Фильтры

Лекция 6 Фильтры Эффективность фильтрации и работа современных фильтров регулируется целым рядом действующих ГОСТов, таких как: ГОСТ Р ЕН 779-2007; ГОСТ Р ЕН 779-2014; ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010; ГОСТ Р ЕН 1822-2-2012; ГОСТ Р ЕН 1822-3-2012; ГОСТ Р ЕН 1822-4-2012, а также другими нормативными документами. Первоначально может быть рассмотрен – ГОСТ Р ЕН 779-2007 «Определение эффективности фильтрации», разработанный ассоциацией инженеров по контролю микрозагрязнений (АСИНКОМ). Стандарт идентичен европейскому стандарту ЕН 779:2002 «Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации» (EN 779:2002 «Particulate air filters for general ventilation - Determination of the filtration performance»). Методика определения класса фильтра основана на оценке средней эффективности фильтрации по жидким частицам DEHS с диаметром 0,4 мкм. Для классификации F фильтров используются частицы 0,4 мкм, поскольку практика подтвердила, что этот метод и метод по ЕН 779:1993 дают близкие результаты. Если по результатам испытаний фильтр имеет среднюю эффективность 40 %, то его относят к группе G, внутри которой присваивается класс по среднему удержанию пыли. При испытаниях на эффективность применяется аэрозоль DEHS (или эквивалентный) по следующим причинам: - используется значительная часть оборудования, предусматриваемого Евровент 4/9, которое освоено пользователями; - можно легко получать однородные аэрозоли жидкостей с требуемыми концентрациями и размерами частиц; - DEHS может использоваться как нейтральный контрольный аэрозоль, который может не иметь электрического заряда или быть заряжен до уровня равновесного заряда Больцмана. По настоящему стандарту аэрозоль следует привести к распределению зарядов Больцмана; -для калибровки счетчиков частиц используются сферические латексные частицы. Оптические счетчики частиц обладают большей точностью для сферических жидких частиц, чем для несферических твердых частиц соли и контрольной пыли. Аэрозоли следует привести к распределению зарядов Больцмана, чтобы они соответствовали распределению зарядов в атмосферных аэрозолях при установившемся состоянии. В идеальном процессе фильтрации каждая частица удерживается волокном фильтра при первом соприкосновении с ним, но другие частицы могут повлиять на уже осевшую частицу, в результате чего она может быть унесена потоком воздуха. Волокна и частицы самого фильтра также могут отделяться за счет механических сил. Причины выделения волокон и частиц могут представлять интерес для пользователя, но их нельзя установить с помощью оптического счетчика частиц. Стандарт ГОСТ Р ЕН 779-2007 устанавливает классификацию фильтров очистки воздуха общего назначения и методы определения их эффективности. Приводятся требования к контрольным аэрозолям, приборам и оборудованию, используемым при определении эффективности фильтров, а также к оформлению результатов испытаний. Также в ГОСТ Р ЕН 779-2007 принята следующая терминология (выборка): • Пылезадерживающая способность (arrestance): Удаление пыли из воздуха, оцениваемое в процентах по массе пыли. • Средняя пылезадерживающая способность (average arrestance): Отношение массы задержанной фильтром пыли к массе пыли в воздухе до фильтра до достижения предельного перепада давления. Средняя пылезадерживающая способность используется для классификации фильтров группы G и выражается в процентах. • Средняя эффективность (average efficiency), Em, %: Среднее значение эффективности фильтра при различных пылевых нагрузках до достижения фильтром предельного значения перепада давления. Средняя эффективность используется для классификации фильтров группы F и выражается в процентах. • Средняя эффективность для диапазона размеров (average efficiency), Еi,j, %: Средняя эффективность для диапазона размеров i для различных интервалов пылевой нагрузки j, выраженная в процентах. • Заряженный фильтр (charged filter): Фильтр с электростатическим зарядом или поляризованный фильтр. • Фильтр грубой очистки (coarse filter): Фильтр, имеющий классификационное обозначение от G1 до G4. • DEHS или диэтилгексилсебацинат (DEHS - DiEthylHexylSebacate): Жидкость для получения контрольных аэрозолей. • Пылеемкость (dust holding capacity): Масса задержанной фильтром пыли вплоть до достижения предельного перепада давления на нем, выражаемая в граммах. • Площадь входного сечения (face area): Внутреннее сечение воздуховода непосредственно перед контролируемым фильтром (например, площадь сечения 0,61 м0,61 м = 0,37 м2). • Фронтальная скорость (face velocity): Значение, получаемое в результате деления расхода воздуха на площадь входного сечения и выраженное в м/с. • Предельный (конечный) перепад давления, рекомендуемый (final pressure