Filtrace atmosférického vzduchu II

2 Třídění a použití filtrů

Pro měření a hodnocení filtrů bylo v průběhu let vyvinuto a používáno mnoho zkušebních metod, které byly zpočátku firemní a později národní. V současné době je tendence k vytvoření mezinárodních norem a standardů, které vedou ke sjednocení normalizace a zjednodušení při užívání a nabídce filtrů.

Dle současné mezinárodní normalizace v Evropě a ČSN se vzduchové filtry dělí na filtry atmosférického vzduchu pro odlučování částic u běžného větrání, které se zkouší a třídí dle převzaté evropské normy ČSN EN 779 a na filtry s vysokou účinností (vysoce účinné filtry), které se zkouší a třídí dle převzaté normy ČSN EN 1822.

2.1 Filtry pro běžné větrání

Evropská norma EN 779 z roku 1993 byla v ČR v roce 1995 převzata překladem - ČSN EN 779 "Filtry atmosférického vzduchu pro odlučování částic u běžného větrání". Norma EN 779 vycházela z původních norem sdružení evropských výrobců vzduchotechnických zařízení EUROVENT 4/5 a americké ASHRAE 52-68 a je proto možné říci, že se používala celosvětově.

V roce 2003 došlo k novelizaci normy a do naší normalizační struktury byla zařazena jako ČSN EN 779 "Filtry na odlučování částic pro všeobecné větrání - Stanovení filtračních parametrů". Měření a následné hodnocení se provádí na zkušebním zařízení, které umožňuje podávání zkušebního syntetického prachu do vzduchu a původní zkouška atmosférickým vzduchem a vyhodnocení tzv. opacitometrické odlučivosti bylo nahrazeno jasně definovaným měřením odlučivosti částic střední velikosti 0,4 μm s použitím optických počítačů částic. V novelizaci tak byla respektována kritika původní procedury měření s použitím atmosférického vzduchu a zatřídění jemných filtrů podle střední hodnoty opacitometrické odlučivosti a respektováno doporučení, které pro zatřídění jemných filtrů vycházelo z předpisu EUROVENT 4/9, které doporučovalo zatřiďovat jemné filtry podle střední hodnoty odlučivosti pro částice 0,4 μm.

Vlastní zkouška na zatřídění hrubých a jemných filtrů se skládá z postupného měření tlakové ztráty, zkoušky na počtovou odlučivost filtru pro kapalný aerosol DEHS (DiEthylHexaSebacate - C₂₆H₅₀O₄) v rozmezí velikostí částic 0,2 - 3,0 μm s tím, že pro zatřídění se používá kanál s intervalem velikostí, kde střední velikost částice je 0,4 μm a zkoušky na syntetický prach.

Zkouší se ty filtry, kde počáteční odlučivost pro částice 0,4 m je menší než 98 %.

Zkouška končí po dosažení tlakové ztráty filtru 250 Pa u hrubých filtrů třídy G nebo 450 Pa u jemných filtrů třídy F nebo jestliže u dané dávky syntetického prach je zjištěná odlučivost na syntetický prach nižší než 75 % maximání hodnoty nebo 2 zjištěné hodnoty jsou nižší než 85 % maximální hodnoty.

Jestliže střední odlučivost na aerosolové částice E_m je nižší než 40 %, filtr je zařazen mezi hrubé filtry a jeho zatřídění je provedeno podle střední odlučivosti na syntetický prach A_m. Jestliže E_m ≥ 40 %, filtr je zařazen mezi jemné filtry a konkrétní zatřídění je podle dosažené hodnoty E_m dle následující tabulky.

Zkušební syntetický prach "ASHRAE test dust" je směsí jemného písku, sazí a bavlněných vláken a je nutné použít originální směsný prach od amerického výrobce. Odlučivost na syntetický prach A se zjišťuje vážením (gravimetricky) podle podané hmotnosti dávky prachu a nárůstu hmotnosti koncového filtru, který je v trati umístěn za zkoušeným filtrem.

Hranice odpovídajících středních odlučivostí A_m a E_m u jednotlivých tříd filtrů jsou uvedeny v následující tab. 1.

Třída filtru		Hraniční hodnoty třídy
		Am (%)	Em (%)
hrubý	G 1	Am < 65	-
	G 2	65 ≤ Am < 80	-
	G 3	80 ≤ Am < 90	-
	G 4	90 ≤ Am	-
jemný	F 5	-	40 ≤ Em < 60
	F 6	-	60 ≤ Em < 80
	F 7	-	80 ≤ Em < 90
	F 8	-	90 ≤ Em < 95
	F 9	-	95 ≤ Em

Tab. 1 Třídy filtrů podle ČSN EN 779

2.2 Vysoceúčinné filtry

Evropská norma EN 1822 pro zkoušení a třídění vysoceúčinných filtrů se skládá z 5 částí a ČR v letech 1999 a 2001 normu převzala v původní anglické verzi. Názvy jednotlivých částí jsou:

ČSN EN 1822-1 Vysoce účinné filtry vzduchu (HEPA a ULPA) - Část 1: Klasifikace, ověřování vlastností, označování,
ČSN EN 1822-2 Vysoce účinné filtry vzduchu (HEPA a ULPA) - Část 2: Výroba aerosolu, měřicí zařízení, statistické počítání částic,
ČSN EN 1822-3 Vysoce účinné filtry vzduchu (HEPA a ULPA) - Část 3: Zkušební média plochých filtrů (Pozn. nesprávný překlad ČNI, správně Zkoušení plochých filtračních médií),
ČSN EN 1822-4 Vysoce účinné filtry vzduchu (HEPA a ULPA) - Část 4: Stanovení propustnosti filtračních prvků,
ČSN EN 1822-5 Vysoce účinné filtry vzduchu (HEPA a ULPA) - Část 5: Stanovení účinnosti filtračních prvků.

Norma zavádí použití nové moderní měřicí techniky, založené na přímém počítání jednotlivých částic ve zkušebním aerosolu nebo je možné použít jiných přístrojů a používat monodisperzní aerosol s možností změny velikosti částic. Norma je na volbě zařízení poměrně benevolentní, stanovuje pouze podmínky.

Měření a třídění filtrů je v zásadě založené na zjišťování odlučivosti pro částice, které filtračním materiálem i vlastním filtrem nejvíce pronikají, tzv. MPPS (Most Penetrating Particle Size). Nejprve se zkouší filtrační materiál při jmenovité filtrační rychlosti a stanoví velikost částice MPPS. Stanovení MPPS se provádí měřením odlučivosti, resp. průniku pro nejméně šest monodisperzních aerosolů s různou velikostí částic nebo s použitím jednoho zkušebního polydisperzního aerosolu a vyhodnocením frakční odlučivosti pro nejméně šest velikostních intervalů aerosolu. Jako látka pro zkušební aerosol se doporučuje DEHS (DiEthylHexaSebacate), DOP (DiOctylPhtalate) nebo parafínový olej.

Po stanovení velikosti částice MPPS následuje zkouška filtru s aerosolem, jehož střední velikost odpovídá zjištěné velikosti MPPS. Filtr se zkouší jednak jako celek - celková hodnota odlučivosti, jednak od třídy H 13 se sondováním napříč celým průřezem filtru zjišťuje místní hodnota odlučivosti. Toto je nutné zajišťovat z důvodu, že netěsnosti způsobené vadou materiálu nebo jeho manipulací bývají řádově velmi malé (jednotky μm²) a vůči celé ploše filtračního materiálu (jednotky m² ) jsou zanedbatelné a nemohou být tedy identifikovány při měření celkové odlučivosti.

Zařazení filtru do některé z tříd se provádí porovnáním zjištěných hodnot s příslušnými mezními hodnotami uvedenými v tab. 2. K zařazení filtru do dané třídy musí být splněny obě podmínky. Filtry se v zásadě dělí na "HEPA" (High Efficiency Particulate Air Filter), označené H 10 - H 14 a "ULPA" (Ultra Low Penetrating Air Filter), označené U 15 - U 17. Velikost částice MPPS, podle které se vysoceúčinné filtry zatřiďují, se u většiny filtrů pohybuje v rozsahu 0,2 - 0,5 μm a přibližně pokrývá rozsah charakteristických velikostí zkušebních aerosolů, které se dříve u nás i ve světě používaly při zkoušení a třídění filtrů.

Třída filtru	Celková hodnota		Přípustná místní netěsnost
	Odlučivost (%)	Průnik (%)	Odlučivost (%)	Průnik (%)
H 10	85	15	-	-
H 11	95	5	-	-
H 12	99,5	0,5	-	-
H 13	99,95	0,05	99,75	0,25
H 14	99,995	0,005	99,975	0,025
U 15	99,9995	0,0005	99,9975	0,0025
U 16	99,99995	0,00005	99,99975	0,00025
U 17	99,999995	0,000005	99,9999	0,0001

Tab. 2 Třídění vysoceúčinných filtrů dle ČSN EN 1822

Tab. 2 Třídění vysoceúčinných filtrů dle ČSN EN 1822

Praktické využití výsledků dle uvedených norem je pro uživatele velmi omezené. Naměřené účinnosti na syntetický i atmosférický prach a naměřené jímavosti na syntetický prach nejsou přímo aplikovatelné do praxe. Výsledky měření tak slouží zejména výrobcům pro vzájemné porovnání filtrů a filtračních materiálů. Pro uživatele zde schází základní informace o odlučovacích schopnostech filtrů, vyjádřených závislostí frakční odlučivosti na velikosti částice O_f (a), podle které je možno při použití filtru předpokládat účinnost odloučení určitých typických částic, např. cigaretového kouře nebo organických příměsí (např. pylů, plísní, bakterií, virů).

Měření frakční odlučivosti filtrů se s rozvojem nových měřicích metod s využitím počítačů částic stalo v posledních letech stalo hybnou silou všech metod měření a renomovaní výrobci filtrů tak kromě třídy filtrů uvádějí ve svých materiálech i výsledky těchto měření. Na obr. 5 jsou např. uvedeny rozsahy frakční odlučivosti u filtrů jednotlivých tříd dle GEA LVZ, a.s. Výsledky byly získány měřením frakčních odlučivostí pomocí počítače částic LAS-X. Z obrázku je např. zřejmé, že hrubé filtry G jsou použitelné pouze pro odlučování částic větších než 1 μm. Z odlučovacích schopností filtrů jednotlivých tříd vychází i doporučení pro jejich použití při běžném větrání.

Obr. 5 Rozsahy frakčních odlučivostí u filtrů jednotlivých tříd dle GEA LVZ, a.s.

2.4 Doporučení pro použití filtrů podle jednotlivých tříd

Filtry atmosférického vzduchu se používají ve větracích a klimatizačních zařízeních k odstranění nečistot, které se v atmosférickém vzduchu vyskytují. Třída filtrů se volí podle výskytu nečistot ve vzduchu a požadavku na čistotu prostoru, do kterého je vzduch přiváděn. Požadavky na čistotu prostoru závisí na činnosti osob nebo na požadavcích výrob a technologií. Filtrace musí rovněž zajistit ochranu vlastního větracího a klimatizačního zařízení před znečištěním a u speciálních technologií (např. zdravotnictví, farmacie, biotechnologie) i ochranu před kontaminací.

Pevné a kapalné příměsi jsou součástí venkovního vzduchu a jejich koncentrace a složení kolísá podle místních podmínek, ročního období i v průběhu dne. Největší znečištění vzduchu je ve velkých městech a v okolí průmyslových podniků, kde může dosahovat až 1 mg/m³, nejmenší na venkově, < 0,1 mg/m³. Příměsi jsou různého chemického složení a jsou způsobené lidskou činností (doprava, průmysl) i přírodního původu (eroze hornin, sopečná činnost, příměsi rostlinného a živočišného původu). Částice větší než 20 μm rychle sedimentují a vyskytují se pouze v blízkosti jejich zdrojů. Částice menší než 0,1 μm (např. viry) snadno koagulují a vyskytují se často jako shluky o větších rozměrech 0,1 - 0,5 μm.

Běžně se za atmosférický prach považují částice v rozsahu velikostí 0,01 - 20 μm. Přibližně 99 % celkového počtu jsou částice menší než 1 μm, ale u hmotnostního rozdělení tyto částice představují pouze okolo 10 % celkové hmotnosti částic.

Z hlediska použití filtrů nás zajímají velikosti některých typických příměsí:

viry	0,005 - 0,1 μm
bakterie	0,2 - 20 μm (většinou 0,5 - 1,5 μm)
výtrusy hub, mechu, lišejníků a kapradin	2 - 120 μm
pyl	10 - 200 μm
plísně	2 - 100 μm
cigaretový kouř	0,01 - 1 μm (střední hodnota 0,5 μm)
olejová mlha	0,04 - 1 μm
saze	0,01 - 0,5 μm
kouř (spalování org. hmoty)	1 μm.

Při volbě filtrů pro běžné větrání (G 1 - F 9) je se vychází z praktických zkušeností a je nutno respektovat i diagram frakčních odlučivostí uvedený na obr. 5. Filtry G1 - G2 by se měly používat hlavně pro vláknitý prach, při vysokých koncentracích prachu, příp. u zařízení, které mají malé tlakové rezervy. Tam, kde je nutné zajistit, aby se mikroorganismy nedostaly do klimatizovaného prostoru, je nutné použít filtr nejméně třídy F7.

Použití hrubých filtrů

G 1 - G 2	Všeobecně	Typické příklady použití
účinné pro vláknitý prach poměrně účinné pro částice větší než 10 μm systémy s nejnižšími požadavky na filtraci předfiltry pro vyšší koncentraci prachu		první stupeň filtrace u vícestupňových zařízení filtry pro klimatizaci a větrání v textilních provozech jednoduché okenní a podokenní klimatizátory ochrana výměníků, zvlhčovačů a ventilačních systémů systémy větrání v těžkých provozech

G 3 - G 4	Všeobecně	Typické příklady použití
účinné proti pylu a zvířenému prachu		ochrana výměníků, zvlhčovačů a ventilačních systémů vytápěcí a větrací systémy průmyslových podniků filtrace v dopravních prostředcích filtrace garáží, obchodních domů vzduchové clony, sportovní haly předfiltry pro klimatizační zařízení

Použití jemných filtrů

Doporučuje se použít předfiltrů G 1 - G 4

F 5 - F 6	Všeobecně	Typické příklady použití
málo účinné proti sazím, olejové mlze a tabákovému kouři a kouři z technologických procesů částečně účinné proti výtrusům a bakteriím		větrací a klimatizační systémy pro školy, shromažďovací místnosti, restaurace, sportovní haly, kancelářské budovy v průmyslu pro větrání provozů s vyššími nároky na čistotu (chemický, papírenský, výroba synt. hmot, méně náročné výroby přesné mechaniky a optiky)

F 7	Všeobecně	Typické příklady použití
účinné proti bakteriím, výtrusům částečně účinné proti sazím, olejové mlze, tabákovému kouři, kouři z technolog. provozů		větrací a klimatizační zařízení pro laboratoře, nemocniční pokoje, kancelářské budovy, divadla, kuchyně, obchody s potravinami v průmyslu pro telefonní ústředny, výrobu potravin, dílny přesné mechaniky a optiky, rozhlasová a televizní studia, přívod vzduchu do stříkacích boxů

F 8 - F 9	Všeobecně	Typické příklady použití
velmi účinné proti sazím, olejové mlze, tabákovému kouři, kouři z technologických procesů, bakteriím		operační sály, výzk. zkušebny a laboratoře provozy chemické a farmaceutické výroby pomocné prostory sterilizačních pracovišť a operačních sálů 2. stupeň filtrace pro vysoceúčinnou filtraci

Použití vysoceúčinných filtrů

Filtry se používají jako druhý nebo třetí stupeň filtrace, je nutné předřadit filtry tříd G a F.

H 10	Všeobecně	Typické příklady použití
dobře účinné proti všem druhům prachů a aerosolů		metrologické laboratoře pro kalibraci laboratoře pro optiku, elektroniku a biologii operační sály dodávka vzduchu pro jaderné elektrárny

H 11	Všeobecně	Typické příklady použití
velmi účinné pro všechny druhy prachů a aerosolů, včetně virů		shodné jako pro použití filtrů H 10, pouze pro náročnější aplikace

H 12 - H13	Všeobecně	Typické příklady použití
vysoce účinné pro všechny druhy prachů a aerosolů, včetně virů		základní filtr pro všechny čisté prostory třídy 100 - 100 000 (dle FED-STD-209e) a s tím související aplikace v různých oblastech průmyslu, zdravotnictví a výroby léků odsávací systémy pracující s nebezpečnými aerosoly (jaderná energetika, zdravotnictví, biologické prostory)

H 14 a vyšší	Všeobecně	Typické příklady použití
vysoce účinné pro všechny druhy prachů a aerosolů včetně virů		filtrace čistých prostorů tříd 10 a lepších dodávka vzduchu pro biotechnologie

Použitá literatura

Hemerka J.: Odlučování tuhých částic, Vydavatelství ČVUT, 2000
Nový R. a kol.: Technika prostředí, Vydavatelství ČVUT, 2006 (kapitola 6)
Székyová M., Ferstl K., Nový R.: Větrání a klimatizace, Vydavatelství JAGA, Bratislava,2006 (kapitola 10.4)
Firemní literatura