Филтриране на въздуха в климатични и вентилационни инсталации

Филтрирането и пречистването могат да отстранят редица замърсители на въздуха в затворените пространства в сградите. Филтрите и технологиите за пречистване на въздуха в редица климатични и вентилационни инсталации се използват за намаляване на влиянието от тези замърсители чрез целенасоченото им отстраняване, като ефективността на използвания за тази цел филтър обаче зависи от естеството на самия замърсител. Изборът на конкретна технология за пречистване също се определя от класа на замърсителите, като те могат физически да се премахнат от въздуха или чрез химични реакции да се трансформират в безвредни съединения.

Източниците на замърсителите могат да се намират в сградата (например строителни компоненти, обитатели и техните дейности), извън нея, или да идват едновременно и отвътре, и отвън.

Филтриране на твърди частици
Филтрите за твърди частици могат да са механични или електростатични. Въпреки че между тях има много разлики по отношение на ефективността, и двата вида са широко разпространени в много ОВК системи, дори за отстраняване на биологични материали от въздуха.

Влакнестият филтър представлява съвкупност от влакна, разположени перпендикулярно на въздушния поток, които са най-често памучни, от фибростъкло, полиестер, полипропилен, но могат да са изработени и от други материали. Влакната могат да имат различни размери - от по-малко от един микрометър до над 50 микрометра в диаметър. Плътността на филтъра пък обикновено е в диапазона между 1% и 30%.

Различните приложения на ОВК системите с филтриране на въздуха изискват и употребата на различни влакнести филтри. Плоските панелни филтри задържат всички частици на едно място. При този модел скоростта на въздушния поток непосредствено преди навлизането му във филтъра и скоростта на твърдите частици е приблизително еднаква.

При употребата на нагънати филтри наличието на няколко реда влакна допринася за намалената скорост на въздушния поток при преминаването му през филтъра. Това от своя страна увеличава ефективността на самото филтриране, дори при разлики в налягането. Отчетената ефективност на нагънатите филтри може да е както минималната според скалата MERV (minimum efficiency reporting value), така и сходна с тази на високоефективните системи за пречистване на въздуха (HEPA).

Т. нар. джобни филтри прекарват въздуха през малки джобове или торби, изградени от влакна. Тези филтри могат да имат една торба или множество джобове, като по-големия брой джобове увеличава и общата площ на филтрите и следователно ефективността им. Както и при нагънатите филтри, по-голямата площ на филтъра намалява скоростта на въздушния поток и така подобрява процеса дори при разлики и падове на налягането.

Често използвани са и еднократните филтри, които обаче имат по-ниска ефективност. Те са навити на ролка, която се завърта при изчерпването на един филтър, използваната част се изхвърля и на нейно място идва нов, чист филтър.

Електростатичните филтри имат подобрени с електростатичен заряд влакна, които привличат частиците, освен че просто ги задържат. Ефективността на работата на тези филтри драстично се повишава чрез заредените влакна, които позволяват и безпроблемното филтриране на въздуха дори при падове на налягането.

Механичните филтри обаче се претоварват с частици с течение на времето, а това намалява ефективността им на работа и води до разлики в налягането. В крайна сметка, падовете на налягането значително възпрепятстват въздушния поток и филтрите трябва да бъдат сменени. Затова налягането на системите, които използват механични филтри, трябва да се наблюдава по-често.

В същото време, електростатичните филтри, изградени от поляризирани влакна, губят своята ефективност на филтриране, когато са изложени на действието на някои химикали, аерозоли, или просто на висока влажност на въздуха. Тази величина е лош показател за необходимостта от смяна на електростатични филтри, тъй като падовете на налягане обикновено са по-плавни, отколкото при даден механичен филтър със сходна ефективност.

Филтриране на въздуха от газообразни замърсители
Някои ОВК системи са оборудвани със сорбционни филтри, предназначени за отстраняване на замърсяващи и вредни газове и изпарения от въздуха в помещенията. Съществуват два възможни начина за улавяне и контролиране на концентрацията на газообразни замърсители - тяхната физисорбция или хемисорбция.

И двата се използват за премахване на конкретни видове газообразни замърсители. За разлика от филтрите за твърди частици, сорбционните филтри могат да бъдат изградени от множество порести материали, от прости въглероди до комплексни полимери. Освен това, тези от тях, които не са химически активни, могат да бъдат регенерирани чрез нагряване или дружи процеси.

Системите, които използват само един филтър на газове, може да не са подходящи за контрол на ефекта от множество различни замърсители. По-често срещаното решение е да се инсталира комбинация от филтри за физисорбция и хемисорбция, тъй като това позволява отстраняването по-голям брой вредни газове.

Видове филтри
Филтри, изградени от фибростъкло - тези въздушни филтри за еднократна употреба са най-разпространени. Конструкцията им е следната: няколко слоя фибростъкло се наслагват един върху друг, за да се оформи решетъчната структура на филтъра. Фибростъклото обикновено се подсилва с метална решетка, която го поддържа и предотвратява неговата повреда или изкривяване.

Тези филтри са изключително евтини, но се използват основно за защита на компонентите за охлаждане и изстудяване, а не за филтриране на въздуха. Имат среден рейтинг на ефективност за улавяне на по-големи твърди частици от въздуха, но ефективността им при улавянето на акари, вируси и бактерии е ниска.

