Hiệu năng lọc khí cho phòng sạch

Hiệu năng bộ lọc khí cho phòng sạch, là khả năng loại bỏ các hạt từ không khí của nó. Hiệp hội các kỹ sư hệ thống sưởi, làm lạnh và điều hòa nhiệt độ của Mỹ (ASHRAE) đã phát triển một tiêu chuẩn để đo lường hiệu quả lọc.

Tầm quan trọng của không khí sạch đối với sức khỏe của con người và bảo vệ các thiết bị công nghiệp đã nêu bật vai trò quan trọng của hiệu suất bộ lọc không khí. Dự đoán hiệu suất bộ lọc chính xác đóng một vai trò quan trọng trong việc ước tính tuổi thọ của bộ lọc bằng cách điều tra tải hạt và dự đoán tắc nghẽn bộ lọc. Tính năng dự đoán hiệu suất bộ lọc sẽ cho phép người quản lý cơ sở thiết kế lịch bảo trì của họ để thay thế bộ lọc đúng thời hạn nhằm giảm năng lượng và chi phí vận hành.

Việc đánh giá hiệu suất của bộ lọc không khí bị ảnh hưởng bởi một số thông số như vận tốc bề mặt, đặc tính của môi trường lọc, thiết kế bộ lọc, đặc tính khí dung, điều kiện môi trường xung quanh, loại chất gây ô nhiễm và điều kiện tải của chúng. Sự phức tạp của việc đánh giá hiệu suất bộ lọc không khí nằm ở sự tương tác đồng thời của các thông số này. Hơn nữa, một số thông số phụ thuộc vào thời gian như tải khối lượng, độ dày bánh bụi, hình dạng sợi tổng thể và độ xốp của bộ lọc. Những biến thể như vậy dẫn đến sự thay đổi hình dạng của môi trường lọc và làm giảm tính thấm của bộ lọc do sự lắng đọng của các hạt trong không gian kẽ của môi trường lọc. Kết quả là, độ giảm áp suất của bộ lọc tăng lên và hạn chế luồng không khí cho đến khi hiệu suất của nó so với mức sử dụng năng lượng không còn khả thi.

Để đảm bảo lựa chọn bộ lọc thích hợp được thực hiện cho các ứng dụng khác nhau, hiệu suất của chúng phải được xác minh phù hợp với báo cáo thử nghiệm của nhà sản xuất. Do đó, việc hiểu rõ các thông số ảnh hưởng đến tải của bộ lọc là điều cần thiết và bắt đầu từ việc xác định đặc tính vật lý và hóa học của các chất ô nhiễm trong không khí. Việc xác định đặc điểm chất lượng không khí ngoài trời thông qua giám sát liên tục sẽ là vô giá đối với các chuyên gia lọc, những người sẽ sử dụng dữ liệu đó để lựa chọn các loại và giai đoạn lọc không khí một cách thích hợp. Ngược lại, điều này sẽ cung cấp khả năng xử lý không khí cần thiết để hệ thống hô hấp của chúng ta có thể hít thở không khí ngoài trời một cách an toàn.

Không khí chúng ta thở

Không khí chúng ta hít thở chứa đầy các hạt cực nhỏ có thể gây nguy hiểm cho hệ hô hấp và do đó được coi là một loại ô nhiễm không khí cụ thể. Các hạt có nhiều dạng khác nhau như sạn, bụi, khói, khói hoặc sương mù và chúng ta không nên quên khói bụi và sương mù. Có rất nhiều loại bụi: bụi khoáng, chẳng hạn như bụi chứa silic tinh thể tự do, ví dụ bụi thạch anh, than đá và xi măng; bụi kim loại, chẳng hạn như bụi chì, cadmium, niken và berili; bụi hóa chất khác, ví dụ như nhiều loại hóa chất và thuốc trừ sâu; bụi hữu cơ và bụi thực vật như bụi bột mì, bụi gỗ, bụi bông và bụi trà, phấn hoa; bụi nguy hiểm sinh học, chẳng hạn như các hạt, nấm mốc và bào tử còn sống,

Các hạt thô không đồng nhất hơn so với các hạt mịn về sự phân bố không gian và thành phần hóa học [1,2]. Kích thước của các hạt này theo thứ tự từ vài nanomet đến vài micromet. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra một cách chắc chắn về mối liên quan giữa sự gia tăng ô nhiễm không khí ở đô thị và những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe đối với các bộ phận dân cư dễ bị tổn thương, đặc biệt là những người cao tuổi có thể mắc bệnh hô hấp hoặc tim mạch từ trước [3,4]. Không khí đô thị chứa các hạt có kích thước có thể được phân loại từ thô đến siêu mịn (đường kính <0,1 μm). Các hạt siêu mịn đóng góp rất ít vào tổng khối lượng trong một mẫu không khí, nhưng chúng tồn tại với số lượng rất cao, trong các hiện tượng từng đợt có thể lên tới vài trăm nghìn/cm3 trong không khí đô thị. Sự khác biệt về ảnh hưởng sức khỏe do phơi nhiễm chất gây ô nhiễm trong không khí phải được nghiên cứu. Một số chất gây dị ứng có thể gây ra phản ứng ngay lập tức với tác dụng lâu dài tối thiểu, trong khi các hóa chất gây ung thư khác có thể không biểu hiện dấu hiệu ngay lập tức nhưng gây ung thư sau nhiều năm tiếp xúc [5]. Do đó, việc mô tả đặc điểm các chất ô nhiễm trong khí quyển là điều cần thiết để hiểu được hiệu suất của bộ lọc không khí và nâng cao chất lượng không khí trong nhà.

