Filtry powietrza

Podział filtrów powietrza na klasy jakości dokonywany jest na podstawie wielkości skuteczności filtracji (lub współczynnika przeskoku - w przypadku filtrów wysoko skutecznych) określanej przy użyciu odpowiedniej dla danej klasy filtrów metody pomiarowej oraz właściwego aerozolu testowego. Pomiary te przeprowadzane są w wyspecjalizowanych ośrodkach badawczych. Na ich podstawie producent filtrów otrzymuje charakterystykę filtru, zawierającą wartości wszystkich niezbędnych parametrów filtracyjnych. Wybór metody pomiarowej służącej do określenia wielkości parametrów filtracyjnych zależy od rodzaju i przeznaczenia badanego materiału filtracyjnego (filtr wstępny, dokładny, HEPA¹⁾, ULPA²⁾).

Rodzaj i wielkość cząstek aerozolu testowego stosowanego podczas pomiarów są ściśle związane z przeznaczeniem badanego materiału filtracyjnego. Im dokładniejszy jest filtr, tym drobniejszy stosuje się aerozol. W Tabeli 1 przedstawiono najczęściej stosowane metody badawcze oraz podano normy, w których znajduje się opis odpowiedniej procedury pomiarowej. Zamieszczono najczęściej obecnie stosowaną klasyfikację filtrów przeprowadzaną w oparciu o dokumenty EUROVENT-u³⁾) oraz normy niemieckie, jak również nazewnictwo zgodne z normami europejskimi EN 779: 1993 oraz EN 1822-1: 1998.

Tabela 1. Metody pomiarowe skuteczności filtracji

DEHS – aerozol polidyspersyjny sebacynianu dwuetyloheksylu
DOP – aerozol monodyspersyjny ftalanu oktylu.

---

¹⁾Filtr HEPA (High Efficiency Particulate Air) - standardowy filtr aerozoli koloidalnych o średniej i wysokiej skuteczności filtracji (klasy H10 ÷ H14)
²⁾Filtr ULPA (Ultra Low Penetration Air) - filtr aerozoli koloidalnych, o bardzo wysokiej skuteczności filtracji (klasy U15 ÷ U17).
³⁾Eurovent - The European Committee of the Constructors of Air Handling Equipment.

Podczas przeprowadzania pomiarów zgodnie z metodyką wymienioną w Tabeli 1 (wyjąwszy metody przedstawiane w EN 1822-3: 1998, EN 1822-5: 1998) uzyskuje się wartość całkowitej skuteczności filtracji. Natomiast zastosowanie procedur badawczych opisanych w EN 1822-3: 1998, EN 1822-5: 1998 doprowadzi do uzyskania numerycznej (liczbowej) wielkości współczynnika przeskoku lub skuteczności filtracji odniesionej do wielkości cząstek najbardziej przenikających przez filtr (MPPS - Most Penetrating Particle Size).

W Polsce, zgodnie z normą PN-B-76003: 1996, zaleca się stosować następujące dwie metody badawcze:

• grawimetryczna metoda badania filtrów powietrza z zastosowaniem pyłu syntetycznego (kwarcowego) (metodyka badań podana w PN-B-76004: 1996) stosowana w przypadku filtrów klasy A1, A2, B1, B2, C zgodnie z polskim nazewnictwem
• metoda badania skuteczności filtracji z zastosowaniem jako aerozolu wzorcowego mgły technicznie czystego olej parafinowego dla filtrów klasy Q, R, S (sposób przeprowadzania badań nie jest w Polsce znormalizowany)

W przypadku pierwszej z wymienionych metod, tzn. testu pyłu syntetycznego, norma PN-B-76004: 1996 podaje metodykę badań skuteczności filtracji, oporów przepływu oraz pojemności pyłowej filtrów, przedstawia opis stanowiska badawczego oraz skład pyłu wzorcowego. Skład stosowanego pyłu testowego jest analogiczny jak w normach zagranicznych EN 779: 1993, DIN 24 185, T.1, ASHRAE 52.1-1992, EUROVENT 4/5. Normy zagraniczne zalecają stosowanie pyłu syntetycznego zawierającego pył kwarcowy do przeprowadzania badań filtrów wstępnych klasy EU1 ÷ EU4 (G1 ÷ G4). Natomiast norma krajowa zaleca wykonywanie oceny skuteczności filtracji z wykorzystaniem pyłu syntetycznego również dla filtrów klasy EU5 ÷ EU8 (F5 ÷ F8) W Tabeli 2 przedstawiono skład pyłu wzorcowego zawierających pył kwarcowy. Dla porównania w Tabeli 2 zamieszczono również skład pyłu kwarcowego stosowanego dotychczas zgodnie z normą PN-78/8962-04.

Należy jednak zauważyć, ze zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dn. 4.03.1999 r. w sprawie wprowadzenia obowiązku stosowania niektórych Polskich Norm (Dz.U. Nr 22/99 poz. 209) obie, najnowsze normy polskie dotyczące filtrów powietrza (PN-B-76003: 1996, PN-B-76004: 1996) nie należą do grupy norm do obowiązkowego stosowania.

Tabela 2. Metody pomiarowe skuteczności filtracji

Uwaga: wytwórca pyłu powinien zagwarantować zarówno stałość składu, jak i właściwe wymieszanie pyłu

Zgodnie z PN-B-76003: 1996 przeprowadzanie pomiarów testem mgły oleju parafinowego jest zalecane do oceny filtrów aerozoli koloidalnych klasy Q, R, S. Zgodnie z tą normą podczas pomiarów stosuje się jako aerozol testowy mgłę technicznie czystego oleju parafinowego. Nie istnieje natomiast norma krajowa zawierająca schemat stanowiska pomiarowego oraz opis stosowanych w nim urządzeń. A zatem sposób prowadzenia tych badań nie jest w Polsce znormalizowany.

