Что такое HEPA-фильтр: принципы работы и неочевидные факты
Для тех, кто не любит длиннопосты, сразу пишу главное и неочевидное о HEPA-фильтре:
HEPA-фильтр может задерживать частицы всех размеров
Пыль задерживается в HEPA-фильтре практически навсегда. Пылесосить/мыть HEPA практически бесполезно – только менять.
Со временем эффективность HEPA-фильтра только растет. Хотя и растет воздушное сопротивление.
Это высокоэффективные фильтры, главная цель которых – удалять из воздуха мелкодисперсные частицы, в том числе PM2.5 и PM10 (с диаметром менее 2,5 и 10 мкм соответственно). HEPA – это не бренд и не марка, а класс фильтров, который определяется международным и национальным стандартами ЕН 1822-1:2009 и ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010.
Давайте посмотрим на HEPA-фильтр «с расстояния вытянутой руки», расскажем про принцип его работы и основные эффекты, благодаря которым происходит осаждение частиц на фильтре.
Основа любого HEPA-фильтра – хаотично расположенные волокна разной толщины, примерно 0,5-5 мкм. Расстояние между волокнами – порядка 5-50 мкм. Диаметр мелкодисперсных частиц – в пределах нескольких микрон или даже нескольких долей микрона. Возникает вопрос: как фильтр с такими большими порами задерживает такие мелкие частицы?
Обычно мы представляем фильтр в виде рыболовной сети или сачка: если фильтруемый объект больше ячейки, он застревает. Этот механизм называется эффектом сита (straining). Он работает для частиц, диаметр которых превышает размер пор в фильтре. На упрощенной модели эффект сита выглядит так:
Волокна фильтра представляются в виде цилиндров, расположенных поперек воздушного потока. Сам поток считается безвихревым. Модель частицы – шар с радиусом R. Если 2R больше расстояния между волокнами, частица застревает в фильтре. Чем крупнее частица, тем вероятнее она застревает в волокнах. Поэтому для крупных частиц эффект сита работает лучше:
На графике нет привязки к конкретным размерам, так как фильтры с разной толщиной волокон и разной плотностью упаковки будут задерживать разные фракции частиц. Форма кривой будет примерно той же, но она может «плавать» по горизонтальной шкале. Например, для фильтра грубой очистки класса G кривая будет располагаться правее, чем для фильтра тонкой очистки класса F. В фильтрах HEPA эффект сита тоже наблюдается. И если бы HEPA работал только по этому механизму, то кривая его эффективности выглядела бы примерно так же. Однако на деле она выглядит совсем по-другому:
По графику видно, что HEPA-фильтр задерживает частицы любого размера. И если эффективная фильтрация крупных частиц (около 5 мкм и больше) происходит по механизму сита, то фильтрация мелкодисперсных фракций (порядка 1-0,01 мкм) имеет другую природу.
Как HEPA-фильтр «ловит» мелкодисперсную пыль?
Основное отличие HEPA от фильтров грубой и тонкой очистки в том, что для фильтрации частице не обязательно застревать в волокнах. Если пылинка просто коснулась фильтровального материала, этого уже достаточно для и эффективного осаждения. Это связано с двумя процессами: адгезией и аутогезией.
Адгезия – это взаимодействие пыли с осаждающей поверхностью, в нашем случае с волокнами HEPA. Благодаря адгезии на чистых волокнах появляется первый слой пыли.
Аутогезия, или слипаемость – это взаимодействие пылевых частиц между собой. Благодаря аутогенному взаимодействию частицы продолжают наслаиваться друг на друга, образуя на волокнах многослойные конгломераты. Выглядят они так:
Природа адгезии и аутогезии – в молекулярном взаимодействии частиц друг с другом и с волокнами (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы появляются на расстоянии от одного до нескольких сот диаметров частиц. Для мельчайших частиц притяжение к волокну и пылевому слою настолько большое, что частицы оседают в HEPA-фильтре фактически навсегда. Цифры это подтверждают: для частиц меньше 10 мкм прочность пылевого слоя на разрыв – больше 600 Па.
