Wstęp

Filtry powietrza to podstawowe podzespoły w centralach wentylacyjnych. Są niezbędne do zapewnienia wysokiej jakości powietrza wewnątrz budynków oraz utrzymania optymalnej efektywności systemów HVAC. Szczególnie w placówkach medycznych, gdzie standardy higieniczne są wyjątkowo wysokie, odpowiednia filtracja powietrza ma bezpośredni wpływ na zdrowie pacjentów i personelu. Jednak nie tylko w placówkach medycznych, ale również w innych typach budynków, stan filtrów powietrza znacząco wpływa na wydajność systemu oraz zużycie energii.

W tym artykule przyjrzymy się różnym rodzajom filtrów powietrza stosowanych w centralach wentylacyjnych oraz omówimy, jak cykl pracy filtrów – od momentu ich instalacji do momentu wymiany – wpływa na efektywność systemu wentylacyjnego. Skoncentrujemy się na tym, jak stopniowe zanieczyszczanie filtrów zwiększa opory przepływu powietrza, co z kolei prowadzi do spadku wydajności systemu lub wzrostu poboru mocy, szczególnie w układach wyposażonych w czujniki ciśnienia.

Filtry powietrza w centralach wentylacyjnych w ujęciu normy ISO 16890

W połowie 2018 roku nastąpiła rewolucyjna zmiana w kwestii klasyfikacji i testowania filtrów powietrza. Nowa klasyfikacja filtrów została ustalona w oparciu o osiągnięty poziom ochrony przed cząstkami stałymi (PM) o różnych wielkościach w czterech kategoriach: Zgrubne, ePM10, ePM2,5 i ePM1.

Klasyfikacja na podstawie ISO 16890

  • ISO ePM1 : ePM1 min ≥ 50% ( wirusy, nanocząsteczki, spaliny)
  • ISO ePM2,5 : ePM2,5 min ≥ 50% ( bakterie, zarodniki grzybów i pleśni, pyłek, pył z tonera)
  • ISO ePM10 : ePM10 ≥ 50% (pyłek, pustynny pył)
  • ISO Coarse : ePM10 ≤ 50% (piasek, włosy

Nowa norma ISO obejmuje również filtry zgrubne. Filtry te pochłaniają mniej niż 50% cząstek stałych w grupie PM10 i są zaklasyfikowane jako „ISO filtry zgrubne”. Filtry te są testowane na podstawie wydajności w grupie PM10. A więc np. np. filtr z wynikiem na poziomie 50%% będzie określany jako PM Coarse %50

Filtry powietrza w centralach wentylacyjnych

W centralach wentylacyjnych stosuje się różnorodne filtry powietrza, dopasowane do specyficznych potrzeb danego obiektu i standardów czystości powietrza. W placówkach medycznych, gdzie wymagania są szczególnie rygorystyczne, stosuje się kilka stopni filtracji, aby zapewnić maksymalną ochronę przed zanieczyszczeniami. Poniżej przedstawiamy najczęściej stosowane w centralach wentyacyjnnych rodzaje filtrów:

1. Metalowe filtry przeciwtłuszczowe (klasy G2, G3, G4)

Służą jako pierwsza linia obrony przed większymi cząstkami zanieczyszczeń, takimi jak kurz, pył i tłuszcze. Są powszechnie stosowane w kuchniach, restauracjach i miejscach o wysokim poziomie zanieczyszczeń powietrza. Filtry te zatrzymują większe cząstki, chroniąc kolejne stopnie filtracji przed nadmiernym obciążeniem. Filtry klasy G2, G3 i G4 różnią się efektywnością, z G4 oferującym najwyższą skuteczność zatrzymywania cząstek.

2. Filtry z włókniny (klasy G4, F5, F7, F9)

Filtry z włókniny są kluczowym elementem systemów wentylacyjnych, a w placówkach medycznych często stanowią wstępny etap filtracji przed filtrami HEPA. Można je podzielić na dwie główne kategorie:

  • Filtry kasetowe: Charakteryzują się mniejszą długością, co pozwala na łatwiejszy montaż w ograniczonych przestrzeniach. Ich zaletą jest kompaktowa konstrukcja, ale mniejsza powierzchnia filtracyjna wymaga częstszej wymiany, co może prowadzić do wyższych kosztów eksploatacyjnych.
  • Filtry kieszeniowe: Mają większą powierzchnię filtracyjną dzięki dłuższej konstrukcji kieszeniowej. Zwiększona powierzchnia pozwala na dłuższe użytkowanie filtra, co oznacza rzadsze wymiany i niższe koszty operacyjne. Są idealne do zastosowań, gdzie wymagana jest wysoka wydajność przy minimalnej częstotliwości serwisowania.

