Принцип роботи HEPA-фільтрів

HEPA-фільтр являє собою високоефективні фільтри нового покоління, призначені для видалення з повітря дрібнодисперсних шкідливих частинок, а також PM2.5 і PM10 (з діаметром менше 2,5 і 10 мкм відповідно). HEPA – це не компанія з виробництва фільтрів, а клас, який має свої параметри і має певний ГОСТ ЕН 1822-1:2009 і ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010. Сьогодні ми з вами поговоримо про HEPA-фільтри, розповімо, як це працює і чому їх застосування в роботі зробить процес осушення повітря більш ефективним і якісним.

Абсолютно будь-який HEPA-фільтр має в своїй конструкції хаотично розташовані волокна найрізноманітнішої товщини, наприклад, 0,05-5 мікрометра. В основному, дана відстань між декількома волокнами становить приблизно 5-50 мікрометрів. При цьому, варто врахувати, що сам діаметр дрібнодисперсних частинок, становить кілька мікрон і може бути ще менше, в кілька часток мікрона. Тому, багато новачків у цій справі постійно задаються питанням про те, як же все-таки фільтр з такими порами виробляє затримку настільки маленьких частинок? Найчастіше, кожен з нас може уявити фільтр у вигляді якоїсь риболовної сітки або сачка, тобто в такій конструкції завжди є фільтруємий об'єкт з великими комірками, в яких частинки застрягають. Зазначу, що даний процес має свою назву та іменується "ефектом сита" (straining). Найчастіше, робота проводиться для невеликих частинок, які по діаметру не перевищують пори у фільтрі. На самих дешевих і спрощених моделях фільтрів ефект сита виглядає наступним чином: волокна фільтра представляються у вигляді циліндрів, які розташовуються поперек потоку повітря. А модель частинки, представляється нам як коло або куля з радіусом R. Наприклад, якщо 2R має більшу відстань між волокнами, то частка не може не застрягти в фільтрі. Варто також відзначити, що чим більша частка, тим складніше їй буде не залишитися в волокнах. Саме тому, фахівці відзначають, що для великих за розміром частинок, ефект сита проводиться набагато успішніше.

При цьому, якщо поглянути на звичайний графік, то можна помітити, що там немає певних розмірів, оскільки будь-який фільтр має різний розмір волокон, які до того ж мають абсолютно різну щільність упаковки. Такі волокна дозволяють затримувати найрізноманітніші частинки. Варто також відзначити, що зокрема, форма кривої матиме подібності з тією ж, але вона при цьому буде лавірувати по горизонтальній шкалі. Наведемо невеликий приклад, щоб стало зрозуміліше. При використанні фільтра грубої очистки типу G, крива зможе розміщуватися трохи праворуч, на відміну від фільтра тонкого очищення, що має тип F. Зверніть увагу, що у всіх фільтрах нового покоління HEPA ефект сита буде завжди спостерігатися точно також. Але в разі, якби HEPA проводив свою роботу виключно за даним механізмом, то крива його ефективності була б ідентичною. Але все ж насправді, вид буде трохи іншим, а саме:

Виходячи з даного графіка, можна помітити, що HEPA-фільтр виробляє затримку частинок будь-якого розміру. Але в тому випадку, якщо фільтрація часток перевищує 5 мікрометрів, то відразу ж задіює механізм сита, а в такому випадку фільтрація фракцій має зовсім іншу породу, близько 1-0,01 мікрометр.

Як HEPA-фільтр «ловить» дрібнодисперсний пил?

Для HEPA, на відміну від аналогів грубої і тонкої очистки, при фільтрації абсолютно не обов'язково частинкам застрявати в волокнах. Тут діє новий метод очищення, а саме суть його в тому, що для фільтрації, порошинка може просто торкнутися матеріалу, оскільки цього буде достатньо, для осадження. У цьому випадку, задіяно два процеси: адгезію і аутогезію.

Адгезія – являє собою взаємодію пилу з матеріалом, де відбувається осадження, наприклад в нашому випадку, цим матеріалом є HEPA. В даному процесі, на волокнах фільтра осідає перший невеликий шар пилу.

Аутогезія – це молекулярне взаємодія часток один з одним, які безпосередньо комунікує з волокнами, при цьому, всі дані частинки постійно нашаровуються один на одного.

Як найдрібніші частинки торкаються волокна HEPA-фільтра?

Як вже було сказано, ефект сита не є основним в даному процесі, оскільки частинки вільно перетинають пори. В такому випадку, варто сказати, що в фільтрах HEPA задіяні й інші механізми. Зазначу, що абсолютно кожна частка постійно перебуває в повітряному потоці, і в разі, якщо фільтр не видає відштовхуючу силу від лінії потоку повітря в бік волокна, частинки не будуть осідати. При цьому, частка просто пройде крізь фільтр. Саме тому, саме питання про те, яким же чином частинки торкаються волокна, поставлене неправильно, тому його можна замінити на запитання про те, як же саме частинки виходять з повітряного потоку фільтра. Тут вже важливо звернути увагу на розмір і масу самої частки.

