Таблицы классификации воздушных фильтров
| Стандарт | Класс фильтра | Эффективность фильтрации | Размер частиц | Сопротивление воздушному потоку (Па) | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO 16890 | ISO Coarse | < 50% (PM10) | ≥ 10 мкм | 30-250 | Предварительная фильтрация, защита от пыли |
| ISO ePM10 | ≥ 50% (PM10) | 0,3-10 мкм | 70-200 | Базовая фильтрация для общей вентиляции | |
| ISO ePM2,5 | ≥ 50% (PM2,5) | 0,3-2,5 мкм | 100-350 | Продвинутая фильтрация для офисов, школ | |
| ISO ePM1 | ≥ 50% (PM1) | 0,3-1 мкм | 120-450 | Высокая чистота воздуха для медицинских учреждений | |
| EN 779:2012 | G1-G4 | 65-90% (гравиметрическая) | > 10 мкм | 30-250 | Грубая очистка, защита вентиляционного оборудования |
| M5-M6 | 40-80% (Am) | 0,4-10 мкм | 100-300 | Средняя очистка для жилых, коммерческих зданий | |
| F7-F9 | 80-95% (Em) | 0,4-1 мкм | 150-450 | Тонкая очистка для медицинских учреждений, лабораторий | |
| EN 1822 | EPA (E10-E12) | 85-99,5% | MPPS* | 250-600 | Фармацевтика, пищевая промышленность |
| HEPA (H13-H14) | 99,95-99,995% | MPPS* | 350-650 | Чистые помещения, хирургические отделения | |
| ULPA (U15-U17) | 99,9995-99,99995% | MPPS* | 400-700 | Микроэлектроника, производство полупроводников |
Примечание: *MPPS (Most Penetrating Particle Size) - размер наиболее проникающих частиц, обычно 0,1-0,3 мкм
| Класс | Эффективность (%) | Проникновение (%) | MPPS (мкм) | Материал | Конструкция | Срок службы | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H13 | 99,95 | 0,05 | 0,1-0,3 | Стекловолокно | Панельные, V-образные | 2-3 года | Чистые помещения класса ISO 7-8, больницы |
| H14 | 99,995 | 0,005 | 0,1-0,3 | Стекловолокно (высокой плотности) | V-образные, глубокие складки | 2-3 года | Чистые помещения класса ISO 5-6, операционные |
| U15 | 99,9995 | 0,0005 | 0,1-0,2 | PTFE-мембрана на подложке | Мини-складки, V-образные | 1-2 года | Фармацевтика, ISO 4-5 чистые помещения |
| U16 | 99,99995 | 0,00005 | 0,1-0,2 | Композитные материалы PTFE | Мини-складки, специальные | 1-2 года | Микроэлектроника, ISO 3 чистые помещения |
| U17 | 99,999995 | 0,000005 | 0,1-0,2 | Многослойные PTFE мембраны | Специализированные конструкции | 6-12 месяцев | Производство полупроводников, ISO 1-2 |
| Тип фильтра | Удаляемые загрязнители | Эффективность (%) | Срок службы | Принцип работы | Область применения | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Угольные | VOC, газы, запахи | 70-95 | 3-6 месяцев | Адсорбция | Лаборатории, промышленные объекты, больницы | Эффективное удаление газов и запахов | Требуют регулярной замены, не фильтруют частицы |
| Электростатические | Пыль, дым, аллергены | 85-99 | Постоянный (требует очистки) | Электрический заряд | Офисы, жилые помещения, легкая промышленность | Низкое сопротивление потоку, многоразовые | Производят озон, снижение эффективности со временем |
| Молекулярные | Специфические газы, кислоты | 90-99 | 6-12 месяцев | Хемосорбция | Химическая промышленность, музеи, архивы | Целевое удаление конкретных загрязнителей | Высокая стоимость, узкая специализация |
| Фотокаталитические | VOC, бактерии, вирусы | 80-99 | 1-2 года | Фотокатализ (TiO₂ + УФ) | Медицинские учреждения, пищевая промышленность | Уничтожает (а не собирает) загрязнители | Требует УФ-излучения, может производить побочные продукты |
| Биологические | Микроорганизмы, споры | 99-99,99 | 3-6 месяцев | Антимикробные материалы | Больницы, фармацевтика, пищевая промышленность | Специализированная защита от биологических угроз | Высокая стоимость, требует специального обслуживания |
| Комбинированные | Комплексное загрязнение | 90-99,99 | 6-12 месяцев | Многослойные технологии | Универсальное применение, чистые помещения | Многофункциональность, комплексная очистка | Высокая стоимость, сложность конструкции |
Полное оглавление статьи
1. Введение в классификацию воздушных фильтров
Воздушные фильтры играют критическую роль в обеспечении чистоты воздуха в различных сферах – от обычных систем вентиляции и кондиционирования до чистых помещений фармацевтических производств и микроэлектроники. Правильный выбор фильтров напрямую влияет на качество воздуха, энергопотребление систем и, в конечном итоге, на здоровье людей и сохранность технологических процессов.
Классификация фильтров по международным стандартам позволяет инженерам, проектировщикам и конечным пользователям делать обоснованный выбор в соответствии с конкретными требованиями. За последние десятилетия стандарты классификации существенно эволюционировали, отражая технический прогресс в области фильтрации и более глубокое понимание влияния качества воздуха на здоровье и промышленные процессы.
В данной статье рассматриваются основные международные системы классификации воздушных фильтров, их соответствие друг другу, технические характеристики различных классов фильтров и рекомендации по их применению в различных областях.
2. Международные стандарты классификации
2.1. Стандарт ISO 16890
Стандарт ISO 16890, введенный в 2016 году, представляет собой наиболее современную систему классификации общей вентиляции. Он заменил устаревший EN 779 во многих странах и основывается на фракционной эффективности фильтра по отношению к частицам различных размеров, что лучше соответствует реальным условиям эксплуатации.
ISO 16890 делит фильтры на четыре основные группы:
- ISO Coarse – фильтры с эффективностью менее 50% по PM10
- ISO ePM10 – фильтры с эффективностью ≥ 50% по частицам размером 0,3-10 мкм
- ISO ePM2,5 – фильтры с эффективностью ≥ 50% по частицам размером 0,3-2,5 мкм
- ISO ePM1 – фильтры с эффективностью ≥ 50% по частицам размером 0,3-1 мкм
Эффективность в этом стандарте указывается в процентах и может находиться в диапазоне от 50% до 99%. Например, фильтр ISO ePM1 70% задерживает 70% частиц размером 0,3-1 мкм. Фильтры ISO Coarse указываются с начальной пылезадерживающей способностью, например, ISO Coarse 45%.
Преимущество данной классификации в том, что она соответствует классификации загрязнения воздуха PM (Particulate Matter), используемой в экологическом мониторинге и здравоохранении. Это позволяет более точно соотносить требования к качеству воздуха в помещениях с возможностями фильтров.
2.2. Стандарт EN 779:2012
Европейский стандарт EN 779:2012, хотя и заменяется ISO 16890, остается широко используемым в технической документации и каталогах. Он разделяет фильтры на три группы:
- Грубые фильтры (G1-G4) – оцениваются по гравиметрической эффективности (задержке синтетической пыли)
- Средние фильтры (M5-M6) – оцениваются по эффективности удаления частиц 0,4 мкм
- Тонкие фильтры (F7-F9) – оцениваются по средней эффективности для частиц 0,4 мкм
Ключевое отличие от ISO 16890 в том, что EN 779 фокусируется на средней эффективности при определенном размере частиц, а не на фракционной эффективности в разных диапазонах размеров. Это упрощает классификацию, но менее точно отражает реальную эффективность фильтра в различных условиях.
Приблизительное соответствие между EN 779 и ISO 16890 можно выразить следующим образом:
- G1-G4 ~ ISO Coarse
- M5-M6 ~ ISO ePM10
- F7 ~ ISO ePM2,5
- F8-F9 ~ ISO ePM1
Однако следует отметить, что прямое соответствие не всегда возможно из-за разных методологий тестирования.
2.3. Стандарт EN 1822
Европейский стандарт EN 1822 применяется к высокоэффективным фильтрам тонкой очистки. Он классифицирует фильтры на основе эффективности улавливания наиболее проникающих частиц (MPPS) – размер частиц, для которых фильтр показывает наименьшую эффективность (обычно в диапазоне 0,1-0,3 мкм).
Стандарт EN 1822 определяет следующие классы фильтров:
- EPA (Efficient Particulate Air) фильтры – E10, E11, E12
- HEPA (High Efficiency Particulate Air) фильтры – H13, H14
- ULPA (Ultra Low Penetration Air) фильтры – U15, U16, U17
Отличительной чертой этого стандарта является индивидуальное тестирование каждого HEPA и ULPA фильтра и выдача сертификата с уникальным серийным номером. Для HEPA-фильтров H14 и выше проводится сканирование всей поверхности фильтра для обнаружения возможных утечек.
Эффективность фильтров в этом стандарте выражается как в процентах эффективности, так и в процентах проникновения (проскока). Например, фильтр H13 с эффективностью 99,95% имеет проникновение 0,05%.
3. HEPA и ULPA фильтры
3.1. Классы HEPA-фильтров
HEPA-фильтры (High Efficiency Particulate Air) представляют собой один из высших стандартов фильтрации и широко применяются в медицине, фармацевтике, микроэлектронике и других областях, требующих высокого качества воздуха.
Согласно EN 1822, HEPA-фильтры делятся на два класса:
- H13 – эффективность 99,95% (проникновение 0,05%)
- H14 – эффективность 99,995% (проникновение 0,005%)
HEPA-фильтры изготавливаются из специальных материалов, обычно на основе стекловолокна, сформированного в плотный лабиринт случайно расположенных волокон. Эффективность фильтрации достигается за счет нескольких механизмов:
- Инерционный захват – крупные частицы не могут огибать волокна и сталкиваются с ними
- Перехват – частицы среднего размера задерживаются при прохождении рядом с волокнами
- Диффузия – мельчайшие частицы под воздействием броуновского движения смещаются со своих траекторий и контактируют с волокнами
- Электростатический эффект – некоторые HEPA-фильтры используют электростатический заряд для повышения эффективности
Конструктивно HEPA-фильтры обычно выполняются в виде глубоких складчатых блоков, чтобы увеличить рабочую поверхность и снизить сопротивление воздушному потоку. Срок службы HEPA-фильтров обычно составляет 2-3 года при правильном использовании предварительных фильтров и регулярном обслуживании.
3.2. Классы ULPA-фильтров
ULPA-фильтры (Ultra Low Penetration Air) представляют высшую ступень воздушной фильтрации и применяются в наиболее критичных областях, таких как производство полупроводников, нанотехнологии, работа с опасными биологическими агентами.
Согласно EN 1822, ULPA-фильтры делятся на три класса:
- U15 – эффективность 99,9995% (проникновение 0,0005%)
- U16 – эффективность 99,99995% (проникновение 0,00005%)
- U17 – эффективность 99,999995% (проникновение 0,000005%)
ULPA-фильтры часто изготавливаются с использованием PTFE (политетрафторэтилен) мембран на подложке из стекловолокна, что обеспечивает максимальную эффективность при приемлемом воздушном сопротивлении. Современные технологии позволяют создавать микроструктуры с контролируемым размером пор и плотностью расположения.
Из-за чрезвычайно высоких требований к качеству, каждый ULPA-фильтр проходит строгую процедуру тестирования с использованием специальных аэрозолей и лазерных счетчиков частиц. Срок службы ULPA-фильтров обычно меньше, чем у HEPA (около 1-2 лет), и они требуют более тщательного обслуживания и контроля целостности.
