W artykule wyjaśniono konieczność oczyszczania powietrza atmosferycznego dla potrzeb wentylacji klimatyzacji, wskazując najczęściej spotykane zanieczyszczenia występujące w powietrzu. Dokonano przeglądu istotnych norm określających problematykę filtracji strumienia powietrza.

Jednym z ważniejszych parametrów komfortu jest czystość powietrza w pomieszczeniach. Zależy ona oczywiście od stanu powietrza atmosferycznego, którego stopień zanieczyszczenia może być nieodpowiedni, co uniemożliwia jego bezpośrednie wprowadzenie do pomieszczeń, gdzie przebywają ludzie. Myśląc o jakości powietrza, a szczególnie mając na względzie dodatkowo fakt, że ok. 80% czasu człowiek zwykle spędza w pomieszczeniach zamkniętych (dom, praca), ważny staje się problem oczyszczania powietrza nawiewanego do tych pomieszczeń. Niektóre procesy technologiczne też wymagają powietrza o odpowiedniej czystości. W takich przypadkach może się okazać, że filtr powietrza jest nieodzownym elementem wyposażenia instalacji.

Filtr powietrza w sezonie grzewczym

Szczególnie w okresie grzewczym może wystąpić kumulacja zanieczyszczeń w powietrzu, która objawia się głównie wzrostem stężenia tzw. pyłów zawieszonych (PM – Particulate Matter). Według najnowszych badań najbardziej szkodliwe są cząstki o wielkości poniżej 10 µm, a szczególnie poniżej 1 µm, które wdychane mogą gromadzić się w organizmie (1 µm = 10-6 m, czyli jedna milionowa metra).

Filtr powietrza i pyły

Pyły to m. in. sadza, popiół lotny, pyły metalurgiczne, pyły pochodzące z produkcji cementu, związki chromu, kadmu, miedzi, ołowiu oraz pozostałych metali ciężkich.

Pyły PM10 i PM2,5 są mieszaninami substancji organicznych i nieorganicznych zawierającymi substancje toksyczne. W przypadku PM10 są to metale ciężkie, rakotwórczy benzo(α)piren, dioksyny i furany, natomiast w skład PM2,5 wchodzą zanieczyszczenia wtórne, które wykształciły się z przemian dwutlenku azotu, siarki i amoniaku. Pyły te określa się mianem drobnych – cechują się bowiem małą średnicą (do 10 i do 2,5 mikrometrów), co umożliwia im swobodne przenikanie do ludzkich płuc, a nawet naczyń krwionośnych (PM2,5). Pył wywiera także wpływ na środowisko, bowiem zatyka aparaty szparkowe roślin, utrudniając proces fotosyntezy.

Pył zawieszony przez możliwość penetracji do dróg oddechowych jest najbardziej niebezpieczny przede wszystkim dla naszych płuc i oskrzeli. Pyły z grupy PM10 osadzają się w górnych odcinkach naszych dróg oddechowych, wywołując tym samym liczne problemy alergiczne (katar sienny, egzema), podrażniając błonę śluzową nosa, gardło, wywołując stany zapalne spojówek. Pyły PM2,5 przenikają do płuc, osadzając się na pęcherzykach. Podrażniają śluzówkę, sprzyjają astmie, nowotworom płuc, gardła i krtani. Pyły te przez zdolność przedostawania się aż do naszego krwioobiegu są równie niebezpieczne dla płuc, jak i układu krążenia (zwiększona krzepliwość krwi, zaburzenia rytmu serca).

Filtr powietrza
Progi zalecanych zanieczyszczeń powietrza

Progi zanieczyszczeń

Z pyłów PM do pomiarów wyodrębnia się te o wielkościach PM10 i PM2,5. Poniżej przedstawiono progi zanieczyszczeń zalecane przez WHO oraz informację o krajowych wartościach zanieczyszczeń.

Unia Europejska dla pyłów drobnych PM10 i PM2,5 ustaliła jedynie poziom dopuszczalny, odpowiednio dla PM10 – 50 µg/m3 (dobowy) i 40 µg/m3 (średnioroczny), a dla pyłu PM2,5 – 25 µg/m3 (średnioroczny).

