Статья «Фильтрующие материалы для воздушных фильтров

Зачем нужно очищать воздух

Окружающий нас воздух всегда содержит пыль (минеральные и органические частички размером от долей микрона до 50 микрон), которая совсем не нужна в приточных вентиляционных системах для помещений разного назначения:

• В местах нахождения людей содержание пыли в воздухе строго нормируется;

• В промышленности, медицине и других сферах деятельности человека требуются помещения с практически обеспыленным воздухом, «чистые помещения»;

• Иногда в очистке нуждается выходящий воздух, чтобы он стал безопасным для окружающих;

• В самих вентиляционных системах накопление пыли может вызвать проблемы. Плотные пылевые отложения уменьшают просвет вентиляционных каналов, отложения на лопастях вентиляторов снижает эффективность их работы (падение производительности).

Грязные воздуховоды будут подавать в помещения загрязненный воздух, что может вызывать болезни у находящихся там людей.

Задачу снижения содержания пыли в приточном воздухе до приемлемого уровня решают разнообразные фильтры и системы фильтров (см. статью «Фильтры для вентиляции»). В большинстве воздушных фильтров воздух очищает специальный наполнитель, фильтрующий материал (ФМ). Это пористый материал, проницаемый для воздуха, но задерживающий частички пыли больше определенного размера.

Классификация популярных видов фильтров

Для качественной очистки используются различные виды воздушных фильтров для систем вентиляции и кондиционирования. Чтобы потенциальные потребители легко разбирались в их возможностях, такие изделия разделяют по эффективности и назначению. Деление на разные группы стандартизировано государством.

Группы очистителей по эффективности и назначению

Регламентируют сферу приспособлений для фильтрации отечественные ГОСТы (Р ЕН Р ЕН 1822-1-2010 и более новый Р ЕН 779–2014). Если покупатель выберет изделие иностранного производства, то разницы в классификации он не ощутит, так как в мире приняты одинаковые стандарты.

Так, фильтры бывают:

• общего назначения — этот вид наиболее востребован;
• специального назначения — они используются в случаях, когда к чистоте воздуха на каком-либо производстве, в лаборатории, быту предъявляются повышенные требования.

В свою очередь, перечисленные виды делятся на различные классы, которые точно указывают на их возможности. Классификация показывает, какая часть загрязнений задерживается.

Для проверки соответствия изделий требованиям, используются приборы, вычисляющие массовую концентрацию сторонних частиц до прохождения очистки и после этой процедуры.

Фильтры общего назначения делятся на следующие категории:

• G-класс — выполняют грубую очистку, применяются только для защиты более точных деталей, самого вентиляционного оборудования;
• М-класс — относятся к фильтрам средней очистки, они могут использоваться как в системе, так и вне ее;
• F–класс — сюда зачисляются изделия, способные осуществлять тонкую очистку.

Перечисленные приспособления могут функционировать во всех системах вентиляции. Они являются только пылезадерживающими, чего оказыжется достаточно в ряде случаев.

Если нужно более эффективное фильтрование, то указанные изделия используют, как часть системы. Делается это для того, чтобы недорогие фильтры общего назначения защищали от воздействия крупных абразивных частиц, мусора дорогостоящие очистители высокой эффективности.

Воздушные фильтры спецназначения для систем вентиляции делятся на такие категории:

• Е и H-классы — сюда относятся все приспособления, обладающие высокой эффективностью;
• U-класс — изделия обладают сверхвысокой эффективностью.

Эти фильтрующие конструкции способны решать ряд специальных задач, например, улавливать запахи, жиры. Они обладают наибольшей эффективностью, но их цена существенно выше, чем у моделей общего назначения. Поэтому они используются в ситуациях, когда этого требует технологический процесс на каком-либо производстве, в лаборатории.

А также активно применяются и в бытовых условиях, например, помогут людям с ослабленным иммунитетом, или страдающим аллергией, избежать многих сложностей.

Таблица классификации фильтров в зависимости от класса осуществляемой очистки (+)

Для максимально точной классификации одновременно с буквенными обозначениями используются и дополнительные цифровые, к примеру, G1, H9, U17. Чем выше значение, указанное за буквой, тем эффективней изделие.

