Хепа-фильтр и их виды

HEPA-фильтра особенности применения

Как и любая разрекламированная технология, – аксессуар довольно дорогой, и к тому же уникальный для каждого модельного ряда. Так какие же особые бонусы получает пользователь, решившийся на приобретение этой «новинки»?

• Разумеется, это качественная уборка в помещении. Благодаря особой структуре фильтрующего наполнителя данная система эффективно борется как с «крупными» частицами загрязнителя, диаметр которых более 0,4 мкм. При этом для каждого типа загрязнений используется наиболее подходящий механизм улавливания микрочастиц: более тяжелые элементы вследствие прямолинейного движения сталкиваются с волокнами материала и налипают на них, мелкие же составляющие взвеси прекращают свое движение благодаря всем известному эффекту «диффузии».
• «Оздоровление» воздуха в помещении. Фильтры такого типа способны задерживать такие загрязнители, как бытовую и угольную пыль, пыльцу растений, шерсть и перхоть домашних животных, сигаретный дым и смог, а также вирусы и болезнетворные бактерии, благодаря чему данная система очистки условно получила статус гипоаллергенной. Однако у данного свойства HEPA-фильтров есть и обратная сторона, которая будет подробно рассмотрена ниже.

Но помимо достоинств HEPA-фильтров существует и обратная сторона «медали», о которой производители предпочитают умалчивать. Так с чем же предстоит столкнуться доверчивым пользователям?

• Во-первых, это негигиеничность такой системы. Как уже было сказано, HEPA-фильтры хорошо задерживают всевозможные бактерии и вирусы, но дальше-то они никуда не исчезают, благополучно оседая на волокнистом материале. Это актуально для любых, в том числе и «одноразовых» модификаций, которые накапливают микробы на протяжении всего срока своей эксплуатации. В результате внутри фильтра живут целые колонии опасных микроорганизмов, которые в определенный момент «выдуваются» из пылесоса, создавая в убранной квартире биологическую обстановку аналогичную разгару эпидемии. Так что становится понятно, что слухи о гипоаллергенности мягко говоря преувеличены.
• Во-вторых, фильтры такого типа хорошо улавливают только достаточно мелкую пыль, в то время как более крупные частицы для системы просто «убийственны»: они закупоривают все воздушные каналы материала, и фильтр перестает выполнять свои непосредственные функции. Внешне это проявляется в падении мощности всасывания пылесоса и появлении неприятного запаха при его работе.
• И наконец, экономичной такую систему уж точно не назовешь. Это связано и с немалой себестоимостью фильтра, и с необходимостью его частой замены ввиду двух предыдущих недостатков.

HEPA-фильтр новинка или раритет

В первую очередь отметим, что используемая для создания фильтров такого типа технология – отнюдь не изобретение 21 века. Первые HEPA-фильтры появились практически столетие назад, правда их целевое назначение было несколько иным – улавливание опасных для здоровья радиоактивных частиц, и использовались они только на секретном производстве, оставаясь тайной для большинства обывателей.

Таким образом, выдать разработку вековой давности за собственное уникальное изобретение – задача сродни знаменитому «открытию» Колумба. Нет, разумеется, за истекший период технологии стали более совершенными, а материалы – эстетичными, что и способствует мнимой «уникальности» такого фильтра.

Фильтры тонкой очистки HEPA

Одна из ступеней фильтрации в пылесосе фильтр HEPA был предназначен изначально для совершенно других целей. Трудно представить, что такое, казалось бы, мирное приспособление было разработано при создании одной из первых атомных бомб. Фильтры HEPA предназначались для того, чтобы предотвращать распространение по воздуху радиоактивных частиц и примесей. С течением времени HEPA-фильтры нашли применение и в мирных областях:

• медицинских учреждениях и фармацевтике для обеспечения стерильных условий работы;
• аэрокосмической промышленности;
• пищевой промышленности, особенно на предприятиях по производству детского питания;
• машиностроении;
• электронной промышленности;
• на атомных электростанциях;
• для использования в домашней бытовой технике.

