Что такое неро фильтры для пылесосов
В наши дни довольно сложно представить наш быт без уборочной техники – моющие и всевозможные чистящие средства стали по-настоящему незаменимыми помощниками хозяек в борьбе за чистоту и порядок в доме. Среди тех особенностей, на которые стоит обратить отдельное внимание при выборе подходящей модели пылесоса, является степень фильтрации, поскольку от нее зависит возможность добиться максимальных показателей очистки комнаты. Современные модели могут иметь самые различные виды фильтров. Наиболее популярным считается фильтр тонкой очистки.
Достоинства и недостатки
Несомненным преимуществом самодельных фильтров считается экономия времени и средств на их замену. В отдельных случаях затраты на установку такого фильтра и вовсе не понадобятся – нередко все необходимые элементы для его создания присутствуют в домашнем хозяйстве.
Самодельные фильтры существенно расширяют функционал пылесосов, позволяют добиться большего качества уборки, и даже дополнят сухую очистку влажной уборкой. При этом по своим эксплуатационным параметрам «кустарные» фильтры ничем не уступают заводским, а в некоторых случаях и превосходят их.
Тем не менее имейте в виду, что самодельные фильтры не всегда можно устанавливать. Когда техника находится на гарантии, то в бесплатном обслуживании и ремонте вам откажут, если устройство будет включать «чужеродные» детали. По окончании этого периода после первой замены фильтра постарайтесь убедиться в том, что доработка не увеличит нагрузку на пылесос и потребление электроэнергии.
Три важных факта о CADR
Факт №1: CADR сильнее зависит от производительности очистителя, чем от количества девяток после запятой в эффективности фильтра
Допустим, у нас есть очиститель с производительностью 100 м3/ч. Вставим в него НЕРА-фильтр Н11 (Е = 0,95). Получаем CADR = 95. Увеличим производительность в 2 раза. Теперь и CADR вдвое больше = 190.
Теперь заменим фильтр на Н13 (Е = 0,9995). Для производительности 100 м3/ч CADR = 99,95. Эффективность фильтра выросла на 2 порядка, а CADR практически не поменялся.
Факт №2: CADR не может быть больше производительности
Эффективность прибора не может быть больше 100%. В классификации фильтров самый эффективный — ULPA-фильтр U18 с эффективностью 99,9999995%. Поэтому в лучшем случае CADR = 0,999999995 * Q.
Факт №3: CADR зависит от типа загрязнителя
CADR зависит от однопроходной эффективности очистителя. А она зависит от эффективности фильтров. А эффективность фильтра зависит от типа загрязнителя. В прошлой статье про НЕРА мы говорили, что этот фильтр по-разному задерживает мелкие и крупные частицы. Для частиц РМ2.5 будет одна эффективность, для частиц РМ10 — другая, а для летучих органических соединений — и вовсе нулевая (НЕРА задерживает только частицы, но не молекулы газов).
А вот угольный фильтр чистит газы, но плохо задерживает частицы. Поэтому очиститель с определенным комплектом фильтров будет иметь разный CADR по разным типам загрязнителей. Ассоциация AHAM проводит независимые исследования домашних очистителей и по их итогам выдает вот такие стикеры с CADR по разным загрязнителям:
Для простоты и наглядности мы остановимся на одном типе загрязнителей — РМ2,5. Дальше по тексту будем говорить о CADR по этим частицам.
Как CADR влияет на реальную эффективность очистки
Представьте изолированную комнату с идеальными условиями. Воздухообмен равномерный, то есть в любой части комнаты концентрация частиц PM2.5 одинаковая. Они не оседают на стены и пол, и источников частиц нет. В комнате установлен очиститель-рециркулятор. Притока нет, прибор очищает только тот воздух, который уже есть в комнате. Это единственный фактор, который изменяет концентрацию частиц в нашей идеальной комнате. В физике такая комната называется «реактором идеального перемешивания».
Если прибор выключен, концентрация частиц в комнатном воздухе будет постоянной. Если очиститель включен, концентрация падает. И чем дольше прибор работает, тем меньше частиц останется в воздухе. Концентрация частиц со временем убывает экспоненциально:
Экспонента описывается формулой:
- Nt — концентрация частиц в момент времени t
- N0 — начальная концентрация частиц
- E — однопроходная эффективность очистителя
- Q — производительность очистителя
- V — объем комнаты
- t — время работы очистителя
Показатель экспоненты — отношение CADR к объему помещения V. Значит, именно он определяет характерное время очистки помещения:
Чтобы понять связь между CADR и реальной эффективностью прибора, зададим параметры:
- Начальная концентрация частиц N0 = 100 ед/м3
- Объем комнаты V = 100 м3
- Время работы очистителя t = 1 ч
-
CADR = 100
N = 100 * exp (-1) ≈ 36,8 ед/м3
Эффективность очистки воздуха за 1 час ≈ 63,2%
Обратите внимание на нетривиальный факт. Допустим, в нашей комнате объемом 100 м3 стоит очиститель с производительностью 100 м3/ч. То есть он обеспечивает однократный воздухообмен. Получается, за 1 час воздух в комнате полностью обновится? Нет. Мы только что показали, что даже с эффективностью очистителя 100% (CADR = Q) при однократном воздухообмене эффективность очистки комнаты будет 63,2%. То есть концентрация снизится примерно в 3 раза, но никак не в десять и не в сто раз!
От 95% и выше — это уже хорошая эффективность очистки. Ее мы получили при трехкратном воздухообмене (CADR = 300 м3/ч, V = 100 м3). Так что вот простой совет: чтобы определить минимальный CADR для своей комнаты, умножьте её объем на три.
Какой CADR у очистителя Tion Clever
В США и Китае производителей обязывают указывать CADR очистителей воздуха. В России этого пока еще нет. Мы измерили CADR своего очистителя по собственной инициативе.
Эффективность Tion Clever мы проверили на аэрозольном стенде АС-1. Для мелкодисперсного аэрозоля с частицами PM2.5 однопроходная эффективность прибора больше 95%. Производительность прибора 150 м3/ч. Получаем CADR = 142,5.