Всего существует 17 цифровых классов, все они перечислены в профильных ГОСТах. К примеру, самый грубый из стандартизированных фильтров G1 должен задерживать 50-65% синтетической пыли, а G4 не меньше 90% тех же частиц.

Наиболее точные изделия, как U17, обязаны улавливать 99,999995% загрязнений. Ознакомиться с показателями эффективности очистки можно для общей информации, так как в большинстве случаев техническая документация, паспорта содержат буквенно-цифровые классы.

Виды фильтров по принципу работы

Поскольку загрязнения воздуха бывают различных типов, то логично для его очистки использовать разные виды очистителей. Собственно так и делают, объединяя в составе фильтрующей системы изделия, имеющие различный принцип работы, что позволяет успешней улавливать частицы грязи.

А также такая процедура позволяет сделать очистку более экономичной. Причина кроется в конструкции вентиляционной системы — наибольшему воздействию подвергаются прочные и дешевые приспособления, установленные предварительно.

Виды фильтров по принципу работы:

• механические;
• масляные;
• угольные;
• губчатые;
• HEPA.

Механические фильтры — предназначены для очистки приточного воздуха от достаточно больших частиц, к которым ним относятся пыль, шерсть животных, насекомые и т.д. Такие изделия используются для фильтрации грязи размером 5-10 микрон.

Особенность частиц указанных размеров в том, что их мало, но именно они существенно ускоряют износ оборудования самой вентиляционной системы.

А также быстро приходят в негодность более эффективные и дорогие изделия точной очистки, что приводит к нарушениям технологических процессов, ухудшению микроклимата в офисе, доме.

Для предотвращения перечисленных разрушительных процессов механические фильтры устанавливаются практически в любой системе кондиционирования, вентиляции и выполняют предварительную задержку пыли и прочих частиц. Обычно такие изделия изготавливаются из волокнистых синтетических материалов, имеющих сетчатую структуру.

Механические фильтры присутствуют практически в каждой системе вентиляции. Они принимают на себя первый удар в виде пыли и прочих крупных частиц, которыми наполнен отработанный воздух

Для придания прочности нередко применяются различные современные клеящие вещества. Во многих случаях использованное изделие подлежит утилизации, но встречаются модели, которые можно очищать мытьем или напором воздуха, подающегося под давлением. Это делает их многоразовыми, что выгодно и практично.

Указанные процедуры можно выполнять на любом производстве и даже дома. Недостатком считается то, что механический фильтр самостоятельно не способен очистить воздух.

Масляные — очистители, основным элементом конструкции которого является фильтрующий элемент. Чаще всего он комбинированный, и состоит из прочных синтетических волокон, металлических сеток. Но главной особенностью является использование минеральных масел для повышения эффективности очистки, которая достигается прилипанием к нему грязи.

Масляные изделия используются, как предрасположенные фильтры для улавливания крупных частиц, что ограничивает их функциональность.

Угольные модели функционируют благодаря адсорбции — это физическое явление, при котором поры одного вещества поглощают другое. Такие изделия эффективно удаляют газы, запахи.

Угольный фильтр, использующийся для вентиляции можно применять только вместе с дополнительным уловителем мелких частиц пыли и жира, установленным перед ним. Причина кроется в том, что крупицы большего размера забивают поры угля и делают процесс адсорбции неэффективным.

Преимуществом этого вида является достаточная степень очистки при умеренной стоимости. Он часто используется в быту — это распространенный угольный фильтр для вытяжек. Нашел он применение в медицине, фармацевтике, на небольших производствах. Недостатком таких изделий считается необходимость регулярной замены.

Угольный фильтр мало чем отличается от других видов, так как фильтрующий материал упакован в мешки из полиэфирных волокон

Губчатые фильтры — очищают воздух от достаточно мелкой пыли, других твердых элементов. Название произошло от фильтрующих материалов (губчатой резины, пенополиуретана), которые для повышения эффективности предварительно проходят специальную обработку с целью увеличения площади пор.

Они используются многократно, так как их можно помыть. Применяются в быту, на производстве, медицине. Недостатком считается то, что эти уловители подходят только для удаления пыли из воздуха, хотя делают это качественно.