Dla uściślenia – w składzie powietrza, poza pyłami, spotykamy jeszcze następujące zanieczyszczenia:

  • gazy oraz pary związków chemicznych, m.in.: tlenki siarki (SO2 i SO3), tlenki węgla (CO i CO2), tlenki azotu, węglowodory łańcuchowe oraz aromatyczne, chlorowe pochodne węglowodorów, amoniak – NH3, fenole oraz fluor,
  • mikroorganizmy – bakterie, wirusy oraz grzyby, jeśli ich rodzaj albo ilość znacznie różnią się od składu naturalnej mikroflory powietrza,
  • kropelki cieczy, m.in. zasad, kwasów i rozpuszczalników.

Proces filtracji

Filtracja gazu to proces uzdatniania gazu, w szczególności oczyszczania powietrza, polegający na usuwaniu z niego zanieczyszczeń stałych lub ciekłych.

Z procesem filtracji jako oczyszczaniem powietrza spotykamy się głównie w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej. Natomiast w technice grzewczej często ma miejsce oczyszczanie spalin opuszczających kocioł zasilany węglem. Proces filtracji zachodzi przy użyciu odpowiednich urządzeń zwanych oczywiście filtrami.

Filtr powietrza (inaczej filtr cząsteczkowy lub też filtr przeciwpyłowy) to urządzenie, które w procesie filtracji (oczyszczania) powietrza (gazu) separuje cząsteczki stałe (np. pył) ze strumienia przepływającego powietrza (gazu) oraz zatrzymuje je na swojej powierzchni lub pomiędzy elementami filtracyjnymi (np. włóknami), wykorzystując tzw. mechanizmy filtracji.

Filtr powietrza
Krajowe wartości zanieczyszczeń powietrza pyłów zawieszonych

Filtracja zgodnie z normą

Istotne parametry filtracji określa norma PN EN 779: 2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Określanie parametrów filtracyjnych. Zgodnie z tą normą podstawowymi parametrami służącymi do opisu i oceny procesu filtracji gazu (powietrza) są:

  • skuteczność filtracji (lub współczynnik przeskoku): całkowita lub przedziałowa (frakcyjna),
  • strata ciśnienia podczas przepływu powietrza przez filtr (opór przepływu),
  • pojemność pyłowa filtru.

Ta sama norma – EN 779:2012 – podaje klasyfikację skuteczności filtrów.

Z zagadnieniami filtracji związane są jeszcze dwie inne normy. Są nimi:

  • PN-EN ISO 16890:2017 – Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – zawierająca 4 odrębne części:
  1. Specyfikacje techniczne, wymagania i system klasyfikacji skuteczności określony na podstawie wielkości cząstek pyłu (ePM);
  2. Pomiar skuteczności filtracji w funkcji wymiaru cząstek oraz oporu przepływu powietrza;
  3. Określanie skuteczności filtracji metodą grawimetryczną i oporu przepływu powietrza w zależności od masy zatrzymywanego pyłu;
  4. Metoda kondycjonowania mająca na celu wyznaczenie minimalnej badawczej skuteczności filtracji w funkcji wymiaru cząstek.
  • PN EN 1822: 2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – składająca się z 5 odrębnych części. Kolejne części tej normy obejmują:
  1. Klasyfikacja, badanie parametrów, znakowanie;
  2. Wytwarzanie aerozolu, przyrządy pomiarowe, statystyka zliczania cząstek;
  3. Badanie płaskiego materiału filtracyjnego;
  4. Określanie przecieku filtra (metoda przeszukiwania);
  5. Określanie skuteczności filtra.