Klasy filtrów włókninowych, od G4 do F9, różnią się skutecznością w zatrzymywaniu cząstek, gdzie F9 oferuje najwyższą ochronę przed drobnymi zanieczyszczeniami.

3. Filtry HEPA

Filtry HEPA (High-Efficiency Particulate Air) są nieodzowne w placówkach medycznych, szczególnie na oddziałach intensywnej terapii i w salach operacyjnych, gdzie czystość powietrza ma kluczowe znaczenie. Filtry te skutecznie zatrzymują drobne cząstki, w tym bakterie, wirusy i alergeny, zapewniając niemal sterylne warunki.

Zaznaczyć należy fakt, że stosowanie filtrów Hepa w centralach wentylacyjnych nie jest naszym zdaniem uzasadnione. Wynika to z faktu, że szczelność zamocowania filtrów w centralach wentylacyjnych spełnia kryteria klasy F9, a więc w przypadku zastosowania filtrów Hepa i tak regionem ramki filtra będą przedostawać się za filtr cząstki, które wychwytuje filtr F9.

W normie EN1822-1: 2009 zawarto metodykę badań filtrów HEPA oraz ustalono ich podział na trzy grupy:

EPA – to skuteczne filtry powietrza, oznaczane są literą E,

HEPA – czyli wysoko skuteczne filtr powietrza, o oznaczeniu literą H,

ULPA – to w filtry o najwyższej skuteczności ze wszystkich filtrów HEPA. Oznacza się je literą U. Filtry ULPA stosowane są wyłącznie w profesjonalnych systemach filtracji powietrza.

Wewnątrz każdej z grup wyróżnia się klasy oznaczane liczbą. W grupie EPA: E10, E11, E12; w grupie HEPA: H13 i H14; a w grupie ULPA: U15, U16 i U17. Filtry zalicza się do poszczególnych klas na podstawie skuteczności filtracji wyrażonej w procentach.

4. Filtry węglowe

Filtry węglowe stosuje się w celu usuwania zanieczyszczeń chemicznych oraz neutralizacji nieprzyjemnych zapachów. Są często używane w laboratoriach i innych miejscach, gdzie powietrze może zawierać substancje chemiczne wymagające neutralizacji.

5. Filtry elektrostatyczne

Filtry elektrostatyczne wykorzystują ładunek elektryczny do przyciągania i zatrzymywania drobnych cząstek, takich jak kurz i dym. Charakteryzują się wysoką efektywnością i są stosowane tam, gdzie wymagana jest skuteczna filtracja powietrza przy jednoczesnym zachowaniu niskiego spadku ciśnienia.

Filtry te charakteryzują się kilkoma istotnymi zaletami:

  • Skuteczność filtracji: Zatrzymują 70-85% pyłów PM1, 85-98% pyłów PM2,5 i ponad 99% pyłów PM10.
  • Niższe spadki ciśnienia: W porównaniu do filtrów włókninowych, filtry elektrostatyczne generują kilkukrotnie niższe spadki ciśnienia, które pozostają praktycznie stałe podczas całego cyklu pracy.
  • Oszczędność energii: Dzięki niższemu oporowi (ponad trzykrotnie mniejszemu niż w przypadku przeciętnego filtra kieszeniowego tej samej klasy), filtry elektrostatyczne zmniejszają ilość pobieranej energii przez silnik wentylatora o ponad 70% średnio w ciągu roku.
  • Skuteczność w usuwaniu zanieczyszczeń: Filtry elektrostatyczne skutecznie usuwają zanieczyszczenia, których nie można zatrzymać za pomocą klasycznych filtrów włókninowych, takie jak wirusy, bakterie, roztocza, dym papierosowy i pary związków chemicznych.
  • Bezpieczeństwo użytkowania: Ładunek elektrostatyczny nie jest niebezpieczny dla człowieka, co czyni te filtry bezpiecznymi w użytkowaniu. Przykładem może być ich zastosowanie w ploterach drukujących, gdzie papier jest przytrzymywany za pomocą ładunku elektrostatycznego.
  • Wielokrotność użytku: Filtry elektrostatyczne można regenerować poprzez zanurzenie w roztworze z detergentem, co sprawia, że są ekonomiczne w dłuższym okresie użytkowania.