3.3. Методы тестирования и сертификации
Тестирование высокоэффективных фильтров – сложный и строго регламентированный процесс. Основные методы тестирования по EN 1822 включают:
- Определение MPPS – экспериментальное определение размера наиболее проникающих частиц для конкретного фильтрующего материала
- Эффективность по MPPS – измерение эффективности фильтрации для частиц критического размера
- Тест на утечки – сканирование поверхности фильтра для обнаружения локальных дефектов
- Интегральный тест – проверка общей герметичности фильтра, включая рамку и уплотнения
Для тестирования используются искусственно созданные аэрозоли (обычно на основе DEHS или DOP) и высокоточные счетчики частиц. Каждый HEPA и ULPA фильтр получает индивидуальный сертификат, подтверждающий его характеристики.
При установке в системы вентиляции и кондиционирования высокоэффективные фильтры требуют дополнительной верификации на месте (in situ tests). Для этого используются методы DOP/PAO тестирования, которые позволяют проверить не только сам фильтр, но и качество его установки и герметичность всей системы.
4. Специализированные воздушные фильтры
4.1. Угольные фильтры
Угольные (карбоновые) фильтры используются для удаления газообразных загрязнителей, летучих органических соединений (VOC) и запахов. Действие основано на принципе адсорбции – физическом явлении, при котором молекулы газа удерживаются на поверхности твердого вещества.
Основной компонент угольных фильтров – активированный уголь, характеризующийся высокой пористостью и огромной площадью внутренней поверхности (до 1500 м² на грамм). Для повышения эффективности по определенным загрязнителям активированный уголь часто импрегнируют специальными химическими веществами.
Важно отметить, что угольные фильтры не задерживают твердые частицы и должны использоваться в сочетании с механическими фильтрами. Типичный срок службы угольных фильтров составляет 3-6 месяцев, после чего адсорбционная емкость исчерпывается, и фильтр требует замены.
4.2. Электростатические фильтры
Электростатические фильтры используют электрический заряд для захвата частиц. Они бывают двух основных типов:
- Электретные фильтры – используют материалы с постоянным электрическим зарядом
- Электростатические осадители – активно создают электрическое поле для зарядки и захвата частиц
Преимущество электростатических фильтров – низкое сопротивление воздушному потоку, что снижает энергопотребление системы вентиляции. Электростатические осадители могут быть многоразовыми, требуя только периодической очистки.
Недостатки включают возможное образование озона при высоком напряжении и снижение эффективности со временем из-за накопления пыли. Электростатические фильтры широко применяются в бытовых и коммерческих системах очистки воздуха, но редко используются в критичных применениях, где требуется стабильно высокая эффективность.
4.3. Молекулярные фильтры
Молекулярные фильтры представляют собой специализированное решение для удаления конкретных газообразных загрязнителей. В отличие от обычных угольных фильтров, они используют химические реакции (хемосорбцию) для необратимого связывания определенных молекул.
Основные типы молекулярных фильтров включают:
- Оксидные – для удаления кислых газов (SO₂, NOₓ, H₂S)
- Щелочные – для удаления кислотных газов (HCl, HF)
- Специализированные – для захвата конкретных веществ (ртуть, аммиак и т.д.)
Молекулярные фильтры особенно важны в музеях, архивах, электронной промышленности и других областях, где даже низкие концентрации определенных газов могут нанести существенный вред. Их эффективность обычно составляет 90-99%, а срок службы зависит от концентрации газов и обычно составляет 6-12 месяцев.
4.4. Биологические фильтры
Биологические фильтры специализируются на защите от микроорганизмов – бактерий, вирусов, спор плесени и других биологических загрязнителей. Они критически важны в медицинских учреждениях, фармацевтической и пищевой промышленности.
Современные биологические фильтры используют несколько технологий:
- Механическая фильтрация – высокоэффективные HEPA/ULPA фильтры
- Антимикробные покрытия – материалы с добавлением серебра, меди или других веществ, инактивирующих микроорганизмы
- УФ-излучение – дополнительная система дезинфекции после фильтра
Эффективность лучших биологических фильтров достигает 99,99999%, что особенно важно при работе с опасными патогенами. Срок службы обычно составляет 3-6 месяцев, при этом требуется особая осторожность при замене, включая использование средств индивидуальной защиты.