Филтри от полиестер и нагънати филтри - тези са сходни на изградените от фибростъкло, но обикновено са по-устойчиви на силен въздушен поток и имат по-голяма ефективност при задържането на прах. Нагънатите филтри за еднократна употреба и филтрите от фибростъкло имат сходен рейтинг по скалата за ефективност MERV - от 5 до 13. Благодарение на нагънатата филтрираща част обаче, те имат по-голяма работна площ и по-висок капацитет.

Един нагънат филтър със среден рейтинг на ефективност може да пречиства въздуха от малки до големи твърди частици. Тези с рейтинг от 7 до 13 пък осигуряват ниво на ефективност, сходно с това на филтрите на HEPA системите, но на значително по-ниска цена. Освен по ефективност, тези два вида филтри са подобни и по външен вид - големият размер на нагънатите филтри често е причина за объркването им с продукти за HEPA системи.

Нагънатите филтри обаче се характеризират с по-голямо въздушно съпротивление от HEPA филтрите, както и като цяло с по-тих режим на работа на вентилатора.

Филтри за високоефективно пречистване на въздуха (HEPA) - тези компоненти филтрират въздуха с помощта на много фина решетка. Тези филтри са сред най-ефективните в пречистването на въздуха от частици според редица екологични агенции. Въпреки това, повечето жилищни ОВК системи не могат да използват голяма част от HEPA филтрите, защото размерите им са твърде големи, или пък са устроени така, че биха препречили въздушния поток.

Според специалисти, преминаването към HEPA филтри по принцип би подобрило качеството на въздуха в затворени помещения, но в същото време това би наложило и намесата на професионален техник, който да извърши ретрофит на ОВК системата.

Миещи се въздушни филтри - тези продукти не са толкова разпространени, тъй като ефективността им се подобрява с увеличаването на количеството прах, който се натрупва по филтъра. Затова най-често приложението им е в промишлени процеси, където принципно се генерират големи количества едър прах.

Балансирани вентилационни системи с филтриране на въздуха
Жилищните балансирани вентилационни системи обикновено имат един въздуховод със собствен вентилатор, който доставя въздух отвън в помещенията, и втори въздуховод с вентилатор, по който се извежда замърсеният въздух. Там, където двата въздуховода се пресичат, се инсталира топлообменник, позволяващ загряването на доставяния въздух през студения сезон и охлаждането му през топлия сезон.

Топлообменникът е защитен от два филтъра, инсталирани съответно на въздуховода за външен и въздуховода за отработен въздух. В такива инсталации са подходящи много от филтрите, които широко се предлагат на пазара, включително с разнообразни размер, форма, материя, конструкция и клас на ефективност. Най-популярен за жилищните балансирани вентилационни системи е панелният нагънат филтър с малък размер.

Просмукване около филтъра и проникване на въздух
В идеалния случай целият въздушен поток трябва да премине през инсталираните в съответната вентилационна или климатична система филтри. Но това не винаги се случва - просмукването около филтрите е често срещам проблем, при който въздушният поток преминава около самия филтър или по друг нежелан път.

Предотвратяването на това просмукване става все по-важно и по-важно с оглед на повишаването на ефективността на филтрите и високите падове на налягане. Наличието на въздушен поток около филтъра е резултат от различни недостатъци, например зле запечатани филтри с достатъчно голям отвор в уплътнението, откъдето твърдите частици могат да преминат без да се филтрират.

Филтрите могат и да се държат на едно място с помощта на затягащ механизъм, но сам по себе си този начин не винаги осигурява херметично затваряне. Най-добрите високоефективни филтриращи системи имат както уплътнения, така и скоби, като дори при най-малкото изкривяване на скобите и уплътненията те следва да се подменят и проверяват за изтичане.

Механиците, както и потребителите, могат визуално да проверят за налични дупки в уплътнението като поставят източник на светлина зад филтъра. Въпреки това, най-добрите начини за проверка остават брояч на частици или аерозолен фотометър.

Често трябва да се вземе предвид и друг проблем - навлизането на въздух в сградата. Това става най-често при отварянето на врати, прозорци, вентилационни отвори, или при пукнатини в сградата. В типичните офис сгради тези фактори винаги са налични, така че темповете, с които външен въздух навлиза в сградата, обикновено са между 0,03 до 0,6 м3/мин. за един квадратен метър, при налягания от 50 Pa.

За да бъде възможно най-ефективна филтрацията предвид тези фактори, а ОВК системите да работят възможно най-добре срещу външни заплахи, изтичането на въздух в сградата трябва да се ограничи. В същото време, драстичното намаляване на изтичането на въздух може да се окаже трудно и непрактично в стари сгради, където въздухът влиза от много места, прозорците се отварят често, а ОВК системите са децентрализирани.

Поддържането на положително вътрешно налягане в сградите, в които навлиза много въздух, може да е доста трудно, или дори невъзможно. Диференциалните налягания постоянно се променят заради скоростта и посоката на вятъра, атмосферното налягане, температурните разлики вътре и отвън сградата, както и самата работа на системите, като движението на асансьора или експлоатацията на ОВК системата.

Правилната поддръжка и мониторинг на ефективността на филтрите и надеждността на системата са решаващи за функционирането на цялата ОВК система по предназначение. Срокът за смяна на различните филтри обаче може да варира значително, тъй като за разлика от механичните, електростатичните филтри имат много малки падове на налягането.

По-добър вариант е да се определи график за смяна на електростатични филтри с помощта на оптични броячи на частици.