Tion Clever разрабатывался для обеззараживания воздуха в медицинских палатах и кабинетах. Его CADR соответствует медицинским требованиям по обеспечению стерильности воздуха в лечебно-профилактических учреждениях. Один Tion Clever обеспечит трехкратный воздухообмен в помещениях объемом около 50 м3, то есть площадью около 20 м2. Для помещений большей площади устанавливается несколько приборов.
На фото два Tion Clever в операционном блоке одной из московских больниц: один на стене, другой на мобильной подставке.
Предлагаем вам элементарную задачку.
Один Tion Clever стоит в комнате площадью 20 м2 и высотой потолка около 2,5 м. Для простоты допустим, что в помещении нет источников частиц. За какое время Tion Clever снизит концентрацию частиц PM2.5 в 100 раз? То есть очистит воздух в комнате на 99%.
Считаем объем комнаты:
V = 20 м2 * 2,5 м = 50 м3
Начальная концентрация частиц PM2.5 в воздухе равна N0. Через время t она должна снизится в 100 раз:
Nt = 0,01 * N0
Концентрация в воздухе меняется по закону:
Nt = N0 * exp (- CADR * t / V)
Подставляем известные величины и считаем время, через которое воздух очистится на 99%:
0,01 * N0 = N0 * exp (- 142,5 * t / 50)
0,01 = exp (-2,85 * t)
ln (0,01) = -2,85 * t
-4,6 = -2,85 * t
t = 1.6
Ответ: примерно через полтора часа Tion Clever очистит воздух в комнате на 99%.
Если на приборе не указан CADR
- Попробуйте оценить CADR самостоятельно. Добросовестный производитель указывает в характеристиках очистителя и однопроходную эффективность, и производительность. Просто перемножьте их значения — и получите CADR. Если в описании прибора нет хотя бы одного из этих параметров, стоит задуматься: стоит ли вообще доверять такому производителю?
- Чаще всего в характеристиках указана эффективность фильтра, а не однопроходная эффективность всего очистителя. Оцените качество сборки прибора. У фильтра должен быть достаточно жесткий корпус с уплотнителем по периметру. Сам фильтр должен плотно сидеть в корпусе. Остальные детали тоже должны плотно прилегать друг к другу, на стыках разъемных частей должен присутствовать уплотнитель. Если прибор собран без видимых щелей, значит, есть шанс, что однопроходная эффективность всего прибора близка к заявленной эффективности фильтров.
И еще раз: не гонитесь за девятками после запятой в эффективности.
Изначально НЕРА-фильтры разрабатывались не для рециркуляторов, а для однопроходной очистки воздуха в вентиляции. Они используются в чистых помещениях в медицине, фармацевтической и электронной промышленности. В этих областях риски представляют даже единичные пылинки или микробы в воздухе. Подача воздуха там устроена так, что стерильный воздух не смешивается с грязным, а вытесняет его. Поэтому однопроходная эффективность должна быть максимально большой, чтобы с улицы не попала ни одна частичка. Вот где нужны девятки после запятой. А каждая «честная» девятка напрямую влияет на стоимость фильтра и всего прибора в целом.
Очистители воздуха (рециркуляторы) — совсем другое дело. Они забирают воздух не с улицы, а из помещения, очищают и разбавляют грязный воздух чистым. Для них важна не эффективность фильтра или прибора сама по себе, важен именно CADR. И по факту, НЕРА-фильтры с эффективностью 95% и 99,95% (при одинаковой производительности очистителя) показывают почти одинаковое время очистки помещения. А раз так, зачем платить больше?
Спасибо за внимание!
Если тема вызовет интерес, расскажем про технологию активной НЕРА-фильтрации в очистителе Tion Clever.
Качественный HEPA-фильтр стоит дороже любого другого. Так, может, его просто как следует вытрясти или промыть под струей воды? Скорее всего, смысла от этого не будет.
В пандемию коронавируса все чаще стали говорить о HEPA-фильтрах в контексте защиты от возбудителя COVID-19, но на самом деле эти фильтры встречаются не только в медицинском оборудовании. Подобными фильтрующими элементами оснащается и бытовая техника и многие владельцы подобных устройство задаются вопросом, обязательно ли постоянно менять эти фильтры или можно продлить срок их службы.
Фильтры HEPA (High Efficiency Particulate Air) изобретение не новое и применяются с первой половины XX века. Представляют собой они конструкцию, в которую вставлен сложенный гармошкой длинный лист волокнистого материала, поверхность которого составлена из расположенных в случайном порядке волокон толщиной 0,65-6,5 микрон (мкм) с расстоянием между этими волокнами 10-40 мкм.
В зависимости от класса эффективности, HEPA-фильтры в состоянии задерживать до 99,99% поступающих в них мелкой пыли, бактерий и грибков. Например, фильтр класса HEPA 10 должен блокировать до 85% загрязнений, а вот HEPA 14 — уже до 99,995% частиц размером 0,3 мкм.
Принцип работы фильтра HEPA основан на трех физических эффектах: благодаря диффузии при хаотичной траектории движения частиц-загрязнителей они «врезаются» в волокна фильтрующего элемента и остаются в них, а из-за инерции более тяжелые, чем воздух, частицы не в состоянии «обойти» препятствия в виде волокон и опять же остаются на них и, наконец, зацепление дает возможность уже пойманным частицам задерживать собою другие.
С течением времени на фильтрующей поверхности элемента скапливается все больше и больше грязи, которая уменьшает поток проходящего через HEPA-фильтр воздуха, а это сказывается как работе самого устройства (например, пылесоса), так и на эффективности очистки воздуха. Самый верный способ решить проблему — поменять уже использующийся фильтр на новый. И желание сэкономить в этом случае будет ошибочным.
Подавляющее большинство HEPA-фильтров — элементы одноразовые и не подразумевают мойку. Нет смысла их вытряхать или продувать обратным потоком воздуха: так можно удалить только крупный мусор на поверхности, но не в самом фильтрующем элементе.
Потоки воды могут еще и деформировать фильтрующий элемент, попутно уничтожая волокна, так что промытый фильтр будет безвозвратно испорчен и не сможет использоваться дальше.
