Промышленные фильтры для вентиляции: типы, характеристики и применение

Экологическая обстановка в современных городах, как крупных, так и небольших, оставляет желать лучшего. Выхлопные газы, смог, грязь и пыль с улиц проникают в помещения вместе с воздухом. На производствах токсичные вещества загрязняют окружающую среду еще больше. Противостоять этим факторам помогают современные системы фильтрации, обеспечивая надлежащую чистоту приточного и вытяжного потоков воздуха.

Промышленные фильтры используются на всех объектах с принудительной системой вентиляции, и их задача - обеспечить надлежащую чистоту приточного и вытяжного потока. Важно очищать не только поступающий, но и удаляемый воздух.

Процесс фильтрации - это удаление частиц, загрязняющих воздух. Физические явления, задерживающие грязь в фильтре или на его поверхности, называются механизмами фильтрации. Эффективность этого процесса зависит от диаметра волокна и частиц, скорости потока и концентрации загрязнителя. Чаще всего используются фильтры из волокнистых материалов, а выбор механизма фильтрации зависит от вида загрязнителя.

Только многоступенчатая система очистки обеспечивает помещение свежим воздухом, очищенным от пыли, смога и бактерий. Фильтры напрямую влияют на работоспособность оборудования и продлевают срок службы. Плохая экология и загрязнение окружающей среды оказывают негативное влияние на самочувствие жителей крупных городов.

Основные типы промышленных фильтров

Существуют разные типы фильтров для вентиляции и кондиционирования, каждый из которых имеет свои особенности и область применения. От характеристик и типа фильтра зависит его эффективность очистки воздуха.

В системах вентиляции применяются современные изделия, отличающиеся конструкцией и эффективностью очистки воздуха. Для обозначения элементов используются символы: G1 - G4, F5 - F9, H10 -H14 (HEPA), ULPA: U15 - U17.

Вентиляционные системы требуют надежной фильтрации воздуха. Главная задача вентиляционного фильтра - удалять из воздуха пылевые частицы, дым, сажу, пух и другие включения. Фильтрующие элементы защищают людей от вредных примесей и сами воздуховоды от загрязнения. Благодаря этому вентиляция поддерживает нормативное качество воздуха и работает без сбоев. В современных системах обычно устанавливается несколько фильтров последовательно - сначала грубой очистки, затем более тонкой.

Конструктивно фильтры отличаются материалом и формой исполнения.