Фильтр HEPA не предназначается для удержания основной пыли, так как ее размеры довольно велики, и с ней прекрасно справляются фильтры грубой очистки, которые дополнительно устанавливаются на пылесосы. Удержание микрочастиц размером до 0,3 микрон – вот основное предназначение фильтров HEPA. Несмотря на микроскопические размеры, такие частицы могут вызвать довольно серьезную аллергическую реакцию у некоторых людей. Именно такой размер имеют испражнения пылевых клещей, аллергены с домашних животных, вирусы и бактерии, споры плесени, аллергическая растительная пыльца. Кроме этого HEPA-фильтры задерживают неприятные запахи, такие, как табачный дым.

Внешне фильтры HEPA напоминают сложенную гармошку. Особенность конструкции объясняется необходимостью увеличения фильтрующей площади поверхности для задержки максимально большого количества микрочастиц. Изготовляются фильтры тонкой очистки из целлюлозных волокон, пористая структура которых задерживает частицы пыли и микроорганизмы.

Производители делят HEPA-фильтры на два вида – моющиеся и одноразовые. Одноразовые фильтры могут быть изготовлены из бумаги или стекловолокна, более дорогого по стоимости. Фильтры из фторопласта позиционируются как фильтры многоразового использования, то есть моющиеся. Однако это не значит, что такие фильтры будут работать вечно, просто срок их годности немного больше, чем у бумажных фильтров, а цена при этом значительно дороже.

Фильтры хепа делятся также по классам, иначе говоря, по степени очистки. Разобраться в чем их отличие, мы постараемся, рассмотрев линейку фильтров Philips.

Модельный ряд пылесосов с HEPA-фильтром от Electrolux

Пожалуй, рекламный лозунг «Electrolux Швеция – сделано с умом» помнит каждый. И действительно, бытовая техника от Electrolux является одной из наиболее качественных и долговечных в мире.
И в полном соответствии с заявленной высокой планкой данный бренд поставляет на мировой рынок широкий ассортимент пылесосов с HEPA-фильтром, представленный по большей части моделями для сухой уборки.
Среди наиболее популярных линеек можно отметить Electrolux ZEO, Electrolux ZJM, Electrolux ZSC, а также элитные пылесосы модельного ряда Electrolux Ultra.

Модельный ряд Electrolux ZEO в основном представлен знаменитыми «мешковиками» с нормальной мощностью всасывания и солидным объемом пылесборника. Классическим представителем коллекции является пылесос Electrolux ZEO5430, обеспечивающий всасывание 300 Вт при стандартном для пылесосов такого типа энергопотреблении 2 КВт. Особенность модели заключается в расширенной комплектации, включающей турбощетку для глубокой очистки любых ковровых покрытий. В целом же пылесосы ZEO являются качественной бытовой техникой эконом-класса, функциональные возможности которой вполне оправданы невысокой стоимостью гаджета (всего порядка 100 $).
Пылесосы Electrolux ZJM являются улучшенным аналогом гаджетов коллекции ZEO, соответственно и стоимость моделей ZJM несколько выше – около 140$. Высокой пользовательской популярностью здесь пользуется пылесос Electrolux ZJM6820, снабженный объемным 4-х литровым пылесборником при весьма компактных габаритных размерах. Кроме того, девайс обеспечивает 340 Вт рабочей мощности при тех же 2 КВт потребляемой электроэнергии, что выгодно сказывается на качестве его работы. Однако в комплектации гаджета и его функциональных возможностей каких-либо изюминок не наблюдается: стандартных набор насадок, соответствующий бюджетной бытовой технике.
Коллекция Electrolux ZSC предлагает пользователю ассортимент достаточно мощных пылесосов циклонного типа. Стоимость моделей здесь колеблется в пределах 150 – 190 $, в зависимости от функциональных возможностей девайса. К примеру, пылесос Electrolux ZSC 6920, снабженный 12-ой модификацией HEPA-фильтра, стоит всего 160$, однако мощность всасывания гаджета при этом не превышает 290 Вт

А более популярная модель ZSC6940 стоимостью 175$ обеспечивает всасывание 300 Вт, а ее комплектация включает также специальную турбощетку.
Тем же, кто предпочитает элитную бытовую технику с широкими функциональными возможностями, стоит обратить внимание на модели Electrolux UCANIMAL и Electrolux USALLFLOOR., снабженные более совершенным HEPA-фильтром 13. Здесь более доступным является пылесос USALLFLOOR стоимостью 400$

Данный гаджет обеспечивает мощность всасывания 340 Вт при низком уровне шума — всего 65 Дб. Кроме того, модель обладает солидным радиусом действия 12 метров и снабжена индикатором заполнения пылесборника.