Фильтры для бытового и моющего пылесоса требуют периодической замены. Однако далеко не все имеют возможность тратить время на их поиск. При желании всегда можно изготовить такой фильтр своими руками.
Эффективность фильтра
Вынем НЕРА-фильтр из очистителя и поместим его в специальный аэрозольный стенд. Так выглядит наш стенд АС-1:
В стенд подается аэрозоль, имитирующий воздушные загрязнители. НЕРА-фильтр фиксируется в стенде герметично. Поэтому у воздушного потока с частицами только один путь — через фильтр. Счетчиком частиц измеряем концентрацию на входе в фильтр и на выходе из него. Соотносим величины и получаем коэффициент эффективности НЕРА-фильтра:
Ефильтр = (Nвход фильтр — Nвыход фильтр) / Nвход фильтр
- H10 — 85%
- H11 — 95%
- H12 — 99,5%
- H13 — 99,95%
- H14 — 99,995%
Что это такое?
Наверное, большинство хозяек попросту не представляет своей жизни без пылесоса, который существенно облегчает все работы по благоустройству и поддержанию комфортного существования в жилом помещении. На витринах магазинов представлен довольно широкий выбор пылесосов самых различных марок и производителей – предмоторный и моторный, микрофильтр, круглый, универсальный, воздушный, с магнитом, фильтр с виброочисткой, патронный, поролоновый, губчатый и многие другие. Это обилие моделей может попросту ввести в ступор рядового покупателя.
Если вы намерены добиться максимальной чистоты воздуха в доме, то в первую очередь при выборе механизма нужно обращать внимание на систему фильтрации. Не секрет, что чистый выхлоп от пылесоса – это сокровенная мечта любой хозяйки, именно поэтому производители неустанно работают над повышением качества работы своих изделий.
В стремлении довести до максимума показатель, показывающий объем задержанной пыли, изготовители постоянно модернизируют свои пылесосы, оснащая их самой современной очистной системой. Бытует мнение, что наиболее эффективными являются фильтры тонкой очистки категории HEPA, которые по версии производителей задерживают максимальный процент пылевых частиц.
Первые HEPA-системы появились в Америке еще в 50-х годах прошлого столетия. Они были созданы для реализации ядерных проектов, но постепенно перекочевали и в мирную отрасль, где их повсеместно начали применять в бытовых целях. Этими установками оборудовали вентиляционные системы в тех помещениях, в которых предъявлялись повышенные требования к качеству и степени чистоты воздуха.
Любой такой фильтр выглядит как сложенный в виде гармошки материал с волокнистой структурой, закрепленный в корпусе таким образом, чтобы гармошка не распрямлялась. Самым надежным материалом, не препятствующим прохождению потока воздуха, при этом надежно формирующим препятствия к проникновению частиц пыли, является тонкая бумага, обработанная спецсоставом. А также фильтры, предназначенные для тонкой очистки, выполняют из искусственного материала, но и качество такой модели на порядок ниже, нежели у бумажных аналогов.
Во всех современных моделях пылесосов установлены различные фильтры разных типов. Наибольшей популярностью пользуется несколько вариантов.
Как HEPA-фильтр «ловит» мелкодисперсную пыль?
Основное отличие HEPA от фильтров грубой и тонкой очистки в том, что для фильтрации частице не обязательно застревать в волокнах. Если пылинка просто коснулась фильтровального материала, этого уже достаточно для и эффективного осаждения. Это связано с двумя процессами: адгезией и аутогезией.
Адгезия – это взаимодействие пыли с осаждающей поверхностью, в нашем случае с волокнами HEPA. Благодаря адгезии на чистых волокнах появляется первый слой пыли.
Аутогезия, или слипаемость – это взаимодействие пылевых частиц между собой. Благодаря аутогенному взаимодействию частицы продолжают наслаиваться друг на друга, образуя на волокнах многослойные конгломераты. Выглядят они так:
Природа адгезии и аутогезии – в молекулярном взаимодействии частиц друг с другом и с волокнами (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы появляются на расстоянии от одного до нескольких сот диаметров частиц. Для мельчайших частиц притяжение к волокну и пылевому слою настолько большое, что частицы оседают в HEPA-фильтре фактически навсегда. Цифры это подтверждают: для частиц меньше 10 мкм прочность пылевого слоя на разрыв – больше 600 Па.
Итак, из-за сил притяжения частица практически намертво прилипает к волокну HEPA-фильтра, стоит только коснуться его поверхности. Это объясняет удерживание частиц на фильтре, но по-прежнему нет ответа на вопрос:
Три эффективности
Есть у производителей воздухоочистителей маркетинговая уловка: перемешивать понятия эффективности фильтра, однопроходной эффективности прибора и эффективности очистки воздуха. На самом деле это разные вещи, и важно понимать различия между ними.
Однопроходная эффективность очистителя
Проведем тот же эксперимент, только теперь поместим в аэрозольный стенд не фильтр, а весь воздухоочиститель. Так же соотносим концентрации частиц на входе в прибор и на выходе из него. Получаем однопроходную эффективность очистителя:
Если бы фильтр крепился в приборе абсолютно герметично и в самом приборе не было щелей, то однопроходная эффективность очистителя и эффективность фильтра были бы равны. Но обычно такого не бывает.
В очистителях воздушные фильтры сменные. Для них есть специальные слоты, фильтры вставляется и вынимаются вручную. Если не обеспечить грамотное уплотнение в местах крепления, воздух пойдет через щели в обход фильтра. Сам корпус, часто составной из пластиковых деталей, тоже может содержать щели. Естественно, всё это влияет на однопроходную эффективность очистителя. Чем выше целевая эффективность, тем сложнее обеспечить нужную герметичность.
Показательный пример из нашего опыта работы с медицинскими ламинарными полями. Если в корпусе ламинарной ячейки с целевой эффективностью Н14 (99,995%) есть хотя бы одна дырочка размером с игольчатое ушко, то ее однопроходная эффективность упадет на порядок: 99,995% --> 99,95%. То есть проскок частиц увеличится в 10 раз 0,005% --> 0,05%.