• Фильтры канального типа - кассета внутри корпуса. Устанавливаются в системе вентиляции после воздушной заслонки перед вентилятором. Используются как в приточных, так и в вытяжных установках.
• Кассетный фильтр - используется в качестве защитной или предварительной очистки. Оснащен гофрированным фильтрующим материалом, который увеличивает площадь поверхности и поглощение пыли. Доступны с металлическим, пластиковым или картонным каркасом. Принцип действия кассетного фильтра заключается в том, что он улавливает загрязнения из проходящего через него воздуха. Устройство состоит из прямоугольного корпуса и фильтрующего материала. Решётка на входе защищает от крупных частиц пыли и грязи. Кассетный фильтр используется в системах кондиционирования приточного типа, аппаратах для вентиляции, рекуператорах для защиты от попадания пыли.
• Панельный фильтр - плоский фильтр в виде рамки из оцинкованной стали. В корпус вставляется фильтрующий материал, прикреплённый опорной сварной сеткой. Изделия могут использоваться для грубой и средней очистки воздуха, в зависимости от применяемого материала. Панельный фильтр состоит из нескольких материалов различной плотности. Внешний грубый слой задерживает крупные частицы загрязнений. Панельные фильтры различаются между собой по форме воздуховода: круглый или прямоугольный, и по каркасной фиксирующей конструкции. Устройства бывают разной степени очистки: G2-G4, F5-F8. В отличие от кассетных, панельные фильтры используются в вытяжных вентиляционных системах.
• Карманный фильтр - один из самых популярных воздушных фильтров. Используется в качестве первой ступени очистки в системах отопления, вентиляции и кондиционирования. Конструкция представляет собой металлическую оцинкованную рамку, в которую вставлены карманы. Принцип действия устройства состоит в фильтрации пыли с помощью конструкции из мешков, соединённых между собой в металлической рамке. Карманные фильтры классифицируются по степени очистки и типу фильтрующих элементов. Изделия используются в комплекте с другими типами фильтров.
• Угольный фильтр - удаляет запахи, токсины, пыль и вредные частицы. В них в качестве поглотителя используется активированный уголь. Конструктивно это могут быть кассеты с угольным слоем или картриджи, заполненные гранулами угля. Проходя через угольный наполнитель, воздух очищается от запахов, табачного дыма, вредных газов и летучих органических соединений. Активно применяются угольные кассеты в системах вентиляции общественных зданий, на химических и пищевых производствах, в лабораториях - везде, где необходимо устранить неприятные или вредные испарения.
• HEPA-фильтр - фильтр высокой эффективности, состоящий из множества хаотично расположенных тонких волокон, изготовленных из стекловолокна или полипропилена. Толщина волокон - 0,5 - 2 мкм. Фильтры абсолютной очистки (HEPA и ULPA) предназначены для тончайшей фильтрации воздуха. Они производятся из специального микроструктурного материала (микростекловолокно, мелкодисперсное волокно) с ультра плотной укладкой в виде плиссованного пакета. Для жесткости между слоями могут применяться сепараторы из фольги или герметика. HEPA-фильтры имеют класс H13-H14 (ULPA - до U17) и способны задерживать мельчайшие частицы размером меньше 1 микрона с эффективностью 95-99,9995%. Их используют в чистых помещениях - например, в медицинских учреждениях, фармацевтических производствах, микроэлектронике, где требуются стерильные и беспылевые условия.
• Фотокаталитический фильтр - устраняет запахи, работает на основе ультрафиолетового излучения. Органические загрязнения разлагаются и окисляются, в том числе вирусы и бактерии. Принцип работы фильтра состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием УФ-излучения. Фильтр эффективен в борьбе с бактериями, болезнетворными микробами и спорами плесени, находящимися в воздухе.
• ФЯГ фильтр - состоит из рамки, выполненной из картона или оцинкованной стали. Гофрированный фильтр ФЯГ имеет преимущества по сравнению с плоскими фильтрами. Устройства могут быть включены в многоступенчатую систему воздухоподготовки, что позволяет существенно продлить срок службы дорогостоящих фильтров тонкой и ультратонкой очистки.

Фильтры различаются диаметром волокна, размером частиц, которые они способны удерживать, и скоростью потока.

Каждый вентиляционный фильтр характеризуется классом фильтрации - показателем эффективности удаления пыли. Согласно стандартам (например, ГОСТ Р ЕН 779-2014 для обычных фильтров и ГОСТ Р ЕН 1822-2010 для HEPA-фильтров) выделяют фильтры грубой очистки (обозначаются буквой G), тонкой очистки (F), а также фильтры высокой эффективности (HEPA и ULPA - обозначения H и U). Комбинируя фильтры разных классов в приточно-вытяжной установке, можно добиться необходимой чистоты воздуха на выходе.

Панельный фильтр представляет собой плоскую рамку с натянутым фильтрующим материалом, зафиксированным сеткой. Обычно он используется как фильтр грубой очистки на первом этапе - задерживает крупную пыль и мусор. Панельные фильтры компактны, легко устанавливаются перед вентилятором или теплообменником. Некоторые разновидности допускают очистку и повторное использование.

Кассетный фильтр по конструкции схож с панельным, но отличается типом наполнения. В металлической или картонной рамке расположены складки фильтрующего материала (гофрокартон, синтетическое волокно и др.), увеличивающие поверхность фильтрации. Такие фильтры часто используются для грубой и предварительной очистки. Кассетный элемент является сменным: после заполнения пылью кассету меняют на новую. Кассетные модели обычно рассчитаны на класс G3-G4.

Карманный (рукавный) фильтр представляет собой набор «карманов» из прочного нетканого материала, закрепленных на единой рамке. Каждый карман - это мягкий рукав, открытый с одной стороны. За счет многокамерной конструкции такие карманные фильтры ФВК способны задерживать большое количество пыли, обеспечивая высокую пылеемкость при относительно невысоком сопротивлении воздуха. Карманные фильтры с глубиной карманов 300-600 мм отличаются повышенным ресурсом и часто используются в системах вентиляции торговых центров, производственных цехов, на предприятиях с большим объемом воздуха.

Компактные фильтры (их еще называют мини-кассетными или фильтрами тонкой очистки) имеют жесткий корпус и набранные в блок гофрированные фильтрующие панели. Конструкция образует несколько V-образных секций или плотный «гармошечный» пакет - это позволяет увеличить поверхность фильтрации без значительного увеличения габаритов. Компактные фильтры рассчитаны на тонкую очистку (классы F6-F9) и устанавливаются на завершающих ступенях перед кондиционерами или непосредственно перед воздухораспределителями. Фильтры типа компактные фильтры ФВОК отличаются высокой эффективностью и жесткостью конструкции. Благодаря прочной раме и плотной укладке материала такой фильтр выдерживает большой поток воздуха.

Принцип работы карманного фильтра основан на действии нескольких физических процессов и явлений: диффузии, инерции, электростатического притяжения и др. Фильтрация происходит в результате изменения линий воздушных потоков и возможности взаимодействия частиц с волокнами. Частицы приклеиваются к фильтрующему материалу, их невозможно удалить. Поэтому фильтры не подлежат чистке, их необходимо своевременно менять.

Конструкция электростатического фильтра состоит из металлических пластин, между которыми натянуты нити из металла. Фильтр способен улавливать мелкие частицы размером 0,01 микрон.

Классификация фильтров по степени очистки

Воздушные фильтры (ВФ), предназначенные для комплектации систем очистки вентиляции и кондиционирования (ОВК), изготавливаются и классифицируются согласно ГОСТ 779-2014. Российский стандарт разработан в соответствии с европейскими нормами, в числе которых ЕN 779:2012, ISO 29463:2011 и др.

Существует два базовых параметра, по которым различается оборудование этой категории:

• Грубая очистка
• Тонкая очистка
• Полная очистка

Фильтры грубой очистки способны задерживать крупные частицы размером от 10 мкм: пыль, песок, тополиный пух, шерсть. Они бывают разных видов и используются в качестве первой ступени очистки воздуха. Изделия используются в условиях большой запылённости для очистки воздуха в зданиях, промышленных предприятиях, холодильных машинах. Существует четыре класса фильтров грубой очистки с маркировкой G1, G2, G3 или G4. Первые две группы чаще ставятся для защиты от насекомых.

Фильтры тонкой очистки гарантируют поступление свежего воздуха и здоровые лёгкие как на производстве, так и в домашних условиях. Для изготовления продукции используются плотные полипропиленовые волокна или стеклоткани. Фильтры тонкой очистки используются в детских учреждениях, общественных зданиях, жилых домах для улучшения качества воздуха и снижения концентрации аллергенных веществ. Они обозначаются латинскими буквами F5 - F9. Фильтрующие элементы обеспечивают не только защиту оборудования от загрязнений, но и тщательную очистку потока от всевозможных примесей, включая споры, бактерии и другие микроорганизмы в пределах 1-10 микрон. Устройства класса М5 обычно используются для комплектации промышленных систем ОВК и устанавливаются снаружи зданий.

Фильтры полной очистки - самые эффективные средства для фильтрации воздуха, способные задерживать мельчайшие микробы и бактерии, поэтому их применяют в микролабораториях. Проходящий через фильтры полной очистки воздушный поток очищается примерно на 99 %. Фильтры высокой очистки обозначаются символами: H10 -H14 (HEPA), сверхвысокая фильтрация ULPA: U15 - U17. Основным материалом изготовления фильтров является стекловолокно с диаметром ячеек менее 1 мкм, пропитанное специальными веществами. Самое эффективное в применении - это клееное стекловолокно с гидрофобным покрытием. Конструкция изделия исключает возможность утечек через резиновые уплотнения. В эту категорию входят устройства, способные улавливать дым, бактерии, вирусы и другие частички менее 1 микрона. Они используются для комплектации систем, установленных в помещениях с высокими или сверхвысокими требованиями в плане качества воздуха. В их числе лаборатории, цеха по производству электроники, лекарственных препаратов и др.

Классификация воздушных фильтров для вентиляции: общие принципы. Традиционно фильтры для вентиляции делят на несколько классов по степени очистки воздуха:

• фильтры грубой очистки (G) - от крупной пыли,
• фильтры тонкой очистки (M, F) - от мелкой пыли,
• высокоэффективные фильтры (EPA, HEPA) - от мельчайших взвешенных частиц PM, аллергенов,
• сверхвысокоэффективные фильтры (ULPA) - от мельчайших взвешенных частиц PM, обладают самой высокой фильтрующей способностью.

Для определения классов воздушных фильтров действуют международные и европейские стандарты, которые регулярно пересматриваются. С 1998 года фильтры EPA, HEPA и ULPA классифицируются в Европе по стандарту EN 1822. На нём основан международный стандарт ISO 29463, действующий с 2011 года. Российские ГОСТы, классифицирующие высокоэффективные и сверхвысокоэффективные фильтры, также опираются на европейский стандарт.

Действующий стандарт ISO 16890-1:2016 выделяет три класса фильтров грубой и тонкой очистки: ePM10, eРМ2,5 и eРМ1. При этом один и тот же фильтр может быть отнесён к двум категориям, что вносит путаницу в классификацию.

В России было принято сохранить ранее действующую классификацию, чтобы избежать двойственности в определении типа фильтров.

Каждый класс фильтров имеет буквенное обозначение и числовой индекс. Лучше всего понять классификацию фильтров воздуха можно, изучив таблицы ниже.

В таблицах приведены классы очистки фильтров для вентиляции и степень их эффективности в процентах. Фильтры обозначены латинскими буквами, напротив каждой буквы есть цифра от 1 до 17: первая ступень фильтрации - G1, последняя из возможных - U17.

Классификация фильтров грубой, средней и тонкой очистки по ГОСТу

Степень очистки	Класс очистки фильтра	Пылезадерживающая способность - А (только для фильтров G)	Средняя эффективность очистки для частиц с размером 0,4 мкм
Грубая	G1	А > 30%	< 40%
Грубая	G2	30% < A< 40%
Грубая	G3	50% < A< 40%
Грубая	G4	60% < A< 40%
Средняя	М5	-	40-60%
Средняя	М6	-	60-80%
Тонкая	F7	-	80-90%
Тонкая	F8	-	90-95%
Тонкая	F9	-	от 95%

Классификация фильтров тончайшей очистки по ГОСТу

Степень очистки	Класс очистки фильтра	Средняя эффективность очистки для частиц с размером 0,1-0,3 мкм (MPPS)
Эффективная (EPA)	E10	от 85%
Эффективная (EPA)	E11	от 95%
Эффективная (EPA)	E12	от 99,5%
Высокоэффективная (HEPA)	H13	от 99,95%
Высокоэффективная (HEPA)	H14	от 99,995%
Сверхвысокая (ULPA)	U15	от 99,9995%
Сверхвысокая (ULPA)	U16	от 99,99995%
Сверхвысокая (ULPA)	U17	от 99,999995%

Обобщим данные таблиц и соотнесём маркировку фильтров с возможными вариантами международного обозначения. Ещё раз подчеркнём, что для фильтров грубой и тонкой очистки соотнесение условное, поскольку классификации не совпадают.

• Категория G - грубая очистка, индексы от 1 до 4. Фильтры: G1, G2, G3, G4. Международный вариант обозначения: EU1, EU2, EU3, EU4.
• Категория M - тонкая очистка, индексы 5, 6. Фильтры: M5, M6. Международный вариант обозначения: EU5, EU6.
• Категория F - тонкая очистка, индексы от 7 до 9. Фильтры: F7, F8, F9. Международный вариант обозначения: EU7, EU8, EU9.
• Категория E (EPA) - эффективная очистка, индексы от 10 до 12. Фильтры: E10, E11, E12. Другой вариант обозначения: H10, H11, H12.
• Категория H (HEPA) - высокоэффективная очистка, индексы 13, 14. Фильтры: H13, H14.
• Категория U (ULPA) - сверхвысокая очистка, индексы от 15 до 17. Фильтры: U15, U16, U17.

В последних столбцах таблицы указана эффективность фильтров и методика её определения. Эффективность показывает, какой процент частиц задерживает фильтр.

• Для фильтров грубой очистки определяют среднюю пылезадерживающую способность синтетической пыли.
• Для фильтров средней и тонкой очистки определяют среднюю эффективность улавливания твёрдых частиц размером 0,4 мкм (0,0004 мм).
• Для фильтров E10-U17 определяют среднюю эффективность улавливания частиц с наибольшей проникающей способностью, которые сложнее всего фильтровать. Их размер - от 0,1 до 0,3 мкм (от 0,0001 до 0,0003 мм).

Каждый тип фильтра предназначен для очистки воздуха от определённого вида загрязнений. Их эффективность определяется процентом улавливания именно этих частиц. Так, фильтры грубой очистки предназначены для очистки воздуха от крупной пыли, пуха, сажи. Фильтры средней и тонкой очистки - для очистки от мелкой пыли, частиц PM размером от 0,4 мкм. Фильтры HEPA - для очистки от мельчайших частиц, которые наиболее сложно фильтровать, к ним относится мельчайшая пыль, частицы PM, аллергены.

Отметим, что в приведённой выше классификации нет угольных и фотокаталитических фильтров, которые также применяют для очистки воздуха. Дело в том, что они используют другие механизмы фильтрации и служат в основном для удаления газообразных загрязнений, а также для обеззараживания воздуха. Как правило, такие фильтры дополняют фильтры классов G-H.

Обслуживание и замена фильтров

Фильтрующие устройства имеют определенную емкость накопления - массу загрязнителя, удерживаемого фильтром на единицу площади фильтрации. Это процесс называется состоянием загрузки фильтра. Чистота фильтра сказывается не только на качестве воздуха, но и на работе вентсети.

Средний срок службы зависит от места установки фильтра и концентрации загрязнителя.

Фильтры грубой очистки (пылевые) необходимо чистить по мере загрязнения: их можно самостоятельно снимать, пылесосить и устанавливать обратно. Крайне рекомендовано менять не реже одного раза в полгода-год.

Фильтры тонкой очистки более требовательны. Частота замены регулируется отраслевыми стандартами. Так, в лечебных учреждениях менять их нужно раз в 3 месяца. На производстве чуть реже, но в среднем раз в 3-6 месяцев.

Производство, которое связано с сильным запылением (например, изготовление древесной стружки, муки), требует установки циклонов. «Улитка» собирает воздух из помещения, который осаждается на стенках циклона, проходит через обычный фильтр и выходит на улицу. Циклон работает по инерционному принципу. Он очищает рабочую среду под действием гравитации и центробежной силы. Воздух или газ с пылью поступает во входной патрубок, который находится в верхней части корпуса. Внутри прибора воздушный поток вращается и движется по направлению к конусному сегменту. Центробежная сила действует таким образом, что частицы пыли отделяются от воздушной массы и осаждаются на внутренних стенках. В некоторых моделях пылеуловителей бункер отсутствует. В таких аппаратах очищенный воздух движется снизу вверх и выходит из циклона через соосный выходной патрубок.

Как выбрать фильтр для вентиляции: руководство по типам и классам очистки

Выбирая фильтры, заказчик получает эффективное решение для очистки воздуха и бесперебойной работы вентиляции.