Итак, из-за сил притяжения частица практически намертво прилипает к волокну HEPA-фильтра, стоит только коснуться его поверхности. Это объясняет удерживание частиц на фильтре, но по-прежнему нет ответа на вопрос:
Как мельчайшие частицы касаются волокна HEPA-фильтра?
Как мы выяснили, эффект сита тут ни при чем – мельчайшие частицы свободно пролетают через поры. В фильтрах НЕРА действуют другие механизмы.
Любая частица удерживается в воздушном потоке, и, если в фильтре не возникают силы, отклоняющие частицу от линии тока воздуха в сторону волокна, то осаждения не будет. В результате частица проскочит через фильтр вместе с потоком. Поэтому вопрос «Как частицы касаются волокна?» можно перефразировать: «Как частицы выходят из воздушного потока?» И ответ на него будет разным, в зависимости от размера и массы частицы.
Самые мелкие частицы (с диаметром меньше 0,1 мкм) обладают небольшой массой и постоянно находятся в хаотичном броуновском движении. Их траектория постоянно колеблется относительно линии тока воздуха. В ходе колебаний частица выходит из потока, касается волокна и осаждается. Это эффект диффузии:
Более крупные частицы (с диаметром больше 0,3 мкм) весят больше, поэтому их колебания относительно линии тока меньше либо отсутствуют вообще. Такие частицы осаждаются по другому механизму. На модели видно, что линии воздушного потока искривляются вблизи волокна, огибая препятствие. Крупные и тяжелые частицы за счет инерции выходят из воздушного потока, сталкиваются с волокном и осаждаются. Это эффект инерции:
Диффузионный и инерционный эффекты дополняют друг друга: один отвечает за фильтрацию самых мелких частиц, другой – более крупных.
Сложнее всего посадить на волокно частицы с «промежуточным» размером. Их инерция еще недостаточно большая, а диффузия уже работает слабо, так как колебания их траектории относительно линии тока уже не такие сильные. Поэтому такие частицы с большей вероятностью остаются в потоке и огибают волокна вместе с воздухом. Их называют частицами с максимальной проникающей способностью, Most Penetrating Particle Size (MPPS). И для их осаждения наибольшее значение имеет последний механизм – эффект зацепления:
Эффект зацепления работает, когда частица приблизилась к поверхности волокна на расстояние своего радиуса. Такого касания достаточно для ее осаждения. Этот механизм работает не только для MPPS. Он универсальный и действует для частиц любого размера. Пылинки могут оставаться в воздушном потоке, совершать диффузионные колебания относительно линии тока или вылетать из потока благодаря инерции – в любом случае, если частица коснулась волокна, она осаждается.
Эффективность этого механизма зависит от размера частицы. Чем больше частица, тем вероятнее она коснется волокна. В этом эффект зацепления похож на эффект сита, потому и график почти одинаковый (естественно, с привязкой в другому диапазону частиц).
В действительности в HEPA-фильтре на частицу одновременно действуют все механизмы, поэтому общая эффективность HEPA-фильтра равняется сумме вкладов каждого эффекта:
ηобщая = ηсита + ηзацепления + ηинерции + ηдиффузии
Если постоянно нагружать HEPA аэрозолем с крупными частицами, то срок работы фильтра значительно сокращается. Это происходит из-за эффекта сита: крупные частицы быстро забивают фильтр и снижают его проницаемость. Чтобы избежать эффекта сита, перед HEPA-фильтром устанавливают один или несколько префильтров более низкого класса: G и/или F. Они защищают HEPA от преждевременного засорения. Если префильтры стоят, то HEPA работает строго «по специальности» — фильтрация мелкодисперсных частиц. Таким образом, остаются три эффекта:
ηобщая = ηзацепления + ηинерции + ηдиффузии
Если сложить все три графика эффективности для каждого механизма, то получим ту самую кривую общей эффективности HEPA-фильтра, которую мы показывали в начале статьи:
Как видим в диапазоне MPPS (примерно от 0,1 до 0,3 мкм) общая эффективность HEPA-фильтра «падает в яму». И именно по MPPS измеряют общую эффективность. HEPA-фильтра класса H10 (по новой номенклатуре E10) работает с эффективностью более 85%, а фильтра класса H11 (E11) – более 95%. Это значит, что в HEPA-фильтре E11 осаждаются 95 из 100 частиц MPPS. При этом остальные частицы осаждаются с вероятностью почти 100%, но итоговую эффективность принято указывать по MPPS, 95%.
