Види фільтрів

Очищення припливного вентиляційного повітря

Загальні відомості

В атмосферному повітрі завжди є пилові частинки. Кількість пилу в повітрі залежить від ряду факторів природного характеру та антропогенної дії на навколишнє середовище, а саме від ступеня благоустрою та розташування населених міст, від щільності зелених насаджень, від характеру технологічних процесів промислових підприємств, які розташовані в даному населеному пункті, від інтенсивності руху транспортних засобів, стану дорожнього покриття тощо.

Ступінь забрудненості атмосферного повітря залежить від середньодобової концентрації пилу в ньому (мг/м³). Дуже сильно забруднене повітря при концентрації пилу більше 3, сильно забруднене, коли концентрація дорівнює 1, слабо забруднене при концентрації більше 0,15, але менше 0,5, і чисте при концентрації пилу до 0,15.

Очищення припливного повітря необхідне для окремих приміщень з підвищеними вимогами до чистоти повітря як промислових, так і житлових, громадських та адміністративно-побутових будівель, а саме: підприємств приладобудування, радіоелектроніки, оптичних та годинникових заводів, а також картинних галерей, музеїв, кінотеатрів, театрів, лікувальних та лікувально-профілактичних закладів тощо.

Відповідно до п. 4.12 [5] очищення повітря від пилу в системах з механічним спонуканням треба проектувати так, щоб вміст пилу в припливному повітрі не перевищував:

а) ГДК в атмосферному повітрі населених пунктів - при подачі його в приміщення житлових і громадських будівель;

б)30% ГДК в повітрі робочої зони - при подачі його в адміністративно-побутові та виробничі будівлі;

в)допустимих концентрацій з технічних умов на вентиляційне обладнання. Крім цього, очищення зовнішнього повітря від пилу дозволяється не

передбачати в системах вентиляції з механічним спонуканням для приміщень, в яких більше 50% необхідної витрати повітря в теплий період року подається через відкриті прорізи (вікна, фрамуги, двері тощо).

При вирішенні зовнішньої задачі з метою захисту навколишнього середовища норми [54] обмежують також допустимий вміст пилу в повітрі, яке викидається в атмосферу системами місцевої та загальнообмінної витяжної вентиляції.

При продуктивності систем вентиляції (витяжних)більше 15 тис. м³/год концентрація пилу в повітрі визначається залежністю

q = 100 k,

при обємі повітря системи витяжної вентиляції до 15тис. м³/год допустима концентрація пилу визначається залежністю

q = (l60-4.L)

де q - допустима концентрація пилу, мг/м³; L - обєм повітря, що видаляється, тис.м³/год; к- поправковий коефіцієнт, який залежить від ГДК пилу (табл. 8.1).

Таблиця 1 Поправковий коефіцієнт k

Вибір способу очищення повітря залежить від характеру, концентрації і дисперсності пилу, а також від технічних характеристик пиловловлюючих пристроїв.

Повітряні фільтри. Класифікація фільтрів і їх основні показники

Припливне повітря, яке надходить у приміщення, очищується в повітряних фільтрах, які характеризуються невеликим аеродинамічним опором та габаритними розмірами, але, разом з тим, мають обмежену пиломісткість. За ефективністю дії фільтри поділяють на три класи (табл. 2).

Таблиця 2 Характеристика класів повітряних фільтрів

Для визначення експлуатаційних характеристик фільтрів в зарубіжній практиці використовують такі стандарти:

європейський стандарт EUROVENT 4/5 Європейського комітету виробників вентиляційного і пневматичного обладнання;

стандарт США ASHRAE 52-76 Американського товариства інженерів з опалення, холодильної техніки і кондиціонування повітря;

стандарт Великобританії BS 6540 (для фільтрів грубого і тонкого очищення);

стандарт Великобританії BS 3928 (для фільтрів особливо тонкого очищення);

стандарт Росії EN 779 для фільтрів до девятого класу (попереднє очищення);

стандарт Росії EN 1882 для фільтрів надтонкого очищення.

