Высокоэффективная фильтрация воздуха. Часть 2

Механизмы улавливания частиц

Высокоэффективные фильтры предназначены для удаления частиц размером примерно 2 мкм и меньше. Более крупные загрязнения обычно задерживаются предварительными фильтрами, поэтому здесь они не рассматриваются.

Фильтрующий материал HEPA и ULPA-фильтров выполняется из стеклянных волокон диаметром от 0,1 до 10 мкм. Расстояния между волокнами значительно больше размеров задерживаемых частиц. В ULPA-фильтрах содержание тонких волокон выше, чем в HEPA, что обеспечивает ещё более эффективную очистку.

Волокна расположены случайным образом, образуя многослойную структуру. Благодаря этому частицы задерживаются по всей толщине фильтрующего материала, а не на каком-то одном уровне.

Существует три основных механизма улавливания:

инерция — крупные частицы не могут повторить поток воздуха и сталкиваются с волокнами;
диффузия — мелкие частицы хаотично движутся (эффект броуновского движения) и оседают на волокнах;
зацепление — частицы, двигаясь в воздушном потоке, «заходят» в волокна на слишком малом расстоянии и прилипают к ним.

Дополнительно действует ситовой эффект: если частица крупнее промежутка между волокнами, она физически не может пройти дальше.

Эти процессы вместе обеспечивают улавливание частиц разных размеров:

мелкие (менее 0,1 мкм) — за счёт диффузии;
средние — благодаря зацеплению;
крупные (от 1 мкм и выше) — за счёт инерции.

На графиках эффективность фильтрации обычно изображается как кривая, где заметно: разные механизмы работают для разных диапазонов размеров частиц.

Определение характеристик высокоэффективных фильтров

Для проверки эффективности фильтров проводят испытания с использованием аэрозолей. Существуют международные стандарты:

Стандарт 282 вооружённых сил США — применялся аэрозоль DOP (диоктилфталат) диаметром 0,3 мкм. Позднее его заменили другими веществами (PAO, DOS). Принцип: нагрев и образование аэрозольных частиц, которые подаются в фильтр для оценки задерживания.
Eurovent 4/4 — европейский стандарт, использует аэрозоли NaCl с размером около 0,6 мкм.
IEST RP-CC007 — рекомендации по испытаниям ULPA-фильтров. Основаны на измерении концентрации и размеров аэрозольных частиц с применением оптических и конденсационных счётчиков.
EN 1822 — европейский стандарт для HEPA и ULPA. Отличается тем, что тестируется эффективность фильтрации для «наиболее проникающего размера частиц» (MPPS). Обычно это частицы от 0,1 до 0,3 мкм.

Таким образом, разные стандарты используют разные методики и вещества, но цель одна — гарантировать эффективность фильтрации на уровне заявленного класса.

Сканирование поверхности высокоэффективных воздушных фильтров

В чистых помещениях с турбулентной вентиляцией воздух активно перемешивается через потолочные диффузоры. В таких системах допускается наличие в фильтрах небольших локальных дефектов — если их общая площадь незначительна и не влияет на итоговый класс чистоты. Часть частиц, прошедших через дефект, всё равно распределяется по помещению равномерно, не нарушая стерильности.

Но в системах с однонаправленным потоком воздуха ситуация иная: даже один дефект может привести к тому, что загрязнённые частицы попадут прямо в зону производства. Чтобы исключить этот риск, фильтры на завершающем этапе проходят процедуру сканирования. В фильтр подают аэрозоль, а затем специальным пробоотборником проверяют всю поверхность на герметичность, выявляя малейшие дефекты.

Крепление высокоэффективных воздушных фильтров

Фильтр, покидающий завод-изготовитель, сохраняет заявленные характеристики при условии правильной упаковки, транспортировки и монтажа. Если установкой занимаются квалифицированные специалисты, опытные в работе с деликатными материалами, его эффективность не снижается.

Главное условие — надёжная система уплотнения. Конструкция крепления должна предотвращать утечки нефильтрованного воздуха, работать бесшумно и обеспечивать герметичность посадочного места.

Чаще всего применяют неопреновые прокладки. При установке они сжимаются, уплотняя стык фильтра и корпуса и блокируя возможные щели. Такой способ прост и эффективен, хотя со временем прокладки могут терять свойства.

Более надёжным решением считается использование жидкого герметика. Фильтр с острой кромкой погружается в специальный канал, заполненный гелеобразным составом. Жидкость заполняет все неровности, гарантируя абсолютную изоляцию и предотвращая утечку воздуха.