Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Защитный текстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Защитный текстиль/Текстильные фильтрующие материалы для очистки воздушной среды: классификация и методы испытаний

Текстильные фильтрующие материалы для очистки воздушной среды: классификация и методы испытаний

10 марта 2004
Технический текстиль №9, 2004

Мухамеджанов Габит Кульжабаевич


В настоящее время текстильные фильтрующие материалы (ткани, нетканые и трикотажные полотна) широко используются для очистки воздуха помещений, промышленных газов и в системах вентиляции и кондиционирования. Использование таких фильтров в будущем получит еще большее распространение. При этом год от года становятся все более жесткими требования к фильтрации грубых и тонких частиц пыли, барьерной способности фильтрующих материалов при высокой воздухопроницаемости и наибольшей степени использования поверхности фильтров. 

Фильтрующие характеристики материала определяют в основном  такие параметры процесса фильтрации, как вид и фракционный состав фильтрующей среды, интенсивность воздушного потока, давление и сопротивление течению, величина и концентрация частиц, а также эффективность очистки.

Возрастающая потребность в применении фильтров и контроле загрязненности воздуха в помещениях обусловливает разработку обоснованных методов испытаний в лабораторных условиях и определение класса фильтров на основании фактического значения эффективности очистки. До начала их производства или введения в проектную и конструкторскую документацию фильтрующие материалы должны подвергаться стендовым, лабораторным и эксплуатационным испытаниям с целью установления фильтрующих характеристик.

Стендовые и эксплуатационные испытания фильтров проводят обычно у потребителей, а лабораторные испытания на уменьшенных моделях и макетах - у изготовителей. В связи с расширением номенклатуры и областей применения воздушных фильтров, а также необходимостью установления класса фильтров общепромышленного и специального назначения (грубой, тонкой, высокой и сверхвысокой очистки) становится актуальной проблема оценки фильтрующих характеристик фильтровальных материалов также у изготовителей в лабораторных условиях на стадиях постановки  на производство и серийного выпуска продукции.

Зачастую из-за отсутствия методов испытаний и приборов изготовители не определяют фильтрующие характеристики материалов и не могут  установить класс фильтра. Между тем, ГОСТ Р 51251-99, гармонизированный с европейскими стандартами CEN EN 779-1993, CEN EN 1822-1998, определяет следующие фильтрующие характеристики:

  • начальное и конечное аэродинамическое сопротивление;
  • размер частиц пыли;
  • счетную и массовую концентрацию частиц;
  • коэффициент проскока;
  • пылеемкость и эффективность очистки, а также класс фильтра1; в соответствии с этим для оценки фильтра в первую очередь должны быть определены аэродинамическая характеристика, пылеемкость и эффективность очистки; эти три тесно связанные между собой характеристики являются важнейшими и, не располагая ими, невозможно оценить, насколько те или иные фильтры отвечают требованиям и условиям эксплуатации проектируемого объекта.

Цель настоящей публикации - проанализировать существующие методы испытаний, стандарты и классификации воздушных фильтров с позиции изготовителей для получения объективной информации о фильтрующих характеристиках фильтроматериала.

Необходимо добиться того, чтобы результаты лабораторных испытаний приблизились к результатам эксплуатационных испытаний. Кроме того, фильтрующие характеристики фильтров для очистки воздушной среды (ФОВС) определяют срок службы и способы регенерации. Прежде всего,  следует отметить, что в настоящее время в области очистки воздуха идет интенсивный процесс разработки новых методов испытаний, совершенствования существующих, их стандартизации, системы классификации всех типов фильтров - от грубых до абсолютных и сверхэффективных.

Для определения характеристик ФОВС разработано множество методов испытаний, стендов, испытательных установок и макетов. Сегодня наблюдается тенденция к созданию единых методов испытаний и международных стандартов. Так, Европейский комитет по стандартизации  (CEN) разрабатывает и вводит общие стандарты для всей Европы, а организация Eurovent лидирует в разработке современных методов испытаний и стандартов, которые должны удовлетворять требованиям к воздушной вентиляции в закрытых помещениях. В США  Общество инженеров по вентиляции и кондиционированию (ASHRAE) разрабатывает и совершенствует стандарты на методы испытаний воздушных фильтров, в частности, новый метод испытания эффективности фильтрации по фракциям размеров частиц.

Особенность стандарта CEN EN 779-93 заключается в введении системы классификации фильтров с использованием букв и цифр: G1,G2,G3, для грубой очистки и  F5, F6 ... F9 для тонкой очистки фильтров (табл. 1). В основу классификации ФОВС по стандарту CEN EN 779-93 положены следующие признаки:

  • среднее улавливание по синтетической пыли;
  • средняя эффективность очистки;
  • аэродинамическое сопротивление (250 Па для класса G и 450 Па для класса фильтра F). При этом расход воздуха должен быть 3400 м32.

Согласно стандарту Eurovent 4/5 фильтры подразделяются на классы от EU1 до EU9 в зависимости от средней эффективности по пыли и задержанию частиц 3. Однако в этой классификации не учитывается конечный перепад  давления и расход воздуха.

Стандарт Eurovent 4/9 предусматривает метод испытания ФОВС в общих вентиляционных системах по фракционной эффективности.4 При этом средняя эффективность очистки для различных размеров определяется при разном конечном аэродинамическом сопротивлении с использованием частиц латекса.

Стандарт ASHRAE 52.2Р (США) устанавливает метод испытания воздухоочистительных устройств общей вентиляции на эффективность очистки по размеру частиц 5. Этот стандарт позволяет определить фракционную эффективность любых типов фильтров.

Основное различие между американскими и европейскими методами испытаний заключается в выборе диапазона размеров частиц пыли, типа испытательного аэрозоля и системах классификации. Так, фракционная эффективность в стандарте США определяется в диапазоне размеров частиц 0,3... 10 мкм, испытательным аэрозолем служат частицы хлористого калия. Хлористый калий позволяет измерить  эффект проскока частиц в фильтре, то есть, можно наблюдать, как частицы проходят сквозь структуру фильтра.

Согласно европейскому стандарту эффективность очистки - в диапазоне частиц 0,2... 5 мкм, а в качестве испытательного аэрозоля используются частицы латекса. Недостатком является то, что частицы находятся в жидком состоянии и сцепляются с волокнами, поэтому нельзя получить эффект отскакивания частиц.

Фильтры подразделяются на 4 категории: грубые (С), низко-(L), средне- (М) и высокоэффективные (Н). Каждая категория фильтров, в зависимости от диапазона размеров частиц 0,3...10 мкм и эффективности очистки, подразделяется на классы (табл. 2). Таким образом, существует 16 классов фильтров. Конечное аэродинамическое сопротивление в два раза выше начального или равно указанному в табл. 2 конечному перепаду давления. Фильтры испытываются синтетической пылью до заданного перепада давления.

Методы испытаний высокоэффективных (HEPA) и сверхвысокоэффективных (ULPA) фильтров определяются в соответствии со  стандартом CEN EN 1882, разработанном  на основе немецкого стандарта DIN 24183. Фильтры подразделяются на 8 классов: Н10... U17 (Н означает НЕРА, U  - ULPA) в зависимости от эффективности очистки по отношению к наиболее проникающим частицам в пределах 0,10...0,25 мкм 6.

Испытания ULPA - фильтров с эффективностью улавливания частиц размером 0,1...0,2 мкм в пределах 99,999... 99,9999 % производятся с использованием счетчиков частиц по стандарту IES-RP-СС007.1. Стандарт устанавливает тип оборудования, свойства аэрозоля, процесс испытания, вычисление эффективности и статистическую обработку результатов 7.

На основе европейских стандартов разработан и введен национальный стандарт ГОСТ Р 51251-99. Согласно этому стандарту, фильтры подразделяются на 4 класса: грубой и тонкой очистки, высокой и сверхвысокой эффективности. Классификация фильтров общего и специального назначения представлена в табл. 3 и табл. 4. В табл. 3 Ес - эффективность, определяемая по синтетической пыли весовым методом (по разности массовой концентрации частиц до и после фильтра); Еа - эффективность, определяемая по атмосферной пыли.

Согласно ГОСТ Р 51251-99 эффективность очистки фильтров грубой и тонкой очистки определяется по кварцевой и атмосферной пыли весовым методом по разности массовой концентрации частиц до и после испытания фильтров, а испытания фильтров высокой и сверхвысокой эффективности проводятся по счетной концентрации проникающих частиц до и после фильтра. Стандарт рекомендует следующие значения конечного аэродинамического сопротивления: для фильтров грубой очистки - 250 Па, тонкой - 450 Па, высокой и сверхвысокой эффективности - 600 Па. Стандарт не устанавливает методы испытаний, поэтому в нем отсутствует информация о типах и размерах частиц пыли и аэрозолей, составе испытательного оборудования, условиях и параметрах испытаний фильтрующих материалов. В справочном приложении рекомендуется определить эффективность по кварцевой пыли согласно «Руководству по испытанию и оценке воздушных фильтров для систем приточной вентиляции и кондиционирования воздуха» 8.

Таким образом, для введения ГОСТ Р 51251-99 и определения класса фильтра по этому стандарту следует разработать и уточнить методы испытаний и испытательное оборудование, гармонизированные с европейскими стандартами.

Из-за отсутствия испытательного оборудования и общепринятых методов испытаний, изготовители не могут определить эффективность очистки фильтрующих материалов и класс фильтра, как требует ГОСТ.

А потребители, ссылаясь на ГОСТ Р 51251-99 требуют указания класса фильтра в паспорте на поставляемую продукцию. Естественно, потребителей интересуют: какова эффективность очистки в условиях эксплуатации, какие размеры частиц пыли улавливают и пропускают фильтры, а для фильтров тонкой очистки и высокой эффективности - какова счетная концентрация пыли?

Ответы на эти вопросы должны дать изготовители. Хотя бы на стадии постановки новых видов фильтровальных материалов и использования новой технологии, изменения состава сырья или способов отделки, изготовители обязаны подготовить для потенциальных покупателей своей продукции  информацию о фактических значениях фильтрующих характеристик фильтроматериалов.  Поэтому разработка и принятие единых методов испытаний воздушных фильтров, гармонизированных с европейскими и американскими стандартами, так важны в условиях присоединения России к ВТО. 

Что же делать сейчас, когда единые правила не приняты? Ведь в настоящее время существуют разные методы определения эффективности очистки: по синтетической, кварцевой и атмосферной пыли; по массовой и счетной концентрации частиц, кроме того, используется метод определения фракционной эффективности частиц.

Мы рекомендуем использовать для оценки характеристик фильтроматериалов стендовую установку НАТИ (см. рисунок). На этой установке проводились экспериментальные испытания различных видов фильтрующих материалов с целью определения эффективности очистки и класса фильтра. Испытания проводились при следующих условиях:

  • кварцевая пыль с удельной поверхностью 5000 см2/г по ГОСТ 8002-749;
  • запыленность воздуха, поступающего на испытуемые пробы - 0,4 г/м3;
  • расход воздуха, проходящего через испытуемые пробы - 90 м3/ч;
  • конечное аэродинамическое сопротивление - 1,98 Па (200 мм вод. ст.), до которого проводилось запыление;
  • дисперсионный состав пыли: 0... 30 мкм - 80%, > 30 мкм - 12%;
  • эффективная площадь поверхности испытуемых проб - 0,0452 м2.

Результаты испытаний различных типов и структур нетканых воздушных фильтров грубой очистки общего назначения (табл. 5) показали, что все испытанные 10 видов нетканых полотен относятся к группе фильтров грубой очистки (G2 ...G4). Определены значения  их эффективности (по кварцевой пыли весовым методом), а также установлены классы фильтра (по показателям эффективности по атмосферной пыли) и группы тонкой очистки.

Исследование дисперсного состава частиц пыли, осажденной на контрольном мембранном фильтре, можно проводить методом частичного отбора проб и их анализом с использованием микроскопа. На экспериментальной установке для определения фракционной эффективности фильтроматериалов использован лазерный аэрозольный спектрометр, позволяющий измерить размеры частиц от 0,3 мкм и более. С помощью этой установки можно определить эффективность и коэффициент проскока у фильтров высокой эффективности Н и сверхвысокой эффективности U 10.

Таким образом, зная основные фильтрующие характеристики (начальное аэродинамическое сопротивление, коэффициент пропуска пыли, пылеемкость, эффективность и класс фильтра) фильтроматериалов, можно рекомендовать область их применения и определить, насколько те или иные материалы соответствуют условиям эксплуатации и требованиям проектируемого объекта. Рекомендуется определить фильтрующие характеристики и установить класс фильтра в соответствии с европейскими и национальными стандартами на основе проведения комплексных испытаний фильтроматериалов.

Для ссылок: Мухамеджанов Г.К. Текстильные фильтрующие материалы для очистки воздушной среды: классификация и методы испытаний // Технический текстиль, № 9, 2004, с.26-27; то же в Интернете: http://www.rustm.net/catalog/article/453.html

ПРИМЕЧАНИЯ

1 ГОСТ Р 51251-99. Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка.

2 CEN EN 779-93. Фильтры очистки воздуха от частиц для общей вентиляции. Требования, методы испытаний, маркировка.

3 Eurovent 4/5. Метод испытания воздушных фильтров в общих вентиляционных системах» 1976

4 Eurovent 4/9. Метод испытания воздушных фильтров, используемых в общих вентиляционных системах, по фракционной эффективности, 1992

5 ASHRAE Standart 52.2P draft 5. Метод испытания воздухоочистительных устройств на эффективность очистки по размеру частиц, 1995

6 CEN EN 1822-98. Высокоэффективные фильтры (HEPA и ULPA) очистки воздуха от частиц.

7 Стандарт IES-RP-CC-007.1. Испытание ULPA фильтров.

8 Руководство по испытанию и оценке воздушных фильтров для систем приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. - ЦНИИПромзданий Госстроя СССР, М., 1975.

9 ГОСТ 8002-74 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Воздухоочистители. Методы стендовых безмоторных испытаний

10 Мухамеджанов Г.К. и др. Расчетно-экспериментальное исследование характеристик нетканых материалов // Технический текстиль № 2, 2001, с. 28-31, 43.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