5. Критерии выбора воздушных фильтров
Выбор воздушных фильтров должен основываться на комплексном анализе требований и условий эксплуатации. Основные критерии выбора включают:
- Требуемый класс чистоты воздуха – определяется назначением помещения и отраслевыми стандартами
- Тип и концентрация загрязнителей – пыль, газы, микроорганизмы и их соотношение
- Энергоэффективность – баланс между качеством фильтрации и энергопотреблением
- Срок службы – оценка общей стоимости владения с учетом замены фильтров
- Особые требования – огнестойкость, влагостойкость, антистатические свойства
Для многих применений оптимальным решением является многоступенчатая фильтрация с предварительными фильтрами грубой очистки и основными фильтрами требуемого класса. Это позволяет увеличить срок службы дорогостоящих высокоэффективных фильтров и снизить общие затраты.
Важно также учитывать местные и международные нормы, регламентирующие качество воздуха для конкретных типов помещений. Например, в медицинских учреждениях и чистых помещениях электронной промышленности существуют строгие стандарты, определяющие минимальный класс фильтрации.
6. Требования к монтажу и обслуживанию
Даже самые высокоэффективные фильтры не обеспечат требуемое качество воздуха без правильного монтажа и регулярного обслуживания. Ключевые аспекты включают:
- Герметичность установки – исключение обходных путей, через которые загрязненный воздух может миновать фильтр
- Правильное направление потока – соблюдение указанного направления воздушного потока через фильтр
- Защита от влаги – предотвращение попадания конденсата на фильтрующие материалы
- Мониторинг перепада давления – установка манометров для контроля загрязненности фильтров
- График замены – разработка и соблюдение регламента обслуживания фильтров
Для HEPA и ULPA фильтров особенно важно соблюдение специальных процедур монтажа и проверки целостности. Это может включать тестирование с использованием генераторов аэрозоля и фотометров для обнаружения потенциальных утечек.
В критичных применениях рекомендуется вести журнал обслуживания фильтров с записью дат установки, результатов тестирования и замен. Это не только обеспечивает документированное соответствие требованиям, но и позволяет оптимизировать график обслуживания на основе фактических данных о сроке службы фильтров в конкретных условиях.
7. Заключение
Правильный выбор, монтаж и обслуживание воздушных фильтров – ключевые факторы в обеспечении требуемого качества воздуха. Современные международные стандарты предоставляют детальную классификацию, позволяющую точно соотнести требования к чистоте воздуха с характеристиками фильтров.
При проектировании систем вентиляции и кондиционирования необходимо учитывать не только начальную эффективность фильтров, но и динамику изменения их характеристик в процессе эксплуатации. Многоступенчатые системы фильтрации с правильно подобранными предварительными и основными фильтрами обеспечивают оптимальный баланс между качеством воздуха, энергоэффективностью и общей стоимостью владения.
В критичных применениях, таких как чистые помещения, операционные, фармацевтическое производство, необходимо не только соответствие фильтров требуемым классам, но и регулярная валидация всей системы вентиляции с подтверждением достижения заданных параметров воздушной среды.
Примечание: Данная статья предназначена исключительно для ознакомительных целей. При проектировании систем вентиляции и выборе воздушных фильтров следует руководствоваться актуальными версиями стандартов и консультироваться с профессиональными инженерами.
- ISO 16890:2016 "Air filters for general ventilation"
- EN 779:2012 "Particulate air filters for general ventilation — Determination of the filtration performance"
- EN 1822:2019 "High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)"
- ASHRAE Standard 52.2 "Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size"
- ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010 "Высокоэффективные фильтры очистки воздуха ЕРА, НЕРА и ULPA"
- Technical documentation from leading filter manufacturers
Отказ от ответственности: Автор не несет ответственности за любые убытки или ущерб, возникшие в результате использования информации, представленной в данной статье. Характеристики конкретных фильтров и их соответствие стандартам должны подтверждаться официальными сертификатами производителей и испытательных лабораторий.
