Балометр VF01 — вимірювач об’ємної витрати повітря

Вимірювач об’ємної витрати, швидкості потоку повітря і температури
Діапазон вимірювань: від 85 до 3400 м3/год
Похибка вимірювання: ± 3%.

Балометр– вимірювач об’ємної витрати, призначений для вимірювання об’ємної витрати повітря, швидкості потоку повітря та його температури на:

• НЕРА фільтрах (вимірювання витрати повітря на HEPA-фільтрі)
• Дифузорах і повітророзподільниках
• Вентиляційних решітках
• тощо.

Основною перевагою Балометра (Balometer)

є наявність розтруба, що дозволяє збирати все повітря, яке проходить через поверхню НЕРА фільтра, вентиляційної решітки, дифузора чи повітророзподільника, зводить до мінімуму похибку і значно спрощує проведення вимірювань.

Балометри є одними з небагатьох типів приладів, що дозволяють вимірювати об’ємну витрату турбулентних повітряних потоків, які створюють дифузори, повітророзподільники та вентиляційні решітки.

Балометр (Balometer) відповідає вимогам стандартів серії ІСО 14644 (ISO 14644) і застосовується для:

• кваліфікації чистих приміщень і систем вентиляції та кондиціювання повітря (HVAC):
  • фармацевтичної промисловості
  • медичної промисловості
  • харчової промисловості
  • ветеринарії, при виробництві ветеринарних препаратів
• введення в експлуатацію систем:
  • вентиляції
  • вентиляції та кондиціювання
  • вентиляції, кондиціювання та опалення

Завдяки наявності сенсорів температури Балометр (Balometer) є ідеальним рішенням для підтвердження роботи системи кондиціювання та опалення – проводиться шляхом вимірювання температури припливного і витяжного повітря.

Програмна частина Балометр (Balometer) дозволяє записувати безпосередньо у внутрішню пам’ять приладу значення витрати повітря, швидкості потоку і температури з можливістю подальшого аналізу даних на комп’ютері та їх протоколювання.

Вимірювання витрати повітря на HEPA-фільтрі, або що таке HEPA-фільтр: принципи роботи і неочевидні факти.

Це високоефективні фільтри, головна мета яких – видаляти з повітря дрібнодисперсні частинки, зокрема PM2.5 і PM10 (діаметром менше 2,5 і 10 мкм відповідно). HEPA – це не бренд і не марка, а клас фільтрів, який визначається міжнародним і національним стандартами ЕН 1822-1:2009 і ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010.

Погляньмо на HEPA-фільтр «з відстані витягнутої руки», розповімо про принцип його роботи та основні ефекти, завдяки яким відбувається осадження частинок на фільтрі.

Основа будь-якого HEPA-фільтра – хаотично розташовані волокна різної товщини, приблизно 0,5-5 мкм. Відстань між волокнами – близько 5-50 мкм. Діаметр дрібнодисперсних частинок – у межах кількох мікронів або навіть кількох часток мікрона. Виникає питання: як фільтр з такими великими порами затримує такі дрібні частинки?

Зазвичай ми уявляємо фільтр у вигляді рибальської сітки або сачка: якщо об’єкт, що фільтрується, більший за комірку, він застрягає. Цей механізм називається ефектом сита (straining). Він працює для частинок, діаметр яких перевищує розмір пор у фільтрі. На спрощеній моделі ефект сита виглядає так:

Волокна фільтра уявляються як циліндри, розташовані поперек повітряного потоку. Сам потік вважається безвихровим. Модель частинки – куля з радіусом R. Якщо 2R більше за відстань між волокнами, частинка застрягає у фільтрі. Чим більша частинка, тим імовірніше вона застрягне у волокнах. Тому для великих частинок ефект сита працює краще:

На графіку немає прив’язки до конкретних розмірів, оскільки фільтри з різною товщиною волокон і різною щільністю упакування затримуватимуть різні фракції частинок. Форма кривої буде приблизно тією самою, але вона може «плавати» по горизонтальній шкалі. Наприклад, для фільтра грубого очищення класу G крива розташовуватиметься правіше, ніж для фільтра тонкого очищення класу F. У фільтрах HEPA ефект сита теж спостерігається. І якби HEPA працював лише за цим механізмом, то крива його ефективності виглядала б приблизно так само. Однак насправді вона виглядає зовсім інакше:

З графіка видно, що HEPA-фільтр затримує частинки будь-якого розміру. І якщо ефективна фільтрація великих частинок (близько 5 мкм і більше) відбувається за механізмом сита, то фільтрація дрібнодисперсних фракцій (порядку 1-0,01 мкм) має іншу природу.

Як HEPA-фільтр «ловить» дрібнодисперсний пил?

Основна відмінність HEPA від фільтрів грубого і тонкого очищення в тому, що для фільтрації частинці не обов’язково застрягати у волокнах. Якщо порошинка просто торкнулася фільтрувального матеріалу, цього вже достатньо для ефективного осадження. Це пов’язано з двома процесами: адгезією та аутогезією.

