Принцип работы HEPA-фильтров

Принцип работы HEPA-фильтров

HEPA-фильтр представляет собой высокоэффективные фильтры нового поколения, предназначенные для удаления из воздуха мелкодисперсных вредных частиц, а также PM2.5 и PM10 (с диаметром менее 2,5 и 10 мкм соответственно). HEPA – это не компания по производству фильтров, а класс, который имеет свои параметры и имеет определенный ГОСТ ЕН 1822-1:2009 и ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010. Сегодня, мы с вами поговорим о HEPA-фильтрах, расскажем как это работает и почему их применение в работе сделает процесс осушения воздуха более эффективным и качественным.


Абсолютно любой HEPA-фильтр имеет в своей конструкции хаотично расположенные волокна самой разнообразной толщины, к примеру, 0,05-5 микрометра. В основном, данное расстояние между несколькими волокнами составляет примерно 5-50 микрометров. При этом, стоит учесть, что сам диаметр мелкодисперсных частиц, составляет несколько микрон и могут быть еще меньше, в несколько долей микрона. Поэтому, многие новички в данном деле постоянно задаются вопросом о том, как же все-таки фильтр с такими порами производит задержку настолько маленьких частиц? Зачастую, каждый из нас может представить фильтр в виде какой-нибудь рыболовной сети или сачка, то есть в такой конструкции всегда есть фильтруемый объект с большими ячейками, в которых частицы застревают. Отмечу, что данный процесс имеет свое названием и именуется эффектом сита (straining). Чаще всего, работа производится для небольших частиц, которые по диаметру не превышают поры в фильтре. На самых, дешевых и упрощенных моделях фильтров эффект сита выглядит следующим образом: волокна фильтра представляются в виде цилиндров, которые располагаются поперек потока воздуха. А модель частицы, представляется нам как круг или шар с радиусом R. К примеру, если 2R имеет большее расстояние между волокнами, то частица не может не застрять в фильтре. Стоит также отметить, что чем больше частица, тем сложнее ей будет не остаться в волокнах. Именно поэтому, специалисты отмечают, что для больших по размеру частиц, эффект сита производится намного успешней.


При этом, если взглянуть на обыкновенный график, то можно заметить, что там нет определённых размеров, поскольку любой фильтр имеет разный размер волокон, которые к тому же имеют совершенно разную плотность упаковки. Такие волокна позволяют задерживать самые разнообразные частицы. Стоит также отметить, что в частности, форма кривой будет иметь сходства с той же, но она при этом будет лавировать по горизонтальной шкале. Приведем небольшой пример, чтобы стало понятнее. При использовании фильтра грубой очистки типа G, кривая сможет размещаться немного по правую сторону, в отличие от фильтра для тонкой очистки, имеющего тип F. Обратите внимание, что во всех фильтрах нового поколения HEPA эффект сита будет всегда наблюдаться точно также. Но в случае, если бы HEPA проводил свою работу исключительно по данному механизму, то кривая его эффективности была бы идентичной. Но все же на самом деле, вид будет немного другим, а именно:




Исходя из данного графика, можно заметить, что HEPA-фильтр производит задержку частиц абсолютно любого размера. Но в том случае, если фильтрация частик превышает 5 микрометров, то сразу же задействует механизм сита, а в таком случае фильтрация фракций имеет совершенно другую породу, около 1-0,01 микрометр.


Исходя из данного графика, можно заметить,что HEPA-фильтр производитзадержку частиц абсолютно любого размера. Но в том случае, если фильтрациячастик превышает 5 микрометров, то сразу же задействует механизм сита, а втаком случае фильтрация фракций имеет совершенно другую породу, около 1-0,01микрометр.

Как HEPA-фильтр «ловит» мелкодисперсную пыль?

Для HEPA, в отличие от аналогов грубой и тонкойочистки, при фильтрации совершенно не обязательно частицам застревать вволокнах. Тут действует новый метод очистки, а именно суть его в том, что дляфильтрации, пылинка может просто коснуться материала, поскольку этого будетдостаточно, для осаждения. В этом случае, задействовано два процесса: адгезиейи аутогезией.

Адгезия – представляет собой взаимодействие пылис материалом, где происходит осаждение, например в нашем случае, этимматериалом является HEPA. В данном процессе, на волокнах фильтра осаждаетсяпервый небольшой слой пыли.

Аутогезия – этомолекулярное взаимодействие частиц друг с другом, которые непосредственно коммуницирует с волокнами, при этом, все данные частицыпостоянно наслаиваются друг на друга.




Как мельчайшие частицы касаютсяволокна HEPA-фильтра?

Как уже было сказано, эффект сита не является основным в данном процессе,поскольку частицы свободно пересекают поры. В таком случае, стоит сказать, чтов фильтрах HEPA задействованы и другие механизмы. Отмечу, что абсолютно каждаячастица постоянно находиться в воздушном потоке, и в случае, если фильтр невыдает отталкивающую силу от линии тока воздуха в сторону волокна, то частицыне будут осаждаться. При этом, частица попросту пройдет сквозь фильтр. Именнопоэтому, сам вопрос о том, каким же образом частицы касаются волокна, стоитнеправильно, поэтому его можно заменить, на вопрос о том, как же именно частицывыходят из воздушного потока фильтра. Тут уже важно обратить внимание на размери массу самой частицы.

