Filtracja w urządzeniach bezpośredniego odparowania (Split, Multisplit) |
Data dodania: 02.09.2015 |
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 wynikającym z przeznaczenia pomieszczeń.
W powietrzu zewnętrznym oraz tym znajdującym się w pomieszczeniach unoszą się ogromne ilości mikrocząsteczek zwanych alergenami. Wywołują one u ludzi reakcje alergiczne (uczuleniowe), takie jak katar, łzawienie oczu, choroby skór, a w skrajnych przypadkach zaburzenia związane z układem oddechowym, czyli np. astmę. O ile oczywiste jest działanie alergenów w środowisku zewnętrznym, szczególnie wiosną czy latem, kiedy powietrze jest aż „gęste” od pyłków roślinnych, o tyle wiele osób nie zdaje sobie sprawy z mnogości alergenów znajdujących się w mieszkaniach i wszelkiego rodzaju budynkach. Do alergenów zalicza się nie tylko pyłki roślin, pleśnie czy grzyby, ale też dym papierosowy, sierść zwierząt oraz przede wszystkim kurz i roztocza. Wobec coraz szczelniejszych domów, problemem staje się suche powietrze, które zawierając w sobie szczególnie cząstki kurzu i roztoczy, powoduje dolegliwości układu oddechowego, gardła oraz nieżyt nosa. Na tego typu szkodliwe działanie narażeni są szczególnie właśnie alergicy oraz astmatycy. Aby poprawić jakość powietrza wewnętrznego ilość tych wszystkich zawieszonych w powietrzu cząsteczek powinna być zredukowana do minimum.
Rys. 1. Klimatyzacja typu Multisplit [1]
Zanieczyszczenie powietrza powodowane jest przez następujące czynniki:
Części zanieczyszczeń nie da się uniknąć, jednak część można skutecznie wyeliminować we własnym środowisku domowym, wykorzystując różne rodzaje filtrów powietrza. W wyniku zatrzymania zanieczyszczeń wewnątrz i na powierzchni filtrów powietrza, najczęściej w sposób mechaniczny zostają z powietrza usunięte cząstki stałe. Zaawansowane systemy oczyszczania powietrza stosowane w klimatyzatorach maja także za zadanie wychwytywać z powietrza różnego rodzaju bakterie i wirusy, a także toksyny. Służą też do eliminowania wszechobecnych wolnych rodników, czyli aktywnego tlenu, który w dużej ilości może być szkodliwy dla ludzi i w połączeniu z bakteriami i alergenami wywoływać choroby.
Efektywność działania filtra można opisać za pomocą podstawowych wskaźników:
Skuteczność filtracji – zdolność urządzenia filtracyjnego lub materiału filtracyjnego do zatrzymywania pyłu, określona jako stosunek ilości (masy, liczby cząstek) pyłu zatrzymanego przez filtr do ilości doprowadzonej do filtra
gdzie: S1 – stężenie pyłu w powietrzu przed filtrem, wyrażone jako np. [mg/m3] lub [liczba cząstek/m3], S2 – stężenie pyłu w powietrzu za filtrem, wyrażone jako np. [mg/m3] lub [liczba cząstek/m3]. Skuteczność całkowita – to skuteczność zatrzymania całej masy pyłu bez uwzględniania podziału na frakcje, % lub skuteczność uśredniona dla całej powierzchni filtru w danych warunkach eksploatacyjnych, %.
Zastosowanie w domu systemu wentylacji mechanicznej nie rozwiązuje do końca problemu zanieczyszczeń pomieszczenia. Zastosowane w typowych centralach domowych filtry zabezpieczają zazwyczaj tylko przed zanieczyszczeniami stałymi, do tego chronią one tylko przed zewnętrznymi zanieczyszczeniami powietrza. Niestety kurz, roztocza i alergeny generują się także w środowisku wewnętrznym, a nawiewno-wywiewna wentylacja mechaniczna nie jest w stanie ich zneutralizować. Najprostszym sposobem obrony przed szkodliwymi bądź uciążliwymi dla zdrowia substancjami we własnym środowisku domowym jest zastosowanie indywidualnych klimatyzatorów z odpowiednio dobranym zestawem filtracyjnym. Obecnie producenci oferują szereg rozwiązań rozmaitych filtrów, które w bardzo znaczący sposób pozwalają poprawić jakość środowiska wewnętrznego.