W szczególności w normie PN-EN 1822:2009 podano wymagania dotyczące filtrów powietrza wysokiej efektywności, używanych w wentylacji i klimatyzacji oraz w procesach technicznych, szczególnie w technice czystych pomieszczeń oznaczonych skrótami:

  • EPA – Efficient Particulate Air filter (efektywny fi­ltr powietrza),
  • HEPA – High Efficient Particulate Air filter (wysokoskuteczny fi­ltr powietrza),
  • ULPA – Ultra Low Penetration Air filter (filtr powietrza o bardzo niskiej penetracji),

a także ustalono sposób określenia skuteczności metodą zliczania cząstek z użyciem ciekłego aerozolu testowego, umożliwiając ujednolicenie klasyfikacji filtrów na podstawie ich skuteczności.

Ponadto podano definicje 24 terminów.

Filtry powietrza – rodzaje

Wg tej ostatniej normy wyodrębnia się następujące filtry:

  • filtry wstępne, oznaczane jako: G1, G2, G3 i G4, scharakteryzowane w tabeli 3,
  • filtry medium i dokładne, czyli: G5 (już M5), G6 (już M6) oraz F7, F8 i F9, scharakteryzowane również w tabeli 3,
  • filtry EPA i HEPA, oznaczane odpowiednio jako E10, E11, E12 oraz H13 i H14, o średniej dokładności oczyszczania kolejno (w procentach): 95, 99,5, 99,95, 99,95 oraz 99,995,
  • filtry ULPA, oznaczane jako U15, U16 i U17, o średniej dokładności oczyszczania (w procentach): 99,9995, 99,99995 i 99,999995.

Powyższe filtry dla uproszczenia zwykle opisane są w podanej kolejności jako EU1 ÷ EU17.

Filtr powietrza - tabela
Filtr powietrza – rodzaje – klasyfikacja

Filtry powietrza – klasyfikacja i stosowanie

Obowiązująca na rynku europejskim poprzednia norma PN-EN 779:2002 klasyfikowała filtry z uwagi na dwa główne wskaźniki ich jakości: stopień odpylania (Am) oraz średnią wartość skuteczności filtracji (Em). W wyniku zastosowania procedur przywołanych w normie uzyskiwało się możliwość zaliczenia badanego egzemplarza filtra do jednej z podanych tam klas.

Aktualna norma EN 779:2012 wprowadza klasyfikację dla filtrów dokładnych (od F7 do F9), dodatkowo opartą na minimalnej skuteczności filtracji (ME). ME jest zdefiniowane jako najniższa wartość separacji pyłu osiągana dla testowanych filtrów dla cząsteczek o wielkości 0,4 μm.

Konieczność wprowadzenia dodatkowego wskaźnika wynika z faktu, że choć wiele filtrów powietrza wykazuje zgodną średnią skuteczność filtracji, to jednak część z nich traci zdolność wychwytywania określonych cząsteczek w czasie eksploatacji, przez co nie staje się zaporą dla zanieczyszczeń występujących w powietrzu.

Wyjaśnijmy pojęcia zawarte w tabeli 3. Przez skuteczność filtracji rozumiemy zdolność urządzenia filtracyjnego (np. filtr powietrza) lub materiału filtracyjnego do zatrzymywania pyłu, określoną jako stosunek ilości (masy, liczby cząstek) pyłu zatrzymanego przez filtr do ilości pyłu doprowadzonego do filtra.

  • Średnie zatrzymanie pyłu (Am) to stosunek całkowitej ilości pyłu testowego zatrzymanego przez filtr do całkowitej ilości pyłu podanego, aż do osiągnięcia końcowego oporu przepływu; stosowane do filtrów grupy G [%].
  • Średnia skuteczność (Em) to średnia skuteczność dla cząstek 0,4 μm podczas obładowania pyłem aż do osiągnięcia końcowego oporu przepływu powietrza; stosowane do filtrów grupy M i F [%].
  • Minimalna skuteczność (ME) to najniższa wartość separacji pyłu cząsteczek o wielkości 0,4 μm osiągana dla filtra w 3 testach; początkowa skuteczność filtracji, skuteczność filtracji w czasie całego testu i skuteczność filtracji przy całkowitym rozładowaniu elektrostatycznym medium filtracyjnego.
  • Końcowy opór przepływu – spadek ciśnienia na filtrze, do którego osiągnięcia mierzone są parametry filtra dla celów klasyfikacji [Pa].

Ważne parametry

Innymi ważnymi parametrami filtra są:

  • pojemność pyłowa filtra – masa pyłu zatrzymanego przez filtr, przypadająca na jednostkę powierzchni filtracyjnej, przy której został osiągnięty stan końcowy filtra [g/m2];
  • zalecany końcowy opór przepływu (górna wartość graniczna) – ustalona przez producenta filtra górna wartość oporu przepływu powietrza, po osiągnięciu której materiał filtracyjny powinien być wymieniony, [Pa];
  • nominalne natężenie przepływu powietrza – natężenie przepływu powietrza przez filtr, określone przez producenta, odpowiadające warunkom eksploatacyjnym, dla których zaprojektowano filtr, przy gęstości powietrza 1,20 kg/m3, wyrażone w [m3/s];
  • powierzchnia efektywna materiału filtracyjnego w filtrze, przez którą przepływa powietrze (bez powierzchni klejonych, prętów itd.), [m2].

Filtry wstępne, czyli klasy G1 ÷ G4, zwykle stosujemy jako:

  • filtr kieszeniowy:
  1. filtr pierwszego stopnia oczyszczania lub główny układu klimatyzacji,
  2. filtr ochrony urządzeń układu klimatyzacji,
  3. prefiltr przed filtrami o wyższej skuteczności filtracji,
  • filtr kasetowy:
  1. filtr powietrza usuwanego z komór lakierniczych i kuchni,
  2. filtr w klimatyzatorach autonomicznych (np. okiennych),
  3. filtr wstępny dla filtrów klasy M6 ÷ F8.

Filtry grupy medium, czyli klasy M5 i M6, stosowane jako:

  1. filtr pierwszego stopnia oczyszczania lub główny układu klimatyzacji,
  2. filtr kompaktowy – filtr ochrony urządzeń układu klimatyzacji,
  3. filtr typu V:

a) do oczyszczania powietrza dla pomieszczeń i procesów produkcyjnych,

b) prefiltr przed filtrami o wyższej skuteczności filtracji,

c) filtr wstępny dla filtrów klasy F7 ÷ F9.

Filtr dokładny, czyli klasy F7, F8 i F9, zwykle stosowany jako:

  1. filtr drugiego stopnia oczyszczania lub główny układu klimatyzacji,
  2. filtr do oczyszczania powietrza do pomieszczeń biurowych, szpitali, przetwórstwa produktów spożywczych, procesów produkcyjnych (np. aerozole),
  3. filtr układu przygotowania powietrza dla filtrów EPA, HEPA, ULPA.

Zastosowanie pozostałych rodzajów filtrów wygląda następująco:

  1. Filtr EPA, czyli z klasy E10, E11, E12, do zastosowania w specjalnych instalacjach.
  2. Filtr HEPA, czyli z klasy H13 lub H14, do zastosowania w specjalnych instalacjach.
  3. Filtr ULPA, czyli z klasy U15, U16 i U17, do zastosowania w specjalnych instalacjach.

Innym kryterium klasyfikacji filtrów jest ich budowa – możemy wyodrębnić następujące typy:

  1. filtr kieszonkowy,
  2. filtr kasetowy,
  3. filtr kompaktowy,
  4. filtr typu V.

Zakończenie

W artykule wyjaśniono konieczność oczyszczania powietrza atmosferycznego dla potrzeb wentylacji klimatyzacji, wskazując najczęściej spotykane zanieczyszczenia występujące w powietrzu. Dokonano przeglądu istotnych norm określających problematykę filtracji strumienia powietrza. Przedstawiono, również w oparciu o normy, systemową klasyfikację filtrów. Dla uzyskania oczekiwanej czystości powietrza w pomieszczeniu buduje się stosowne zespoły filtrów współpracujących z właściwym układem klimatyzacji.

dr inż Piotr Kubski

Fot. z arch. Wolf.

Zajrzyj też do artykułu Zanieczyszczenie powietrza – skuteczność wentylacji

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij