6.8. Фильтрация воздуха в системах кондиционирования

Очистку приточного воздуха производят различными способами. Отделить пыль от воздуха можно воздействием на пылевые частицы различного рода сил, например, сил трения, тяжести или электростатических.

Применение того или иного способа улавливания пыли зависит от концентрации ее в воздухе, от рода и степени крупности частиц.

Приточный воздух очищают при помощи устройств, пропускающих воздух, но задерживающих пыль. Такие устройства называют фильтрами. Для задержания частиц пыли воздух пропускают через слой фильтрующего материала.

Использование воздушных фильтров необходимо для поддержания заданной в соответствии с технологическими требованиями чистоты воздуха в помещениях. Кроме того важно здоровье людей, находящихся в помещениях. При прохождении воздуха через систему вентиляции происходит концентрация пыли в воздуховодах, что при некачественной очистке или несвоевременной замене воздушных фильтров приводит к понижению работоспособности людей и возникновению различных заболеваний.

Существуют причины использования фильтров в приточных камерах: для предотвращения попадания загрязнений из внешнего воздуха в здание, а также для защиты частей установки от загрязнения. Поэтому фильтры устанавливают и в системах вентиляции и в системах кондиционирования воздуха.

Фильтры отличаются формами и типом фильтрующего материала. Воздушные фильтры подразделяются по материалам: тканевые, бумажные, электростатические тканевые. Ячейковые сетчатые, ячейковые: плоские, гофрированные и карманные, складчатые, карманные и кассетные.

Отношение количества пыли, задержанной фильтром, к количеству пыли перед фильтрацией называется коэффициентом очистки:

 = %,

где S_н – начальное содержание пыли в воздухе, мг/м³, S_к – конечное содержание пыли в воздухе, мг/м³.

Тканевые фильтры. Коэффициент очистки возрастает с увеличением степени ворсистости ткани. Тканевые фильтры обеспечивают достаточно хорошую очистку воздуха от пыли лишь при сравнительно небольших скоростях его движения, т.е. требуется большая поверхность фильтра. Ткань обычно натягивают зигзагообразно для придания компактных размеров фильтра.

Бумажные фильтры. Фильтрующим материалом является специальный сорт пористой и морщинистой бумаги – алигнин. Эта петлеобразно сложенная бумажная лента закрепляется в кассетах, устанавливаемых в несколько рядов в ящике-ячейке. Когда бумажный фильтр загрязняется, заменяют новым.

Электростатические тканевые фильтры. Для улавливания пыли можно использовать и электростатические силы. С развитием производства пластмасс выяснилось, что целый ряд их обладает свойством заряжаться от трения и притягивать к себе пылинки. В тканевых фильтрах происходит интенсивное трение запыленного воздуха о ткань, и она становится гладкой. Изготовляют специальные ноздреватые ткани, состоящие частично или полностью из пластмассовых нитей. Пропуск воздуха через эти ткани резко увеличивает коэффициент пылеулавливания и дает возможность улавливать мельчайшие фракции пыли, которые нельзя уловить обычными тканевыми фильтрами.

Частички сажи, дым, металлическая пыль, пыльца, вирусы и бактерии имеют различную величину менее 1 мкм. Считается, что эти загрязнители являются одним из основных факторов, вызывающим многие астматические и аллергические заболевания.

Поскольку 99,99 % всех частиц, находящихся в воздухе, имеют размер менее 1 мкм, в системах вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо использовать достаточно тонкие фильтры. Фильтры часто условно подразделяются на три класса в зависимости от этой способности: грубые, тонкие и абсолютные.

Степень очистки фильтрующих материалов регламентируется требованиями ГОСТ Р 51251-99 и европейским стандартом ЕUROVENT 4/9, DIN 185.

К фильтрам грубой очистки относят фильтры классов ЕU1-ЕU4, к фильтрам тонкой очистки – ЕU5-ЕU9. Фильтрами абсолютного класса считаются фильтры ЕU10-EU14.

Фильтры из стекловолокна лучше сохраняют свои свойства, чем фильтры из синтетических волокон. Очень важно защищать фильтр от влаги, так как она может изменить характеристики волокон фильтра и оказать воздействие на степень очистки. Фильтры из стекловолокна более подвержены воздействию влаги, чем фильтры из синтетических волокон.

В настоящее время используются фильтры отечественного и импортного производства. Из отечественных фильтров наибольшей популярностью пользуются фильтры ячейковые плоские (ФяРБ, ФяВБ, ФяУБ) и гофрированные (ФяГ); ячейковые карманные (ФяК) и складчатые (ФяС). Из импортных – фильтры карманного типа (FRP и FRU) и фильтры кассетного типа (FRC).

Фильтры ячейковые плоские типа ФяРБ, ФяВБ, ФяУБ по степени очистки – III класса. Они обеспечивают очистку атмосферного воздуха от пылевых частиц крупнее 10 мкм.

Фильтры Фя состоят из ячейки и установочной рамы. В корпусе ячейки уложен фильтрующий слой (материал) (рис. 39).

Рис. 39. Фильтры типа ФяРБ

Ячейки фильтров ФяВБ, ФяРБ промывают теплой водой. Для улучшения промывки в воду можно добавлять поверхностно-активные вещества, например, 10 % каустической соды. Фильтрующий материал фильтров ФяУБ заменяется новым.

Для поглощения газов, запахов и паров токсичных веществ используются угольные фильтры с использованием картриджей с засыпным углем или материала с угольным наполнением.

Основные типы фильтров систем кондиционирования:

1. Механические фильтры или фильтры грубой очисти. Действуют наподобие сита – удаляют большие твердые частицы: крупные частицы пыли, тополиный пух, волокна, шерсть животных и т.п.

2. Адсорбирующие, угольные (карбоновые) фильтры. Эффективно адсорбируют, поглощают запахи сигарет, животных, пищи и т.п. Угольные фильтры требуют замены каждые 2,5-4 месяца.

3. Антибактериальные фильтры. Фильтры, обработанные специальными веществами, обладают свойствами убивать или обезвреживать различные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки). Они не только очищают воздух, но и препятствуют размножению этих микроорганизмов на самих фильтрах.

Цеолитный (фотокаталитический) фильтр. В состав цеолитного фильтра помимо активированного угля входит лампа ультрафиолетового излучения, «расщепляющая органику». Цеолит (искусственный или естественный) - это чаще всего сухая природная гранулированная глина. Цеолит применяется, как добавка к активированному углю. Эти фильтры обеспечивают высокую эффективность работы в течение 3-5 лет. А угольные фильтры должны заменяться каждые 6 месяцев.

Катехиновый фильтр. Обезвреживает бактерии и вирусы, а также расщепляет на безвредные соединения и дезодорирует молекулы, с которыми связаны запахи пота, сигаретного дыма. Катехин, природный антисептик, извлекается из зеленого чая.

Фильтр «Васаби», работает, как катехин, основан на бактерицидных свойствах японского хрена.

Плазменный ионизатор. С помощью высокого напряжения (почти 5 тыс. вольт) он выжигает все микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибки. Пластина очистки: отрицательно заряженные ионы притягивают положительно заряженные частицы в воздухе. Электрически активная область: абсорбирует и расщепляет частицы, ионизирующий узел придает загрязняющим частицам положительный электрический заряд.

Срок службы воздушных фильтров индивидуален и зависит от месторасположения объекта, времени года, розы ветров и многих других факторов. Загрязненность контролируют, наблюдая за перепадом давления (сопротивление фильтра воздушному потоку) на воздушном фильтре. Рекомендуемое конечное сопротивление для фильтров грубой очистки составляет 250 Па, для фильтров тонкой очистки – 450 Па, для фильтров абсолютной очистки – 600 Па. Грубая очистка: панельные и кассетные фильтры – 1 раз в месяц летом, 1 раз в 2-3 месяца зимой, карманные фильтры – 3-4 раза в год. Тонкая очистка: карманные фильтры – 2-3 раза в год, компактные фильтры – 2 раза в год.

Судовые фильтры

Судовые СКВ снабжены фильтрами, очищающими воздух от пыли, газовых примесей и запахов.

В зависимости от агрегатного состояния примеси, содержащиеся в воздухе, подразделяются на три группы:

а) твердые частицы (пыль и дым);

б) жидкие частицы (туман);

в) газообразные частицы (пары и газы).

В морском воздухе и воздухе судовых помещений всегда содержится то или иное количество примесей.

Количество пыли, находящейся в наружном воздухе, зависит от расстояния судна от берега.

Большая запыленность воздуха наблюдается на судах, перевозящих сыпучие, пылящие грузы.

На судах отечественной постройки в СКВ используют в основном сетчатые масляные фильтры (для покрытия сеток или другого заполнителя фильтра служат висциновое, веретенное и любое другое, достаточно липкое, не имеющее запаха масло). На некоторых судах применяют марлевые фильтры, которые могут улавливать только крупнодисперсную пыль, наименее вредную для человека, так как она не попадает во внутренние дыхательные органы. Марлевые фильтры предотвращают засорение ребристой поверхности теплообменников, оборудования кондиционирования воздуха.

Степень очистки воздуха в масляных фильтрах до 95-98 %, но они имеют недостатки: малая пылеемкость, а следовательно, и частые очистки, которые весьма трудоемки, возможность загрязнения воздуха акролеином (при высоких температурах), необходимость периодической промывки сеток от загрязненного масла и покрытия их чистым. Для СКВ на судах применяются электростатические фильтры из синтетических волокнистых материалов, типа «Плиотрон». Они обладают хорошими характеристиками по очистке воздуха от пыли. К электризующим синтетическим материалам, работающим не только поверхностным слоем, но и всем объемом, относятся лавсан, хлорин, ацетохлорин. Эти материалы укладывают в фильтр слоями.

Фильтрующий слой хлорина толщиной 15 мм задерживает частицы размером до 5 мкм и очищает воздух от пыли на 99 %.

Вследствие невысокой пылеемкости фильтрующего материала эти фильтры целесообразно устанавливать при малой запыленности воздуха или после масляных фильтров.

В отечественных фильтрах в качестве фильтрующего материала наиболее часто применяют перхлорвинил (фильтры ФПП). Этот материал, кроме того, очищает приточный воздух от токсичных и радиоактивных веществ.

На судах, перевозящих пылящие грузы, вследствие большой запыленности наружного воздуха все вышерассмотренные фильтры будут быстро засоряться. В этом случае могут быть использованы циклонно-пенные аппараты. Наряду с эффективной очисткой воздуха в них осуществляется его охлаждение и осушение.

Эти фильтры меньших габаритов, просты в регенерации. Также используется фильтрующий материал из синтетических волокон полипропилена. Материал устойчив к действию минеральных кислот, щелочей, не горит и не выделяет токсических веществ в условиях эксплуатации на судах. Очищают электростатический фильтр путем простукивания, продувки воздухом с чистой стороны, промывкой теплой чистой струей воды (~40 °С). Если пыль содержит замасленные частицы, фильтр необходимо прополоскать в специальном моющем растворе.

Борьба с неприятными запахами в судовых условиях затруднена, в связи с их быстрым распространением по всему судну. К методам борьбы с запахами относятся адсорбция, промывка воздуха, конденсация пахучих веществ, маскировка запахов и вентиляция помещений.

При большой загазованности помещений парами необходима установка адсорбционных фильтров активированного угля у источников газовыделений и в системе вентиляции или кондиционирования воздуха. Очистка воздуха от пахучих водорастворимых газов и паров (аммиака, аминов и т.д.) осуществляется в кондиционере в процессе охлаждения воздуха и выделения влаги, которая поглощает эти вещества.

Наиболее стойкий и распространенный запах в жилых помещениях – от табачного дыма. Практикой установлено, что количество свежего воздуха, достаточное для борьбы с табачным дымом, обеспечивает и устранение запаха человеческого тела.

Количество подаваемого свежего воздуха, регламентированное санитарными правилами, определяется, исходя из предельно допустимых концентраций углекислого газа в судовых помещениях, и оказывается ниже приведенных значений.

При выборе метода очистки воздуха необходимо исходить из количественного и качественного состава примесей, находящихся в воздухе, а также требуемой степени его очистки. Кроме того, следует учитывать сопротивление фильтра воздушному потоку и способность фильтрующих поверхностей накапливать примеси и восстанавливать свою фильтрующую способность.

Очистка воздуха от твердых частиц может осуществляться путем:

- соприкосновения частиц с липкой поверхностью;

- фильтрации воздуха через волокнистые материалы;

- прохождения воздуха через электростатическое поле.

В связи с тем, что размеры частичек механических примесей, содержащихся в воздухе, 0,01-100 мкм, они не могут быть удалены с помощью какого-либо одного типа фильтра при высокой эффективности его работы. Наиболее грубые частички удаляются в масляных фильтрах, а мелкие и мельчайшие – в волокнистых и электрофильтрах.

В соответствии с санитарными правилами при обычных методах очистки воздуха для рециркуляции может быть использовано не более 30 % воздуха помещений. При эффективной очистке от микроорганизмов и газов процент рециркуляционного воздуха может быть повышен путем применения кассетных или других фильтров с активированным углем.

Воздушные фильтры устанавливаются, как правило, в приемных отверстиях приточных воздуховодов перед поверхностными тепло-обменными аппаратами кондиционеров; иногда – отдельно в рециркуляционных приточных воздуховодах.

Подбор и установка фильтров зависит от степени очистки воздушного потока и от расхода воздуха V м³/ч, обрабатываемого фильтрами.

Контрольные вопросы

1. Понятие коэффициента орошения?

2. Как изменяются основные параметры воздуха при его нагревании?

3. Что влияет на тепловую нагрузку воздухонагревателя?

4. Какие теплоносители применяются для нагревания воздуха?

5. Понятие «мокрого» и «сухого» охлаждения воздуха?

6. Назначение каплеуловителей.

7. Методы осушения воздуха.

8. Способы и методы увлажнения воздуха.

9. Понятие адиабатного увлажнения.

10. Что учитывает коэффициент эффективности оросительной камеры?

11. Типы судовых воздухоохладителей.

12. Какие существуют степени очистки воздуха?

13. Какая характеристика воздушного потока влияет на подбор фильтра систем кондиционирования воздуха?

14. Типы фильтров и материал, применяемый для очистки воздуха?