6. Filtry antysmogowe

Filtry antysmogowe są specjalnie zaprojektowane, aby zatrzymywać cząstki smogu i inne zanieczyszczenia pochodzące z zanieczyszczonego powietrza zewnętrznego. Są szczególnie przydatne w obszarach miejskich, gdzie poziom zanieczyszczeń jest wysoki. W placówkach medycznych, gdzie jakość powietrza musi być utrzymana na wysokim poziomie, filtry te stanowią dodatkową warstwę ochrony

7. Filtry adsorpcyjne

Filtry adsorpcyjne są stosowane do usuwania z powietrza gazów i lotnych związków organicznych (VOC). Ich działanie opiera się na zdolności materiału filtracyjnego do wiązania zanieczyszczeń chemicznych na swojej powierzchni. Filtry te są idealne do zastosowań w laboratoriach i innych miejscach, gdzie występują zanieczyszczenia gazowe.

Każdy z tych filtrów pełni kluczową rolę w utrzymaniu czystości powietrza w różnych typach placówek. Regularna konserwacja i odpowiednia wymiana filtrów są niezbędne, aby zapewnić ich optymalne działanie przez cały cykl pracy.

Filtracja w placówkach medycznych

W placówkach medycznych, takich jak szpitale, laboratoria i inne miejsca o podwyższonych wymaganiach higienicznych, stosuje się zaawansowane systemy filtracji powietrza, aby zapewnić najwyższą jakość powietrza. Standardowo stosuje się tu trójstopniowy system filtracji, jednak w niektórych przypadkach można dodać dodatkowy, opcjonalny stopień filtracji, wykorzystując filtry elektrostatyczne.

Trójstopniowy system filtracji w placówkach medycznych

  1. Pierwszy stopień filtracji: G4 lub M5
  2. Filtry G4 lub M5 są pierwszym stopniem filtracji, zatrzymującym większe cząstki, takie jak kurz, pyłki i włókna. Chronią one kolejne stopnie filtracji przed nadmiernym zanieczyszczeniem i są dostępne zarówno w wersji kasetowej, jak i kieszeniowej.
  3. Drugi stopień filtracji: F7 lub F9
    1. Filtry F7 lub F9 stanowią drugi stopień filtracji, odpowiedzialny za zatrzymywanie mniejszych cząstek zanieczyszczeń. Są one kluczowe w zapewnieniu wysokiej jakości powietrza w pomieszczeniach, gdzie wymagany jest wyższy poziom czystości.
  4. Opcjonalny stopień filtracji: Filtry elektrostatyczne
    1. Filtry elektrostatyczne mogą być stosowane jako dodatkowy stopień filtracji pomiędzy filtrami F9 a filtrami HEPA.
  5. Trzeci stopień filtracji: Filtry HEPA (H10, H11, H13, H14)
    1. Filtry HEPA (High-Efficiency Particulate Air) klasy H10, H11, H13, H14 są ostatnim etapem filtracji, szczególnie w pomieszczeniach czystych w placówkach medycznych. Filtry te zatrzymują najmniejsze cząstki, takie jak bakterie, wirusy i alergeny, zapewniając najwyższy poziom czystości powietrza.

Wpływ zabrudzenia filtrów na wydajność systemu

W placówkach medycznych, gdzie jakość powietrza jest kluczowa, zanieczyszczenie filtrów może znacząco wpłynąć na wydajność systemu wentylacyjnego. W miarę jak filtry się zanieczyszczają, ich przepustowość maleje, co prowadzi do wzrostu oporu przepływu powietrza i zwiększenia poboru mocy przez wentylatory. W przypadku filtrów elektrostatycznych ich zaletą jest stabilność oporu przez cały cykl pracy, co pozwala na utrzymanie niskiego zużycia energii.

Regularne monitorowanie stanu filtrów i ich wymiana zgodnie z harmonogramem serwisowym jest niezbędne, aby zapewnić optymalne działanie systemu wentylacyjnego i bezpieczeństwo pacjentów.

Cykl pracy filtrów powietrza – od wymiany do wymiany

Efektywność działania central wentylacyjnych zależy w dużej mierze od stanu filtrów powietrza. W miarę jak filtry się zanieczyszczają, stopniowo zwiększa się opór przepływu powietrza, co wpływa na wydajność całego systemu. Zrozumienie cyklu pracy filtrów – od momentu ich instalacji do wymiany – jest kluczowe dla utrzymania optymalnej efektywności energetycznej i jakości powietrza.

Nowe filtry – niski opór i wysoka wydajność

Zaraz po instalacji nowych filtrów, opór przepływu powietrza jest minimalny, co przekłada się na wysoką wydajność systemu i niskie zużycie energii. Filtry kasetowe i kieszeniowe, a także filtry elektrostatyczne i HEPA, działają najefektywniej, gdy są świeżo zamontowane. W tej fazie centrala wentylacyjna pracuje przy minimalnym poborze mocy, co oznacza niższe koszty operacyjne.

