Очистители воздуха: конструкция, история и будущие тенденции

---

История

Очистители воздуха были разработаны для борьбы с аллергенами, такими как пыльца, кожные чешуйки животных, пыль и споры плесени — агенты, провоцирующие чихание, насморк, зуд в глазах и в тяжелых случаях — приступы астмы. С более чем 17 миллионами американцев, страдающих астмой, эти устройства играют критическую роль в снижении концентрации аллергенов в помещениях.

Поскольку многие аллергены микроскопичны, они могут просачиваться через стандартные мешки пылесосов и висеть в воздухе днями. Даже один микрограмм кошачьего аллергена может вызвать симптомы у миллионов аллергиков на кошек. Очистители воздуха помогают снизить концентрацию этих крошечных частиц, облегчая жизнь миллионам семей каждый год.

Как они работают

Очистители воздуха обычно используют одну или несколько из следующих технологий:

• Механические фильтры (HEPA) — Высокоэффективные воздушные фильтры (HEPA) состоят из переплетенных стекловолокон или пластиковых волокон диаметром менее 1 мкм, создающих плотный ковер, захватывающий частицы до 0.3 мкм с эффективностью 99.97%.
• Электростатические осадкообразователи — Эти блоки генерируют облако высокоэнергетических электронов, заряжающих воздушные частицы, заставляя их притягиваться и собираться на противоположно заряженных пластинах. Они могут захватывать частицы размером до 0.01 мкм.
• Активированные угольные фильтры — Добавляемые как пред- или пост-фильтры, активированный уголь адсорбирует летучие органические соединения (ЛОС) и запахи через свои миллионы микроскопических пор.

Хотя HEPA и электростатические блоки эффективны против частиц, они не нейтрализуют ЛОС; активированный уголь поэтому необходим для комплексной очистки воздуха.

История развития

Человеческое внимание к качеству воздуха в помещениях восходит к древним цивилизациям. Римский философ Сенека отмечал риски здоровья от дымовой трубы в 61 г. н.э., а в 1306 году король Эдвард I запретил сжигание угля в Лондоне для борьбы с загрязнением. Индустриальная революция и послевоенный рост автомобилей еще больше ухудшили качество воздуха, стимулируя инновации в фильтрационных технологиях.

Сырье и дизайн

Типичные компоненты включают пластиковый корпус, электрический вентилятор, фильтр (HEPA или электростатический) и управляющую схему. HEPA фильтры изготавливаются из боросликатного стекла или полипропиленовых волокон, связанных небольшим процентом акрилового связующего. Электростатические осадкообразователи используют стальные пластины и высоковольтные провода для ионизации и сбора пыли.

Проектирование балансирует эффективность захвата частиц против сопротивления потоку воздуха. Более тонкие волокна повышают фильтрацию, но также ускоряют засорение фильтра, требуя более частой замены. Производители часто включают слои активированного угля для борьбы с запахами.

Процесс производства

Корпус

• Гранулы высокоударопрочного пластика расплавляются и впрыскиваются в стальную форму под давлением.
• Охлаждающие каналы удаляют тепло; вентиляционные отверстия обеспечивают уход воздуха для предотвращения пустот.
• После затвердевания деталь извлекается и инспекционируется.

Вентилятор

• Малые электромоторы приводят лопасти вентилятора, втягивающие воздух через блок.
• Вентиляторы крепятся к корпусу стальными винтами для долговечности.

Производство HEPA фильтров

1. Расплавленное стекло или пластик экструдируется через тонкую соплу, формируя микроскопические волокна.
2. Волокна укладываются на конвейер, где скорость контролирует толщину фильтра.
3. Опциональный латексный связующий наносится для усиления ковра.
4. Ковер складывается в гармошку для размещения большой площади в компактных корпусах.
5. Затем он помещается в каркас из проволочной сетки для сохранения структурной целостности.

Сборка электростатического осадкообразователя

1. Стальные пластины располагаются параллельно в пластиковом корпусе.
2. Высоковольтные провода подключены к чередующимся пластинам; остальные пластины заземлены.
3. Ионизирующий блок с тонкими проводами предшествует собирающим пластинам.
4. Повышающий трансформатор подает необходимое высоковольтное постоянное напряжение.

Активированный угольный фильтр

• Угольно-пронизанная ткань или пена производится пропитыванием сырья порошковидным активированным углем.
• Он позиционируется либо внутри, либо снаружи HEPA фильтра или вокруг электростатического осадкообразователя.

Сборка

• Настольная сборка распространена; компоненты собираются вместе и ручной сборкой.
• Типичные сборки очистителей включают корпус, вентилятор, частичный фильтр, угольный фильтр и контрольный выключатель.

Контроль качества

Производительность фильтров проверяется по стандартам ASTM (например, ASTM F50). Министерство обороны США требует 99.97% удаления DOP частиц. Сертификация обеспечивает надежность для жилых и коммерческих применений.

Экологическое воздействие

Производственные отходы включают излишки пластика, металлическую стружку и побочные продукты производства активированного угля, большинство из которых можно переработать. Операционные побочные продукты включают низкоуровневый озон от электростатических блоков, остающийся ниже вредных порогов в типичных домашних условиях. Фильтры имеют конечный срок службы: HEPA блоки часто меняются каждые 1–3 года, пока активированные угольные фильтры утилизируются после насыщения.

Будущие направления

Новые ULPA (Ultra Low Penetration Air) фильтры нацелены на захват частиц размером до 0.12 мкм, адресуя опасения по поводу субмикронных загрязнителей и вирусов. Продолжающиеся исследования стремятся улучшить фильтрационную эффективность, снизить энергопотребление и усилить удаление ЛОС.

Где узнать больше

Книги

Cooper, David C., and F. C. Alley. Air Pollution Control: A Design Approach. Prospect Heights, IL: Waveland Press, Inc., 1994.

Godish, Thad. Indoor Environmental Quality. New York: Lewis Publishers, 1999.

Mycock, John C., et al. Handbook of Air Pollution Control Engineering and Technology. New York: Lewis Publishers, 1995.

Периодические издания

Christiansen, S. C., et al. "Exposure and Sensitization to Environmental Allergen of Predominantly Hispanic Children with Asthma in San Diego's Inner City." Journal of Allergy and Clinical Immunology (August 1996): 288-294.

Другие ресурсы

"Electrostatic Precipitation." Tin Works, Inc. 3 June 2001. https://www.tinworks.com.

"Filter Media." Mac Equipment. 3 June 2001. https://www.macequipment.com.

"Plastic: Injection Molding." Industrial Designers Society of America. 17 June 2001. https://www.idsa-mp.org/proc/plastic/injection/injection_process.htm.

Jeff Raines