HEPA-фильтры предназначены для высокоэффективного улавливания мелких пылевых частиц. Часто они являются основным компонентом, хотя использовать их всегда необходимо с предустановленными фильтрами, которые будут очищать воздух от крупных элементов грязи.

Поверхность таких изделий покрывается химическими растворами для угнетения различных видов бактерий.

Используются везде, где есть повышенные требования к качеству воздуха. Поскольку они успешно избавляют от аллергенов (спор, пыльцы, шерсти, домашней пыли, других), то часто применяются в быту. Делают очистители из специальной бумаги или синтетических волокон.

Результат очистки воздуха с помощью HEPA-фильтров близкий к идеальному, но следует помнить, что их можно использовать только с предрасположенным фильтром

HEPA фильтры часто устанавливают в бытовых очистителях воздуха.

Если нужна максимальная эффективность чистки, то следует выбрать фильтры ULPA, которые обладают одинаковым с HEPA принципом действия, но способны улавливать несколько большее количество пыли. Все высокоэффективные изделия довольно дорогие, кроме того, обладают непрочной конструкцией.

Новшества в системах вентиляции

Помимо, перечисленных выше, очистителей, все чаще используются новые высокотехнологичные способы. Например, недавно для систем вентиляции начали применяться фотокаталитические фильтры, но они быстро становятся востребованными.

Причина растущей популярности кроется в способности одинаково эффективно бороться с различными вирусами, бактериями, токсинами, которые разлагаются на безопасные продукты, например, воду. Очистка выполняется под воздействием ультрафиолета в фотокаталитической камере.

Уже перестали быть редкостью и электростатические фильтры, которые с помощью ионизации воздуха и воздействия электрических сил способны удалять из отработанных масс мельчайшие частицы загрязнения.

Классы очистки воздуха

Санитарные или технические нормы содержания пыли для помещений разного назначения сильно отличаются, для каких-то помещений достаточно очистить воздух от крупной пыли и мусора, для других нужна стерильная чистота. Для решения этих разных задач нужны разные фильтры и фильтрующие материалы, отличающиеся по способности удерживать частицы пыли разных размеров и по эффективности работы (какой процент пыли они удерживают).

Существует общепринятое разделение фильтров и фильтрующих материалов на классы по очищающей способности. Классы объединены в несколько групп:

• Грубая очистка. Эти фильтрующие материалы не пропускают частицы размером свыше 10 микрон с эффективностью 65-90%. Это классы G1, G2, G3, G4 (по ГОСТ) и EU1, EU2, EU3, EU4 (по европейским стандартам DIN). Применяются там, где высокая чистота воздуха не требуется, или в качестве ступени предварительной очистки (первой ступени в многоступенчатых фильтрах);

• Тонкая очистка. Фильтрующий материал улавливает частицы величиной больше 1 микрон с эффективностью 40-95%. Это классы F5-F9, EU5-EU9. Крупные частицы могут быстро забить тонкие поры этих фильтрующих материалов. Чтобы материал тонкой очистки дольше работал, фильтр обычно ставят после предварительной ступени (грубой очистки), как вторую ступень многоступенчатых фильтров.Тонкой очистки достаточно для большинства ситуаций, когда нужен очищенный воздух;

• Тем не менее, всё более востребованной, в том числе в быту, становится высокоэффективная очистка (НЕРА, High Efficiency Particulate Arresting). Классы H10-H14. Это окончательная ступень очистки для многоступенчатых фильтров, задерживает 85-99.995% частиц размером свыше 0.3 микрона, воздух очищается от всех аллергенов;

• Существует еще и высшая степень очистки, сверхвысокоэффективная очистка (ULPA, Ultra Low Penetrating Air). Классы U15-U17. Улавливается практически все присутствующие в воздухе микрочастицы – 99.9995-99.999995% частиц размером более 0.1 микрон. Поэтому фильтры классов НЕРА и ULPA называют фильтрами абсолютной очистки.

Область использования фильтров ULPA довольно узкая – некоторые лаборатории и производства, где требуется сверхчистота.

Существующие разновидности очистителей

Деление на виды считается условным, хотя оно охватывает всевозможные особенности фильтров. Это нужно, чтобы потребители, производители, продавцы лучше могли ориентироваться в конструктивных особенностях, разнообразии материалов.

Фильтрующие приспособления делятся на виды с учетом следующих особенностей:

• по конструктивному исполнению;
• назначению, эффективности;
• принципу работы.

Все конструктивные особенности воздушных фильтров стандартизированы, поэтому выделены несколько видов. К одним и тем же могут относиться изделия разной эффективности.

Классификация очистителей помогает легко выбирать модели нужных конструкций. Например, карманные фильтры, использующиеся для вентиляции различных помещений, бывают грубой очистки и сверхэффективными.

Виды фильтрующих изделий по конструктивному типу:

• карманные;
• кассетные;
• панельные;
• фильтрующие рукава.

Карманные фильтры отличаются низким сопротивлением, прочностью, безопасностью, высокой пылеемкостью. Выделяются простотой конструкции, применения, утилизации, также обладают высокой пожаробезопасностью.

Карманные фильтры конструктивно просты, надежные и безопасные, поэтому являются одним из самых востребованных видов

Их можно применять в различных сферах (на производстве, в больницах, жилых помещениях). В качестве материала изготовления используются прочные синтетические волокна. Представляют собой сшитые, спаянные конструкции, похожие на карманы, которые крепятся к жесткой раме.

Кассетные фильтры — используются в различных сферах (на производстве, в общепите, фармацевтике, быту), отличаются прочностью, долговечностью. К преимуществам относятся низкое начальное сопротивление, значительная пылеемкость.

Жесткая конструкция позволяет справляться с любыми нагрузками. Фильтрующий материал изготавливается из современных полиэфирных волокон.

Кассетные фильтры имеют жесткую конструкцию, поэтому выдерживают существенные нагрузки

Панельные фильтры — изделия, для которых в качестве фильтрующих материалов может использоваться различное сырье, включая металлическую сетку, пенополиуретан, но чаще всего применяются современные полиэфирные волокна.

Подобные приспособления могут быть частью различных систем для очистки воздуха на производстве, в быту. Отличаются практичностью, высокими рабочими характеристиками, внушительной способностью задерживать пыль.

Фильтрующие рукава являются наиболее производительными фильтрами, поэтому используются в основном на производстве, включая химические заводы, табачные фабрики, ТЭЦ. Такие изделия могут применяться и для улавливания различных газов, например, при производстве алюминия.

Рукава — самые распространенные фильтрующие элементы на производстве, к тому же их использование традиционно считается наиболее экономически обоснованным. А все потому, что эти фильтры способны выполнять качественную очистку от разнообразных газов, пыли. Их можно менять, не прекращая технологический процесс.

Панельные фильтры. Их легко отличить, так как рама таких изделий всегда оснащена силовыми элементами в виде сетки

Кроме того, рукава долговечны, мало восприимчивы к условиям эксплуатации — они могут работать при внушительных 280°C и значительных морозах.

Фильтрующим материалом в этом случае являются современные полиэфирные волокна, которые нередко покрывают дополнительными слоями, к примеру, мембранами для повышения качества обработки воздуха.

Типы фильтрующих материалов для воздушных фильтров

Для фильтров разных типов, разной степени очистки нужны и разные фильтрующие материалы.

Общие требования к фильтрующим материалам для вентиляции:

• стабильность размеров;

• термостойкость (в отдельных случаях);

• лёгкость очистки (когда она возможна);

• прочность;

• неподверженность истиранию;

• устойчивость к засорению (для восстанавливаемых ФМ);

• эффективность фильтрации;

• хорошая проницаемость (малое воздушное сопротивление);

• низкая стоимость.

Самые распространённые ФМ – это текстиль (Fabrics), тканый и нетканый.

Тканые фильтрующие материалы

Традиционный материал для грубой очистки воздуха, часто применяются в промышленности в виде мешочных (карманных) фильтров. Их преимущество – низкая стоимость, высокая прочность, возможность многократной очистки. Натуральный текстиль (хлопок, шерсть) всё больше уступают место синтетике, в первую очередь недорогому полиэфиру, имеющему высокую стойкость к истиранию.