От чего зависит эффективность HEPA-фильтра?
Эффективность HEPA зависит не только от размеров фильтруемых частиц, но и от параметров самого фильтра:
Диаметр волокон в HEPA-фильтре
Плотность упаковки волокон
Чем тоньше волокна и чем плотнее они упакованы, тем больше площадь их соприкосновения с частицами. И чем лучше волокна «цепляют», тем эффективнее осаждение. Если материал, из которого сделан фильтр, обладает высокой удельной проводимостью, то волокна могут заряжаться в воздушном потоке. В этом случае между волокнами и частицами возникают силы электростатического притяжения (силы Кулона). Они дополнительно увеличивают эффективность HEPA-фильтра.
При осаждении частиц уменьшается расстояние между волокнами:
В результате площадь волокон увеличивается, и с этим связан парадоксальный факт: со временем эффективность HEPA не уменьшается, а растет. С другой стороны, при загрязнении уменьшается проницаемость фильтра, увеличивается его сопротивление, растет перепад давления на фильтре и, как следствие, уменьшается производительность прибора, в котором тот установлен. Если фильтр забился полностью и производительность прибора упала почти до нуля, единственный выход – заменить фильтр. Частота замены зависит от емкости фильтра. Этот показатель определяет, как много пыли сможет осадить HEPA, прежде чем перепад давления на нем станет критическим.
Теперь, когда мы имеем представление о HEPA-фильтре, соберем по пунктам принцип его работы:
В фильтр попадает воздушный поток с пылинками разного размера, от 10 мкм и меньше
Крупные частицы выходят из воздушного потока благодаря эффекту инерции, мелкие частицы – благодаря эффекту диффузии
На фильтре оседают все частицы, которые вышли из потока и коснулись волокна
На волокне частицы прочно удерживаются благодаря силам притяжения (Ван-дер-Ваальса)
Также соберем в одном месте все неочевидные факты о HEPA-фильтре:
HEPA-фильтр может задерживать частицы всех размеров
Пыль задерживается в HEPA-фильтре практически навсегда. Пылесосить/мыть HEPA практически бесполезно – только менять.
Со временем эффективность HEPA-фильтра только растет. Хотя и растет воздушное сопротивление.
Можно ли использовать пылесос без hepa фильтра
Что такое HEPA фильтр пылесоса?
Что такое HEPA фильтр пылесоса? Какой ХЕПА фильтр лучше? Какие HEPA фильтры можно мыть? Ответы на все эти вопросы (и не только) вы найдете в нашей статье!
Что такое HEPA фильтр пылесоса? Какой ХЕПА фильтр лучше? Какие HEPA фильтры можно мыть? Ответы на все эти вопросы (и не только) вы найдете в нашей статье!Мы регулярном пользуемся пылесосом не задумываюсь о том, как он устроен. И если Вы читаете эту статью, то наверняка решили узнать об этом побольше.
Очевидно, что в пылесосе используются фильтры, но что такое HEPA фильтр и чем он отличается от других?
HEPA фильтр – что это?
По сути HEPA – это специальный тип фильтра тонкой очистки, который очищает воздух от самых мельчайших частиц пыли и загрязнений. Но не только, он также очищает воздух от: бактерий, дыма, гари, золы, вирусов и пыльцы.
Чем HEPA фильтр отличается от других фильтров?
Фильтры для пылесоса можно разделить на два основных типа:
Фильтр на входе – устанавливается в пылесос в месте, куда попадает воздух сразу из шланга. Он служит для первичной очистки воздуха и улавливает все крупные и средние частицы пыли и грязи. Как правило это губчатый фильтр.
