Атмосферный воздух всегда содержит какие-либо загрязнения, связанные с различными природными процессами на нашей планете (эрозия почвы, вулканические загрязнения и т.п.). Более существенным фактором загрязнения атмосферы являются техногенные факторы – последствия жизнедеятельности людей. Они проявляются в росте автомобильного парка, влекущего увеличение выбросов выхлопных газов, особенно в больших городах, а также увеличение промышленных выбросов в атмосферу, вызванных ростом производства в различных странах. Продуктами этих процессов являются загрязнения атмосферного воздуха пылью, мелкодисперсными аэрозолями, а также молекулярными (газообразными) загрязнениями.
Все это создает предпосылки необходимости очистки (фильтрации) воздуха перед его подачей в помещение.
Частью инженерных систем зданий являются системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Эти системы обеспечивают забор атмосферного воздуха, его обработку и подачу в помещения. Обработка воздуха включает его нагрев (охлаждение) увлажнение (осушка) и очистку.
Классификация чистоты воздуха
Классификации загрязненности атмосферного воздуха и чистота воздуха в помещения регламентируется ГОСТ Р ЕН 13779-2007 «Вентиляция в нежилых зданиях» аналогичного Европейскому стандарту EN 13779 [1].
В стандарте также приведены примеры некоторых средних значений загрязненности наружного воздуха (табл. 1) для различных районов.
Вышеупомянутый стандарт ввел условное деление загрязненности наружного воздуха (табл. 2) на 5 классов и чистоты внутреннего воздуха помещений на 4 класса (табл. 3).
Введенные классификации носят условный характер, и точное определение каждого класса зависит от характера источника загрязнений и от их воздействий. Например, источники загрязнений могут быть:
- локализованными или распространенными по всему зданию;
- непрерывными или перекрывающимися;
- выделяющими частицы (неорганические, жизнеспособные или другие органические) или газы (пары) – органические или неорганические.
Влияние качества воздуха может быть различным, например, для людей с разной степенью адаптации, или влиянием на здоровье, например, влияние на слизистые поверхности, наличие токсичного эффекта, аллергических реакций или фактора канцерогенности. Это влияние может иметь индивидуальный характер, например, для здоровья взрослых и детей или больных в лечебных учреждениях.
Примечание. Приведенные значения являются среднегодовыми. Их не следует использовать при проектировании, поскольку максимальные концентрации будут выше. Для более подробной информации следует выполнить оценку загрязнений на месте или пользоваться соответствующими руководствами или статистическими данными мониторинга Росгидромета.
Классификация воздушных фильтров
Необходимо отметить, что все воздушные фильтры для систем вентиляции и кондиционирования воздуха делятся на две большие группы: воздушные фильтры общего назначения и высокоэффективные фильтры специального назначения. Первые делятся на 2 группы (табл. 4) и подразделяются на 9 классов чистоты от G1 до F9, в соответствии с ГОСТ Р 51251-99 и ГОСТ Р EN 779 (аналог Евростандарта EN779). Вторые – классифицируются от класса Н10 до U17 по проекту ГОСТ Р – ЕН 1822 (аналог Евростандарта EN1822) и также делятся на две группы (табл. 5.).
* Определеяется по синтетической пыли.
** Определеяется для частиц 0,4 мкм.
Рекомендации применения воздушных фильтров общего назначения
Наличие большого разнообразия фильтров по эффективности очистки, т.е. по классам, а также по конструктивным особенностям требуют рекомендаций по их использованию (табл. 6). В таблице для разных классов наружного воздуха и разного уровня (классов) чистоты воздуха в помещении предлагаются различные схемы одно- и многоступенчатой очистки воздуха. Необходимо отметить, что рекомендации (см. табл. 4), даны с учетом загрязненности воздуха характерного для большинства европейских стран. Для нашей страны необходимо вводить некоторые корректировки с учетом более высоких уровней загрязненности атмосферного воздуха, связанного в первую очередь с техногенными факторами (менее жесткие требования к выбросам автомобилей и более слабый контроль вентвыбросов промышленных предприятий).