Аналіз наведених стандартів свідчить про близьку схожість параметрів, які характеризують різні класи фільтрів.

В таблиці 3 наведена класифікація фільтрів відповідно до існуючих міжнародних стандартів.

Повітряні фільтри, залежно від технології очищення, поділяють на пористі змочені, пористі сухі і електричні. Номенклатура повітряних фільтрів подана в таблиці 4.

Таблиця 3 Міжнародна класифікація фільтрів

Таблиця 8.4 Номенклатура повітряних фільтрів [47]

Примітка до таблиці 4:

Пиломісткість фільтрів, крім самоочисних, зазначена при збільшенні їх опору порівняно з початковим приблизно в 3 рази. Опір самоочисних фільтрів залишається практично постійним.

Значення опору відносяться до чистих фільтрів при рекомендованих повітряних навантаженнях. Для електрофільтрів наведено два значення опорів: 10 Па для пристроїв без противиносних фільтрів і 50 Па при встановленні волокнистих фільтрів.

Уніфіковані фільтри типу Фя надходять із такими заповнювачами: ФяР - 12 гофрованих металевих сіток (ГОСТ 3826-66);

ФяВ - 12 гофрованих вініпластових сіток (СТУ 30-124-23-62);

ФяУ- пружний волокнистий фільтруючий матеріал ФСВУ (ТУ 21-01-369-70);

ФяП - модифікований пінополіуретан (МРТУ 6-05-1150-68).

Пиловловлювачі і фільтри контактної дії затримують пилові частинки при проходженні запиленого повітря через сухі або змочені пористі матеріали: тканину, папір, сітку із проволоки, полімерну сітку, шар синтетичних волокон, керамічних або металевих кілець тощо.

Електричні фільтри очищують повітря від завислих в ньому частинок шляхом іонізації їх при проходженні через електричне поле, яке створюється коронуючим електродом.

Робота фільтрів характеризується такими показниками, а саме:

ступенем очищення;

питомим повітряним навантаженням;

пиломісткістю;

аеродинамічним опором;

витратою електроенергії на очищення 1000 м³/год повітря;

вартістю очищення 1000 м³/год повітря;

періодом роботи фільтра між регенераціями;

площею робочої поверхні фільтра.

Ступінь очищення або ефективність очищення (коефіцієнт очистки) є відношення різниці масової витрати пилу, який знаходиться в повітрі до і після фільтра, до масової витрати пилу до фільтра, тобто

де G_n, G_K~ масова витрата пилу в повітрі, відповідно, до і після фільтра, мг/год. Крім цього, ступінь очищення може визначатися залежністю

де qп, q_K - концентрація пилу в повітрі, відповідно, до і після фільтра, мг/м³.

Якщо встановлено послідовно п фільтрів, тоді їхня сумарна ефективність визначається залежністю

де пі, гіг, Лп - ступені очищення в першому, другому, n-му фільтрі, %.

Питоме повітряне навантаження, L„_m, - це відношення обємної витрати повітря, яке очищується в фільтрі, до площі фільтруючої поверхні фільтра при максимальному ступені очищення і виражається в м³/год на 1 м².

Пиломісткість, П, тім², - це кількість пилу в грамах, яку може утримувати м² фільтруючої поверхні фільтра за період безперервної роботи між двома регенераціями фільтруючого шару.

Аеродинамічний опір фільтра, Рф, Па, - це різниця тисків на вході і виході фільтра.

Витрата електроенергії характеризується витратою електроенергії в кВтгод на очищення 1000 м³ повітря.

Вартість очищення повітря складається з капітальних затрат і експлуатаційних витрат.

Регенерація фільтра - це відновлення його початкових властивостей (до очищення). Регенерацію фільтра виконують після збільшення його початкового аеродинамічного опору в два рази.

