Proč je filtr s filtračním médiem MiniPleat nejlepší volba?
Konstrukce vzduchových filtrů prošla v posledních desetiletích výraznou změnou. Na trhu se začaly objevovat nové textilní materiály a výrobní technologie, které umožnily dosáhnout lepších filtračních vlastností ale také i energetických úspor.
V posledních letech se celé toto průmyslové odvětví soustředí především na nanomateriály a jejich větší rozmach právě pro filtraci vzduchu. Zřejmě tedy můžeme i v dalších letech očekávat vývoj nových výrobních postupů a technologií, které nám právě tyto materiály nabídnout. Pokud se zároveň podaří redukovat výrobní náklady, nebude nic bránit jejich širšímu nasazení.
Pokud se ale podíváme na vzduchové filtry, které jsou na trhu běžně dostupné již dnes a které se pro vzduchotechnické jednotky běžně používají, můžeme zde vidět značné rozdíly. Tyto filtry mají různé tvary, různé rozměry, jsou pro ně používány různé textilní materiály, mají jinou výrobní cenu a hlavně rozdílný filtrační výkon.
V článku o základních charakteristikách filtrů již byly vysvětleny základní posuzované charakteristiky filtru a tak se teď podrobněji zabývejme tlakovou ztrátou filtru.
Tlaková ztráta filtru je právě jeden z nejdůležitějších parametrů společně s účinností filtrace. Bohužel jsou tyto filtrační charakteristiky vzájemně svázány a ovlivňují se navzájem. Pokud tedy požadujeme filtr s vysokou filtrační účinností, musí být k jeho výrobě použita textilie s vyšší hustotou vláken, které budou blíže u sebe, a tím pádem budou lépe zachytávat škodliviny ve vzduchu.
Takové materiály mají tedy vyšší hustotu materiálu na jednotku plochy neboli vyšší plošnou hmotnost. Tímto zvýšením plošné hmotnosti se sice zlepší účinnost filtrace, protože zachytíme více škodlivin, ale zároveň také narůstá odpor materiálu vůči průchodu vzduchu a vzduchotechnický systém musí pracovat na vyšší výkon. Obecně lze říct, že není možné vyrobit vzduchový filtr, který bude mít vysokou filtrační účinnost a zároveň velice malou tlakovou ztrátu. Možná se teď ptáte, jak tedy můžeme podstatně snížit tlakovou ztrátu filtru, pokud chceme používat filtry s vysokou filtrační třídou? Odpověď na tuto otázku je poměrně jednoduchá – je nutné pracovat s filtrační plochou. To je přesně ten zásadní a rozhodující parametr každého filtru, se kterým je třeba pracovat. Pro podrobnější vysvětlení se neobejdeme bez D´Arcyho rovnice a jejího záměrného zjednodušení, která popisuje vztah mezi filtrační plochou a tlakovou ztrátou:
Q=Aׅ•Δp•K
kde Q je průtok vzduchu (m3/sec), A je plocha filtru (m2), Δp je tlaková ztráta(Pa).
Konstanta K v sobě zahrnuje výšku filtru (m), dynamickou viskozitu (Pa•s) a koeficient propustnosti filtru (m2).
Tato rovnice platí prakticky pro jakýkoliv porézní materiál a jeho struktura je poté vyjádřena právě pomocí parametrů obsažených v konstantě K.
Pokud tedy zanedbáme další vlivy jako například dynamiku tekutin a turbulence vznikající při průchodu vzduchu filtrem, tak z této rovnice jasně vyplývá, že vztah mezi plochou filtru a tlakovou ztrátou je lineární. Při stejném konstantním průtoku vzduchu platí, že pokud např. 10x zvýšíme plochu filtru, tak 10x poklesne jeho tlaková ztráta. Jak ale dostat do vzduchotechnického systému 10x větší filtr? Právě proto se zrodila konstrukce filtru s názvem MiniPleat…
Tato konstrukce filtru vznikla jako alternativa k filtrům kapsovým, jejichž tlaková ztráta je díky velké ploše kapes malá, a díky tomu lze bez obav používat i filtrační média vyšších filtračních tříd. Nevýhodou těchto kapsových filtrů je fakt, že díky rozměrným kapsám zabírají ve vzduchotechnických jednotkách hodně místa a tím pádem se nehodí do kompaktních systému používaných v bytech či rodinných domech. Používání kapsových filtrů je tedy především u systému s průtokem vzduchu vyšším než 500 m3/h. Při nižších průtocích se tyto filtry používají jen sporadicky.