Наприклад, невеликі частинки діаметром менше 0,1 мікрометра, є дуже легкими, тому їх пересування швидше побудовано хаотичним чином. При цьому, їх траєкторія польоту постійно змінюється і залежить від лінії струму повітря. Тут добре задіяний ефект дифузії, а виглядає він наступним чином: ті частинки, що мають масу більше тих, що ми розглядали вище, коливаються в залежності від лінії струму. Але, дані частинки осідають по зовсім іншому механізму. Лінії повітряного потоку змінюються біля волокна, проходячи поруч з перешкодою. Також, великі і по масі важкі частинки за рахунок інерції, виходять з потоку, врізаючись з волокном і осідають. Це ефект інерції.

Дифузійний та інерційний ефекти доповнюють один одного: один відповідає за фільтрацію найдрібніших частинок, інший-більших. Зазначу, що дуже складно лягають на волокно частинки з проміжними розмірами. Все тому, що їх швидкість не дуже велика, при цьому ще й дифузія особливо не впливає на частинки, оскільки коливання їх траєкторії польоту вже настільки сильні. Виходячи з цього, можна помітити, що такі частинки просто під час свого руху залишаються в потоці повітря, огинаючи волокна. Вони також мають назву, а саме частинки з великою поникающей здатністю. Тому, для того, щоб проконтролювати їх рух необхідно застосувати механізм під назвою ефект зачеплення.

Даний ефект виробляє свою роботу в той момент, коли така частка максимально близько наближається до волокна. Вже за таких умов, вона має властивість осідати. Варто також звернути вашу увагу на те, що ефект зачеплення вважається одним з найбільш універсальних методів, який поширюється абсолютно на всі частинки,незалежно від їх розмірів.

В даному випадку, також важливо знати, що ефективність такого механізму цілком і повністю залежить від ваги та розмірів самої частки. Тут все досить просто, в разі, якщо частка велика, то потенційно дотик з волокном відбудеться в 90% випадків. Також, ефект зачеплення має схожі властивості з ефектом сита.

Таким чином, HEPA-фільтр задіяв в собі відразу всі механізми, що дозволяє такому фільтру отримати загальну суму ефективності за такою формулою:

ηзагальна = ηсита + ηзачеплення + ηінерції + ηдифузії

При цьому, якщо дані фільтри знаходяться в постійному навантаженні контакту з великими за розмірами частинками, то фільтр може прослужити не настільки довго, як нам би хотілося, оскільки термін його експлуатації зменшується із-за важкої роботи. Тому, для того, щоб уникнути цієї неприємності, HEPA-фільтри мають кілька спеціальних префільтр низького класу, а саме G та/або F. Таке рішення дозволяє здійснити захист HEPA від появи засмічення в самому фільтрі. У цьому випадку, якщо виробник встановлює префільтри, то проводиться робота "за фахом", що означає фільтрацію даних частинок. З усього цього залишаються лише кілька ефектів, таких як:

ηзагальна = ηзачеплення + ηінерції + ηдифузії

Від чого залежить ефективність HEPA-фільтра?

Дуже хороше питання, зараз спробуємо розібратися. Важливо знати, що HEPA є настільки ефективним фільтром не тільки через розміри частинок, тут впливають всі параметри фільтра, а саме:

1. Ширина встановлених волокон в HEPA-фільтрі

2. Матеріал, з якого виготовили волокна

3. Щільність упаковки волокон

Тут важливо знати, що площа зіткнення частинок залежить від щільності і упаковки самих волокон, тобто чим вони більші, тим краще. Тобто якщо фільтри мають хороші волокна, то осад частинок відбувається в 100% випадків.

Також, при осаду, відстань між волокнами і частинками скорочується. В результаті чого, ефективність волокон стає більшою, при цьому, робота самого HEPA з часом стане лише вище. Існують, звичайно, випадки, коли фільтр пропрацював велику кількість часу і через пару місяців забився, в даному випадку найоптимальнішим рішенням стане придбання нового фільтра. Такі ситуації трапляються дуже рідко, все залежить від приміщення, в якому встановлений HEPA.

Вкінці, варто підвести невеликий підсумок і остаточно розібратися в роботі HEPA-фільтрів. Розглянемо його принцип роботи по пунктах:

1. У фільтр йде потік забрудненого повітря

2. Великі частинки виходять з потоку повітря через принцип інерції, а дрібні частинки роблять те ж саме через ефект дифузії

3. Зрештою, через сили тяжіння, на фільтрі осідають абсолютно всі частинки, які вийшли з потоку.

4. У фільтр потрапляє повітряний потік з пилинками різного розміру, від 10 мкм і менше.

На цьому етапі, наша стаття підійшла до кінця. Сподіваюся, ми допомогли вам розібратися в роботі HEPA-фільтрів. У тому випадку, якщо ви вирішили придбати хороший осушувач повітря для будинку, негайно переходьте на сторінки нашого інтернет-магазину, де кожен охочий зможе придбати якісний товар іноземного виробника за найвигіднішими цінами в Україні.

23.09.2018 2523

перейти до розділів