Filtr powietrza (technika)

Filtr obudowy komputera pokryty warstwą kurzu

Filtr powietrza (inaczej filtr cząsteczkowy lub też filtr przeciwpyłowy) – urządzenie, które w procesie filtracji (oczyszczania) powietrza (gazu) separuje cząsteczki stałe (np. pył) ze strumienia przepływającego powietrza (gazu) oraz zatrzymuje je na powierzchni lub pomiędzy elementami filtracyjnymi (np. włóknami) poprzez mechanizmy filtracji.

Podstawa prawna

W Polsce w celach klasyfikacji filtrów powietrza obowiązują następujące polskie normy:

• PN-EN ISO 16890-1:2017-01 – Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Część 1: Specyfikacje techniczne, wymagania i system klasyfikacji skuteczności określony na podstawie wielkości cząstek pyłu (ePM)
• PN-EN ISO 16890-2:2017-01 – Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Część 2: Pomiar skuteczności filtracji w funkcji wymiaru cząstek oraz oporu przepływu powietrza
• PN-EN ISO 16890-3:2017-01 – Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Część 3: Określanie skuteczności filtracji metodą grawimetryczną i oporu przepływu powietrza w zależności od masy zatrzymywanego pyłu
• PN-EN ISO 16890-4:2017-01 – Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Część 4: Metoda kondycjonowania mająca na celu wyznaczenie minimalnej badawczej skuteczności filtracji w funkcji wymiaru cząstek
• PN EN 1822-1:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 1: Klasyfikacja, badanie parametrów, znakowanie
• PN EN 1822-2:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 2: Wytwarzanie aerozolu, przyrządy pomiarowe, statystyka zliczania cząstek
• PN EN 1822-3:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 3: Badanie płaskiego materiału filtracyjnego
• PN EN 1822-4:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 4: Określanie przecieku filtra (metoda przeszukiwania)
• PN EN 1822-4:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA) – Część 5: Określanie skuteczności filtru

Normy wycofane i zastąpione przez nową normę PN-EN ISO 16890 od 1 stycznia 2017:

• PN EN 779:2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej – Określanie parametrów filtracyjnych

Podział i zastosowanie filtrów

Podział filtrów ze względu na skuteczność filtracji

• Filtr wstępny – filtr powietrza sklasyfikowany do jednej z klas – G1,G2,G3,G4. Do zastosowania jako:

  

  Filtr kieszeniowy

  • filtr 1 stopnia oczyszczania lub główny układu HVAC
  • filtr ochrony urządzeń układu HVAC
  • prefiltr przed filtrami o wyższej skuteczności filtracji

    

    Filtr kasetowy

  • filtr powierza usuwanego w komorach lakierniczych i kuchniach
  • filtr w klimatyzatorach autonomicznych (np. okiennych)
  • filtr wstępny dla filtrów klasy M6–F8
• Filtr medium – filtr powietrza sklasyfikowany do jednej z klas – M5, M6. Do zastosowania jako:
  • filtr 1 stopnia oczyszczania lub główny układu HVAC

    

    Filtr kompaktowy

  • filtr ochrony urządzeń układu HVAC

    

    Filtr typu V

  • filtr do oczyszczania powietrza do pomieszczeń i procesów produkcyjnych,
  • prefiltr przed filtrami o wyższej skuteczności filtracji
  • filtr wstępny dla filtrów klasy F7–F9
• Filtr dokładny – filtr powietrza sklasyfikowany do jednej z klas – F7, F8, F9. Do zastosowania w jako:
  • filtr 2 stopnia oczyszczania lub główny układu HVAC
  • filtr do oczyszczania powietrza do pomieszczeń biurowych, szpitali, przetwórstwa produktów spożywczych, procesów produkcyjnych (np. aerozole)
  • filtr układu przygotowania powietrza dla filtrów EPA, HEPA, ULPA
• Filtr EPA Filtr powietrza (Efficient Particulate Air filter – efektywny filtr powietrza) sklasyfikowany do jednej z klas – E10, E11, E12. Do zastosowania w instalacjach:
• Filtr HEPA Filtr powietrza (High Efficient Particulate Air filter – wysoko skuteczny filltr powietrza) sklasyfikowany do jednej z klas – H13, H14. Do zastosowania w instalacjach:
• Filtr ULPA Filtr powietrza (Ultra Low Penetration Air filter – filtr powietrza o bardzo niskiej penetracji) sklasyfikowany do jednej z klas – U15, U16, U17. Do zastosowania w instalacjach:

