Filtracja i oczyszczanie powietrza (cz. 4.)

Filtry elektrostatyczne  

Są to urządzenie do usuwania z gazów cząsteczek pyłów lub kropli cieczy (mgły) wykorzystujące zasadę przyciągania elektrostatycznego. Skuteczność filtracji tych filtrów odpowiada klasie filtracji F8÷F9 określanej dla filtrów włókninowych. W filtrze elektrostatycznym powietrze przechodząc przez specjalnie skonstruowaną obudowę z materiału izolacyjnego wyposażoną w kondensator wysokiego napięcia (3÷7 kV) ulega jonizacji.

Cząstki zanieczyszczeń zostają naładowane dodatnim ładunkiem elektrycznym i zostają przyciągnięte do ujemnie naładowanych płytek kondensatora. Oczyszczone z pyłu powietrze wydostaje się przez króciec wylotowy filtra. W celu zapewnienia wysokiej skuteczności oczyszczania powietrza należy przeprowadzać okresowe mycie i czyszczenie kondensatora (co 2÷3 miesięcy) [7].

Filtry nasycone wyciągami roślinnymi (biofiltry)

Filtry katechinowe – podobnie jak filtry fotokatalityczne – uważane są za filtry antybakteryjne. Są to filtry stosowane jako kolejny etap oczyszczania (uzupełniają lub zastępują filtry elektrostatyczne). Noszą także nazwę biofiltrów, ponieważ usuwają bakterie za pomocą tzw. biokatalizatorów – odpowiednich substancji, którymi są nasycone. Należą do nich biobójcze wyciągi roślinne.

Stosuje się dwa rodzaje wyciągów roślinnych: z katechiny i wasabi [8]. Katechinowy filtr powietrza pokryty jest zieloną warstwą katechiny. Katechina to substancja biologicznie czynna pochodzenia naturalnego powodująca neutralizację większości nieprzyjemnych zapachów oraz blokowanie rozwoju mikroorganizmów (grzyby, pleśnie, bakterie, wirusy). Katechina jest naturalnym związkiem występującym w liściach herbaty. Od starożytności była używana w medycynie, aby zwalczyć wirusy, bakterie i inne czynniki chorobotwórcze [10, 11].

Filtr katechinowy nie tylko wychwytuje roztocza, dym tytoniowy i inne typowe zanieczyszczenia, ale także zatrzymuje i neutralizuje mikroskopijne wirusy i bakterie.

Wasabi (popularnie zwane zielonym chrzanem japońskim, pomimo że tak naprawdę nie jest chrzanem) znane jest miłośnikom sushi jako bardzo ostra przyprawa. Od tysięcy lat uważano, że wasabi jest antidotum na zatrucia pokarmowe. Cechuje się także znakomitymi właściwościami bakteriobójczymi [8]. Na filtrze wasabi zatrzymywane są drobiny kurzu, zarodniki pleśni oraz mikroorganizmy dzięki jego właściwościom elektrostatycznym. Późniejszy rozwój bakterii jest hamowany i unieszkodliwiany dzięki utlenianiu się estru allilowego kwasu izotiocyjanowego, który jest składnikiem rośliny wasabi [12].

Zastosowanie nanotechnologii w klimatyzatorach

Do polepszenia skuteczności oczyszczania powietrza w klimatyzatorach wykorzystuje się obecnie nanotechnologię. Elementarnymi komponentami nanotechnologii są cegiełki materii o odpowiadających miliardowym częściom metra (10–9 m – wielkość kilku atomów), w tym odkryte cząsteczki zwane fulerenami. Są to nowej klasy cząsteczki węgla, które mogą brać udział w reakcjach chemicznych. Rynek nanomateriałow obecnie dzieli się na trzy grupy: nanomateriały mineralne, nanotlenki metali oraz nanorurki.

Tlenki metali i metale, np. ditlenek tytanu czy metaliczne srebro lub miedź, tworzą delikatne, lecz niebywale trwałe nanopowłóki fotokatalityczne, na powierzchni których zachodzą reakcje chemiczne z udziałem światła ultrafioletowego zdolne do usuwania zanieczyszczeń w obecności opadów atmosferycznych. Powierzchnie pokryte nanopowłokami fotokatalitycznymi mają również właściwości bakteriostatyczne i dezodoryzacyjne.

Właściwości fotokatalityczne nanopowłok metalicznych wykorzystywane są do utrzymania w sprawności filtrów klimatyzatorów oraz systemów i instalacji filtrowentylacyjnych w budynkach, schronach, szpitalach, szkołach itp. [9].

Od kilku lat nanomateriały są dostępne na rynku, pomimo że ich pełne, potencjalne wykorzystanie nie jest jeszcze dobrze znane. Przypuszcza się, że toksyczne właściwości fulerenów tkwią w ich elektrofilności, tj. zdolności wychwytywania elektronów z innych sąsiadujących cząstek i tworzeniu rodników, podejrzewanych o właściwości kancerogenne.