В бытовых решениях очень сложно обеспечить такую прецизионную герметичность. По крайней мере, нам еще не попадался домашний очиститель воздуха с реальной однопроходной эффективностью Н13 или Н14. Хотя фильтры такого класса производители регулярно анонсируют в своих приборах.
Производители в характеристиках очистителя «выпячивают» большую эффективность НЕРА-фильтра. В то время как однопроходная эффективность всего прибора почти всегда ниже. Мы тестировали приборы с НЕРА фильтром Н14, у которых на самом деле была однопроходная эффективность 50%.
Заключение: советы по выбору очистителя воздуха
Самое главное — выбирайте очиститель с НЕРА-фильтром. Дальше выбор зависит от того, указан ли CADR на самом приборе.
Что используют?
Для создания фильтров обычно используют самые доступные материалы, которые всегда можно найти в любом хозяйственном магазине. Обычно применяется тонкий губчатый поролон или любое плотное нетканое полотно – и то и другое имеется в продаже в достаточном количестве. Главное, при выборе подходящего материала принять во внимание параметры плотности состава – крайне важно, чтобы он мог пропускать воду, но при этом эффективно задерживал пыль.
Домашние умельцы для создания воздушных микрофильтров часто используют и другие материалы:
- готовые медицинские повязки;
- ткань для автомобильных фильтров;
- фетр в виде салфеток для очистки офисной техники;
- тонкий деним;
- синтепон;
- бытовые нетканые салфетки.
Аквафильтр
Это система, предполагающая фильтрацию при помощи воды. За счет увлажнения даже самые микроскопические частички пыли оседают на дне емкости, благодаря чему задерживают даже самый мелкий мусор.
Как сделать?
Остановимся подробнее на особенностях изготовления фильтров в домашних условиях.
Циклонный
Циклонные системы пользуются популярностью вот уже несколько десятилетий. Корпус этих агрегатов намного легче, нежели у моделей с аквафильтром, поскольку сам фильтр внутри полый. Суть подобной очистки состоит в действии центробежной силы на поглощаемый мусор. Вихревым потоком частички разных размеров оседают в резервуаре, а после отключения устройства от сети электропитания нужно просто вытащить фильтр из корпуса и тщательно очистить его.
Для создания такого приспособления потребуется:
- масляный автомобильный фильтр – его используют для удержания самых мелких частичек пыли;
- ведро или другая емкость на 20 литров с крепко закручивающейся крышкой;
- колено из полипропилена с углом в 90 и 45 градусов;
- сантехническая труба – 1 м;
- гофрированная труба – 2 м.
Последовательность действий выглядит следующим образом:
- в центре крышки необходимо проделать небольшое отверстие под углом в 90 градусов – здесь в дальнейшем будет крепиться пылесос;
- все щели заполняются герметиками;
- на боковой части ведра делают отверстие и устанавливают туда уголок;
- гофра с коленом соединяются при помощи трубы;
- чтобы самодельный фильтр прослужил как можно дольше, на него советуют сверху надеть капроновые чулки;
- на завершающем этапе колено в крышке соединяют с выходом фильтра.
Имейте в виду, если у вас не получается надеть фильтр на выходную трубу пылесоса, то можно прибегнуть к помощи резинового шланга – здесь также потребуется герметик для обработки мест стыка.
Можно изготовить циклонный фильтр и другим способом.
Для работы вам надо приготовить:
- автомобильный конус;
- пару стержней длиной 2 м;
- шайбы, а также гайки на 8 мм;
- 2 гофротрубы на 2 м.
Изготовление фильтра включает в себя несколько этапов:
- основание конуса осторожно отрезают, а затем опускают его в ведро «головой» вниз;
- в ведро также вводится труба, пространство между ней и конусом заливается герметиком;
- из куска фанеры в 15-20 мм вырезают квадрат так, чтобы там свободно поместилось основание конуса, а также оставался легкий запас;
- по углам вырезанного фрагмента формируется дополнительное отверстие глубиной 8 мм, еще одно делают ближе к центру – оно требуется для трубы, на которую впоследствии надевают гофрированный шланг (чтобы скрепить корпус с самодельным фильтром);
- листом фанеры закрывают емкость, она должна фиксироваться максимально крепко, края для большей герметичности обклеивают резиновой прослойкой;
- в крышке сверлят отверстие для острия конуса;
- в основании конуса делают отверстия для трубки, она будет скрепляться с гофротрубой, именно сквозь нее в очистную систему станет попадать мусор.
О том, как сделать фильтр для пылесоса своими руками, смотрите в следующем видео.
Почему именно НЕРА-фильтр?
Частицы условно делятся на крупные (больше 10 мкм), мелкие (от 1 до 10 мкм) и мельчайшие (меньше 1 мкм). Опаснее всех мелкие и мельчайшие частицы размером до 2,5 мкм, так называемые PM2.5. Это доказано и научными, и статистическими исследованиями. Они легли в основу рекомендаций Всемирной организации здравоохранения, согласно которым частицы РМ2.5 входят в список наиболее опасных загрязнителей воздуха.
Грубый фильтр задерживает только крупные частицы, с эффективностью 65-90%. Но для PM2.5 его эффективность будет практически нулевая. Задержать эти частицы может только НЕРА-фильтр. Мы уже писали почему.
В том, что НЕРА-фильтр — обязательный элемент современного воздухоочистителя, сомнений нет. Вопрос в том, какая у него должна быть эффективность.
Мешок
Этот пылесборник может быть выполненным из ткани – такие изделия как правильно используются постоянно, либо из бумаги – это одноразовые изделия, которые по мере наполнения выкидывают. Очень важно, чтобы пылесборник удерживал весь мелкий мусор, а также частицы собранной пыли. Как правило, такие мешки делают двухслойными, благодаря чему они обуславливают удаление задержанных частиц, кроме того, они обеспечивают отсутствие контакта с ней при извлечении из устройства.
От способности материала пропускать воздух во многом зависит рабочая мощность всасывания всего устройства в целом. При этом очевидно, что в первую очередь забиваются поры большого размера, так как когда это происходит, мощность всасывания резко падает. Фильтр грубой очистки отвечает за первичную очистку воздушного потока в основном резервуаре и для сбора мусора. Они удерживают от 50 до 95% всей пыли, но в большинстве случаев это частицы размером свыше 0,31 мкм, которые относятся к довольно большим, а вот микрочастицы свободно проходят сквозь эти преграды.