В заключении необходимо отметить, что пылесосы Electrolux с HEPA-фильтром обладают общими для гаджетов данного типа недостатками, однако хорошая репутация бренда является солидным аргументом в пользу выбора данной торговой марки. Ведь качественный Hepa фильтр для пылесосов Electrolux влияет не только на эффективность работы гаджета, но и на здоровье его пользователя.

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:

η_общая = η_сита + η_{зацепления} + η_{инерции} + η_{диффузии}

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:

η_общая = η_{зацепления} + η_{инерции} + η_{диффузии}

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%.

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:

Так что же сей уникальный агрегат из себя представляет

Название HEPA-фильтр происходит от английской фразы High Efficiency Particulate Absorbing, которая очень точно описывает принцип действия данной системы. Ведь в основе работы фильтра такого типа лежит абсорбция (иначе захват) частиц загрязнителя из проходящего сквозь фильтрующий материал воздушного потока. При этом физика данного явления объясняется тремя основами классической механики: инерционным движением тяжелых частиц, диффузией более мелких компонентов взвеси и их сцеплением с волокнами фильтрующего материала.

В качестве фильтрующей основы в современных HEPA-фильтрах используется два вида наполнителя:

• Укрепленная стекловолокном целлюлоза, применяемая для изготовления одноразовых фильтров «сухого» типа.
• Фторопласт, служащий основой для влагостойких HEPA-фильтров, рассчитанных на многократное использование.

В зависимости от целевого назначения различают HEPA-фильтры блочного и кассетного типов, состоящие из твердой основы и сложенного «гармошкой» фильтрующего материала.

Следует также отметить, что данная система рассчитана на улавливание сравнительно мелких (0,1 – 1 мкм) компонентов взвеси и может использоваться только для заключительной «тонкой» очистки воздуха после его обработки основным фильтрующим устройством. Если же первая ступень системы фильтрации работает недостаточно эффективно, и на HEPA-фильтр попадает более «крупная» пыль и бытовой мусор, то качество работы устройства заметно ухудшается и, соответственно, требуется более частая его замена.

В настоящее время существует 5 модификаций HEPA-фильтров, каждая из которых является усовершенствованным аналогом предыдущей версии:

• Фильтрующая система HEPA 10 стала своего рода «первопроходцем» в сфере качественной очистки проточного воздуха. На момент презентации модели ее 85%-ный порог фильтрации стал настоящим «прорывом» по сравнению с аналогичным параметром классических «мешков» и поролоновых прослоек. Но в настоящее время данный фильтр по качеству работы значительно отстает от своих более современных модификаций и в производстве практически не используется.
• Фильтр HEPA 11 также является устаревшим вариантом данной очистительной системы. Сей агрегат способен удерживать до 95% загрязнений, пропуская при этом около 5000 частиц на каждый литр воздуха.
• Система фильтрации HEPA 12 получила широкое распространение на мировом рынке, являясь наиболее бюджетной современной версией фильтров данного типа. Как правило, используется она в малофункциональных пылесосах эконом-класса, обеспечивая 99,5%-ную очистку воздуха.
• Фильтр HEPA 13 – один из лучших вариантов в своем классе, улавливающий до 99,95% всех известных загрязнений. Эта система очистки в настоящее время является «элитной» и применяется в достаточно дорогой бытовой технике.
• И наконец, новинка прошлого сезона – фильтр HEPA 14, однако на данный момент широкого распространения модель еще не получила ввиду немалой себестоимости аксессуара.

Фильтр HEPA Electrolux обе стороны медали

Независимую оценку качества, надежности и общей «полезности» данного аксессуара начнем с его «лицевой» стороны – всем известных достоинств:

• Во-первых, в обычных пылесосах это заметно лучшее качество уборки. Подтвердить это можно с помощью элементарного математического подсчета: даже самый простой фильтр Hepa Electrolux задерживает 85% микроскопических частиц, которые при его отсутствии возвращаются пылесосом обратно в помещение. Учитывая, что компоненты загрязнений меньше 1 мкм в диаметре стандартный фильтр задержать не может, а их в каждом литре выдуваемого пылесосом воздуха содержится более 100 000 – можно только представить, чем дышит пользователь обычного девайса и все его домашние при такой уборке квартиры.
• Во-вторых, это дополнительная защита внутренних блоков пылесоса от запыления. Ведь вся «упущенная» фильтрами обычного девайса пыль не только возвращается во внешнюю среду, но и оседает на его функциональных узлах, приводя к их перегреву и преждевременному выходу из строя. А, согласитесь, регулярно покупать новый гаджет, поскольку старый пылесос «почему-то сломался» — перспектива малоприятная.
• И наконец, особым бонусом пылесосов с HEPA-фильтром является то, что в процессе работы они в какой-то мере хоть не много очищает помещение. Разумеется, вместо кварцевой лампы такой гаджет использовать не получится, но собрать осевших на полу мусор он вполне способен.

Конечно, такие достоинства HEPA-фильтра вполне очевидны, и разработчики устройства активно ссылаются на них в своих рекламных акциях, реализуя доверчивым клиентам новинку по весьма солидной цене – порядка 30-40$.
Но есть и «подводная часть айсберга», столкнуться с которой можно уже в процессе эксплуатации прибора. И связана она в первую очередь с активным улавливанием HEPA-фильтром различных микроорганизмов. Ведь после этого они навсегда остаются в недрах самого фильтра, образуя там многочисленные и весьма разнообразные колонии. И при очередном включении прибора вся популяция «сдувается» с насиженного места, благополучно переселяясь в вашу квартиру. Внешним проявлением данной проблемы служит появление при работе пылесоса неприятного запаха, а также «внезапно» подкосившее всю семью ОРЗ.

Кроме того, фильтр Hepa для Electrolux рассчитан на улавливание только микроскопических частиц загрязнителя, в то время как при работе любого пылесоса он подвергается активной «бомбардировке» частицами любого калибра. В связи с этим большинство разрекламированных гаджетов теряют заявленную мощность всасывания после первой же уборки, чем немало разочаровывают своих владельцев.

Конечно, всех этих проблем можно в некоторой степени избежать, регулярно покупая новый фильтр, на что, собственно, производители бытовой техники и рассчитывают. Только вот уборка такая станет настолько «золотой», что поневоле вспомнишь о старом добром венике: надежном и экологически чистом.

Использование моющихся HEPA-фильтров также способствует частичному решению данной задачи, но тут незаметно всплывает еще одна проблема, а именно, необходимость их регулярной очистки. Ведь отечественный менталитет устроен таким образом, что такие работы, как вынос мусорного ведра, уборку в шкафу и мытье пылесоса человек всегда старается отложить «на потом». А плохо промытый и оставленный влажным HEPA-фильтр станет еще большим рассадником микробов, чем его «сухой» аналог, поскольку к стандартному комплекту микробов здесь добавится еще и вездесущая плесень.

Классификация HEPA-фильтров

Если вы уже присмотрели себе определенную модель пылесоса, модификация которого подразумевает наличие фильтра тонкой очистки, и внимательно изучили его характеристики, то вы наверняка заметили цифру, которая стоит возле аббревиатуры HEPA. Это обозначение класса фильтра является международным стандартом. Всего насчитывается пять классов фильтров HEPA, с обозначениями H10, H11, H12, H13, H14.

Интересно, что еще несколько лет назад результат в 95% считался отличным для качественной уборки. Что означают эти загадочные проценты? Все очень просто — это показатели удержания пылевых частиц от их попадания в воздушное пространство. Например, фильтр класса H10 способен удержать всего 85% пыли, а его собрат по фильтрации HEPA H12 уже не менее 99,5%. Соответственно, качество фильтрации улучшается по мере возрастания класса фильтра. Самыми высокими показателями якобы обладают фильтры тонкой очистки HEPA H13 — не менее 99,95 % и HEPA H14 с эффективностью 99,995%.

На уровень фильтрации пылесосов стоит обращать внимание тем, кто по-настоящему озабочен чистотой воздуха в помещении. Модели пылесосов с фильтром HEPA или возможностью его установки считаются спорным вариантом для людей, склонных к аллергическим заболеваниям

При этом класс HEPA-фильтра не имеет значения, важным является вообще факт его установки.
А все потому что дела с фильтрами тонкой очистки обстоят совсем не так просто, как это пытаются представить производители. И заплатив приличную сумму за дорогостоящий пылесос, вы можете быть слегка разочарованы, получив несколько иной, не такой положительный, как бы вам хотелось, результат.