Фильтр на выходе (или выходной) – это фильтр, который устанавливается в месте, откуда из пылесоса выходит очищенный воздух. Служит для задержки мельчайших частиц. Как правило это ХЕПА фильтр.
Как видно из описания выше HEPA фильтр собирает те частицы, которые не были отфильтрованы на входе. Не случайно он называется – фильтр тонкой очистки. Это дополнительный барьер, который подстраховывает губчатый фильтр. И только HEPA фильтр улавливает источники аллергенов, бактерии, вирусы, мелкую гарь и дым.
Каких видов бывает HEPA фильтр?
ХЕПА фильтры делятся на классы в зависимости от их эффективности. Обозначаются двузначными числами после слова HEPA. Чем выше это число, тем больше частиц пыли и аллергенов удержит фильтр. Класс присваивается в соответствии с эффективностью действия по улавливанию частиц размером 0,6 мкм из воздуха.
Например: HEPA 10 может пропустить до 50000 единиц, а HEPA 14 допускает возвращение в воздух не более 5 микрочастиц размером до 0.06 микронов на один литра воздуха.
Ниже вы увидите наиболее полную классификацию по нормам EN 1822 / DIN 24183:
Мы рекомендуем выбирать пылесос для дома с наличием фильтра HEPA12 или 13. Начиная с класса HEPA 12 разница кажется не такой существенной, но не для аллергиков. Им лучше выбрать фильтр с максимально высоким классом.
Фильтры ULPA применяются в основном в медицинских учреждениях для фильтрации воздуха в «чистых палатах». Они идентичны фильтрам HEPA, но улавливают частицы, начиная с 0,1 мкм.
Как работает HEPA фильтр?
ХЕПА фильтр улавливает мельчайшие частицы тремя способами:
• Способом зацепления – это, когда мельчайшие частицы пыли пролетая сквозь фильтр зацепляются на его поверхности, следующие за ними частицы на ранее зацепившихся частицах и так далее.
• Способом инерции – частицы раскручиваются по инерции в пылесосе пока не оказываются выброшены на поверхность фильтра. Этот способ работает для более крупных частиц.
• Способом диффузии – самые мельчайшие частицы (до 0.1 мкм) замедляются при прохождении через фильтр сталкиваясь с частицами газа и движутся в сторону от направления воздушного потока. Таким образом их скорость снижается и есть вероятность что они останутся в волокнах HEPA фильтра.
Как понять, что HEPA фильтр пора менять?
Понять, что фильтр пора менять можно тремя способами:
Все выше описанное свидетельствует о том, что все волокна на выходном ХЕПА фильтре забиты частицами пыли. Новые частицы попадая на фильтр, ударяются об него, из-за чего старые частицы попадают в выпускную систему, а в итоге обратно в комнату. Отсюда и потеря мощности – фильтр настолько забит, что воздух плохо циркулирует в пылесосе.
Если вы обнаружили один из выше описанных признаков – ХЕПА фильтр нужно срочно помыть или заменить.
Можно ли мыть HEPA фильтр и использовать второй раз?
Все зависит от того из чего он сделан. ХЕПА фильтры производятся из:
• Из бумаги или стекловолокна – данные фильтры одноразовые.
• Из фторопласта – многоразовые, можно использовать несколько раз.
Одноразовые фильтры не могут использоваться второй раз из-за особенностей материала, из которого они производятся. Если их помыть они просто не будут фильтровать воздух. В данном случае нужно просто купить новый.
Многоразовые ХЕПА фильтры из фторопласта можно мыть и использовать несколько раз. Но они не вечные и после нескольких моек их эффективность существенно снижается – они начинают возвращать большую часть пыли обратно в комнату. Так что от чрезмерной экономии будет не много пользы. Но использовать их можно больше одного раза.
Почему недостаточно только HEPA фильтра в пылесосе?
Как мы уже узнали в начале статьи фильтры устанавливаются на входе (для крупных и средних частиц) и на выходе (для мелких и мельчайших). Понятно, что, выбирая пылесос, нужно выбирать тот у которого предусмотрен HEPA фильтр. Но не забудьте также, чтобы у него был фильтр и на входе (как правило многоразовый моющийся губчатый фильтр). Почему?