Преимущества синтетических волокон перед натуральными:

• большая скорость фильтрации;

• лучшая очистка воздуха;

• уменьшение массы за счет большей прочности;

• устойчивость к истиранию;

• более эффективная очистка от пыли (полоскание, стирка, быстрее высыхает);

• не подвержены гниению;

• устойчивы к влажности;

• служат дольше.

Тканые материалы не принимают значительного участия в самом процессе фильтрации. Они обеспечивают основу для первичного накопления слоя пыли («осадочного пирога»). Этот слой, с одной стороны, увеличивает воздушное сопротивление фильтра. С другой стороны, очищаемый воздух проходит через этот плотный слой пыли и волокон, который сам работает как фильтр. То есть низкая сначала эффективность фильтра увеличивается по ходу его загрязнения.

При очистке ткань должна легко избавляться от этого слоя.

Это – типичный пример так называемой поверхностной фильтрации, когда пыль накапливается на поверхности ФМ. По мере загрязнения сопротивление фильтра и механическая нагрузка на него возрастает, что может привести к разрыву ткани при несвоевременной очистке.

Чем тоньше нитка и выше плотность основы, тем более мелкие частицы улавливаются, тем меньше производительность и тем больше падение давления на фильтре.

Объёмные нетканые материалы

Сейчас занимают большую часть рынка фильтрующих материалов. В основном они применяются для предварительной очистки воздуха, или там, где невысокие требования к воздухоподготовке, но выпускается материал и для тонкой очистки. Их преимущества:

• стабильные размеры;

• хорошее удержание частиц;

• не закупориваются так быстро, как тканые материалы;

• постоянная эффективность.

Используются волокно из различных полимерных и натуральных материалов. Это в первую очередь полиэфир (другое название – полиэстер) – самое распространенноефильтрующее волокно, полипропилен, нитрон; стекловолокно, кокосовое волокно, крафт-бумага и другие.

Фильтрующие качества нетканого материала определяются диаметром волокон, его образующих, и расстоянием между ними (плотности материала).

В объёмных нетканых материалах реализуется фильтрация в глубине фильтрующей среды, противоположность поверхностной фильтрации у тканых ФМ. Расстояния между волокнами здесь значительно больше размера пылинки, но, сталкиваясь с волокном, она прилипает к нему. Чтобы все пылинки нашли своё волокно и прилипли, толщина фильтрующего материала должна быть значительной. Опять же, способность таких ФМ к регенерации хуже, некоторые совсем не могут очищаться и использоваться повторно.

Выпускаемый фильтрующий материал имеет различную толщину (от 5 до 45 мм), которая выражается в поверхностной плотности, от 100 до 400 г/м2. Обычно такой фильтрующий материал выпускается в рулонах различной длины и ширины, из которых потом нарезается необходимый размер. Это сырье для производства различных объёмных фильтров, заменяемый материал в панельных фильтрах.

Волокна для ФМ грубой очистки получают, выдавливая расплавленный полимер через тонкие отверстия, фильеры, с последующим вытягиванием.

В современных ФМ полимерные волокна скрепляются между собой термически, образуя трехмерную структуру (термоспайка).

Термоскреплённый объёмный фильтрующий материал

Из волокна полиэфира разные производители называют по-разному:

• ФТ, фильтр термоскреплённый ФилТек;

• ФВР – фильтр воздушный рулонный;

• ФРНК – фильтр рулонный из нетканых материалов;

• ФМР – фильтрующий материал рулонный.