drop - recommended): Максимальный рабочий перепад давления на фильтре, рекомендуемый изготовителем для определенного расхода воздуха, выраженный в Па. • Предельный (конечный) перепад давления (final pressure drop): Значение перепада давления, до которого в целях классификации измеряются рабочие эксплуатационные) характеристики фильтра, выраженное в Па. • Фильтр тонкой очистки (fine filter): Фильтр, имеющий классификационное обозначение от F5 до F9. • НЕРА (ХЕПА) фильтр, фильтр высокой эффективности (НЕРА filter): Фильтр очистки воздуха высокой эффективности, имеющий классификационное обозначение от Н10 до Н14 по ЕН 1822-1. Используется для очистки воздуха, поступающего в испытательный стенд. • ULPA (УЛЬПА) фильтр, фильтр сверхвысокой эффективности (ULPA filter): Фильтр очистки воздуха с ультранизким проскоком частиц, имеющий классификационное обозначение от U15 до U17 по ЕН 1822-1. • Начальная пылезадерживающая способность (initial arrestance): Количество уловленной из первых 30 г поданной на фильтр пыли, выраженное в процентах. • Начальная эффективность (initial efficiency): Эффективность незапыленного фильтра, испытуемого при номинальном расходе воздуха, выраженная в процентах для каждого заданного диапазона размеров частиц. • Начальный перепад давления (initial pressure drop): Перепад давления на чистом фильтре, измеренный при номинальном расходе воздуха, выраженный в Па. • Изокинетический отбор проб (isokinetic sampling): Отбор пробы воздуха, при котором скорость воздуха на входе пробоотборника равна скорости окружающего воздуха в данной точке отбора пробы. • Контрольный аэрозоль (контрольная пыль) (loading dust): Синтетическая пыль, предназначенная для определения пылезадерживающей способности, эффективности фильтра и его пылеемкости. • Средний диаметр (mean diameter): Среднее значение диаметра для данного диапазона размеров, выраженное в мкм. • Скорость воздуха в фильтрующем материале (media velocity): Величина, получаемая в результате деления расхода воздуха на эффективную площадь фильтрования, выраженная в м/с с точностью до трех знаков. • Эффективная площадь фильтрования (net effective filtering area): Площадь фильтрующего материала, удерживающего пыль, выраженная в м2. • Нейтрализация (neutralisation): Приведение аэрозоля к распределению зарядов Больцмана (число положительно и отрицательно заряженных ионов в аэрозоле одинаково). • Отскок частиц (particle bounce): Показатель, характеризующий частицы, соприкоснувшиеся с фильтровальным материалом, но не удержанные им. • Размер частиц (particle size): Эквивалентный оптический диаметр частиц. • Концентрация частиц (particle number concentration): Число частиц в единице объема воздуха. • Проскок (penetration): Отношение концентраций частиц после фильтра и до фильтра, выраженное в процентах. • Вторичный унос (re-entrainment): Унос потоком воздуха частиц, первоначально задержанных фильтром. • Отделение (shedding): Попадание в поток воздуха за фильтром частиц из-за эффектов отскока и вторичного уноса частиц, а также выделения волокон или частиц фильтром или фильтрующим материалом. • Синтетическая контрольная пыль (synthetic test dust): Специально подготовленная пыль, предназначенная для определения пылезадерживающей способности, эффективности фильтра и его пылеемкости. • Контрольный расход воздуха (test airflow rate): Объемный расход воздуха через фильтр при проведении испытаний, выраженный в м3/с при плотности воздуха 1,2 кг/м3. • Контрольный аэрозоль (test aerosol): Аэрозоль, используемый для определения эффективности фильтра. Таблица 1 Классы фильтров Группа фильтров Класс фильтра Фильтры грубой очистки G1, G2, G3, G4 Фильтры тонкой очистки F5, F6, F7, F8, F9 Фильтры высокой эффективности E(H)10, E(H)11, E(H)12, H13, H14 Фильтры сверхвысокой эффективности U15, U16, U17 Требования Конструкцией и маркировкой фильтра должна быть исключена возможность неправильного монтажа фильтра. Конструкцией фильтра должна быть обеспечена его плотная посадка в воздуховоде, исключающая утечки по контуру герметизации при соблюдении порядка монтажа. Фильтр в сборе (фильтр и рама) должен быть изготовлен из материалов, устойчивых к возможному воздействию температуры, влажности и коррозии. Конструкцией фильтра в сборе должна быть обеспечена устойчивость к механическим воздействиям, которые могут иметь место при обычной эксплуатации. Пыль или волокна, выделенные фильтровальным материалом в поток воздуха, не должны представлять опасности для людей и оборудования. Фильтры классифицируются по эффективности при следующих условиях: • расход воздуха 3400 м3/ч (0,944 м3/с), если изготовитель не задает иное; • максимальный конечный перепад давления на фильтре грубой очистки (для класса G) 250 