Как мельчайшие частицы касаются волокна HEPA-фильтра?
Как мы выяснили, эффект сита тут ни при чем – мельчайшие частицы свободно пролетают через поры. В фильтрах НЕРА действуют другие механизмы.
Любая частица удерживается в воздушном потоке, и, если в фильтре не возникают силы, отклоняющие частицу от линии тока воздуха в сторону волокна, то осаждения не будет. В результате частица проскочит через фильтр вместе с потоком. Поэтому вопрос «Как частицы касаются волокна?» можно перефразировать: «Как частицы выходят из воздушного потока?» И ответ на него будет разным, в зависимости от размера и массы частицы.
Самые мелкие частицы (с диаметром меньше 0,1 мкм) обладают небольшой массой и постоянно находятся в хаотичном броуновском движении. Их траектория постоянно колеблется относительно линии тока воздуха. В ходе колебаний частица выходит из потока, касается волокна и осаждается. Это эффект диффузии:
Более крупные частицы (с диаметром больше 0,3 мкм) весят больше, поэтому их колебания относительно линии тока меньше либо отсутствуют вообще. Такие частицы осаждаются по другому механизму. На модели видно, что линии воздушного потока искривляются вблизи волокна, огибая препятствие. Крупные и тяжелые частицы за счет инерции выходят из воздушного потока, сталкиваются с волокном и осаждаются. Это эффект инерции:
Диффузионный и инерционный эффекты дополняют друг друга: один отвечает за фильтрацию самых мелких частиц, другой – более крупных:
Сложнее всего посадить на волокно частицы с «промежуточным» размером. Их инерция еще недостаточно большая, а диффузия уже работает слабо, так как колебания их траектории относительно линии тока уже не такие сильные. Поэтому такие частицы с большей вероятностью остаются в потоке и огибают волокна вместе с воздухом. Их называют частицами с максимальной проникающей способностью, Most Penetrating Particle Size (MPPS). И для их осаждения наибольшее значение имеет последний механизм – эффект зацепления:
Эффект зацепления работает, когда частица приблизилась к поверхности волокна на расстояние своего радиуса. Такого касания достаточно для ее осаждения. Этот механизм работает не только для MPPS. Он универсальный и действует для частиц любого размера. Пылинки могут оставаться в воздушном потоке, совершать диффузионные колебания относительно линии тока или вылетать из потока благодаря инерции – в любом случае, если частица коснулась волокна, она осаждается.
Эффективность этого механизма зависит от размера частицы. Чем больше частица, тем вероятнее она коснется волокна. В этом эффект зацепления похож на эффект сита, потому и график почти одинаковый (естественно, с привязкой в другому диапазону частиц):
В действительности в HEPA-фильтре на частицу одновременно действуют все механизмы, поэтому общая эффективность HEPA-фильтра равняется сумме вкладов каждого эффекта:
Если постоянно нагружать HEPA аэрозолем с крупными частицами, то срок работы фильтра значительно сокращается. Это происходит из-за эффекта сита: крупные частицы быстро забивают фильтр и снижают его проницаемость. Чтобы избежать эффекта сита, перед HEPA-фильтром устанавливают один или несколько префильтров более низкого класса: G и/или F. Они защищают HEPA от преждевременного засорения. Если префильтры стоят, то HEPA работает строго «по специальности» — фильтрация мелкодисперсных частиц. Таким образом, остаются три эффекта:
Если сложить все три графика эффективности для каждого механизма, то получим ту самую кривую общей эффективности HEPA-фильтра, которую мы показывали в начале статьи:
Как видим в диапазоне MPPS (примерно от 0,1 до 0,3 мкм) общая эффективность HEPA-фильтра «падает в яму». И именно по MPPS измеряют общую эффективность. HEPA-фильтра класса H10 (по новой номенклатуре E10) работает с эффективностью более 85%, а фильтра класса H11 (E11) – более 95%. Это значит, что в HEPA-фильтре E11 осаждаются 95 из 100 частиц MPPS. При этом остальные частицы осаждаются с вероятностью почти 100%, но итоговую эффективность принято указывать по MPPS, 95%.
Мешок-пылесборник
Изготовление такого фильтра также не представляет никакой сложности. Для этого нужно приобрести материал подходящей степени плотности (лучше в строительном или хозяйственном магазине), раскроить и прострочить в полном соответствии с формой и размерами оригинального пылесборника, произведенного изготовителем.
Для того чтобы повысить эффективность очистки, мембранное полотно можно сложить в 2-4 слоя, а базу для крепления сделать из толстого твердого картона либо тонкого пластика. Пылевой мешок можно прикрепить к основанию двумя способами:
- при помощи горячего клея – в этом случае горловина пылеуловителя попросту фиксируется между двух кусков капрона;
- при помощи липучек – в данном исполнении одну часть липучки фиксируют к основанию, а вторую пришивают к горловине пылесборника.
Что такое CADR
В начале 1980-х американская ассоциация AHAM (Association of Home Appliance Manufacturers) ввела CADR — показатель для измерения реальной эффективности комнатных очистителей воздуха. Эффективность очистки воздуха определяет именно CADR, а не девятки после запятой и не маркетинговые уловки от производителей типа «нано-био-ультра-фильтров».
«Clean air delivery rate» переводится как «скорость подачи чистого воздуха». Смысл показателя простой. Если очиститель подает 100 м3/ч, а его однопроходная эффективность равна 50%, то скорость подачи чистого воздуха составляет 50 м3/ч. Чем больше CADR, тем быстрее прибор чистит комнатный воздух и быстрее обновляет его. Соответственно, быстрее снижает концентрацию частиц в воздухе.
В математическом выражении CADR — это произведение однопроходной эффективности очистителя и его производительности:
Водный
Аквафильтры считаются наиболее эффективными, поскольку в данном случае происходит не только очистка, но и еще и увлажнение воздуха. Принцип работы таких фильтров прост: вся всасываемая пыль проходит сквозь емкость с водой, которая задерживает даже пыльцу растений и мелкодисперсные частицы. Такие модели незаменимы в доме, где живут люди, страдающие аллергическими и бронхолегочными заболеваниями.