*GF – газовый (угольный) и (или) химический фильтр.
Переводя предлагаемую схему многоступенчатой очистки на практический язык, ее можно проиллюстрировать на следующих примерах.
Если необходимо очистить воздух, подаваемый в производственные помещения без каких-либо специальных требований, например, подача приточного воздуха в помещения сборочно-сварочных цехов, металлургических предприятий, где чистота приточного воздуха определяется только гигиеническими требованиями достаточно установки одноступенчатой системы очистки фильтров грубой очистки класса G3, G4, в качестве которых могут быть использованы выпускаемые ООО «НПП «Фолтер» панельные фильтры ФяП класса G3, гофрированные фильтры ФяГ классов G3, G4 или карманные фильтры ФяК грубой очистки классов G3, G4 (рис. 1).
Фильтры ФяП или ФяГ используются в условиях габаритных ограничений для их размещения, поскольку они имеют глубину 20–48 мм для (ФяП) и 48 и 100 мм для ФяГ. Малые габаритные размеры по глубине являются также и недостатком этих фильтров, не позволяя существенно развивать фильтрующую поверхность, что сказывается на их сроке службы.
В этом смысле предпочтение имеют карманные фильтры ФяК, которые изготавливаются для классов G3, G4 с глубиной 300 мм, а для увеличения ресурса целесообразно использовать фильтры ФяК с глубиной 600 мм. С экономической точки зрения, предпочтительнее использование фильтров с большой глубиной, т.к. это более чем в два раза увеличивает ресурс работы, снижает вдвое затраты связанные с заменой фильтров при увеличении стоимости только на 30–40 %.
Для очистки больших объемов воздуха карманные фильтры ФяК могут устанавливаться в специальные фильтрующие камеры-секции карманных фильтров (рис. 2), что позволяет очищать воздух объемом до 120 тыс. м3/ч.
1-я ступень (как правило фильтры грубой очистки) системы фильтрации атмосферного воздуха обеспечивает защиту технообменных аппаратов от загрязнений, т.к. фильтры 1-й ступени устанавливаются, как правило, на воздухозаборе, т.е. на входе в приточные установки или кондиционеры. Защита технообменных аппаратов влечет и экономический эффект, связанный с исключением дополнительных затрат на их промывку (при отсутствии фильтров) и поддержание заданного коэффициента теплопередачи в отсутствии загрязнения теплоотдающей поверхности.
Другим общим случаем очистки приточного воздуха является необходимость обеспечения более высоких требований чистоты воздуха, как, например, в 4-х и 5-ти звездочных отелях, офисных помещениях высокого уровня (категория А), спортивных сооружениях и т.п. В этом случае требуемый уровень может быть достигнут использованием фильтров класса F7–F9. При невысокой запыленности атмосферного воздуха такие фильтры могут быть установлены в одну ступень, без предварительной очистки (см.табл. 6).
Однако, как правило, запыленность городов является высокой, что требует установки перед фильтрами класса F7–F9 фильтров предварительной очистки классов G4–F5, т.е. применение 2-х ступенчатой системы очистки приточного воздуха.
1-я ступень очистки призвана защитить вторую более дорогую ступень от загрязнений крупными пылевыми частицами размером 5–10 мкм, что может увеличивать ресурс работы 2-й ступени более чем в 2 раза.
Для применения в качестве 2-й ступени фильтров классов F7–F9 ООО «НПП «Фолтер» производит широкую номенклатуру воздушных фильтров: ФяК, ФяС-F, ФяС-К, ФяС-F-МП, ФяС-F-ПМП (рис. 3).