Systemy filtracji w pomieszczeniowych jednostkach klimatyzacyjnych
Systemy klimatyzacji do niedawna kojarzyły się raczej z rozwiązaniami kosztownymi i dość ekskluzywnymi. Jednakże w dzisiejszych czasach coraz większy procent użytkowników decyduje się na klimatyzację w prywatnych mieszkaniach. W USA obecnie ponad 90% obiektów zbudowanych po 2000 roku posiada klimatyzację [1]. W Polsce popularne są proste, ale zawansowane technicznie układy kształtujące jakość powietrza wewnętrznego typu split. Takie rozwiązania, ze względu na cenę stają się łatwo dostępnym, a więc i popularnym wyposażeniem również w bardzo wielu niewielkich obiektach, zarówno użytkowych jak i mieszkalnych oraz przemysłowych. Jednocześnie bardzo szybko rosną oczekiwania osób korzystających z pomieszczeń klimatyzowanych. Aktualnie od klimatyzatorów oczekuje się oprócz utrzymania komfortowych warunków termicznych, także zapewnienia dobrej jakości powietrza nawiewanego, tak by było ono wolne od zanieczyszczeń, bakterii i zapachów. W związku z tym klimatyzatory wyposażone są często w dość złożone układy filtracji (rys. 2.). Poniżej zostaną omówione najpopularniejsze rozwiązania filtrów.
Rys. 2. Siedmiostopniowa fi ltracja w klimatyzatorze firmy Toshiba [1]
Filtry mechaniczne
Większość firm, które oferują małe klimatyzatory ścienne, wyposaża je standardowo w siatkowe lub tkaninowe filtry mechaniczne (przeciwpyłowe – rys. 3.). Głównym zadaniem filtrów mechanicznych jest oczyszczenie powietrza z zanieczyszczeń, takich jak kurz i pył, dlatego montowane są zazwyczaj przed wy- lotem powietrza wdmuchiwanego do pomieszczenia [2]. Filtry mechaniczne stosowane są zarówno w systemach jednostopniowych jak i w wielostopniowej filtracji powietrza. W pierwszym przypadku stanowią one podstawową barierę dla zanieczyszczeń pyłowych. Natomiast w drugim, ich zadanie polega na wstępnym oczyszczeniu uzdatnianego powietrza, co znacząco wydłuża skuteczny czas działania kolejnych elementów w poszczególnych etapach filtracji. Filtry przeciwpyłowe o większej skuteczności stosowane są często jako II, a czasami III stopień filtracji. W niektórych klimatyzatorach możliwe jest stosowanie filtrów typu HEPA [1], które oczyszczają powietrze w sposób wyjątkowo dokładny. Jednakże filtry tego typu cechują się dużym oporem dla przepływającego powietrza, dlatego wymagają wentylatorów o większej mocy. Niestety nawet najbardziej dokładne filtry mechaniczne HEPA nie zabijają bakterii ani żadnych innych mikroorganizmów. Aby uchronić się przed przenikającymi do klimatyzowanych pomieszczeń mikroorganizmami należy zastosować filtry antybakteryjne. Tego typu elementy układu filtracji w klimatyzatorach dostępne są w postaci filtrów z powłokami z węglem aktywnym, jonami srebra, nasyconymi wyciągami roślinnymi lub filtrów fotokatalitycznych.