Konstrukce MiniPleat – vysoký výkon v malé ploše
Výraz MiniPleat lze volně z angličnity přeložit jako mini-záhyb. Jedná se o konstrukci filtru, v níž je filtrační médium za pomocí strojů skládáno do hustých skladů požadované výšky a tyto sklady jsou poté spojeny speciálním tavným lepidlem. Vzdálenost mezi jednotlivými sklady se pohybuje v řádu několika milimetrů. Díky této konstrukci hustých skladů je možné do daného rozměru filtru vměstnat více filtračního média, tím podstatně zvýšit plochu filtru a dosáhnout snížení tlakové ztráty.
Důležitým parametrem u této konstrukce filtrů je počet skladů na 1 m délky. Tento parametr je označován jako hustota skladů. Následující graf ukazuje závislost relativní plochy filtru na hustotě skladů.
Pokud tedy např. z filtračního média vyrobíme filtr konstrukce MiniPleat výšky 40 mm se 100 sklady na 1 metr délky, bude mít tento filtr osminásobnou filtrační plochu oproti jeho skutečné ploše. Závislost mezi počtem skladů a plochou filtru je téměř lineární. Je zde ale potřeba zmínit, že při velmi vysoké hustotě skladů dochází k zaplňování prostoru, kudy přiváděný vzduch proudí, a tím se snižuje využitelná plocha. Tato hodnota se značí jako kritická hustota skladů.
Technická univerzita v Liberci provedla testování dvou rozdílných filtračních médií, aby objasnila vliv hustoty skladů na tlakovou ztrátu při rychlosti proudění 5m/min. Následující graf ukazuje vliv hustoty skladů na tlakový spád pro dvě filtrační média s rozdílnou plošnou hmotností materiálu (100 g/m2 vs. 35g/m2) a výškou filtru 20mm.
Z grafu je jasně vidět, že materiál s malou plošnou hmotností dosahuje podstatně nižšího poklesu tlakové ztráty v porovnání s materiálem vyšší plošné hmotnosti. Kritická hustota skladů je u materiálu vyšší plošné hmotnosti dosažena někde okolo hodnoty 150 m-1. Po překročení této hodnoty začne tlakový spád opět mírně stoupat. I přesto je možné skládání filtračního média docílit až desetinásobného poklesu tlakového spádu u materiálu s plošnou hmotností 35 g/m2 a až třináctinásobného poklesu u materiálu s plošnou hmotností 100 g/m2.
Všechny výše uvedené skutečnosti jasně ukazují, že jediným možným způsobem, jak docílit snížení tlakové ztráty vzduchového filtru, je pracovat s jeho plochou. Na těchto základech je postavena konstrukce filtrů typu MiniPleat, která díky skládání filtračního média do hustých skladů několikanásobně snižuje tlakovou ztrátu. Tím umožňuje použití filtračních médií vysoké filtrační třídy ve vzduchotechnických jednotkách. To je jeden z hlavních důvodů, proč řada vzduchových filtrů SafeLuft používá právě konstrukci typu MiniPleat – vysoký filtrační výkon, díky větší filtrační ploše podstatně delší životnost a nižší tlaková ztráta.
Právě proto jsou pro filtry RUKATECH SafeLuft používány filtrační média MiniPleat. Díky tomu mají naše filtry vysoký filtrační výkon a nízkou tlakovou ztrátu.
Použitá literatura a zdroje
RUKATECH, s.r.o : Interní dokumenty
TU Liberec, Ing. Jakub Hrůza, Ph.D.: Zlepšování filtračních vlastností vlákenných materiálů