Для изготовления водного фильтра можно использовать:
- сепаратор – он эффективно делит загрязнения на мелкие и более крупные;
- резервуар с водой – к нему должна прилагаться герметично закрывающаяся крышка;
- маленький вентилятор;
- помпу.
Кроме того, вам понадобится разрыхлитель, а также накопитель и кожух – эти элементы фиксируют на пылеуловитель устройства. В качестве элементов фиксации можно воспользоваться крепёжными оцинкованными изделиями.
Фильтры категории НЕРА
Как уже упоминалось, они относятся к наиболее эффективным системам очистки. Они обеспечивают качественную очистку воздуха от загрязняющих частичек пыли и всевозможных аллергенов. Чаще всего подобный фильтр используется как дополнительный к одному из перечисленных выше. Аббревиатура НЕРА расшифровывается как высокоэффективное удержание частиц. Изначально систему использовали только в медицинских учреждениях, но постепенно фильтры перекочевали и в бытовые, а также производственные модели.
Преимущества таких систем несомненны, а именно:
- имеют относительно демократичную стоимость;
- быстро заменяются при необходимости;
- отличаются простотой в эксплуатации;
- всегда находятся в свободной продаже;
- имеют повышенный уровень очистки.
Впрочем, даже у такого фильтра имеются свои минусы, такие как:
- очищают воздух исключительно от загрязнений механического типа – всевозможным вирусам, бактериям и газам они не составляют абсолютно никакого препятствия;
- фильтры нуждаются в периодической замене по мере загрязнения.
Как правило, пылесосы оборудуются системами Н10, Н11, а также Н12 или Н13. Чем выше число, тем качественнее выводится собранная пыль. Так, фильтр с параметром Н10 способен удерживать всего 85% пыли, а вот для моделей Н12 этот параметр составляет уже 99,5%, максимальной эффективностью отличаются фильтры Н13 – процент удержания пыли в них достигает 99,95%, реже встречаются модели Н14 – здесь соответствующий параметр составляет 99,995%.
Обращаем внимание на то, что модели с фильтром НЕРА незаменимы для людей, склонных к бронхолегочным и аллергическим заболеваниям, а также они эффективны в доме, где есть домашние животные.
Как часто нужно менять?
Фильтры пылесоса нужно периодически чистить и заменять, как только они загрязняются. Для того чтобы качество очистки было выше, в современных моделях пылесосов используют сразу несколько типов фильтров, что самым непосредственным образом сказывается на цене изделия. Фильтры могут быть постоянными или сменными. Первые требуют регулярной чистки, после которой восстанавливают свою задерживающую пыль способность.
Впрочем, это не совсем правильно – даже моющие системы фильтрации лучше заменить после нескольких помывок, поскольку материал, из которого они сделаны, начинает портиться. Сменные модели рассчитаны только на 50 часов работы, поэтому нуждаются в замене примерно спустя 1 год после приобретения.
Важно! НЕРА-фильтры выполняют из тонкой бумаги либо стекловолокна. Они являются одноразовыми изделиями. Для изготовления многоразовых используют форпласт. Их срок службы гораздо дольше.
О том, как поменять фильтр для пылесоса, смотрите в следующем видео.
Приветствуем вас в блоге компании Тион Умный микроклимат. Тема статьи — HEPA-фильтры.
Это высокоэффективные фильтры, главная цель которых – удалять из воздуха мелкодисперсные частицы, в том числе PM2.5 и PM10 (с диаметром менее 2,5 и 10 мкм соответственно). HEPA – это не бренд и не марка, а класс фильтров, который определяется международным и национальным стандартами ЕН 1822-1:2009 и ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010.
Давайте посмотрим на HEPA-фильтр «с расстояния вытянутой руки», расскажем про принцип его работы и основные эффекты, благодаря которым происходит осаждение частиц на фильтре.
Основа любого HEPA-фильтра – хаотично расположенные волокна разной толщины, примерно 0,5-5 мкм. Расстояние между волокнами – порядка 5-50 мкм. Диаметр мелкодисперсных частиц – в пределах нескольких микрон или даже нескольких долей микрона. Возникает вопрос: как фильтр с такими большими порами задерживает такие мелкие частицы?
Обычно мы представляем фильтр в виде рыболовной сети или сачка: если фильтруемый объект больше ячейки, он застревает. Этот механизм называется эффектом сита (straining). Он работает для частиц, диаметр которых превышает размер пор в фильтре. На упрощенной модели эффект сита выглядит так:
Волокна фильтра представляются в виде цилиндров, расположенных поперек воздушного потока. Сам поток считается безвихревым. Модель частицы – шар с радиусом R. Если 2R больше расстояния между волокнами, частица застревает в фильтре. Чем крупнее частица, тем вероятнее она застревает в волокнах. Поэтому для крупных частиц эффект сита работает лучше:
На графике нет привязки к конкретным размерам, так как фильтры с разной толщиной волокон и разной плотностью упаковки будут задерживать разные фракции частиц. Форма кривой будет примерно той же, но она может «плавать» по горизонтальной шкале. Например, для фильтра грубой очистки класса G кривая будет располагаться правее, чем для фильтра тонкой очистки класса F. В фильтрах HEPA эффект сита тоже наблюдается. И если бы HEPA работал только по этому механизму, то кривая его эффективности выглядела бы примерно так же. Однако на деле она выглядит совсем по-другому:
По графику видно, что HEPA-фильтр задерживает частицы любого размера. И если эффективная фильтрация крупных частиц (около 5 мкм и больше) происходит по механизму сита, то фильтрация мелкодисперсных фракций (порядка 1-0,01 мкм) имеет другую природу.
НЕРА-фильтры
Фильтры тонкой очистки надежно задерживают пыль и очищают воздух, потому и стоимость подобных моделей довольно высока, да и найти их можно далеко не в каждом магазине, торгующем бытовой техникой. Именно поэтому многие используют возможность сделать их самостоятельно. Чаще всего в качестве основы используют салонный фильтр от авто, например, от «УАЗа».