Період роботи фільтра між регенераціями Z, діб, визначається залежністю

де П - пиломісткість фільтра, г/м²; q_n - початкова концентрація пилу до фільтра, г/м³; ті - ступінь очищення, доля одиниці; L_n„_T - питоме повітряне навантаження, м³/(м²-год).

Площа робочої поверхні фільтра визначається залежністю

де L - кількість повітря, яке очищується, м³/год.

Сухі пористі фільтри

Рулонні волокнисті фільтри ФРУ представляють собою коробчастий каркас, який у верхній і нижній частинах має катушки-барабани. На верхню катушку намотаний у вигляді рулону фільтрувальний матеріал, який перемотується на нижній барабан. Повітря, яке проходить через фільтр, залишає в ньому пил. Фільтрувальним матеріалом є тканина ФСВУ із пружного скловолокна. Довжина рулона в межах 15 -25 м. По мірі забруднення тканина перемотується з верхнього барабана на нижній.

Фільтри ФРУ застосовуються у припливних системах вентиляції з запиленістю атмосферного повітря до 1 мг/м³ і продуктивністю по повітрю від 20 до 120 тис. м³/год.

Ширина типових секцій фільтра 800, 1050 і 1600 мм залежно від ширини припливної установки. Конструктивно рулонний волокнистий фільтр ФРУ наведено на рисунку 8.1.

Рис. 1. Конструкція рулонного волокнистого фільтра ФРУ [1]: 1 - коробчастий каркас; 2 - катушки-барабани; 3 - електродвигун

Фільтри ФРУ можуть використовуватися як сухими, так і змоченими в результаті насичення фільтруючого матеріалу технічною оливою, яка дозволена гігієністами до використання при контакті з повітрям.

Використовуються також рулонні волокнисті фільтри ФРП, які як фільтруючий матеріал застосовують нетканий матеріал типу ФВН.

Ячейкові губчасті фільтри ФяП використовуються для очищення припливного повітря від пилу. Конструктивно - це площинна ячейка висотою 85 мм, яка заповнена шаром модифікованого пінополіуретану товщиною 20-25 мм. Для підвищення повітропроникності пінополіуретан оброблено розчином лугу. Технічні характеристики фільтра ФяП подано в таблиці 4. Регенерація фільтра виконується шляхом промивання ячейки холодною водою з наступним просушуванням. Ступінь очищення становить біля 80%. Фільтри ФяП застосовуються для сухого очищення припливного повітря від пилу при початковій запиленості не більше 10 мг/м³. Конструктивно фільтр ФяП зображено на рисунку 2, б.

Рис. 2. Конструкція фільтрів (а) ФяР і (б) ФяП

Фільтри грубого, тонкого і надтонкого очищення

Відповідно до класифікації використовують фільтри різних конструкцій з різноманітними фільтрувальними матеріалами.

В фільтрах грубого очищення застосовують металеві сітки чи тканину із синтетичних волокон. Конструктивно вони бувають у вигляді ячейок, фільтрувальних прошарків, гофрованих листів тощо (рис 3).

Рис 3. Фільтри грубого очищення:

а - із металевої сітки; б - із синтетичних волокон з прошарком; в - із гофрованих листів кишенькового типу

В фільтрах тонкого очищення застосовують склотканину, причому вона може просочуватися спеціальним розчином, і активоване вугілля. Конструктивно вони бувають кишенькового, складчастого, патронного і електростатичного типу (рис..4.)

Рис 4. Фільтри тонкого очищення: з - кишенькового типу; б - складчастого типу; є - патронного типу

В фільтрах патронного типу як фільтрувальний матеріал застосовують активоване вугілля, яке поглинає крім пилу і газоподібні речовини з неприємним запахом. Використання даного фільтра обмежується температурою повітря не більше 40°С та відносною вологістю повітря не більше 70%.