Потому что если на HEPA фильтр обрушатся и крупные частицы, то они, ударяясь о фильтр будут выбивать мельчайшие частицы в выпускную систему. То есть иначе говоря обратно в комнату.
И еще один лайфхак напоследок. Технологии не стоят на месте. Многие производители перестают выпускать комплектующие для моделей старше 3-х лет. Поэтому при покупке пылесоса запаситесь фильтрами заранее. А если вы этого не сделали, вы всегда можете купить фильтр для своего пылесоса (сколько бы ни было ему лету) на сайте Topperr-Store.
Итак, теперь мы точно знаем, что такое выходной HEPA фильтр (чем отличается HEPA 10 от HEPA 13), для чего он и как часто его нужно менять. А также какой HEPA фильтр лучше.
В новых статьях мы расскажем вам и о других видах фильтрах, советах об уборке дома и многое другое.
Как нас обманывают производители пылесосов
«А у нас нет клещей!» – «А мы заведем!»
Пылевые клещи – это, если верить маркетологам, чума наших домов, главный провокатор астмы и аллергии, и если у вас есть клещи – то вам, конечно, хана.
Факты
Пылевые клещи есть в каждом доме на планете. Они действительно микроскопически малы и не видны невооруженным глазом. Они питаются, в том числе, отмершими чешуйками эпителия. Пылевые клещи очень любят постель и матрасы, подушки, обувь, а также ковры и влажную теплую среду. У человека действительно может быть аллергия на продукты жизнедеятельности пылевых клещей (не на них самих), но для краткости дальше будем говорить: «на клещей».
Пылевой клещ под микроскопом. Страшно? На это и расчет
Маркетинговая чепуха про клещей
Клещи преподносятся в рекламе пылесосов как бедствие, которое грозит абсолютно всем. Каждый производитель разъясняет, почему именно его пылесос – самый антиклещевой. На самом деле продукты их жизнедеятельности опасны только для тех, у кого аллергия именно на этот конкретный аллерген – клещевая сенсабилизация. У астматиков она бывает довольно часто, до 70% случаев. Если человек аллергик, он может пройти специальное обследование и выявить, есть ли у него такая аллергия – на конкретный белок, содержащийся в фекалиях клещей. И тогда помогут только сухая чистка ковров и мягкой мебели, частая уборка мощным пылесосом матрасов, ковров (от них лучше избавиться), синтетические подушки и одеяла, которые можно стирать, частая смена постельного белья, стерилизация твердых поверхностей паром (не ковров и не диванов, как в рекламе – это только создаст благоприятную среду для клещей). Книги убрать под стекло или перейти на электронные – в бумаге клещи чувствуют себя отлично, но вы не пропылесосите все страницы.
НЕРА фильтры помогут от аллергии?
Для аллергиков (тех, у кого аллергия на клещей, пыльцу растений и другие мельчайшие частицы) важно, чтобы пылесос не выпускал их наружу. Ну, в принципе, для всех важно, но для них — особенно.
Факты
Многие пылесосы комплектуются специальными фильтрами тонкой очистки исходящего воздуха – НЕРА, что означает High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance — высокоэффективное удержание частиц. Классификация этих фильтров от 10 до 14. Степень удержания мельчайших частиц: 10 — больше 85%, 11 — больше 95%, 12 — больше 99,5%, 13 — больше 99,95%, 14 — больше 99,995%. Раньше любой класс, начиная с «десятки», считался НЕРА, но не так давно классификацию пересмотрели: теперь класс 10, 11 и 12 не считаются высокоэффективными, то есть они называются не НЕРА, а просто ЕРА.
Обращайте внимание на класс НЕРА фильтра
Маркетинговая чепуха про НЕРА
Но большинство производителей пылесосов по-прежнему пишут НЕРА – и редко указывают класс фильтра. Я довольно часто сталкиваюсь с этой «нескладушкой». НЕРА-фильтр – звучит привлекательно для потребителя, а указывать класс фильтра и правильно писать новое обозначение невыгодно.
