ЧТО ВАЖНЕЕ: ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ HEPA-ФИЛЬТРОВ ИЛИ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ? Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 697.95-3+УДК697.957

Бардадым В.Ю.

студент СПбГАСУ г. Санкт-Петербург, РФ

ЧТО ВАЖНЕЕ: ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕРА-ФИЛЬТРОВ ИЛИ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ?

Аннотация

В голове каждого инженера, который хоть раз сталкивался с понятием «HEPA-фильтр», возникает ассоциация - высокая эффективность. И как правило, для проектирования вентиляции чистых помещений инженеры используют HEPA-фильтры с эффективностью 99,95% и выше. Но так ли важны эти девятки после запятой? Возможно, есть способ обеспечения глубокой очистки воздуха фильтрами более низкой эффективности? В данной статье будет рассмотрен пример, когда необязательно для очистки воздуха использовать фильтр класса H14.

Ключевые слова:

HEPA-фильтр, высокая эффективность, производительность, воздухоочиститель, CARD.

Для начала разберемся, что же такое HEPA-фильтр [1]?

В переводе с английского языка HEPA - это High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance или высокоэффективное удержание частиц. HEPA-фильтр - это вид воздушного фильтра с высокой эффективностью [2] очистки. Такие фильтры используют при проектировании систем вентиляции чистых помещений, в пылесосах и всевозможных воздухоочистителях, которые циркулируют воздух в помещении.

Фильтрующий материал в данном фильтре - это система волокон сложной формы. Как правило, волокна выполняются из стеклопластика и имеют диаметр от 0,5 до 2 мкм.

В высокоэффективных фильтрах есть три метода улавливания частиц: эффект зацепления, эффект инерции и эффект диффузии.

При эффекте зацепления (рис.1) за счет линий тока, которые возникают вблизи фильтрующего волокна, частица «налипают» на волокна.

Рисунок 1 - Движение частиц при эффекте зацепления

Эффект инерции актуален для частиц крупного размера (рис.2). Так как крупные частицы обладают большой инерцией, они не могут огибать волокна. Поэтому при прямолинейном движении, они сталкиваются с препятствием в виде волокна и задерживаются на фильтрующем материале.

Рисунок 2 - Движение частиц при эффекте инерции

При эффекте диффузии частицы мельчайшего размера сталкиваются с частицами газа (рис. 3). При этом скорость прохождения загрязнений замедляется. Мелкие частицы двигаются в разные стороны от линии потока воздуха на расстоянии, превышающем диаметр загрязняющих частиц. И за счет действия эффекта зацепления или эффекта диффузии увеличивается вероятность того, что мельчайшая частица окончательно остановится и не продолжит свое движение.

Рисунок 3 - Движение частиц при эффекте диффузии

Также при выборе HEPA-фильтра важно понимать, что фильтры по эффективности улавливания частиц делятся на следующие классы:

- H10 - 85%

- H11 - 95%

- H12 - 99,5%

- H13 - 99,95%

- H14 - 99,995%

Далее рассматриваем воздухоочиститель [4], который установлен в комнате, где предъявляются высокие требования к очистке воздуха.

При использовании воздухоочистителя главным является то, что воздух должен быть чистым не на выходе из фильтра, а в комнате в целом. Очищенный воздух, выходящий из фильтра, перемешивается с воздухом комнаты, который, в свою очередь, постоянно загрязняется, так как есть некоторые факторы, влияющие на концентрацию частиц. Например, количество частиц в воздухе комнаты может уменьшаться, так как происходит естественное осаждение частиц. Но в то же время, концентрация загрязнений в воздухе комнаты постоянно увеличивается из-за некоторых источников (например, мебель, люди, открытое окно и т.д.).

При этом воздух постоянно «прогоняется» через фильтр, и чем больше воздуха пройдет за один раз через очиститель, тем чище будет воздух в помещении. Поэтому важно понимать, что помимо эффективности фильтра, следует обращать внимание и на его производительность [3], то есть на то, какой объем воздуха он сможет через себя «прогнать». Чтобы выбрать самый эффективный прибор для очистки воздуха, нужно найти правильное сочетание эффективности фильтра и его производительности. Это сочетание называют CARD (Clean Air Delivery Rate).