Применение фильтров 2-й ступени очистки из вышеперечисленных типов определяется конструктивными и экономическими ограничениями в каждом конкретном случае. Экономически более оправданным является использование карманных фильтров ФяК (F7–F9), т.к. по сравнению со всеми другими фильтрами их отличает невысокая стоимость. К недостатку можно отнести необходимость использования фильтрующий камер большей глубины 600–800 мм. При очистке больших объемов воздуха для установки и герметизации фильтров ФяК применяются секции карманных фильтров СКФ.
При ограничении по глубине могут быть использованы фильтры Фяс-К, ФяС-F, ФяС-F-МП, ФяС-F-ПМП.
Фильтры ФяС-К, ФяС-F, ФяС-F-МП имеют глубину 292 мм, а фильтр ФяС-F-ПМП от 28 до 100 мм.
При ограничении объемов для размещения фильтров целесообразно использовать высокопроизводительные фильтры ФяС-F-МП, пропускная способность которых выше обычных фильтров почти на 40 %.
Для очистки больших объемов воздуха фильтры ФяС-К могут устанавливаться и надежно герметизироваться в секции карманных фильтров СКФ, а фильтры ФяС-F, ФяС-F-МП в секции складчатых фильтров ССФ.
Все вышеописанные фильтры обеспечивают очистку воздуха от пылевых частиц и мелкодисперсных аэрозолей. Атмосферный воздух всегда содержит помимо пылевых частиц и газообразные загрязнения (см. табл.1).
В тех случаях, когда концентрации газообразных загрязнений превышают допустимые санитарные нормы или когда к приточному воздуху предъявляются повышенные требования класс IDA1 и IDA2 (см. табл.6), то в дополнение к пылевым фильтрам необходимо устанавливать газовые фильтры способные очищать воздух от молекулярных загрязнений газов и паров (рис. 4, 5).
Фильтры ИФК способны очищать воздух от газообразных, кислотных (окиси азота, диоксид серы, сероводород и т.п.) или щелочных (пары щелочей, аммиак и т.п.) загрязнений.
Угольные фильтры ФяС-С имеют более широкий спектр улавливаемых веществ, так помимо вышеуказанных неорганических соединений они могут улавливать и органические газообразные соединения, которыми сопровождаются автомобильные выхлопы.
При очистке больших объемов воздуха фильтры ИФК могут устанавливаться в секции карманных фильтров СКФ, а фильтры ФяС-К – в секции складчатых фильтров ССФ.
В тех случаях, когда атмосферный воздух имеет повышенную загрязненность (районы больших городов, автомагистралей, промышленных зон и т.п.), то целесообразно в приточных системах вентиляции устанавливать угольные фильтры типа СУФ (рис. 6).
В многоступеньчатой системе очистки угольные фильтры СУФ следует устанавливать перед последней ступенью очистки.
Классификация чистых производственных помещений
Третьим случаем требований чистоты приточного воздуха являются сверхвысокие требования к чистым помещениям, несвязанные с условиями гигиены или с высокой комфортностью, а являющиеся неотъемлемыми условиями высокого качества выпускаемой продукции (фармация, микроэлектроника, пищевая промышленность и т.д.) или создания стерильных условий чистоты приточного воздуха в лечебных учреждениях.
Классификация чистых помещений производится в соответствии с количеством частиц определенно размера в единице объема воздуха и регламентируется международным стандартом ГОСТ ИСО 14644-1 (табл. 7).
Сравнение современного международного стандарта с аналогичными (ранее действовавшими) стандартами России и США приведено в табл. 8.
Классификация чистых помещений в фармацевтической промышленности регламентируется ГОСТ Р 52249-2004 «Правила производства и контроля лекарственных средств». Эта классификация аналогична требованиям Европейских норм GMP (табл. 9).
В лечебных учреждениях помещения делятся на классы по чистоте воздуха согласно ГОСТ ИСО 1444-1 и предлагается классификация в соответствии с ГОСТ Р 52539-2006. «Чистота воздуха в лечебных учреждениях. Общие требования» (табл. 10 и 11).