Rys. 3. Siatkowy filtr mechaniczny [1]
Filtry z powłokami
Filtry węglowe
Aktywny węgiel wykorzystując właściwości fi zycznej i chemicznej absorpcji, pochłania substancje gazowe znajdujące się w powietrzu. Z tymi właściwościami aktywny filtr węglowy zdolny jest do pochłaniania w bardzo krótkim czasie szkodliwych dla zdrowia gazów takich jak benzen, formaldehyd czy amoniak. Węgiel aktywny (aktywowany) jest substancją składającą się głównie z węgla pierwiastkowego w formie sadzy oraz drobnokrystalicznego grafitu, poza węglem zawiera zwykle popiół [3]. Charakteryzuje się bardzo dużą powierzchnią w przeliczeniu na jednostkę masy (500÷2500 m2/g [3]), co powoduje, że skutecznie adsorbuje wiele związków chemicznych. Większość porów występujących w węglu aktywnym to silnie adsorbujące mikropory oraz pełniące głównie role kanałów transportowych mezopory. Węgiel aktywny bywa modyfikowany (np. przez impregnację związkami chemicznymi), aby przy zachowaniu właściwości adsorpcyjnych, mógł pochłaniać wybrane składniki z większą skutecznością. Bardzo istotną cechą węgla aktywnego jest fakt, iż jest substancją nietoksyczną (nawet przy spożyciu), tanią w produkcji i jednocześnie łatwą do utylizacji (poprzez spalenie [3]).
Do zastosowań w instalacjach wentylacyjnych produkuje się pojedyncze komory albo wkłady do filtrów [3]. Płyty z węgla aktywnego dla małych stężeń zapachów umieszcza się zygzakowato w filtrach komorowych albo kanałowych dla uzyskania powierzchni filtrującej przy małej powierzchni czołowej nawiewu (rys. 4.). Czas kontaktu powietrza z materiałem filtrującym wynosi wówczas 0,08÷0,1 s.
Rys. 4. Filtr węglowy dla klimatyzatora firmy Gree [1]
Stosuje się kombinacje z filtrem wstępnym. Filtry wstępne są zawsze pożądane, pomagają uniknąć zapchania f ltra z węgla aktywnego pyłem i skrócenia przez to jego żywotności [3]. Obecnie, w celu zwiększenia skuteczności oczyszczania powietrza podczas przepływu przez filtr walów, w wyniku przedłużenia czasu oraz powierzchni kontaktu powietrza z węglem aktywnym, odchodzi się od stosowania filtrów płytowych, stosując filtry cylindryczne (tzw. patrony). Masa zanieczyszczeń zatrzymanych przez filtr węglowy może wnosić maksymalnie 0,3÷0,6 kg/l kg węgla aktywnego
Filtry z jonami srebra
Filtr z jonami srebra posiada silne właściwości antyseptyczne, bakteriobójcze i grzybobójcze. Jony srebra nie powodują żadnych ubocznych efektów, podrażnień, zanieczyszczeń czy cech ulatniania się [1]. Ponieważ jony te mają właściwości samoregeneracji trwale i efektywnie powstrzymują rozwój bakterii. Ponadto poprzez długoterminowe działanie antyseptyczne, filtr z jonami srebra jest przyjazny dla środowiska, bezpieczny, wykazując jednocześnie silną aktywność (zdolność zabijania bakterii to ponad 99% [1]). Jony srebra silnie przyciągają bakterie i inne mikroorganizmy. Niszcząc powłokę ich komórek i działając na strukturę wewnętrzną, powodują obumieranie bakterii. Mogą również zaburzać budowę DNA bakterii i mikroorganizmów, doprowadzając do utraty przez nie zdolności do podziału i rozmnażania się.
Filtry z wyciągami roślinnymi (tzw. biofiltry)
Filtry z wyciągami pochodzenia roślinnego noszą nazwę biofiltrów, ponieważ usuwają bakterie za pomocą tzw. biokatalizatorów – odpowiednich substancji, którymi są nasycone. Należą do nich biobójcze wyciągi roślinne. Do najpowszechniejszych rozwiązań biofiltrów należą rozwiązania z wyciągami z katechiny i wasabi [4].
Katechina była używana w medycynie już od starożytności, aby zwalczyć wirusy, bakterie i inne czynniki chorobotwórcze [4]. Katechina to substancja biologicznie czynna otrzymywana z naturalnej zielonej herbaty, która jest połączeniem przeciwutleniacza i siły sterylizacji. Filtry katechinowe (rys. 6.) uważane są za filtry antybakteryjne. Są stosowane jako kolejny etap oczyszczania (uzupełniają lub zastępują filtry elektrostatyczne [4]). Powodują neutralizację większości nieprzyjemnych zapachów oraz blokują rozwój mikroorganizmów (grzyby, pleśnie, bakterie, wirusy), wychwytują także roztocza, dym tytoniowy i inne typowe zanieczyszczenia.
Rys. 5. Filtr z jonami srebra dla klimatyzatora firmy Gree [1]
Rys. 6. Filtr katechinowy dla klimatyzatora firmy Gree [1]
Wasabi jest bardzo ostrą przyprawą stosowaną dla poprawy smaku wielu posiłków (min. sushi). Wasabi cechuje się znakomitymi właściwościami bakteriobójczymi [4]. Na filtrze z wyciągiem z wasabi zatrzymywane jest kurz, pleśń oraz mikroorganizmy, dzięki jego właściwościom elektrostatycznym.
a) b) c) d) Rys. 7. Rozwiązania antybakteryjne: a) filtr antybakteryjny dla klimatyzatora firmy Gree [1]; b) filtr antyalergiczny dla klimatyzatora firmy Mitsubishi [1]; c) mechanizm działania filtra antyalergicznego firmy Mitsubishi; d) wentylator z powłoką antybakteryjną firmy Mitsubishi [1]
Inne filtry antybakteryjne
(...)
Filtry elektrostatyczne
(...)
Filtry fotokatalityczne
(...)
Filtry plazmowe
(...)
Inne rozwiązania poprawiające jakość środowiska wewnętrznego
Jonizatory
(...)
Filtry z witaminą C
(...)
Filtry aromatyczne
(...)
Filtry multifunkcyjne
(...)
Funkcja samooczyszczania
(...)
Stosowane kombinacje filtrów w klimatyzatorach Rozmaite rozwiązania filtrów można konfi gurować na różny sposób wewnątrz jednego klimatyzatora (rys. 14.). Poniżej zostaną krótko scharakteryzowane podstawowe układy filtrów u różnych producentów.
Rys. 14. Opcjonalne filtry do klimatyzatorów firmy Sinclair [1]
Rys. 15. Zestaw filtrów do czterostopniowej filtracji w urządzeniach firmy Hisense [1]
Wśród stosowanych w klimatyzatorach rozwiązań służących skutecznemu oczyszczeniu powietrza proponowane są obecnie nawet 7-stopniowe układy filtracji [1, 4]. W skład takich rozwiązań wchodzi:
Inną możliwością jest 4-stopniowy układ filtracji [1, 4]:
Przykładowa inna aranżacja 4-stopniowego systemu filtracji to [1, 4]:
Jeszcze inna konfiguracja może wyglądać następująco [1, 4]:
Podsumowanie
Oferowane przez producentów klimatyzacji zestawy filtrów, pozwalają w znaczący sposób poprawić jakość powietrza w pomieszczeniu. Szeroki wybór pozwala na dopasowanie rozwiązań o działaniu antybakteryjnym, antyalergicznym, przeciwkurzowym, deodoryzującym, a także prozdrowotnym (wprowadzanie witaminy C do strumienia nawiewanego czy też jego jonizacja). Przy wyborze systemu klimatyzacji do mieszkania, należy zatem zwrócić baczną uwagę na konfigurację filtrów oferowanych przez producentów.
prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
LITERATURA |
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019