В фільтрах надтонкого очищення застосовують клеєні скловолокно і папір із субмікронних волокон. Конструктивно вони виконуються у вигляді

сухих панелей чи складчастих фільтрів (рис 5)

Рис 5. Фільтри надтонкого очищення: а - панельного типу; б- складчастого типу з паперу; в - складчастого типу з скловолокна; з - патронного типу

Всі фільтри встановлюються в сота, які виконані у вигляді рами, з можливістю їх заміни для регенерації.

Змочені пористі фільтри

Фільтри оливові ячейкові сітчасті конструкції Є. В. Рекка (ФяР) призначені для тонкого очищення зовнішнього повітря від пилу. Ячеикою даного фільтра є коробчастий каркас з габаритними розмірами 514x514 мм, який заповнений 12 гофрованими металевими сітками.

Підготовка до роботи фільтра відбувається шляхом насичення його висциновою оливою №2 або 3 з подальшим витримуванням для стікання надлишків оливи. Регенерація фільтра відбувається в результаті промивання його в гарячому (60 °С) содовому водяному розчині з подальшим просушуванням. Технічні характеристики фільтра ФяР подано в таблиці 8.4. Конструкція ячейки фільтра ФяР зображена на рис. 8.2, а. Ступінь очищення фільтра становить 80-90%, застосовується фільтр з початковою запиленістю повітря не більше 10 мг/м³.

Фільтри оливові ячейкові ФяВ мають аналогічну конструкцію фільтра ФяР. Фільтрувальним матеріалом фільтра ФяВ є гофровані вініпластові сітки, які знаходяться між двома фронтальними металевими сітками. Технічні характеристики подано в таблиці 4.

Фільтри оливові ячейкові з кільцями Рашига використовуються за аналогією до фільтрів ФяР і ФяП. Ячейка фільтра має розміри 520x520x140 мм, обєм якої заповнено кільцями Рашига (керамічні пустотні циліндрики з розрахунку 440шт на 1 ячейку). Ступінь очищення 95-98%. Приготування до роботи фільтра аналогічне фільтру ФяР.

Фільтри на основі матеріалу ФП (тканини академіка І. П. Петрянова)

Для тонкого та надтонкого очищення припливного повітря від пилу, а також мікроорганізмів та радіоактивних аерозолів використовують фільтри сухого очищення на основі фільтрувального матеріалу ФП, який отримано нашаруванням ультратонких волокон на підкладку із перхлорвінілу або ацетилцеллюлози.

Треба зазначити, що додатковий ефект очищення надає електричний заряд, який утворюється при проходженні через матеріал ФП повітря, яке очищується.

Дані фільтри мають конструкцію у вигляді рамок, між якими вкладається фільтрувальний матеріал ФП (рис.6).

Для більш тривалої роботи використовуються комбіновані фільтри, які складаються з фільтра грубого очищення (1-й ступінь) та фільтра на основі тканини, винайденої академіком І. П. Петряновим (рис. 6, б).

Ступінь очищення фільтрів становить 99,99%. Застосовуються фільтри з початковим запиленням повітря до 0,5 мг/м³.

Фільтри на основі матеріалу ФП очищують повітря від мікроорганізмів та хвороботворних бактерій, які знаходяться в повітрі.

Рис. 6. Конструкція фільтра з фільтрувальним матеріалом ФП (схема) [1]:

а - рамкового: 1 - вініпластова плівка; 2 - фільтрувальний матеріал; 3 f-листи з фанери; 4 - гумова прокладка; б - комбінованого: 1 - фільтр грубого очищення з фільтрувальним матеріалом - розпушеним лавсаном; 2 - рамковий фільтр з фільтрувальним матеріалом ФП

Електрофільтри

Дія електрофільтра (пиловловлювача) основана на осаджуванні із запиленого повітряного потоку частинок пилу під дією створення коронуючими електродами електричного поля.

Отримавши від коронуючого електрода заряд, частинки пилу осідають на вловлюючих електродах, як: мають протилежний їм електричний заряд.