Эта аббревиатура переводится как «скорость подачи чистого воздуха». Раскроем подробнее понятие

на простом примере. Если фильтр пропускает через себя 200 м3/ч, а на выходе получается 100 м3/ч, то его эффективность равна 50 %. То есть скорость подачи чистого воздуха будет равна 100 м3/ч. Чем больше показатель CARD [5], тем лучше и быстрее фильтр очищает и обновляет воздух в помещении.

С точки зрения математики данный показатель является произведением однопроходной эффективности фильтра и его производительности:

CARD = Е • Q, (1)

где Е - эффективность фильтра, измеряемая в процентах или долях; Q - производительность фильтра, м3/ч. Приведем еще один пример.

Предположим, что комната, в которой установлен воздухоочиститель, имеет идеальный условия, то есть концентрация загрязняющих частиц в каждой части комнаты одинаковая (воздухообмен равномерный). Очиститель циркулирует воздух в помещении, при этом приточный воздух отсутствует. Включая прибор, концентрация частиц в воздухе комнаты будет падать (рис. 4).

Бремя, ч

Рисунок 4 - График снижения концентрации частиц в воздухе помещения

Количество частиц в воздухе со временем снижается по экспоненте, которая определяется по формуле:

Nt=N0-e( v ), (2)

где Nt - концентрация частиц в момент времени t, ед/м3; N0 - концентрация частиц до начала очистки, ед/м3;

Е - эффективность очистки при однократном воздухообмене, выражаемая в процентах или

долях;

Q - производительность фильтра, м3/ч; V - объем помещения, м3; t - время очистки воздуха, ч. Опираясь на формулу (1), упрощаем экспоненту и получаем:

f CARDt\

Nt=N0^e( v ), (3)

где CARD - показатель скорости подачи чистого воздуха. Допустим, имеем неизменные исходные данные:

- N0 = 200 ед/м3;

- V = 150 м3;

- t = l4.

В последующих примерах, будем менять только показать CARD, и посмотрим, насколько концентрация частиц будет уменьшаться.

1. CARD = 200, тогда:

( 200 1) ,

Nt = 200 • е( 150 ) = 52,9 ед/м3 Получаем эффективность очистки воздуха за 1 час - 73,6%

2. CARD = 300, тогда:

( 300 1) ,

Nt = 200 • е( 150 ) = 27,1 ед/м3 Получаем эффективность очистки воздуха за 1 час - 86,5%

3. CARD = 500, тогда:

= 200 • е( 150 ) = 7,2 ед/м3 Получаем эффективность очистки воздуха за 1 час - 96,4%

4. CARD = 900, тогда:

( 900-1)

= 200 • е( 150 ) = 0,5 ед/м3 Получаем эффективность очистки воздуха за 1 час - 99,75%

Таким образом делаем вывод о том, что при шестикратном воздухообмене эффективность очистки воздуха составит 99,75 %.

В окончании статьи можно сказать о том, что нельзя разделять понятия «эффективность» и «производительность» для HEPA-фильтров. И не следует выбирать высокоэффективный фильтр с маленькой производительностью или наоборот, низкоэффективный фильтр с большой производительностью. Важно учитывать и тот, и другой показатель. И только при гармоничном сочетании этих двух параметров можно обеспечить высокую степень очистки воздуха в помещении. Список использованной литературы:

1. ГОСТ Р 56640-2015 Чистые помещения. Проектирование и монтаж. Общие требования

2. ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010 Высокоэффективные фильтры очистки воздуха ЕРА, HEPA и ULPA. Часть 1. Классификация, методы испытаний, маркировка

3. https://habr.com/ru/company/tion/blog/368757/

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/HEPA

© Бардадым В.Ю., 2021

УДК 67.08

Валеева С.А.

магистрант УГАТУ, г. Уфа, РФ Садыкова А.Р. магистрант УГАТУ, г. Уфа, РФ Зайнутдинова А.Ф. магистрант УГАТУ, г. Уфа, РФ

АНАЛИЗ ВОПРОСА ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СРАВНЕНИЮ С ДРУГИМИ СТРАНАМИ

Аннотация

Проанализированы основные методы утилизации отходов, применяющие в развитых странах.