Một người trưởng thành thường hít thở 17.000 lít không khí mỗi ngày – vì vậy nồng độ chất gây ô nhiễm trong không khí thấp sẽ thể hiện một lượng lớn chất gây ô nhiễm xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp. Hàng ngày, mỗi người có hàng tỷ hạt được hít vào không khí xung quanh. Nhiều hạt trong số này lắng đọng trong đường hô hấp; sự lắng đọng phụ thuộc vào kích thước, mật độ, hình dạng, điện tích và tính chất bề mặt của các hạt và kiểu thở của cá nhân.

COVID-19 đã tạo thêm một thách thức khác đối với hệ thống HVAC và không khí trong nhà của chúng ta. Trước đây, sự thay đổi mô hình trong thiết kế hệ thống HVAC dựa trên việc đáp ứng các yêu cầu về tiện nghi nhiệt và năng lượng trong quá khứ. Năng lượng luôn là chủ đề được yêu thích khi vận hành hệ thống HVAC. Ngày nay, chất lượng không khí được coi là ưu tiên hàng đầu trong bất kỳ phương trình nào được giải quyết. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức vì sự biến đổi của một số thông số cùng lúc có thể khó kiểm soát. Giảm rủi ro lây nhiễm đòi hỏi phải thiết kế một số thông số ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến hệ thống HVAC và hiệu suất của bộ lọc không khí hiện có. Cuối cùng, lọc không khí ngày càng trở nên quan trọng với tư cách là nhà cung cấp chính cho không khí sạch hơn.

Cơ chế lọc phổ biến

Các đặc tính hiệu suất của bộ lọc liên quan đến hiệu quả mà nó có thể mang lại khi giảm áp suất. Hiệu suất tổng thể của bộ lọc dựa trên sự kết hợp của các cơ chế thu gom chiếm ưu thế đối với phạm vi kích thước hạt nhất định. Do đó, kích thước hạt có tầm quan trọng hàng đầu trong việc xác định hiệu quả lọc tổng thể.

Kích thước hạt

Các đặc tính của sol khí ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu suất của bộ lọc không khí bao gồm kích thước hạt, hình dạng hạt, khối lượng, nồng độ và tính chất điện. Kích thước hạt được coi là một tham số cơ bản để mô tả động lực học của sol khí. Một hạt thường được tưởng tượng là có dạng hình cầu và đường kính của nó thường được dùng để mô tả kích thước của nó. Tuy nhiên, có một số cách xác định kích thước hạt, đặc biệt đối với những hạt có hình dạng không đều như trong Hình 3, cung cấp hướng dẫn để hiểu về một số cách xác định kích thước hạt, đặc biệt đối với những hạt có hình dạng không đều.

Tiêu chuẩn này mô tả các thủ tục kiểm tra để phân loại các bộ lọc. Theo phương pháp bắt giữ và hiệu năng lọc khí của phòng sạch.

Hai thuật ngữ thường được sử dụng để đánh giá hiệu năng lọc khí cho phòng sạch.

• Khả năng bắt giữ của lọc khí cho phòng sạch

Giữ lại lượng bụi cần loại bỏ bởi bộ lọc, thường được biểu thị bằng phần trăm (%). Trong không khí các hạt kích thước lớn chiếm khá nhiều. Một bộ lọc khí có thể loại bỏ một tỷ lệ phần trăm khá cao của các hạt đó nhưng không loại dược nhiều hạt nhỏ. Do đó, các bộ lọc giữ được 90% hạt trong không khí có ít ứng dụng trong các phòng sạch.

• Hiệu năng của lọc khí.

Là khả năng của bộ lọc để loại bỏ các hạt mịn và rất nhỏ. Hiệu quả theo qui định của ASHRAE từ 10% đến 40% nên loại bỏ được từ 20% đến 40% các hạt 1 micron trong không khí.

Nhưng hầu như không có bất kỳ hạt nào từ 0,3 đến 0,5 micron. Hiệu quả của ASHRAE từ 80% đến 95% có thể loại bỏ 50% đến 70% các hạt 0,3 micron.

Ví dụ về hiệu quả @ 99,97% và 99,997% bộ lọc HEPA trông tương tự nhưng trong thực tế sự khác biệt là không đáng kể. Bộ lọc hiệu quả 99,97% có độ thâm nhập phân số là 0,0003; trong khi tỷ lệ phần trăm của bộ lọc 99,99% là 0,0001. Điều này có nghĩa là một bộ lọc 99,99% hiệu quả hơn gấp ba lần trong việc loại bỏ các hạt 0,3 micron.