Принципова схема електрофільтра зображена на рисунку 7.

Рис. 7. Принципова схема електрофільтра: 1 - зона іонізації; 2 - система електродів з проволоки; 3 - електроди циліндричної форми; 4 - зона осаджування пилу; 5 - пластини з алюмінію; пристрій живлення електричним струмом

Секція електропиловловлювача має електричне поле висотою 8,5 м з поперечним перерізом 2,8x4,3 м. Швидкість руху повітря з пилом через електричне поле знаходиться в межах 1,75-2 м/с. Пропускна спроможність секції по повітрю 75-100 тис. м³/год. Ступінь очищення електрофільтра 98%. Витрата електроенергії становить 0,2 кВт на 1000 м³ повітря, яке очищується.

Схематично секцію електрофільтра зображено на рисунку 8.

Розрахунок і вибір повітряних фільтрів розпочинають після обґрунтування типу прийнятого фільтра та вибору параметрів, які характеризують даний фільтр (табл. 4).

Рис. 8, Схема секції електрофільтра: 1 - коронувальний електрод; 2 - уловлювальний електрод; З - бункер для збирання вловленого пилу

Розрахунок і вибір повітряних фільтрів

Визначають необхідну площу фільтрувальної поверхні фільтра за формулою, тобто

де L - кількість повітря, м³/год, яке очищується в фільтрі; Ц_ит- питоме повітряне навантаження, м³/(м²год).

Визначають розрахункову кількість ячейок фільтра, наприклад типу ФяР, прийнявши площу фільтрувальної поверхні однієї ячейки f, за формулою

де f = 0,22 м² для ячейки фільтра типу ФяР.

Беруть установлювальну кількість ячейок фільтра закругливши до. Визначають кількість пилу, який буде вловлюватися в фільтрі, за формулою

де q_n - початкова концентрація пилу, г/м³; ті - ступінь очищення, %; 100 -перевідний коефіцієнт.

Визначають пиломісткість однієї ячейки фільтра за формулою

де П - пиломісткість фільтра, г/м², береться з таблиці 4.

Визначають час роботи фільтра т, год, до регенерації за формулою

Формують встановлювальні соти для монтування в них ячейок фільтра в припливній установці.

Використана література

1. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости): Учебное пособие для вузов. 2-е изд. доп. дерераб. - М.: Стройиздат, 1975. -1975. - 323 с.

2. Баркалов Б.В., Карнис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. -М.: Стройиздат, 1982.-269 с.

3. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция. Учебник для вузов. ч.2. Вентиляция /Под ред. В.Н.Богословского. - М.: Стройиздат, 1976. -440 с.

4. Богословский В. Н. и др. Отопление и вентиляция: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1980.-295 с.

5. Волков О.Д. Проектирование вентиляции промышленного здания: Учебное пособие. -X.: Вища шк.. Изд-во при ХГУ, 1989. - 240 с.

6. Внутреннее оборудование горячего и холодного водоснабжения и центрального отопления из труб РЕ-Хс (VPE-c), LPE, PVC-C nPVC-U системы KAN-therm. Справочник проектировщика. Современные системы отопления и водоснабжения. - Варшава, Польша, фирма "KANs.c."1997.-81 с.

7. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 1. Отопление; Под ред И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. - 4-е изд., - М.: Стройиздат, 1990. - 247 с. (Справочник проектировщика).

8. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. 4.2. Водопровод и канализация; Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. - 4-е изд., - М.: Стройиздат, 1990. - 247с. (Справочник проектировщика).

9. Внутренние системы водоснабжения и водоотведения. Проектирование: Справочник; Под ред. А.М.Тугая. - Киев: Будівельник, 1982. - 256с

10. ГОСТ 12.1.006-76. Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. Введ. 01.01.1977.

11. Гусев М.В., Ковалев Н.И., Попов В.П. и др. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник для вузов. -П.: Стройиздат, 1981. - 343 с.

