Celem zapewnienia właściwej czystości powietrza nawiewanego przy pomocy systemów mechanicznej wentylacji, jak i klimatyzacji sporą uwagę, tym bardziej w obszarach uprzemysłowionych albo dużych aglomeracjach, trzeba zwracać uwagę na jego oczyszczanie, zanim dopłynie do pomieszczenia. Użycie pojedynczego filtra albo układu filtrów o wybranej skuteczności filtracji będzie zapewniało nie tylko ograniczanie ilości zanieczyszczeń w powietrzu docierającym do pomieszczeń z uwagi na zdrowie oraz samopoczucie użytkowników lub wymogi technologiczne, ale także ochroni urządzenia znajdujące się w centrali i w sieci przewodów i w samych przewodach wentylacyjnych przed zbytnim obłożeniem pyłem, co wydłuży czas ich pracy i wspomoże efektywność działania.

Filtry przemysłowe powietrza powinny odznaczać się możliwie najlepszymi parametrami pracy: odpowiednią skutecznością zatrzymywania zanieczyszczeń przy najniższym możliwym oporze przepływania powietrza. Metody klasyfikacji i badania filtrów powietrza opierają się na ich skuteczności i zostały umieszczone w krajowych normach.

Czym jest filtracja?

W zakresie normy, która zawiera terminy używane w technice klimatyzacyjnej oraz wentylacyjnej, filtrację definiuje się jako usuwanie cząsteczek z gazu albo cieczy, zaś filtr powietrza jest urządzeniem służącym celem usuwania cząstek z gazu albo cieczy. Rozszerzoną definicję znajdziemy w innych rodzajach publikacji. Przez filtrację rozumieć można zjawisko albo zespół fizycznych zjawisk, pod wpływem których aerozolowe cząsteczki wydzielane są ze strumienia powietrza, w którym pozostają zawieszone, kiedy przepływając, znajdzie się on niedaleko powierzchni kolektorów.

Mechanizmy odpowiedzialne za filtrację

Zjawiska fizyczne, których występowanie doprowadza do zatrzymywania cząsteczek w filtrze albo na jego powierzchni, nazywa się mechanizmami filtracyjnymi. Mechanizm oddzielający cząsteczki z powietrza w filtracyjnej warstwie przez pojedyncze włókno zależny jest, chociażby od średnicy cząsteczek, średnicy włókna, rozkładu cząsteczek przed włóknem czy prędkości przepływu.

Wśród najważniejszych mechanizmów filtracji należy wymienić:

• zjawiska elektrostatyczne,
• blokadę (intercepcję),
• bezwładnościowe osadzanie,
• bezpośrednie zaczepienie,
• dyfuzję molekularną.

W miarę zmniejszania się średnicy cząsteczek pyłu oraz ich wagi w kierunku rozmiarów cząsteczek gazu w coraz to większym stopniu podlegają one prawom, które rządzą kinetyką gazów. W tego typu warunkach cząsteczki pyłu zatrzymane zostają na skutek dyfuzji molekularnej dzięki zderzeniu się cząsteczek gazu poruszających się ruchami Browna z ziarenkami pyłu, co przyczynia się do faktu, iż niewielkie ziarenka pyłu zostają wytrącone ze strumienia gazu w kierunku osadczej powierzchni.

Bezpośrednie zaczepienie, nazywane przechwyceniem występuje wówczas, kiedy cząsteczka poruszająca się wzdłuż linii przepływania gazu wokół włókna wchodzi w reakcję z włóknem w mniejszej odległości, aniżeli promień cząsteczki i w nią uderza. Bezwładnościowe osadzanie występuje, kiedy spore cząsteczki niemające możliwości poruszania się wzdłuż linii przepływania oraz znajdujące się w środku pewnego przedziału krytycznego odległości od osi włókien osiadają na nich dzięki sile ciężkości.

Blokada jest mechanizmem zatrzymywania sporych cząsteczek na skutek zakleszczenia ich między włóknami mającymi mniejsze wymiary, aniżeli średnica ziaren pyłu. Udział każdego spośród wymienionych wyżej mechanizmów filtracyjnych w zakresie zatrzymywania cząsteczek zależy istotnie od wymiarów wymienionych jako ostatnie. Przykładowo dyfuzja stanowi dominujący mechanizm dla cząsteczek mniejszych, aniżeli 0,2 mm, zaś bezwładnościowe osadzanie oraz zaczepienie dla cząsteczek większych, aniżeli 0,2 mm.

Funkcjonujące w filtrach elektrostatyczne siły powstają samoczynnie albo zostają wywołane przez naładowanie ziaren pyłu, albo oddziaływanie elektrostatycznego pola na filtrującą warstwę. Zjawisko elektrostatyczne mające wspomagać zatrzymanie cząsteczek występuje w niżej wymienionych przypadkach:

• cząsteczki mające neutralny ładunek przyciągane są do naładowanego włókna, ponieważ pole elektryczne indukuje dookoła niego dipol, zaś cząsteczki mające ładunek elektryczny przyciągnięte zostają do neutralnych dzięki indukowaniu na włóknach lustrzanych sił,
• cząsteczki posiadające ładunek elektryczny przyciągane są przez naładowane odwrotnie włókna zgodnie z prawem Coulomba przy pomocy sił van der Waalsa.

Filtry powietrza – klasyfikacja

Filtry przemysłowe powietrza można podzielić na dwie najważniejsze grupy:

• wysokoskuteczne filtry powietrza,
• filtry służące do ogólnej wentylacji.

Zgodnie z powyższym podziałem filtry przemysłowe klasyfikowane są we właściwych normach i zgodnie z wartością ich skuteczności. W najnowszej z wersji norm dla filtrów przeciwpyłowych, które przeznaczone są do ogólnej wentylacji, została przedstawiona inna zasada klasyfikowania filtrów. Została bowiem wprowadzona nowa grupa filtrów M (średnie filtry), do której zalicza się klasy M5 oraz M6, mające zastąpić klasy F5 oraz F6 bez zmiany średniej skuteczności ich filtracji. Warto także zapoznać się z tematyką przemysłową związaną z polipropylenem.

W najnowszej wersji normy prPN-prEN 779 z 2012 r. [17] dotyczącej filtrów przeciwpyłowych przeznaczonych do wentylacji ogólnej przedstawiono inną zasadę klasyfikacji filtrów. Pojawiła się bowiem nowa grupa filtrów M (filtry średnie), do której należą klasy filtrów M5 i M6, zastępujące klasy F5 i F6 przy niezmienionej średniej skuteczności filtracji.