В последнее время очень популярно нетканое полотно с так называемой прогрессивной структурой. Оно образуется из нескольких слоёв различной плотности, соединённых вместе. По ходу потока воздуха плотность увеличивается, толщина волокон уменьшается. Волокна и слои соединены термически. Достоинства такого материала:

• высокая пылеёмкость – верхние слои удерживают крупные частицы, мелкие попадают вовнутрь и оседают там. Используется вся толщина фильтра. Так, ФВР-200 (плотность 200 г/м2), класс G3, может удержать 540 г пыли на квадратный метр, в 2.5 раза больше собственного веса;

• не содержит клея;

• экологическая безопасность, не выделяет вредных веществ;

• пожаробезопасность, не поддерживает горение;

• термостойкость, рабочая температура от -50°С до +100°;

• лучшие значения прочности, упругости, низкая усадка;

• высокая химическая стойкость;

• гидрофобность, может работать при 100% влажности;

• нет выдувания осколков волокна;

• низкое начальное воздушное сопротивление. Оно зависит от толщины и плотности материала;

• невысокая стоимость, так как сам материал (полиэстер, полипропилен) недорогой;

• не сыпется при раскраивании, легко разрезается и сшивается.

Фильтрующий материал с прогрессивной структурой не подлежит регенерации. Утилизируется как строительный мусор.

Фильтры из стекловолокна

имеют большую пылеёмкость, и высокую рабочую температуру. Их недостаток – низкая стойкость к механическим воздействиям, опасная для здоровья «стеклянная» пыль при разрушении материала.

Пенополиуретан (ППУ)

Еще один тип ФМ для фильтров грубой очистки воздуха, вспененный материал с открытыми порами (ретикулированный). Это всем нам знакомый поролон. Разные марки (ППУ 10 – ППУ 60) означают количество пор на дюйм: чем их больше, тем тоньше очистка, но больше начальное и конечное сопротивление. Фильтры из ППУ можно промывать и использовать многократно.

Гофрокартон

Используется в лабиринтных фильтрах. Их ставят в покрасочных камерах для очистки выходящего воздуха от окрасочного тумана, взвешенных в воздухе капелек краски. Воздушный поток, проходя через отверстия в объёмной структуре из картона, многократно меняет направление, и частички краски за счет сил инерции сталкиваются со стенками и оседают на них. Ёмкость таких фильтров и срок их службы в несколько раз больше, чем у нетканых.

Фильтрующий материал Мельтблаун

Который называется по применяемой для его изготовления технологии (MeltBlown, пневмораспыление), формально тоже можно отнести к объёмным нетканым материалам. Но это уже фильтр тонкой очистки из волокон толщиной 1-5 мкм. Его получают выдуванием прошедшего через фильеры расплавленного полипропилена на конвейер, получается плотная структура из хаотически расположенных волокон.

Его механическая прочность невелика, поэтому такой слой часто соединяется с более прочным воздухопроницаемым материалом – нетканым полотном, текстилем и т.д.

Мельтблаун обладает высокой гидрофобностью, практически не пропускает воду в жидком виде, но пропускает воздух и пары воды. Эффективно задерживает различные микроорганизмы. Применяется в разных областях, в том числе для медицинских масок, промышленных респираторов.

Для фильтров вентиляции используется мельтблаун с плотностью 150-180 г/м2.

Материал Петрянова

(ФПП, фильтрополотно Петрянова), или HEPA-ткань за рубежом, по фамилии изобретателя – академика Петрянова-Соколова Игоря Васильевича, используется во всех абсолютных фильтрах, HEPA и ULPA. Он задерживает частички пыли практически любых размеров. Представляет собой спрессованное сверхтонкое полимерное волокно, иногда на механически прочной подложке. Они работают за счет сил адгезии – молекулярного притяжения, которые очень сильны для мелких частиц. Крупные частицы, больше 5 микрон, просто застревают между волокнами. Более мелкие перемещаются с током воздуха и по инерции натыкаются на волокна фильтра, прилипая к ним. Ещё более мелкие частички уже движутся больше сами по себе, за счет диффузии, но точно так же прилипают к волокнам, где дополнительно фиксируются, слипаясь в конгломераты.

Срок службы фильтра

Рано или поздно любому фильтру потребуется замена или очистка (регенерация). Производитель обычно четко указывает, как определить, что подошел срок замены. Чаще всего это воздушное сопротивление фильтра, измеряемое дифференциальным маномертом. Иногда это видно по поверхности фильтра, если есть доступ.

Срок службы зависит от расхода воздуха через фильтр и загрязненности очищаемого воздуха, от наличия или отсутствия предварительного фильтра перед фильтром тонкой очистки.