Stopniowe zanieczyszczanie filtrów – wzrost oporu i zużycia energii

Z biegiem czasu filtry zaczynają się zanieczyszczać, zatrzymując coraz więcej cząstek z powietrza. W przypadku filtrów włókninowych, zarówno kasetowych, jak i kieszeniowych, opór przepływu powietrza stopniowo rośnie, co zmusza centralę wentylacyjną do pracy z większą mocą, aby utrzymać odpowiedni przepływ powietrza. To prowadzi do zwiększenia poboru energii i spadku efektywności systemu.

Stabilność filtrów elektrostatycznych

W przeciwieństwie do filtrów włókninowych, filtry elektrostatyczne zachowują stabilny opór przepływu powietrza przez cały cykl pracy. Dzięki temu centrala wentylacyjna nie musi zwiększać mocy, co pozwala na oszczędność energii. Ponadto filtry elektrostatyczne są w stanie zatrzymywać nie tylko większe cząstki, ale także mniejsze zanieczyszczenia, takie jak wirusy i bakterie, co sprawia, że są one szczególnie przydatne w placówkach medycznych.

Krytyczny punkt – konieczność wymiany filtrów

W pewnym momencie zanieczyszczenie filtrów osiąga poziom, który znacznie obniża wydajność systemu. W przypadku filtrów włókninowych, zarówno kasetowych, jak i kieszeniowych, oznacza to, że opór przepływu powietrza staje się na tyle wysoki, że dalsze użytkowanie staje się nieekonomiczne. W systemach z czujnikami ciśnienia, centrala automatycznie zwiększa moc wentylatorów, aby utrzymać przepływ powietrza, co prowadzi do znacznie wyższych kosztów energetycznych. W tym momencie niezbędna jest wymiana filtrów, aby przywrócić optymalną wydajność systemu.

Wpływ na zdrowie i komfort

W placówkach medycznych, gdzie jakość powietrza ma bezpośredni wpływ na zdrowie pacjentów, regularna wymiana filtrów jest kluczowa. Zanieczyszczone filtry nie tylko zwiększają koszty operacyjne, ale także mogą prowadzić do pogorszenia jakości powietrza, co w skrajnych przypadkach może zagrażać zdrowiu użytkowników. Dlatego tak ważne jest przestrzeganie harmonogramu wymiany filtrów i monitorowanie ich stanu.

Wpływ zabrudzenia filtrów na efektywność energetyczną

Zanieczyszczone filtry powietrza mają istotny wpływ na efektywność energetyczną systemów wentylacyjnych. W miarę jak filtry ulegają zabrudzeniu, rośnie opór przepływu powietrza.

Zwiększenie oporu przepływu powietrza

Wraz ze wzrostem zanieczyszczeń gromadzących się na filtrach, powietrze napotyka na większy opór podczas przepływu przez system. W przypadku układów standardowych następuje wówczas spadek wydajności wentylacji, który zależnie od stopni i klas filtracji może sięgać nawet 40-50 %. Z kolei w układach, gdzie czujniki ciśnienia lub czuniki przepływu dążą do utrzymania stałej wydajności – wentylatory są zmuszane do intensywniejszej pracy, co zwiększa pobór energii. W placówkach medycznych, gdzie systemy HVAC muszą zapewniać stały przepływ powietrza o wysokiej jakości, skutki takiego wzrostu oporu mogą być szczególnie dotkliwe.

Koszty energetyczne i wpływ na budżet

Koszty związane z wzrostem zużycia energii są jednym z głównych argumentów przemawiających za regularną wymianą filtrów. W systemach wentylacyjnych wyposażonych w czujniki ciśnienia, które automatycznie dostosowują moc wentylatorów do oporu przepływu, wzrost poboru mocy może prowadzić do znacznego wzrostu rachunków za energię. W dłuższej perspektywie zaniedbanie regularnej wymiany filtrów może skutkować nie tylko wyższymi kosztami operacyjnymi, ale także większym zużyciem sprzętu, co może prowadzić do kosztownych napraw lub konieczności wymiany urządzeń.

Porównanie efektywności filtrów elektrostatycznych i włókninowych

Filtry elektrostatyczne wyróżniają się stabilnością oporu przepływu powietrza przez cały cykl pracy. Dzięki temu, w porównaniu do filtrów włókninowych, które stają się coraz bardziej zanieczyszczone i zwiększają opór przepływu, filtry elektrostatyczne pozwalają na znaczne oszczędności energetyczne. Szacuje się, że dzięki ich zastosowaniu można zmniejszyć pobór mocy przez silnik wentylatora o ponad 70% w skali roku, co przekłada się na realne oszczędności w budżecie placówki.

Znaczenie monitorowania i konserwacji

Regularne monitorowanie stanu filtrów i ich wymiana jest kluczowe dla utrzymania efektywności energetycznej systemu wentylacyjnego. Przestrzeganie harmonogramu konserwacji filtrów nie tylko zapewnia optymalne działanie systemu, ale także pozwala uniknąć niepotrzebnych kosztów związanych z nadmiernym zużyciem energii. W placówkach medycznych, gdzie koszty operacyjne są ściśle monitorowane, inwestycja w regularne serwisowanie filtrów przynosi wymierne korzyści zarówno pod względem finansowym, jak i jakości powietrza.

Zalecenia dotyczące konserwacji i wymiany filtrów

Aby systemy wentylacyjne działały efektywnie i niezawodnie, konieczne jest regularne monitorowanie i serwisowanie filtrów powietrza. W placówkach medycznych oraz innych budynkach o wysokich wymaganiach dotyczących jakości powietrza, odpowiednie zarządzanie cyklem wymiany filtrów jest kluczowe dla zapewnienia optymalnej wydajności i bezpieczeństwa.

Najlepsze praktyki w konserwacji filtrów

  1. Regularne monitorowanie: W systemach wentylacyjnych, szczególnie tych wykorzystywanych w placówkach medycznych, zaleca się regularne monitorowanie stanu filtrów. Czujniki ciśnienia mogą dostarczyć cennych informacji na temat wzrostu oporu przepływu powietrza, co wskazuje na konieczność wymiany filtrów.
  2. Harmonogram wymiany: Opracowanie i przestrzeganie harmonogramu wymiany filtrów jest kluczowe. W zależności od rodzaju filtra, jego klasy oraz intensywności użytkowania systemu, filtry powinny być wymieniane zgodnie z zaleceniami producenta lub w odpowiedzi na monitorowane parametry.
  3. Regeneracja filtrów elektrostatycznych: Filtry elektrostatyczne, jako filtry wielokrotnego użytku, mogą być regenerowane poprzez zanurzenie w roztworze z detergentem. Regularna regeneracja pozwala na utrzymanie ich wysokiej efektywności przy minimalnym zużyciu energii.
  4. Inspekcja wizualna: W przypadku central wentylacyjnych w wykonaniu higienicznym, wyposażonych w okna inspekcyjne (tzw. „bulaje”) oraz wewnętrzne oświetlenie, możliwa jest wizualna ocena stanu filtrów bez konieczności zatrzymywania centrali. Jest to szczególnie istotne w placówkach medycznych, które pracują 24 godziny na dobę, gdzie nieprzerwane działanie systemu wentylacyjnego jest kluczowe dla zapewnienia ciągłości operacji i bezpieczeństwa pacjentów. Regularne inspekcje wizualne pomagają w wykryciu zanieczyszczeń lub uszkodzeń filtrów, umożliwiając ich szybką wymianę lub serwisowanie.
  5. Wybór odpowiednich filtrów: Dobór odpowiednich filtrów zależy od specyfiki budynku oraz wymagań dotyczących jakości powietrza. W placówkach medycznych, gdzie standardy czystości są wyjątkowo wysokie, zaleca się stosowanie trójstopniowego systemu filtracji, z opcjonalnym dodaniem filtrów elektrostatycznych.

Podsumowanie

Filtry powietrza w centralach wentylacyjnych odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu jakości powietrza i efektywności energetycznej systemów HVAC. W placówkach medycznych, gdzie wymagania dotyczące czystości powietrza są szczególnie wysokie, odpowiednie zarządzanie cyklem pracy filtrów – od ich instalacji do wymiany – ma bezpośredni wpływ na zdrowie pacjentów i personelu, a także na koszty operacyjne.

Regularne monitorowanie stanu filtrów, przestrzeganie harmonogramu ich wymiany oraz stosowanie zaawansowanych technologii filtracji, takich jak filtry elektrostatyczne, to kluczowe elementy skutecznej strategii utrzymania jakości powietrza na odpowiednim poziomie. Inwestycja w odpowiednie filtry i ich konserwację przynosi wymierne korzyści zarówno pod względem bezpieczeństwa, jak i efektywności energetycznej.

Wybór odpowiednich rozwiązań filtracyjnych oraz regularne serwisowanie systemów wentylacyjnych to kroki, które każda placówka, zwłaszcza medyczna, powinna podjąć, aby zapewnić optymalne warunki pracy i zdrowie użytkowników