Naukowcy amerykańscy ostrzegają, że nanotechnologie, pomimo ich wielkich perspektyw i nadziei na powstanie nowych zastosowań, nie są wolne od ryzyka zdrowotnego, powiązanego z wielkością cząsteczek, które mogą przez drogi oddechowe przenikać do innych komórek organizmu, akumulować się w nich i wywoływać rożne schorzenia. Najbardziej narażonymi organami na te cząsteczki są mózg i krew [9].

Filtry fotokatalityczne

Filtry fotokatalityczne mają zastosowanie również jako biofiltry – przeznaczone są również do neutralizacji mikroorganizmów [13]. Według opinii producenta takich filtrów, filtr fotokatalityczny usuwa roztocza, zarodniki pleśni i bakterie oraz unieszkodliwia wirusy ze skutecznością do 99,99%.

Neutralizacja nieprzyjemnych zapachów, usuwanie bakterii z powietrza oraz unieszkodliwianie wirusów odbywa się w wyniku zachodzących pod wpływem światła reakcji chemicznych. Podczas działania światła na tlenek tytanu tworzy się nadtlenek wodoru (H₂O₂) oraz rodniki wodorotlenowe (OH). Te dwie substancje mają silne właściwości utleniające i działając wspólnie są w stanie rozłożyć substancje wydzielające nieprzyjemne zapachy na bezzapachowy dwutlenek węgla i wodę. Silne utleniacze usuwają również bakterie i unieszkodliwiają wirusy.

Fotokatalizator aktywowany jest przez nieszkodliwe źródło emitujące promieniowanie ultrafioletowe. Filtry fotokatalityczne są elementem oczyszczaczy powietrza i klimatyzatorów jako trzeci stopień filtracji. Muszą być poprzedzone wstępnymi filtrami, zatrzymujące większe zanieczyszczenia stałe. Uważane są za filtry antybakteryjne.

Filtry plazmowe

Idea plazmowego oczyszczania powietrza zbliżona jest do zasady działania filtra elektrostatycznego. Powietrze przepływa przez dwie elektrody o napięciu 4,8 kV, pomiędzy którymi dochodzi do wyładowania elektrycznego, na skutek którego elektrodami powstaje plazma niskotemperaturowa [14].

Filtr plazmowy rozkłada obojętne cząsteczki tlenu na dwa aktywne elektrycznie atomy, które są w stanie neutralizować szeroki zakres niepożądanych zapachów do substancji nieszkodliwych [10]. Plazma składa się z mieszaniny cząsteczek, które wyłapują zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu. Dodatnio naładowane cząstki zanieczyszczeń wychwytywane są następnie przez metalową siatkę filtrującą [10].

Na rys. 3. przedstawiono zasadę działania filtra plazmowego. Skuteczność filtracji filtra plazmowego odpowiada skuteczności filtrów włokninowych o klasie F8÷F9. Zatrzymywanych jest ponad 80% zanieczyszczeń o wielkości 0,001 do 100 mikrometrów. Do tego zakresu wymiarowego cząstek należy kurz, dym papierosowy, bakterie, sadzę, grzyby pleśniowe i roztocza. Dodatkowo w procesie oczyszczania następuje jonizacja powietrza oraz powstaje ozon, który ma właściwości dezynfekujące i bakteriobójcze.

Jak stwierdzono w [15], plazmowe oczyszczacze powietrza także usuwają z powietrza takie alergeny, jak pyłki roślinne, sierść zwierząt oraz  zapachy, także te, których źródłem są alkohole, tlenków azotu, amoniak i formaldehyd oraz dezaktywuje bakterie i wirusy znajdujące się w powietrzu. W filtrze plazmowym najdrobniejsze cząsteczki kurzu są zatrzymywane przez filtr elektrostatyczny, a nieprzyjemne zapachy zostaną zneutralizowane za pomocą jonów ujemnych.

W tabeli  5. zamieszczono przebieg niektórych reakcji chemicznych wywoływanych przez plazmowy oczyszczacz powietrza [15] w celu poprawienia stanu powietrza w pomieszczeniu.

Stosowane rozwiązania filtracji w klimatyzatorach

Wśród stosowanych w klimatyzatorach rozwiązań służących skutecznemu oczyszczeniu powietrza proponowane są obecnie nawet 7-stopniowe układy filtracji, w skład którego wchodzą [13]:

• filtr wstępny – zawierający katechinę – zatrzymuje większe cząstki kurzu oraz sierść zwierząt domowych,
• aktywny filtr z bio-antyciałami usuwa unoszące się w powietrzu wirusy,
• jonizator plazmowy powoduje dodatnie naładowanie cząstek kurzu i pyłków, które są następnie usuwane przez ujemnie naładowany filtr elektrostatyczny,
• Flash Streamer rozkłada zapachy i substancje chemiczne, np. formalinę na nieszkodliwe produkty rozpadu,
• Flash Streamer,
• filtr fotokatalityczny,
• katalizator. 

Flash Streamer wzmacnia również reakcję fotokatalityczną na powierzchni tytanowo-apatytowego filtra fotokatalitycznego, który usuwa bakterie i wirusy. Katalizator usuwający zapachy rozkłada nieprzyjemne zapachy. Filtr przy prawidłowej konserwacji (czyszczenie powinno odbywać się raz na 2 tygodnie przy użyciu odkurzacza i kąpieli w letniej wodzie z roztworem łagodnego detergentu) ma trwałość 10 lat [11, 16].

Inną propozycją jest zastosowanie 4-stopniowego układu filtracji [12]:

• antybakteryjny, wstępny filtr ze specjalnym proszkiem ceramicznym,
• filtr „jonowy” o wydłużonej żywotności – filtr usuwa nieprzyjemne zapachy dzięki utlenianiu i redukcji jonów generowanych na powierzchni drobnych elementów ceramicznych (wg informacji producenta filtr można używać przez ok. 3 lata, jeżeli był płukany pod wodą w celu regeneracji),  
• filtr „fotokatalityczny” o wydłużonej żywotności – filtr usuwa nieprzyjemne zapachy dzięki utlenianiu i rozpadowi związków odpowiedzialnych za ich powstawanie, przy wykorzystaniu fotokatalitycznego efektu światła (promienie UV); wg informacji producenta – filtr można używać przez ok. 3 lata, regenerując go co 6 miesięcy poprzez wystawianie filtra na 6 godzin na bezpośrednie działanie słońca,
• filtr polifenolowy – cząstki kurzu, niewidoczne zarodniki pleśni oraz szkodliwe mikroorganizmy są pochłaniane przez filtr dzięki jego właściwościom elektrostatycznym, późniejszy rozwój bakterii jest hamowany i unieszkodliwiany za pomocą polifenolu ekstrahowanego z jabłek, lub filtr „wasabi”, w którym późniejszy rozwój bakterii jest hamowany i unieszkodliwiany dzięki utlenianiu się izotiocyjanianu allilu (składnik japońskiego chrzanu wasabi). 

Kolejne rozwiązanie filtracji proponowane przez producenta klimatyzatorów [17] to 4-stopniowy system filtracji, czyli:

• antybakteryjny filtr wstępny,
• filtr elektrostatyczny, zmywalny,
• samoregenerujący filtr fotokatalityczny,
• oraz antybakteryjny wentylator. 

Klimatyzatory te wyposażone są w wielostopniowy system oczyszczania powietrza: filtr wstępny, generator jonów ujemnych, apatytowy filtr fotokatalityczny oraz lampę sterylizującą [18]. Natomiast w katalogu Samsung [19] proponowane jest następujące rozwiązanie oczyszczania powietrza:

• pokrycie wirnika – od kiedy wirnik wentylatora Samsunga Bio Cross Fan został pokryty powłoką antybakteryjną, potrafi zahamować proliferacje pleśni i bakterii, chroniąc powietrze w pomieszczeniu przed nieprzyjemnym zapachem; wydłużona jest też trwałość jednostki wewnętrznej,
• filtr deodoryzujący – w skład filtra wchodzi węgiel aktywowany, skutecznie pochłaniający dym tytoniowy, zapachy zwierząt domowych i inne nieprzyjemne zapachy zastępując je czystym, odświeżonym powietrzem,
• filtr katechinowy – katechina pozyskiwana z zielonej herbaty jest składnikiem filtra i dezaktywuje wychwycone z powietrza bakterie i nieprzyjemne zapachy,
• Silver Nano Filter – ostatni filtr wylotowy jednostki wewnętrznej, wyposażony w unikatowy czynnik antybakteryjny wychwytuje bardzo małe cząstki zanieczyszczeń powietrza. 

Wymagania dotyczące filtrów podczas odbioru powietrza w instalacji

W zaleceniach normatywnych dotyczących odbioru instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych zamieszczono przedstawiono wymagania dotyczące filtrów powietrza.

W normie EN 12599:2002 [4] zwanej potocznie „normą odbiorczą” zapisano następujące zalecenia:

• podczas wykonywania badań zainstalowanych filtrów należy zmierzyć następujące parametry:
  - strumień przepływu powietrza,
  - rozkład prędkości w filtrze,
  - spadek ciśnienia,

• sprawdzić, czy filtr jest właściwie zamontowany i szczelnie osadzony,
• w przypadku filtrów cząstek o wysokiej skuteczności klasy H i U, zgodnie z PN-EN 1822- 1:2001 [5], należy udowodnić, że nie występują przecieki powietrza w materiale filtracyjnym, przez połączenie pomiędzy filtrem i ramą i przez samą ramę. 

W zależności od warunków zainstalowania filtru, do badania tego typu filtrów można zastosować dwie metody:

• metodę strugi olejowej,
• metodę zliczania cząstek. 

W załączniku A (informacyjnym) pt. „Badania urządzeń” znajdują się kolejne zalecenia związane z filtrami powietrza:

• sprawdzenie zgodności typu i klasy filtru na podstawie oznaczeń,
• sprawdzenie zainstalowania i uszczelnienia filtru w obudowie,
• sprawdzenie systemu filtracji pod kątem ewentualnych uszkodzeń,
• sprawdzenie wskaźnika różnicy ciśnienia w aspekcie wykrycia ewentualnego uszkodzenia i stwierdzenia prawidłowości poziomu płynu pomiarowego,
• sprawdzenie zestawu zapasowych filtrów (zgodnie z umową),
• sprawdzenie czystości filtru,
• podczas kontroli sieci przewodów należałoby m.in. sprawdzić szczelność zamocowania materiału filtracyjnego. 

Natomiast zgodnie z wymaganiami zamieszczonymi w części C.2.3 załącznika C, dot. kontroli działania poszczególnych części składowych, w przypadku filtrów powietrza należy sprawdzić wskazania różnicy ciśnienia. Podczas kontroli urządzeń do pomiarów kontrolnych (załącznik E normatywny, część E.7) należy zmierzyć różnice ciśnienia na filtrze za pomocą odpowiednich manometrów. Stwierdzono jednocześnie, że manometry dołączone do filtrów są wystarczające do pomiarów różnicy ciśnień w czasie pomiarów kontrolnych.

Podsumowanie

W celu właściwego oczyszczenia powietrza nawiewanego do wentylowanych lub klimatyzowanych pomieszczeń, odpowiadającemu rosnącym wymaganiom, zarówno użytkowników pomieszczeń, jak i zdefiniowanymi w nowych normach dotyczących wentylacji i klimatyzacji (np. PN-EN 13779:2007 [3]) przed podjęciem decyzji dotyczącej systemu filtracji konieczne jest rozpatrzenie nie tylko oczekiwań odnośnie czystości powietrza w pomieszczeniu, ale także stanu zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego.

Proponowany obecnie wielostopniowy system filtracji z filtrami o wyższej skuteczności niż zalecane w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [2] jest rozwiązaniem prowadzącym nie tylko do skuteczniejszej ochrony urządzeń uzdatniających powietrze przed ich zanieczyszczeniem, lecz przede wszystkich do zapewnienia właściwych warunków do przebywania ludzi w pomieszczeniach wentylowanych lub klimatyzowanych.

Literatura

1. Charkowska A., Czystość przewodów wentylacyjnych – wpływ na efektywność działania instalacji i zdrowie człowieka, IX Konferencja „Efektywność Energetyczna urządzeń i instalacji”, Chłodnictwo & Klimatyzacja, Warszawa 2007.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 69 z poźn. zm.).
3. PN-EN 13779:2005 Wentylacja budynków niemieszkalnych – Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji (ang.).
4. PN-EN 12599:2002 Wentylacja budynków – Procedury badań i metody pomiarowe dotyczące odbioru wykonanych instalacji wentylacji i klimatyzacji.
5. PN-EN 1822-1:2001 Wysokoskuteczne filtry powietrza (HEPA i ULPA) – Część 1: Klasyfikacja, badanie parametrów, znakowanie.
6. Performance Criteria of Buildings for Health and Comfort, ISIAQ-CIB Task Group TG 42, Final Draft January, 2003.
7. Kubicki G., Filtracja i uzdatnianie powietrza w klimatyzatorach typu split, www.instalsystem.pl/document,, id,79101.html.
8. Ryńska J., Filtry w klimatyzacji, www.e-instalacje.pl.
9. Makles Z., Nanomateriały – nowe materiały, nowe zagrożenia, Bezpieczeństwo pracy 2/2005.
10. Karta katalogowa firmy Aircon.
11. Karta katalogowa firmy Panasonic.
12. Karta katalogowa firmy Fujitsu.
13. Karta katalogowa firmy Dainkin.
14. Karta katalogowa firmy LG Electronics.
15. Karta katalogowa firmy Sharp.
16. Karta katalogowa firmy Aireco.
17. Karta katalogowa firmy Carrier.
18. Karta katalogowa firmy Sanyo.
19. Karta katalogowa firmy Samsung.
20. Katalog filtrów powietrza, www.sfm.com.pl.

Pełny wykaz literatury w cz. 1.(RI 5/2008, s. 100)

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!