* При наличии зоны с однонаправленным потоком воздуха требования к ней соответствуют требованиям к чистоте воздуха в зоне операционного стола.
** КОЕ – колониеобразующая единица: совокупность микробных клеток, выросших в виде изолированного скопления колоний на питательной среде.
Рекомендации применения фильтров в чистых помещениях
Приведенные выше классификации чистых помещений описывают основное многообразие требований в различных отраслях. Обеспечение этих требований достигается применением многоступенчатой системы фильтрации рекомендуемой нами (табл. 12).
Предложенная схема многоступенчатой очистки приведена для условий высокой начальной запыленности, соответствующей категории ODA4 и ODA5 по ГОСТ EH 13779. В случае нахождения предприятий в условиях начальной запыленности соответствующей классу ODA3 и выше (см. табл. 6) фильтры 1-й ступени очистки могут не устанавливаться.
В представленной многоступенчатой схеме фильтрации приточного воздуха каждая из ступеней защищает последующую, как правило, более дорогую, от крупных аэрозолей, которые эта ступень эффективно может улавливать.
Задачу обеспечения заданного условия чистоты воздуха обеспечивает последняя финишная ступень высокоэффективные HEPA-фильтры классов Н10–Н14 и сверхвысокоэффективные ULPA- фильтры классов U15–U17.
Среди номенклатуры фильтров выпускаемых нашим предприятием к HEPA-фильтрам относятся фильтры ФяС и ФяС-МП.
Конструктивно НЕРА-фильтры ФяС выпускаются двух типов, с алюминиевыми и нитевыми сепараторами (рис. 7, 8).
1 – фильтрующий материал; 2 – платиновая нить
1 – корпус; 2 – фильтрующий материал; 3 – сепараторы из алюминиевой фольги; 4 – специальный герметик
Корпус фильтра может быть изготовлен из специального алюминиевого профиля, алюминиевого или нержавеющего листа или шлифованной фанеры. Фильтры из алюминиевого профиля могут изготавливаться глубиной 78, 150 и 300 мм. В тех случаях, когда корпус фильтра изготавливается из фанеры, алюминиевого или нержавеющего листа, глубина фильтров может быть отличной от указанной выше. Фильтрующий материал, включающий алюминиевые или нитяные сепараторы, герметизируется в корпусе путем заливки по всему периметру специальным герметиком 4. Корпус фильтра по всему периметру образует фланец (прижимную поверхность), размер которого для нержавеющего листа 18 мм. На этот фланец наклеивается резиновое уплотнение (с одной или с двух сторон).
Необходимо отметить, что при выборе фильтров, устанавливаемых в конструкции самого чистого помещения (потолок, стены), через которые осуществляется подача воздуха в ламинарном режиме (скорость в фильтре не более 0,45 м/с), целесообразна установка фильтров с нитевыми сепараторами.
Выбор фильтра ФяС с учетом его характеристик
Фильтры ФяС с алюминиевыми сепараторами производятся с основными размерами по глубине 150 и 300 (292) мм. Эти фильтры изготавливаются в двух вариантах:
- базовый, с количеством фильтрующего материала (см. табл. 5);
- экономичный, в котором увеличение площади фильтрующей поверхности по сравнению с базовым фильтром глубиной 150 мм составляет около 1,3 раза, а для фильтров глубиной 300 (292) мм – 1,5 раза.
Преимуществами экономичного фильтра является меньшее начальное аэродинамическое сопротивление, а так же увеличенный ресурс работы, который по опыту эксплуатации для фильтров глубиной 150 мм может быть больше в 1,5–1,7 раза, а для фильтров глубиной 300 (292) мм в 1,8–2,0 раза по сравнению с базовым вариантом.
Фильтры с нитевыми сепараторами выпускаются в настоящее время только в экономичном варианте с глубиной корпуса 78, а также аналогичный фильтрующий пакет может быть установлен в корпусе глубиной 150 мм для замены фильтров с алюминиевыми сепараторами в экономичном варианте исполнения.
Фильтры ФяС устанавливают непосредственно в конструкции чистого помещения (потолок или стены) или в фильтрующих камерах, расположенных где-то ранее по ходу воздуха.
Для установки фильтров ФяС непосредственно в помещении могут использоваться специальные модули воздухораспределительные МВ, которые предназначены для встраивания в конструкцию потолка или стен чистого помещения. Модули имеют конструкцию способную размещать и уплотнять фильтр ФяС, они также оснащены штуцерами для контроля сопротивления фильтров в процессе эксплуатации с помощью микроманометров и двумя штуцерами для проверки надежной (герметичной) установки фильтров при монтаже. Конструкция МВ (рис. 9) предусматривает патрубок для подключения по вертикали или горизонтали, а также выпускается модуль МВ-ГЩ минимальной высоты, для случаев ограниченного межпотолочного пространства. На выходе из МВ может устанавливаться решетка, которая чаще всего используется для ламинарной подачи воздуха в чистые помещения или воздухораспределительная решетка, с раздачей воздуха в четыре стороны при турбулентной подачей воздуха в помещения.
Установка НЕРА-фильтров ФяС в модулях МВ чаще используется в связи с тем, что после фильтров очищенный воздух поступает непосредственно в чистое помещение, а не движется по каким-либо каналам перед выходом в помещение. В этом случае эти каналы должны иметь внутреннее покрытие, исключающее какую-либо генерацию аэрозольных частиц.
В ряде случаев возникает необходимость установки фильтров ФяС непосредственно в воздуховодах или фильтрующих камерах. При одиночной установке фильтров, в разрыв воздуховодов, чаще используется схема приведенная на рис. 10.
1 – диффузор; 2 – уплот ни тель ная про кладка (устанавливается при заказе фильтра); 3 – шпилька; 4 – фильтр ФяС; 5 – конфузор; 6 – фланцы диффузора и конфузор
При очистке больших объемов воздуха фильтры ФяС могут устанавливаться в секции складчатого фильтра ССФ, обеспечивающие очистку воздуха от 1 900 до 17 100 м3/ч. Секции ССФ оснащены специальными прижимами для надежного уплотнения фильтров ФяС в конструкции ССФ, а также штуцерами для подключения приборов контроля их сопротивления.
Выпускается также модифицированный вариант секции ССФ – ССФ(К), который дооснащен элементами для установки фильтров предварительной очистки ФяК с глубиной карманов не более 350 мм или фильтров ФяС-К.
Как указывалось выше, выпускаются также высокопроизводительные НЕРА-фильтры ФяС-МП (рис. 11), имеющие более высокоразвитую фильтрующую поверхность, за счет установки миниплиссированных фильтрующих пакетов в корпусе под острым углом к направлению воздушного потока. Эти фильтры применяются в стесненных условиях и могут также устанавливаться в секциях ССФ, с производительностью от 3 200 до 28 800 м3/ч.
Для создания сверхчистых помещений классов ИСО3 и ИСО2 применяются ULPA-фильтры ФяС-U (рис. 12). Конструктивно они изготавливаются с миниплиссированными фильтрующими пакетами с применением нитевых сепараторов. Эти фильтры устанавливаются непосредственно в чистом помещении или сверхчистых зонах в специальных потолочных конструкциях или модулях.
Мноножество задач очистки приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования создало широкий спектр воздушных фильтров различных конструкций и классов по эффективности очистки.
НПП «Фолтер» производит полную номенклатуру воздушных фильтров, позволяющих решать любые задачи очистки воздуха – от самых простейших до самых сложных. Каталог оборудования «Фильтры воздушные и пылеуловители» вы можете посмотреть на нашем сайте (www.folter.ru /продукция/полный каталог).
Ваши запросы вы можете направлять на e-mail: folter@folter.ru