Podział filtrów ze względu na budowę

• Filtr kieszeniowy – zbudowany na ramce, składający się z sekwencji kieszeni medium filtrującego. Kieszenie te mają kształt klina i pozostają bez usztywnienia.
• Filtr kasetowy – zbudowane na ramce (metalowej, plastikowej lub z impregnowanego kartonu). Wewnątrz ramki znajduje się medium filtracyjne z włókien naturalnych, syntetycznych lub szklanych.
• Filtr kompaktowy
• Filtr typu V
• Worki filtracyjne – jedne z najczęściej stosowanych wkładów w procesie filtracji przemysłowej. Luźny worek wykonany z włókniny lub tkaniny określonego rodzaju z konkretną przepuszczalnością i wydajnością, często wzbogacony o ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi między odfiltrowanymi cząsteczkami, wysoką temperaturą, czy też wzmocnienie dedykowane materiałom agresywnym chemicznie. Worki filtracyjne stosuje się w urządzeniach nazywanych odpylaczami.

Klasyfikacja filtrów

Klasyfikacja filtrów powietrza zgodnie z normą PN EN 779:2012

Grupa filtrów	Klasa filtracji	Końcowy opór powietrza	Średnie zatrzymanie(Am) pył syntetyczny [%]	Średnia skuteczność(Em) dla cząsteczek 0,4 μm [%]	Minimalna skuteczność(ME)1)dla cząsteczek 0,4 μm [%]
Filtry wstępne	G1	250 Pa	50 ≤ Am < 65	–	–
	G2		65 ≤ Am < 80	–	–
	G3		80 ≤ Am < 90	–	–
	G4		90 ≤ Am	–	–
Filtry medium	M5	450 Pa	–	40 ≤ Em < 60	–
	M6		–	60 ≤ Em < 80	–
Filtry dokładne	F7	450 Pa	–	80 ≤ Em < 90	35
	F8		–	90 ≤ Em < 95	55
	F9		–	95 ≤ Em	70

¹⁾Minimalna skuteczność jest tutaj najniższą wartością skuteczności filtracji wśród początkowych poziomów skuteczności filtracji, skuteczności filtracji po rozładowaniu elektrostatycznym medium filtracyjnego, najniższego poziomu skuteczności filtracji zaobserwowanego w trakcie procedur testowych.

Klasyfikacja filtrów powietrza zgodnie z normą PN EN 1822:2009

Grupa filtrów	Klasa filtracji	Wartość całkowita skuteczności [%]	Wartość całkowita penetracji [%]	Wartość lokalna skuteczności [%] 1)2)	Wartość lokalna penetracji [%] 1)2)
Grupa E EPA	E10	≥ 85	≤ 15	– 3)	– 3)
	E11	≥ 95	≤ 5	– 3)	– 3)
	E12	≥ 99,5	≤ 0,5	– 3)	– 3)
Grupa H HEPA	H13	≥ 99,95	≤ 0,05	≥ 99,75	≤ 0,25
	H14	≥ 99,995	≤ 0,005	≥ 99,975	≤ 0,025
Grupa U ULPA	U15	≥ 99,999 5	≤ 0,000 5	≥ 99,997 5	≤ 0,002 5
	U16	≥ 99,999 95	≤ 0,000 05	≥ 99,999 75	≤ 0,000 25
	U17	≥ 99,999 995	≤ 0,000 005	99,999 9	≤ 0,000 1

¹⁾ Patrz punkt 7.5.2 PN EN 1822-4.
²⁾ Wartości miejscowe niższe niż określone w tabeli mogą być uzgodnione pomiędzy dostawcą i nabywcą.
³⁾ Filtry z grupy E nie mogą i nie powinny być testowane badaniem przecieku dla celów klasyfikacji.

Podstawowe parametry filtra

• Skuteczność filtracji – zdolność urządzenia filtracyjnego (np. filtr powietrza) lub materiału filtracyjnego do zatrzymywania pyłu, określona jako stosunek ilości (masy, liczby cząstek) pyłu zatrzymanego przez filtr do ilości doprowadzonej do filtra

$n={\frac {S1-S2}{S1}},$

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 –

1. skuteczność zatrzymania całej masy pyłu bez uwzględniania podziału na frakcje, [–] lub [%],

lub

2. skuteczność uśredniona dla całej powierzchni filtru w danych warunkach eksploatacyjnych, [–] lub [%].

• Skuteczność przedziałowa (frakcyjna) – skuteczność określona dla cząstek o danym wymiarze (średnicy) lub z określonego przedziału ich wymiarów; zależnie od sposobu oznaczenia rozróżnia się przedziałową skuteczność liczbową lub wagową (masową), [–] lub [%].
• A_m (średnie zatrzymanie pyłu) – stosunek całkowitej ilości pyłu testowego zatrzymanego przez filtr do całkowitej ilości pyłu podanego aż do osiągnięcia końcowego oporu przepływu. Stosowane do filtrów grupy G, [%].
• E_m (średnia skuteczność) – średnia skuteczność dla cząstek 0,4 μm podczas obładowania pyłem aż do osiągnięcia końcowego oporu przepływu powietrza. Stosowane do filtrów grupy M i F, [%].
• ME (minimalna skuteczność) – najniższa wartość separacji pyłu cząsteczek o wielkości 0,4 μm osiągana dla filtra w 3 testach; początkowa skuteczność filtracji, skuteczność filtracji w czasie całego testu i skuteczność filtracji przy całkowitym rozładowaniu elektrostatycznym medium filtracyjnego.
• Pojemność pyłowa filtra – masa pyłu zatrzymanego przez filtr, przypadająca na jednostkę powierzchni filtracyjnej, przy której został osiągnięty stan końcowy filtra, [g/m²].
• Początkowy opór przepływu (początkowy spadek ciśnienia) – spadek ciśnienia na niezapylonym filtrze, eksploatowanym przy nominalnym strumieniu powietrza, [Pa].
• Strata ciśnienia podczas przepływu powietrza przez filtr (opór przepływu powietrza, spadek ciśnienia powietrza) – różnica ciśnienia statycznego przed i za filtrem, [Pa].
• Zalecany końcowy opór przepływu (górna wartość graniczna) – ustalona przez producenta filtra górna wartość oporu przepływu powietrza, po osiągnięciu której materiał filtracyjny powinien być wymieniony, [Pa].
• Końcowy opór przepływu – spadek ciśnienia na filtrze, do którego osiągnięcia są mierzone parametry filtra dla celów klasyfikacji, [Pa],
• Stan końcowy filtra – stan, w którym opór filtra osiągnął górną wartość graniczną lub w którym skuteczność filtracji spadła do wartości uznanej w danej metodyce pomiarowej za najniższą dopuszczalną.
• Nominalne natężenie przepływu powietrza – natężenie przepływu powietrza przez filtr, określone przez producenta, odpowiadające warunkom eksploatacyjnym, dla których zaprojektowano filtr, przy gęstości powietrza 1,20 kg/m³, wyrażone w [m³/s].
• Powierzchnia czołowa filtra – powierzchnia przekroju poprzecznego filtru łącznie z ramą, [m²].
• Powierzchnia czynna filtra – powierzchnia przekroju poprzecznego filtru, przez którą przepływa powietrze, [m²].
• Powierzchnia efektywna materiału filtracyjnego – powierzchnia efektywna materiału filtracyjnego w filtrze, przez którą przepływa powietrze (bez powierzchni klejonych, prętów itd.), [m²].
• Prędkość wlotowa (czołowa) – strumień objętościowy powietrza [m³/s] podzielony przez powierzchnię czołową filtra, [m/s].
• Prędkość przepływu – strumień objętościowy powietrza [m³/s] podzielony przez powierzchnię czynną filtra, [m/s].
• Prędkość filtracji – strumień objętościowy powietrza [m³/s] podzielony przez powierzchnię efektywną materiału filtracyjnego w filtrze, [m/s].
• Klasyfikacja filtrów powietrza – zaliczenie filtrów powietrza do odpowiednich grup oraz klas na podstawie wartości parametrów filtracyjnych (skuteczności lub penetracji) określanych za pomocą specjalnych procedur badawczych opisanych w normach.

Zobacz też

• HEPA
• komora laminarna
• pomieszczenia czyste

Bibliografia

• publikacje w prasie fachowej dr inż. Anny Charkowskiej (Politechnika Warszawska)
• Normy: PN EN 779:2012, PN EN 1822:2009
• filtryonline.cz
• 1filter.eu