Для того чтобы изготовить такой фильтр своими силами, следует осторожно удалить с пластиковой решетки загрязненную гармошку старого экземпляра, после чего очистить поверхность рамы от старого клея и следов загрязнения. Острым ножом для резки бумаги нужно вырезать соответствующий размеру решетки отрез полотна и сложить из него новую «гармошку», а затем зафиксировать ее обычными жидким гвоздями или горячим клеем.
Фильтр готов – вам остается только дождаться высыхания клея, и можно вставлять полученное изделие обратно в корпус пылесоса. После замены фильтра вы сразу же заметите, что мощность устройства и качество очистки быстро возвращаются в исходное состояние, а если фильтр снова забьется, вы в любой момент без труда сделаете новый.
Как выбрать?
Выбирая пылесос с оптимальной системой фильтрации, следует руководствоваться отзывами потребителей и информацией, получаемой от производителя марки. Наибольшей эффективностью обладают системы фильтрации 3M, Einhell, Type 2 и EIO. В моделях таких известных брендов, как Siemens и Bosch устанавливается пылесборник системы Megafilt SuperTEX. Он имеет дополнительный матерчатый слой с микропорами, благодаря чему обеспечивается максимальная мощность рабочего всасывания, даже если мешок-пылесборник полностью заполнен.
Изделия марки Thomas AIRTEC имеют четырехслойный пылесборник из ткани, а изделия изготовителя из Германии Melitta представляют собой многослойный мешок из тонкой бумаги, обеспечивающий фильтрацию самых мелких частиц размером менее до 0,3 мкм, при этом каждый следующий слой удерживает все более мелкие частички пыли.
Благодаря такой структуре значительно увеличивается срок эксплуатации фильтра и облегчается функционирование всего пылесоса в целом.
Многие современные модели оснащены системой механической фильтрации Swirl MicroPor. Ее достоинство состоит в работе трех ступеней очистки – первые два уровня действуют как традиционный пылесборник, задерживая довольно большие частички пыли до 1 мкм, а третий позволяет очищать воздух от микрочастиц и, что примечательно, от бактерий, которые часто становятся причиной серьезных заболеваний. Таким образом, первые уровни работают как система грубой очистки, а третий – тонкой. В наиболее ходовых агрегатах Philips пылесборники пропитывают особым антисептическим раствором, который эффективно уничтожает бактерии сразу после их попадания в мешок.
Подобные пылесосы, скорее всего, оценят люди, предрасположенные к патологиям дыхательной системы.
В то же время каждый производитель и по сей день выпускает линейку пылесосов с привычными тканевыми мешочками многоразового использования. Причина здесь проста – эти пылесосы стоят намного дешевле, следовательно, они являются оптимальными для людей со средним и низким достатком. Помимо того, тканевый мешок можно использовать несколько лет, а бумажный нужно регулярно менять, что влечет за собой трату денег и времени на них приобретение.
В большинстве современных моделей компаний Samsung, LG, Electrolux, Rowenta, а также Hoover, Bosch и Siemens пылесборник представляет собой резервуар, расположенный в середине корпуса изделия – это циклонные модели. Они выполняются в двух вариантах.
- В циклонах первого вида воздух перемещается спирально, где под влиянием центробежной силы прилипает к стенкам, утрачивает скорость и тут же оседает, оставаясь в самом резервуаре. Затем обработанный воздух пропускается сквозь моторные и поролоновые фильтры и толчками выводится наружу.
- В циклонах второго вида очищаемый воздух перемещается в емкость, где происходит моментальное снижение скорости. При этом больше 95% частичек оседают на дно, а вся мелкая пыль подхватывается вихрями и перемещаемся в губчатый моторный очистной фильтр, пропитанный фунгицидным препаратом, после чего поступает в выходной отсек и выводится наружу. Подобные фильтры имеют свои достоинства, среди которых на первых план выходит стабильно высокая мощность работы, которая никак не зависит от степени наполненности пылесборника, да и сам процесс очистки гораздо более гигиеничен.
Важно! Чаще всего циклонные системы дополнительно комплектуют НЕРА-фильтрами, благодаря которым задерживают самые микроскопические загрязнения.
В то же время следует отметить, что производители всех вышеперечисленных моделей так и не смогли добиться 100-процентного задержания пылевых частичек, как следствие – вместе с выхлопом они снова попадают в жилое помещение, а оттуда прямиком отправляются в нашу слизистую и легкие. Последствия всего этого могут быть самыми непредсказуемыми, в итоге в стремлении обезопасить свою семью можно, наоборот, столкнуться с непоправимым ущербом.
В качестве альтернативы таким фильтрам выступают водные, которые справляются с задачей удержания пыли максимально эффективно, но при этом не причиняют ни малейшего вреда человеческому организму, но их стоимость гораздо выше, чем у всех остальных пылесосов сухого типа сборки.
Водяными фильтрами оснащены пылесосы немецкого бренда Thomas – процесс задержки пылевых частиц здесь составляет 99,998% и это самый высокий результат среди всех существующих на сегодняшний день пылесосов. В этих аквафильтрах поступающий воздух сразу же орошается влагой, после чего воздух подвергается трехступенчатой очистке в поролоновых и бумажных фильтрах. Следует отметить, что модели с аквафильтром имеют также и выраженные гигиенические преимущества – они не только задерживают частички пыли, но и еще увлажняет воздух в доме.
Кроме того, мощность работы в данном случае остается неизменной в течение всех уборочных работ, а очистка самого фильтра сводится к своевременному выливанию загрязненной воды.
Принимая во внимания все эти факторы неудивительно, что системы водной очистки становятся все более популярными в современных пылесосах.
Если на приборе указан CADR
Посчитайте объем комнаты, в которую планируете поставить очиститель воздуха. Умножьте его на 3. CADR очистителя должен быть не меньше полученного значения.
Как измерить CADR очистителя
Можно измерить CADR напрямую. Однопроходную эффективность прибора измеряем на аэрозольном стенде и умножаем ее на производительность прибора. Это самый точный способ измерения CADR. Но аэрозольные стенды в России можно пересчитать по пальцам, поэтому посчитать CADR напрямую будет сложно.
Ассоциация AHAM предложила упрощенную методику. В ней CADR измеряется не напрямую, а через измерение непосредственно эффективности очистки воздуха. При этом можно не надо знать ни однопроходную эффективность прибора, ни производительность.
Измерим CADR очистителя по РМ2.5 по упрощенной методике.
В изолированную комнату ставим очиститель, но пока не включаем. Инжектируем в комнатный воздух какое-то количество аэрозоля из РМ2.5. Замеряем концентрацию частиц в разные моменты времени: через минуту, 10 минут, полчаса, 45 минут, час, два и так далее
Проветриваем комнату и снова напускаем то же количество РМ2.5. Включаем очиститель. Измеряем концентрацию частиц в воздухе с теми же временными интервалами.
Получаем две серии замеров: без очистителя и с очистителем. Полученные данные аппроксимируются экспонентой.
Первая экспонента показывает естественное осаждение частиц на стены и пол. Вторая — естественное осаждение и осаждение частиц в очистителе.
Вычитаем одно из другого и получаем итоговую экспоненту осаждения частиц в очистителе. Находим показатель экспоненты: (- CADR / V). Объем помещения мы знаем, посчитать CADR легко.
Такой способ измерения менее точный, чем на аэрозольном стенде. Зато он намного проще. Погрешность можно снизить, если провести большую серию измерений.
Эффективность очистки воздуха
Между экспериментами на аэрозольном стенде и работой прибора в реальных условиях огромная разница. Самое главное для нас — чистота воздуха не на выходе из очистителя, а в комнате в целом. Выходящий из прибора чистый воздух тут же перемешивается с грязным воздухом комнаты, не вытесняя, а «разбавляя» его.
В настоящей комнате, кроме очистителя, есть и другие факторы, влияющие на концентрацию частиц в воздухе. Она уменьшается из-за естественного осаждения частиц и увеличивается из-за источников (люди, домашние животные, открытое окно, книги, ковры, мебель и т.д.). К тому же, в комнате воздух проходит через очиститель не один раз, а несколько. И с каждым прогоном на фильтре оседает все больше частиц, а воздух становится все чище. И чем больше воздуха за один раз прогоняется через фильтр, тем выше эффективность очистки. Поэтому на реальную эффективность очистки воздуха влияет не только класс фильтра, но и производительность прибора.
Производительность очистителя — объем воздуха, который прибор прокачивает через себя за единицу времени. Обозначается буквой Q. У нас измеряется в м3/ч, на западе в фут3/мин.
1 фут3/мин ≈ 1,7 м3/час
Представим, что у воздухоочистителя однопроходная эффективность 100%. Но вентилятор к нем настолько слабый, что производительность прибора близка к нулю. Такой очиститель не гоняет воздух через фильтр, а значит, и не чистит его. В обратной ситуации итог тот же: супермощный вентилятор + нулевая однопроходная эффективность = нулевая эффективность очистки.
Выходит, эффективность очистки воздуха зависит одновременно и от однопроходной эффективности прибора, и от производительности вентилятора. Чтобы оценить реальную эффективность очистки воздуха, надо искать разумное сочетание этих двух параметров. Это сочетание называется CADR (Clean Air Delivery Rate).
Циклонный
Принцип работы циклонного фильтра прост – за счет создания внутри пылесоса вихря мусор и пыль прилипают к стенкам пылесоса, после чего сразу же попадают в пылесборник, а воздух, пройдя дополнительную очистку, выводится обратно в помещение.
От чего зависит эффективность HEPA-фильтра?
Эффективность HEPA зависит не только от размеров фильтруемых частиц, но и от параметров самого фильтра:
- Диаметр волокон в HEPA-фильтре
- Плотность упаковки волокон
- Материал волокон
При осаждении частиц уменьшается расстояние между волокнами:
В результате площадь волокон увеличивается, и с этим связан парадоксальный факт: со временем эффективность HEPA не уменьшается, а растет. С другой стороны, при загрязнении уменьшается проницаемость фильтра, увеличивается его сопротивление, растет перепад давления на фильтре и, как следствие, уменьшается производительность прибора, в котором тот установлен. Если фильтр забился полностью и производительность прибора упала почти до нуля, единственный выход – заменить фильтр. Частота замены зависит от емкости фильтра. Этот показатель определяет, как много пыли сможет осадить HEPA, прежде чем перепад давления на нем станет критическим.
Теперь, когда мы имеем представление о HEPA-фильтре, соберем по пунктам принцип его работы:
- В фильтр попадает воздушный поток с пылинками разного размера, от 10 мкм и меньше
- Крупные частицы выходят из воздушного потока благодаря эффекту инерции, мелкие частицы – благодаря эффекту диффузии
- На фильтре оседают все частицы, которые вышли из потока и коснулись волокна
- На волокне частицы прочно удерживаются благодаря силам притяжения (Ван-дер-Ваальса)
- HEPA-фильтр может задерживать частицы всех размеров
- Пыль задерживается в HEPA-фильтре практически навсегда. Пылесосить HEPA бесполезно – только менять.
- Со временем эффективность HEPA-фильтра только растет.
На этом пока все: мы рассказали про принципы осаждения и удержания мелкодисперсной пыли в HEPA-фильтрах. Если у вас есть вопросы, будем рады ответить на них в комментариях.
Производители любят писать про высокую эффективность своих воздухоочистителей — 99,95% и выше. Пользователей впечатляют эти цифры, и большой ценник на такие приборы кажется оправданным. Так ли это? Физика говорит, что для очистителя-рециркулятора вполне достаточно эффективности 95%. Стоит такой очиститель меньше, при этом его реальная эффективность такая же. А все эти девятки после запятой — не более чем маркетинговый ход.
Сразу обозначим важный момент. НЕРА-фильтры стоят в пылесосах, приточных вентиляциях, даже кондиционерах. Но эта статья об очистителях воздуха. Они работают в режиме рециркуляции: гоняют один и тот же комнатный воздух. Ниже речь именно об очистителях-рециркуляторах.
Читайте также: