Wiele chorób oraz złe samopoczucie użytkowników jest w dużej mierze skutkiem niewłaściwych parametrów nawiewanego powietrza. Powodem takiego stanu rzeczy jest brak czystości instalacji z osadów i drobnoustrojów. Zanieczyszczenia instalacji klimatyzacyjnych wpływają również na zwiększenie oporów przepływu powietrza w instalacjach, co powoduje wyraźne zmniejszenie efektywności tych urządzeń. Artykuł jest kontynuacją tematu podjętego w wydaniu 8/2015.

Na czystość powietrza w pomieszczeniach istotny wpływ ma stan powietrza zewnętrznego dostającego się do środowiska wewnętrznego. Nie jest możliwe całkowite ograniczenie dostawania się zanieczyszczeń do instalacji klimatyzacyjnych [1-3]. Należy wziąć pod uwagę, że pewna ich część, osadzając się w środku instalacji, będzie i wtórnym źródłem zanieczyszczeń powietrza nawiewanego oraz środowiskiem dla rozwoju szkodliwych dla człowieka mikroorganizmów.

W skład podstawowych zanieczyszczeń układów klimatyzacyjnych i wentylacyjnych wchodzą:

• zanieczyszczenia pyłem,
• zanieczyszczenia mikroorganizmami patogenicznymi,
• zanieczyszczenia, których źródłem są instalacje klimatyzacyjne.

Ze względu na coraz większe zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego musi być ono przed dostarczeniem do pomieszczeń wentylowanych lub klimatyzowanych właściwie oczyszczone, zależnie od oczekiwań użytkowników pomieszczeń oraz od wymagań związanych z bezpieczeństwem przeprowadzanego procesu badawczego lub przemysłowego. W tym celu stosowane są filtry powietrza, które służą również zapewnieniu odpowiedniej jakości powietrza użytkowników pomieszczeń, do których doprowadzona jest instalacja wentylacyjna (rys. 1.). W poprzedniej części artykułu omówione zostały filtry chroniące powietrze wewnętrzne głównie przed zanieczyszczeniami powstałymi wewnątrz pomieszczeń (filtry w klimatyzatorach). W niniejszej części omówione zostaną filtry stosowane w centralach wentylacyjnych do ochrony przed zewnętrznymi zanieczyszczeniami powietrza.

a) 

b)

Rys. 1. Filtry powietrza: a) centrala wentylacyjna z widocznymi fi ltrami powietrza; b) różne formy dostępnych na rynku filtrów

Istotne definicje i klasyfikacja

Według defi nicji filtracja powietrza jest to jego uzdatnianie polegające na usuwaniu zanieczyszczeń stałych lub ciekłych [2]. Do opisu działania i efektywności różnych filtrów powietrza stosuje się pojęcie charakterystyki filtra. Charakterystyka filtra to zbiór danych zawierający podstawowe parametry filtracyjne i przepływowe filtra. Do najbardziej podstawowych charakterystyk filtrów należą [2]:

• skuteczność filtracji: zdolność urządzenia filtracyjnego lub materiału filtracyjnego do zatrzymywania zanieczyszczeń, określona jako stosunek ilości (masy, liczby cząstek) zanieczyszczeń zatrzymanych przez filtr do ilości doprowadzonej do filtra, można mówić o skuteczności całkowitej bądź frakcyjnej;
• strata ciśnienia podczas przepływu powietrza (opór przepływu): różnica ciśnienia statycznego przed i za filtrem;
• początkowy opór przepływu: spadek ciśnienia statycznego powietrza na niezapylonym filtrze przy nominalnym natężeniu przepływu powietrza;
• końcowy opór przepływu (górna wartość graniczna): ustalona przez producenta filtra górna wartość oporu przepływu powietrza, po osiągnięciu której materiał fi ltracyjny powinien być wymieniony. Opory przepływu powietrza podawane są w [Pa];
• pojemność pyłowa filtru: masa pyłu zatrzymanego przez filtr, przypadająca na jednostkę powierzchni filtracyjnej, przy której został osiągnięty stan końcowy filtra, podawana w [g/m2]. 

W Polsce w celach klasyfikacji filtrów powietrza obowiązują następujące normy:

• PN EN 779:2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Określanie parametrów fi ltracyjnych;
• PN EN 1822-1:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 1: Klasyfi kacja, badanie parametrów, znakowanie;
• PN EN 1822-2:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 2: Wytwarzanie aerozolu, przyrządy pomiarowe, statystyka zliczania cząstek;
• PN EN 1822-3:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 3: Badanie płaskiego materiału filtracyjnego;
• PN EN 1822-4:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 4: Określanie przecieku filtra (metoda przeszukiwania);
• PN EN 1822-4:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 5: Określanie skuteczności filtru.

Podział f ltrów powietrza na klasy jakości (tab. 1.) dokonywany jest na podstawie oceny skuteczności filtracji przy użyciu odpowiedniej dla danej klasy filtrów metody pomiarowej oraz właściwego aerozolu testowego. Skuteczność fi ltracji zależy w znacznym stopniu od zastosowanego materiału fi ltracyjnego, a właściwości materiałów filtracyjnych wynikają z charakterystyki włókien, z których zostały wykonane. Filtry, które zostały wykonane z materiałów o dużej odporności termicznej lub biologicznej zachowują cechy materiałów użytych do ich budowy, z kolei filtry wykonane z włókien o dużej wytrzymałości mechanicznej są z reguły bardzo wytrzymałe [2].

Obecnie do celów filtracji powietrza, szczególnie w systemach wentylacji i klimatyzacji komfortu, najczęściej wykorzystuje się filtry z włókien poliestrowych, szklanych, poliuretanowych i włókien lateksowych. Stosowane są także papiery filtracyjnewykonane z włókien syntetycznych i włókien szklanych [2].

Inne klasyfi kacje filtrów przedstawiono poniżej [2]:

• ze względu na materiały zastosowane do wykonania filtra:
  • filtry włókninowe (dzianiny, tkaniny, włókniny, papiery i bibuły oraz membrany fi ltracyjne),
  • filtry metalowe (np. filtry labiryntowe w okapach),
  • filtry węglowe,
  • filtry nasączone różnymi substancjami biobójczymi (np. omawiane w poprzedniej części artykułu fi ltry nasączone katechiną);
• ze względu na sposób zabudowy:
  • pionowe (np. filtry działkowe, kieszeniowe, taśmowe),
  • ścienne (stosowane w pomieszczeniach czystych),
  • sufitowe (stosowane w pomieszczeniach czystych);
• ze względu na trwałość:
  • filtry jednorazowe (po przekroczeniu granicznego oporu powietrza, wynikającego ze stopnia zabrudzenia, filtr należy wymienić),
  • filtry regenerowane;
• ze względu na klasę filtracji:
  • filtry wstępne,
  • filtry dokładne,
  • filtry bardzo dokładne,
  • filtry wysokoskuteczne (nazywane filtrami HEPA i ULPA lub filtrami absolutnymi);
• ze względu na mechanizm zatrzymywania zanieczyszczeń pracy:
  • filtry włókninowe,
  • filtry adsorpcyjne,
  • elektrofiltry (np. omawiane w poprzedniej części filtry elektrostatyczne),
  • filtry fotokatalityczne,
  • filtry plazmowe.

Budowa filtrów powietrza

Budowa i charakterystyka materiałów filtracyjnych (za [2]) 

Filtry z włókien poliestrowych

(...)

Filtry z włókien szklanych

(...)

Filtry węglowe

(...)

Budowa filtrów w zależności od klasy filtracji

(...)

Czystość instalacji

Warto przy okazji rozmowy o filtrach poświęcić kilka zdań zagadnieniu utrzymywania w czystości instalacjach wentylacji i klimatyzacji. Otoczenie budynku wytwarza różne rodzaje zanieczyszczeń od produktów spalania, poprzez różne cząstki chemiczne, do alergenów włącznie. Stopień zabrudzenia w systemach wentylacyjnych zależy także od jakości zastosowanych filtrów i ich zabrudzenia. Dlatego, dla zdrowia użytkowników systemu ważne jest zastosowanie dobrej jakości filtracji oraz odpowiednio częste czyszczenie i wymiana fi ltrów. Szybkość zanieczyszczenia pomieszczeń, w zależności od lokalizacji i przeznaczenia obiektu jest oczywiście zmienna. Należy tutaj nadmienić, że nawet nowo zainstalowane kanały wentylacyjne nie są pozbawione zanieczyszczeń, gdyż powstają one np. podczas prac instalacyjnych. Należy także pamiętać, że system wentylacyjny może być wtórnym źródłem zanieczyszczeń i tworzyć sprzyjające środowisko do rozwoju szkodliwych mikroorganizmów (rys. 11.). Jest to szczególnie istotne w przypadku, gdy zastosowana centrala wentylacyjna wyposażona jest w system recyrkulacji powietrza, gdyż w tym wypadku wszystkie zanieczyszczenia, a także te występujące w kanałach, będą zawracane z powrotem do nawiewanego powietrza. Warto w tym przypadku zastosować podwójny stopień filtracji (filtracja powietrza zewnętrznego i nawiewanego). Brak odpowiedniej higieny w przewodach może prowadzić również do zmniejszenia wydajności powietrza. Zabrudzone filtry, wymienniki oraz zmniejszone przekroje kanałów wentylacyjnych zmniejszają efektywności tych urządzeń, co równocześnie zwiększa koszty eksploatacyjne.

Rys. 11. Ten sam kanał wentylacyjny przed i po czyszczeniu [3]

Utrzymanie odpowiedniego stanu higienicznego instalacji wentylacji należy przewidzieć na etapie projektowania. Istotne jest zapewnienie łatwego dostępu do czyszczenia kanałów w odpowiednio przygotowanych miejscach, co pozwoli uniknąć późniejszego ingerowania w cały system. Ważnym aspektem jest również minimalizowanie przeszkód w instalacji, które uniemożliwiałyby przejście narzędziom do czyszczenia. Czyszczenie instalacji wentylacyjnej można podzielić na 3 etapy [3]:

• inspekcja i wstępna diagnoza,
• czyszczenie kanałów,
• kontrola i końcowa diagnoza.

Diagnoza polega na rozpoznaniu wizualnym lub wizyjnym (z wykorzystaniem kamer) stanu zabrudzenia kanału oraz rodzaju zabrudzenia. Podczas kontroli stanu higienicznego instalacji powinno oceniać się ilość osadzonego pyłu i ilość kolonii grzybów pleśniowych oraz bakterii znajdujących się w osiadłym pyle i w przepływającym powietrzu. Po tej inspekcji następuje wybór dopasowanego rodzaju czyszczenia kanału. Metody te dzielą się ze względu na obecność wody (rys. 3.). Do najczęściej stosowanych suchych metod czyszczenia przewodów wentylacyjnych można zaliczyć [3]:

• czyszczenie mechaniczne szczotkami obrotowymi zamontowanymi na wałku napędowym, 
• czyszczenie mechaniczne szczotkami obrotowymi, zamontowanymi na samojezdnych pojazdach,
• czyszczenie sprężonym powietrzem.

Do metod z wykorzystaniem wody można zaliczyć:

• czyszczenie parą,
• czyszczenie i dezynfekcja chemiczna.

Zastosowanie metod mokrych lub połączenie metody mokrej i suchej jest często niezbędne podczas czyszczenia instalacji wyciągowych w kuchniach oraz w pomieszczeniach, w których powietrze usuwane zawiera dym, tłuszcz oraz podobne zanieczyszczenia. Tam, gdzie system został zaprojektowany do czyszczenia na mokro, należy zwrócić uwagę na warunki i ograniczenia wynikające z przyjętej metody. Na przykład, metodę mokrą można stosować jedynie w przypadku przewodów o wystarczającej szczelności, gładkiej powierzchni wewnętrznej, o odpowiednim nachyleniu oraz wyposażonych w system odwadniający, służący do odprowadzenia cieczy wraz z uwolnionymi zanieczyszczeniami.

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

LITERATURA:
[1] Materiały i katalogi producentów dostępne w intrenecie.
[2] CHARKOWSKA A: Filtracja i oczyszczanie powietrza Cz. 1. i Cz. 2. Rynek Instalacyjny. 5 i 6/2008.
[3] DANIELAK M., SKARBA P.: Higiena kanałów wentylacyjnych. Polski Instalator. 12/2012.