12. Державні будівельні норми України: Будинки і споруди. Громадські будинки та споруди. Основні положення: ДБН В.2.2.-9-99. -Вид.офіц. - К.: Держбуд України, 1999. - 94 с.

13. ДБН В 2.5-20-2001. Інженерне обладнання будинків і споруд. Газопостачання"

14. Жуковський С. С, Лабай В. Й. Системи енергопостачання і забезпечення мікроклімату будинків та споруд. Навч. посібник. -Львів: Астрономо-геодезичне товариство, 2000. - 259 с

15. Изменение №1 к СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госкомитет строительства, архитектуры и жилищной политики Украины. - К.: Укрархбудінформ, 1998. - 19 с

16. Инженерное оборудование зданий и сооружений: Учебное мосоЬио, Под ред. Н. В. Пащенко. - ML: Высш. школа, 1981. - 344 с.

17. Инструкция по проектированию и монтажу сантехнических систем использованием многослойных труб (РЕ-АІ-РЕ) системы "КИСЛИ Инструкция 1. - Варшава, Польша, 1999. - 76 с.

18. Каталог водопровідних систем із ХПВХ та ПВХ. Водопровідні системи "NIBCO". - Лодзь, Польша, видавництво "NIBCO Sp.zo.o.", 1999. - 24 с.

19. Кедров B.C., Ловцов Е.Н. Санитарно-техническое оборудование зданий: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1989. - 495с.

20. Кравченко B.C. Водопостачання і каналізація: Підручник. -Рівне: Вид-во РДТУ, 2002. - 285 с

21. Кравченко B.C., Саблій Л.А. Гаряче водопостачання будівель: Навч. посібник, - 2-е вид. - Рівне, РДТУ, 2000. - 152 с

22. Кязимов К.Г., Гусев В.Е. Основи газового хазяйства: Учебник.- 3-е изд. - М.:Высшая школа, 2000 - 462с.

23. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчёта канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского. М., Стройиздат, 1974. - 156с.

24. НАПБ Б.07.005-86. Визначення категорій приміщень з вибухопожежної і пожежної безпеки, ОНТП 24-86. -К.: ВИДІ ПО, 1986.-25 с

25. Обогревание полов с использованием многослойных труб (РЕ-АІ-РЕ) системы "КИСАН". Руководство по проектированию, сборке и монтажу. Инструкция 2. - Варшава, Польша, 1999. - 52 с.

26. Орлов В.О., Кравченко B.C. Сільськогосподарське водопостачання: Курсове і дипломне проектування: Навч. посібник. - Рівне, РДТУ, 1999.-240 с

27. Пальгунов П.П., Исаев В.Н. Санитарно-технические устройства и газоснабжение зданий. Учебник для техникумов. - М.: Стройиздат, 1991.-416с.

28. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Дополнение № 2 к списку ПДК № 3086-84 от 27.08.84 года. Минздрав СССР. - М.: Сан СЕУ, 1987.-53 с.

29. Проектирование промышленной вентиляции: Справочник /Б.М.Торговников, В.Е. Табачник, Е.М.Ефанов - К.: Будівельник, 1983.-256 с.

30. Рекомендации по применению стальных панельных радиаторов "RADIK KLASIK" и "RADIK VENTIL КОМРАКТ". Госпредприятие НИИ сантехники ТОО «Витатер», М.: 1998. - 61 с.

31. Русланов Г.В., Розкин М.Я., Ямпольский Э.Л. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий: Проектирование: Справочник. - К.: Будівельник, 1983. - 272 с.

32. Санитарно-техническое оборудование зданий. Примеры расчёта: Учеб. пособие (Ю.С. Сергеев и др.). - К: Выща шк., 1991. - 206с.

33. Сергейчук О. В. Архітектурно-будівельна фізика. Теплотехніка огороджуючих конструкцій будинків. Навч. посібник. - К.: Такі справи, 1999.-156 с.