Bardzo podobna metoda badawcza jest zalecana przez normę niemiecką DIN 24 184 (1990) do badań filtrów wysoko skutecznych. W normie tej opisano konstrukcję i parametry pracy generatora mgły olejowej oraz przedstawiono jedynie założenia dotyczące stanowiska badawczego. Zgodnie z DIN 24 184 aerozolem testowym jest mgła oleju parafinowego, której średnice nie przekraczają 1 μm i w większości mieszczą się w zakresie 0,3÷0,5 μm. Badania należy prowadzić przy stężeniu mgły wynoszącym 10 mg/m³ (w razie potrzeby stężenie można zwiększyć do 80 mg/m³). W normie europejskiej EN 1822-2: 1998 dotyczącej filtrów wysoko skutecznych HEPA i ULPA, omawiającej także badanie filtrów testem mgły olejowej wymienione zostały następujące zalecane parametry oleju parafinowego (o niskiej gęstości) w temperaturze 20^ºC:

• gęstość 843 kg/m³
• temperatura topnienia 259 K
• temperatura zapłonu 453 K
• lepkość dynamiczna 0,026 Pas

Jednak należy pamiętać, że metody badawcze, wykorzystujące do oceny skuteczności filtracji aerozol mgły oleju parafinowego, przedstawione w DIN 24 184 (1990) oraz EN 1822-3: 1998 i EN 1822-5: 2000, różnią się znacznie od siebie, gdyż:

• zgodnie z DIN 24 184 (1990) stosując metodę optyczną określa się całkowitą skuteczność filtracji
• zgodnie z EN 1822-3: 1998 i EN 1822-5: 2000 ocenia się liczbową skuteczność przedziałową metodą zliczania cząstek przy użyciu ciekłego aerozolu testowego z jednoczesnym określeniem wymiaru cząstek najbardziej przenikających (MPPS), dla których uzyskuje się minimalną skuteczność filtracji.

Jak już wcześniej stwierdzono, w wyniku zastosowania omówionych metod oceny wielkości parametrów filtracyjnych najczęściej (wyjąwszy normy EN 1822-3 i EN 1822-5) otrzymuje się skuteczność filtracji określaną jako skuteczność całkowita, a więc ocenioną w odniesieniu do całej masy pyłu bez podziału na kolejne przedziały wymiarowe cząstek. Wytwarzanie coraz większej ilości produktów w środowisku o wymaganej bardzo wysokiej czystości powietrza (w tzw. pomieszczeniach czystych) stawia przed projektantami nowe zadania. W takich pomieszczeniach wymagany stopień czystości przyjęto definiować w postaci klas, wyznaczających nieprzekraczalne granice liczby cząstek, o określonych średnicach, które mogą pojawić się w powietrzu kontrolowanej pod względem czystości strefy pomieszczenia (brak wymagań krajowych w tym zakresie spowoduje zapewne wprowadzanie dokumentu o zasięgu międzynarodowym – ISO 14644-1 (Rysunek 1), opartego w znacznej mierze na zaleceniach amerykańskich (US-Federal Standard 209E).

Dla potrzeb pomieszczeń czystych niezbędne jest zatem przedstawianie przedziałowej skuteczności filtracji stosowanych filtrów powietrza określanej w sposób ilościowy (liczbowy). Umożliwi to przewidywanie ich efektywności w odniesieniu do kolejnych przedziałów wymiarowych cząstek, definiowanych jako krytyczne dla danej klasy czystości pomieszczeń. Dotyczyć to powinno nie tylko filtrów bardzo dokładnych (HEPA, ULPA) stosowanych jako ostatni stopień filtracji, ale również poprzedzających je filtrów wstępnych i dokładnych. Dopiero ocena przewidywanej przedziałowej liczbowej skuteczności filtracji takiego wielostopniowego układu filtrów pozwoli ocenić rozkład frakcyjny zanieczyszczeń opuszczających ostatnią warstwę filtracyjną i porównać z warunkami dotyczącymi klas pomieszczeń czystych.

Rozwiązaniem części tych problemów może być dokument EUROVENT 4/9 dotyczący filtrów klasy EU1 ÷ EU9. Określenie całkowitej skuteczności filtracji testem pyłu atmosferycznego zastąpiono w nim przez ocenę przedziałowej skuteczności filtracji z wykorzystaniem licznika cząstek dla średnic wynoszących 0,2÷5 μm. Jako aerozole testowe zaproponowano DEHS lub lateks. Mimo zastosowania podczas pomiarów licznika cząstek, dokument ten jako wynik przeprowadzonych badań zaleca podawanie skuteczności filtracji określanej w sposób masowy, ale w odniesieniu do kolejnych przedziałów wymiarowych cząstek. Nie jest to jeszcze rozwiązanie najlepsze, ale wydaje się, że w tym kierunku (tj. zastosowanie w stanowisku badawczym licznika cząstek i ocena frakcyjnej skuteczności filtracji, lecz w sposób liczbowy) powinny iść dalsze modyfikacje metodyk badawczych, nie tylko dla filtrów wysokoskutecznych.

Rysunek 1. Klasyfikacja pomieszczeń czystych według ISO 14644-1