Па; • максимальный конечный перепад давления на фильтре тонкой очистки (для класса F) 450 Па. Классификация эффективности для этих условий приведена в таблице 2. Класс Конечный перепад давления, Па Средняя пылезадерживающая способность Ат по синтетической пыли, % Средняя эффективность Ет для частиц с размерами 0,4 мкм, % G1 250 50 ≤ Ат < 65 G2 250 65 ≤ Ат < 80 G3 250 80 ≤ Ат < 90 G4 250 90 ≤ Ат F5 450 ─ 40 ≤ Ет < 60 F6 450 ─ 60 ≤ Ет < 80 F7 450 ─ 80 ≤ Ет < 90 F8 450 ─ 90 ≤ Ет < 95 F9 450 ─ 95 ≤ Ет Здесь: Am – средняя пылезадерживающая способность (в %) при испытаниях до предельного (конечного) перепада давления; Em – средняя эффективность (в %) для частиц с размером 0,4 мкм при испытаниях до предельного перепада давления (используется для целей классификации). Эффективность (Е, %) – характеристика фильтра или фильтрующего материала, равная процентному отношению разности числа частиц (заданного диапазона) до NД и после фильтра NП к числу частиц до фильтра NД: (1) Коэффициент проскока (Р, %); проницаемость – характеристика фильтра или фильтрующего материала, равная процентному отношению концентрации частиц после фильтра NП к концентрации частиц до фильтра NД: (2) ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010 определяет параметры высокоэффективных фильтров очистки воздуха ЕРА, НЕРА И ULPA, применяемых в системах вентиляции и кондиционирования воздуха и в технологических системах, например в чистых помещениях и фармацевтической промышленности. Процесс испытаний ЕРА (Е), НЕРА (Н) и ULРА (U) фильтров состоит из трех этапов, каждый из которых допускается проводить независимо от других. Этап 1: Испытание плоского фильтрующего материала: Следует определить эффективность контрольных образцов плоского фильтрующего материала для разных размеров частиц при номинальной скорости прохождения воздуха через фильтр. По кривой зависимости эффективности фильтра от размера частиц определяют размер наиболее проникающих частиц (MPPS), при котором эффективность фильтрующего материала будет минимальной. Этап 2: Испытание фильтрующего элемента на проскок (утечку): Фильтры групп Н и U испытывают на отсутствие утечки индивидуально при номинальном расходе воздуха. Фильтры группы Н испытывают на проскок (утечку) одним из трех методов по ЕН 1822-4. Фильтры группы U испытывают на утечку только методом MPPS-сканирования по ЕН 1822-4. Этап 3: Испытание эффективности фильтрующего элемента: Используя MPPS-аэрозоль (тот же, что и на этапе 2), при номинальном расходе воздуха определяют интегральное значение эффективности фильтра. Для фильтров группы Е интегральную эффективность определяют на статистической основе (по пункту 4.4 в ЕН 1822-5). Для фильтров групп Н и U интегральную эффективность определяют для каждого отдельного фильтра, исключая фильтры, испытанные согласно ЕН 1822-4, приложение А, для которых испытания на статистической основе допустимы. После испытаний каждому фильтру должен быть присвоен класс, исходя из требований в таблице 3. Класс Интегральное значение, в процентах Локальное значение, в процентах Эффективность Проскок Эффективность Проскок E10 ≥ 85 ≤ 15 ─ ─ E11 ≥ 95 ≤ 5 ─ ─ E12 ≥ 99,5 ≤ 0,5 ─ ─ H13 ≥ 99,95 ≤ 0,05 ≥ 99,75 ≤ 0,25 H14 ≥ 99,995 ≤ 0,005 ≥ 99,9975 ≤ 0,025 U15 ≥ 99,9995 ≤ 0,0005 ≥ 99,9975 ≤ 0,0025 U16 ≥ 99,99995 ≤ 0,00005 ≥ 99,99975 ≤ 0,00025 U17 ≥ 99,999995 ≤ 0,000005 ≥ 99,9999 ≤ 0,0001 Информация о бытовых воздухоочистителях В воздухоочистителях используются следующие типы фильтров: • Предварительной очистки. Обычные сетчатые фильтры, которые используются на первой ступени очистки, задерживают крупные частицы пыли, шерсть животных. • Высокоэффективные фильтры очистки ЕРА, НЕРА И ULPA -фильтры. Представляют собой собранную с двух сторон гармошку с микроотверстиями. Справляются с микрочастицами, спорами плесени и грибков, шерстью животных, пылевыми клещами. • Угольные. Борются с пылью и поглощают запахи при помощи активированного угля. • Электростатические (ионные). Работают по принципу ионизации, обеспечивают высокую степень очистки, справляются с микроорганизмами. • Фотокаталитические. Очищают воздух при помощи УФ-излучения. Обеззараживают комнату от болезнетворных бактерий и канцерогенных веществ. Наиболее дешевыми являются российские и китайские воздухоочистители. Они не отличаются долговечностью. На рынке представлена и более дорогая (и как правило более надежная) продукция японских, корейских и европейских компаний, таких как Daikin, Panasonic, Sharp, Winia, Philips, Venta, Boneco. Типичными представителями элитного сегмента являются очистители воздуха марок IQAir и Euromate. Но встречается их продукция редко, что не удивительно на фоне их весьма высокой цены. Климатический комплекс для очистки и увлажнения воздуха Рис. 1