie wysokiej czystości powietrza (pomieszczenia czyste) oraz obiektach służby zdrowia (np. sale operacyjne). Ze względu na silne splisowanie zastosowanego papieru filtracyjnego dla filtru o typowych wymiarach 610 610 192 mm uzyskuje się dużą powierzchnię filtracyjną wynoszącą, zależnie od klasy filtra, od 20 do 40 m2. W celu zachowania zawsze jednakowych odstępów pomiędzy plisami (fałdami) stosuje się specjalnie przygotowane włókna. Uzyskuje się jednocześnie dobrą elastyczność maty filtracyjnej przy wysokiej wytrzymałości. Tak jak w przypadku wszystkich filtrów wysokoskutecznych, także i przed omawianymi tutaj filtrami, w celu przedłużenia ich czasu pracy należy zainstalować filtry o odpowiednio niższej skuteczności filtracji [2]. Na rynku są także dostępne kompaktowe filtry powietrza, czyli znajdujące się w tej samej obudowie lub w połączonych ze sobą obudowach, dwa lub trzy stopnie filtracji. STRONA 3 z 3 http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 3/6
Przykładowo dla pomieszczeń, w których ze względu na przebywanie ludzi należy utrzymać odpowiednią jakość powietrza wewnętrznego, można zastosować następujące zestawy filtrów [5]: I stopień filtracji: filtr dokładny przeciwpyłowy klasy F6 lub F7 oraz węglowy filtr adsorpcyjny zatrzymujący cząstki lotnych związków organicznych o skuteczności w odniesieniu do toluenu 95%, II stopień filtracji: filtr dokładny przeciwpyłowy klasy F9, węglowy filtr adsorpcyjny zatrzymujący cząstki lotnych związków organicznych o skuteczności w odniesieniu do toluenu 95% oraz węglowy filtr adsorpcyjny zatrzymujący cząstki gazów kwaśnych, takich jak SO2, HCl o skuteczności 95%. Wykonane na podobnej zasadzie filtry kompaktowe można także zastosować w instalacjach przygotowujących powietrze dla pomieszczeń czystych, zestawiając np. następujące filtry [5]: F6 i H13, F7 i U15, H11 i U17. W tabeli 2. zamieszczono przykładowe zastosowania poszczególnych klas jakości filtrów powietrza. http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 4/6
http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 5/6
W części trzeciej zostaną omówione systemy filtracji powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych, w tym dobór filtrów powietrza w zależności od wymaganego poziomu czystości powietrza wewnętrznego oraz zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego. W części czwartej będą zawarte informacje m.in. dotyczące podstawowych wymagań przy odbiorze instalacji zawierających filtry powietrza. Literatura 1. Charkowska A., Filtracja i filtry powietrza, Polski Instalator 7 8/2003. 2. Katalog filtrów powietrza, www.sfm.com.pl. 3. Federal Standard 209e, Airborne Particulate Cleanliness Classes in Cleanrooms and Clean Zones, 1992. 4. PN EN ISO 14644 1:2005. Pomieszczenia czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane. Część 1: Klasyfikacja czystości powietrza. 5. www.ksklimaservice.cz. Artykuł pochodzi z: miesięcznika Rynek Instalacyjny 6/2008 http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id2638,filtracja i oczyszczanie powietrza cz 2?print=1 6/6