Антибактериальное покрытие контейнеров
Современная реклама стремится поместить нас в стерильные условия – антибактериальное мыло, паста, фильтры, покрытия. Если бездумно пользоваться всем антибактериальным, то можно только навредить своему иммунитету: ведь все антибактериальное убивает бактерии без разбора – и болезнетворные, и наши, родные, «дружественные», создающие баланс микрофлоры в организме. Но вот с пылесосами просто до смешного доходит: в некоторых новинках теперь есть антибактериальные покрытия контейнеров для пыли.
Вертикальный пылесос с УФ лампой
Факты
Пылевые клещи, попавшие внутрь контейнера, защищены от бактерий. Их иммунитет, скорее, подорвёт стресс от полёта по шлангу пылесоса. Или развеселит.
Маркетинговая чепуха про антибактериальное покрытие контейнеров
Это, конечно, пиар в чистом и даже стерильном виде. Непонятно, как это должно работать и почему должно быть полезно. Очистка воздуха? Вряд ли успеет воздух, проходящий с бешеной скоростью, как-то существенно очиститься. Кроме того, для очистки воздуха есть фильтры.
Ультрафиолетовые лампы: прощайте, бактерии?
Первыми были производители роботов-пылесосов: робот ездит по полу, и не только убирает мусор, но и дезинфицирует поверхность при помощи УФ лампы. Сейчас некоторые производители оснащают УФ лампами обычные пылесосы.
Робот-пылесос с УФ лампой
Факты
Да, ультрафиолет убивает бактерии, но при длительном воздействии на определенный участок.
Маркетинговая чепуха про УФ-лампы
Ультрафиолетовые лампы в роботах-пылесосах полностью бесполезны: чтобы удалить бактерии с поверхности (кстати, зачем? Они тут же снова там появятся) нужно облучать одно и тоже место несколько минут, а робот все время передвигается. Кроме того, есть большие сомнения, что в бытовом устройстве может в открытом виде (а это необходимо для дезинфекции) стоять УФ-излучатель: тогда пользователю необходима защита. Например, для пользования фотоэпилятором, в котором применяется ультрафиолет, нужно надевать защитные очки.
Мощнее, тише, сильнее… в 67 раз
Это известный маркетинговый прием: называть «точные» цифры, которые мало кто будет проверять. А зря.
Факты
Оперирование сравнениями, выраженными в процентах или «разах» — обычное дело в рекламе и продвижении товаров. Это создает иллюзию достоверности и научности (мол, умные люди провели исследование и посчитали), повышает доверие потребителя. С пылесосами этот прием «прокатывает» на ура: столько цифр, которые можно преувеличить, что просто праздник какой-то: и мощность потребляемая, и мощность всасывания, и уровень шума, и процент удержания мельчайших частиц…
Убирает на 23% лучше
Маркетинговая чепуха, выраженная в процентах
Например, робот-пылесос уважаемого бренда, по информации производителя, имеет в 60 раз большую мощность всасывания, чем предыдущая модель. При этом указана потребляемая мощность: 70 Вт. Известно, что мощность всасывания всегда намного ниже максимальной потребляемой: например, обычные пылесосы (не роботы) с потребляемой мощностью 1700–2000 Вт имеют мощность всасывания 350–450 Вт. Мощность всасывания у роботов-пылесосов обычно так невелика, что ее даже не указывают. Вопрос: какова же мощность всасывания у предыдущей модели, которая в 60 раз меньше? Или более свежий пример: «Благодаря технологии мультициклон пылесос потребляет на 70% меньше электроэнергии», сообщает производитель. Что он хочет сказать, как считает, что является отправной точкой? Допустим, потребляемая мощность 1800–2000 Вт (средняя для сегмента мультициклонов, как, впрочем, и для обычных мешковых пылесосов, и для просто циклонов – не «мульти»). То есть без мультициклона было бы на 70% больше? Какая должна быть тогда исходная потребляемая мощность, которую уменьшали? Наверное, такая, что пылесосу потребовалось бы подключение, как электроплите, и специальное сечение провода.