К примеру, небольшие частицы диаметров меньше 0,1 микрометра, являются оченьлегкими, поэтому их передвижение скорее построено хаотичным образом. При этом,их траектория полета постоянно изменяется и зависит от линии тока воздуха. Тутхорошо задействован эффект диффузии, а выглядит он следующим образом: течастицы, которые имеют массу больше тех, что мы рассматривали выше, колеблютсяв зависимости от линии тока. Но, данные частицы осаждаются по совершенно иномумеханизму. Линии воздушного потока изменяются возле волокна, проходя рядом спрепятствием. Также, большие и по массе тяжелые частицы за счет инерции,выходят из потока, врезаясь с волокном и осаждаются. Это эффект инерции.

Диффузионный и инерционный эффекты дополняют друг друга: один отвечает зафильтрацию самых мелких частиц, другой – более крупных. Отмечу, что оченьсложно, ложатся на волокно частицы с промежуточными размерами. Все потому, чтоих скорость не очень большая, при этом еще и диффузия особо не влияет начастицы, поскольку колебания их траектории полета уже на настолько сильные.Исходя из этого, можно заметить, что такие частицы попросту во время своегодвижения остаются в потоке воздуха, огибая волокна. Они также имеют название, аименно частицы с большой поникающей способностью. Поэтому, для того, чтобыпроконтролировать их движение необходимо применить механизм под названиемэффект зацепления.

Данный эффект производит свою работу в тот момент, когда такая частицамаксимально близко приближается к волокну. Уже при таких условиях, она имеетсвойство осаждаться. Стоит также обратить ваше внимание на то, что эффектзацепления считается одним из самых универсальных методов, которыйраспространяется абсолютно на все частицы, в не зависимости от их размеров.

В данном случае, также важно знать, что эффективность такого механизма целикоми полностью зависит от веса и размеров самой частицы. Тут все довольно просто,в случае, если частица большая, то потенциально касание с волокном произойдет в90% случаев. Также, эффект зацепления имеет похожие свойства с эффектом сита.

Таким образом, HEPA-фильтры задействовал в себе сразу всемеханизмы, что позволяет такому фильтру получить общую сумму эффективности последующей формуле:


ηобщая = ηсита + ηзацепления + ηинерции + ηдиффузии 

При этом, если данные фильтры находятся впостоянной нагрузке контакта с большими по размерам частицами, то фильтр можетпрослужить не настолько долго, как нам бы хотелось, поскольку срок эксплуатацииего уменьшается из-за тяжелой работы. Поэтому, для того, чтобы избежать даннойнеприятности, в HEPA-фильтры располагают несколько специальных префильтров низкого класса, а именно G и/или F. Такое решение позволяетосуществить защиту HEPA от появления засора в самом фильтре. В этом случае,если производитель устанавливает префильтры, топроизводится работа «по специальности», что означает фильтрацию данных частиц.Из всего этого остаются лишь несколько эффектов, таких как:

ηобщая = ηзацепления + ηинерции + ηдиффузии 



От чего зависит эффективность HEPA-фильтра?

Очень хороший вопрос, сейчас попробуемразобраться. Важно знать, что HEPA является настолько эффективным фильтром нетолько из-за размеров частиц, тут влияют все параметры фильтра, а именно:

1.Ширина установленных волокон в HEPA-фильтре
2. Материал, из которого изготовили волокна
3. Плотность упаковки волокон

Тутважно знать, что площадь соприкосновения частиц зависит от плотности и упаковкисамих волокон, то есть чем они больше, чем лучше. То есть если фильтры имеютхорошие волокна, то осаждение частиц происходит в 100% случаев.

Также, при осаждении, расстояние междуволокнами и частицами сокращается. В результате чего, эффективность волоконстановиться больше, при этом, работа самого HEPA со временем станет тольковыше. Существуют, конечно же, случаи, когда фильтр проработал большоеколичество времени и через пару месяцев забился, в данном случае самымоптимальным решением станет приобретение нового фильтра. Такие ситуациислучаются очень редко, все зависит от помещения, в котором установлен HEPA.

В конце, стоит подвести небольшой итог иокончательно разобраться в работе HEPA-фильтров, рассмотрим его принцип работы по пунктам:

1. Вфильтр идет поток загрязненного воздуха
2. Большие частицы выходят из потока воздухаиз-за принципа инерции, а мелкие частицы делают то же самое из-за эффектадиффузии
3. В конечном итоге, из-за сил притяжения, нафильтре оседают абсолютно все частицы, которые вышли из потока.
5. В фильтр попадает воздушный поток с пылинкамиразного размера, от 10 мкм и меньше.

На этомэтапе, наша статья подошла к концу. Надеюсь, мы помогли вам разобраться вработе HEPA-фильтров. В том случае, если вы решили приобрести хороший осушительвоздуха для дома, то незамедлительно переходите на страницы нашегоинтернет-магазина, где каждый желающий сможет приобрести качественный товариностранного производителя по самым выгодным ценам в Украине.

1780