Адгезія – це взаємодія пилу з поверхнею осадження, у нашому випадку з волокнами HEPA. Завдяки адгезії на чистих волокнах з’являється перший шар пилу.

Аутогезія, або злипання – це взаємодія пилових частинок між собою. Завдяки аутогезійній взаємодії частинки продовжують нашаровуватися одна на одну, утворюючи на волокнах багатошарові конгломерати. Виглядають вони так:

Природа адгезії та аутогезії – у молекулярній взаємодії частинок одна з одною і з волокнами (сили Ван-дер-Ваальса). Ці сили з’являються на відстані від одного до кількох сотень діаметрів частинок. Для найдрібніших частинок притягання до волокна і пилового шару настільки велике, що частинки осідають у HEPA-фільтрі фактично назавжди. Цифри це підтверджують: для частинок менше 10 мкм міцність пилового шару на розрив – понад 600 Па.

Отже, через сили притягання частинка практично намертво прилипає до волокна HEPA-фільтра, щойно торкнеться його поверхні. Це пояснює утримання частинок на фільтрі, але досі немає відповіді на питання:

Як найдрібніші частинки торкаються волокна HEPA-фільтра?

Як ми з’ясували, ефект сита тут ні до чого – найдрібніші частинки вільно пролітають крізь пори. У фільтрах НЕРА діють інші механізми.

Будь-яка частинка утримується в повітряному потоці, і якщо у фільтрі не виникають сили, що відхиляють частинку від лінії току повітря в бік волокна, то осадження не буде. У результаті частинка проскочить крізь фільтр разом із потоком. Тому питання «Як частинки торкаються волокна?» можна перефразувати: «Як частинки виходять з повітряного потоку?» І відповідь на нього буде різною залежно від розміру і маси частинки.

Найдрібніші частинки (діаметром менше 0,1 мкм) мають невелику масу і постійно перебувають у хаотичному броунівському русі. Їхня траєкторія постійно коливається відносно лінії току повітря. Під час коливань частинка виходить з потоку, торкається волокна і осідає. Це ефект дифузії:

Більші частинки (діаметром понад 0,3 мкм) важать більше, тому їхні коливання відносно лінії току менші або взагалі відсутні. Такі частинки осідають за іншим механізмом. На моделі видно, що лінії повітряного потоку викривляються поблизу волокна, огинаючи перешкоду. Великі й важкі частинки за рахунок інерції виходять з повітряного потоку, стикаються з волокном і осідають. Це ефект інерції:

Дифузійний та інерційний ефекти доповнюють один одного: один відповідає за фільтрацію найдрібніших частинок, інший – більших:

Найскладніше осадити на волокно частинки «проміжного» розміру. Їхня інерція ще недостатньо велика, а дифузія вже працює слабко, оскільки коливання їхньої траєкторії відносно лінії току вже не такі сильні. Тому такі частинки з більшою ймовірністю залишаються в потоці й огинають волокна разом із повітрям. Їх називають частинками з максимальною проникною здатністю, Most Penetrating Particle Size (MPPS). І для їх осадження найбільше значення має останній механізм – ефект зачеплення:

Ефект зачеплення працює, коли частинка наблизилася до поверхні волокна на відстань свого радіуса. Такого дотику достатньо для її осадження. Цей механізм працює не лише для MPPS. Він універсальний і діє для частинок будь-якого розміру. Порошинки можуть залишатися в повітряному потоці, здійснювати дифузійні коливання відносно лінії току або вилітати з потоку завдяки інерції – у будь-якому разі, якщо частинка торкнулася волокна, вона осідає.

Ефективність цього механізму залежить від розміру частинки. Чим більша частинка, тим імовірніше вона торкнеться волокна. Цим ефект зачеплення схожий на ефект сита, тому й графік майже однаковий (звісно, з прив’язкою до іншого діапазону частинок):

Насправді в HEPA-фільтрі на частинку одночасно діють усі механізми, тому загальна ефективність HEPA-фільтра дорівнює сумі внесків кожного ефекту:

η_{загальна} = η_сита + η_{зачеплення} + η_{інерції} + η_{дифузії}

Якщо постійно навантажувати HEPA аерозолем з великими частинками, то термін роботи фільтра значно скорочується. Це відбувається через ефект сита: великі частинки швидко забивають фільтр і знижують його проникність. Щоб уникнути ефекту сита, перед HEPA-фільтром встановлюють один або кілька префільтрів нижчого класу: G та/або F. Вони захищають HEPA від передчасного засмічення. Якщо префільтри стоять, то HEPA працює суворо «за спеціальністю» — фільтрація дрібнодисперсних частинок. Таким чином, залишаються три ефекти:

η_{загальна} = η_{зачеплення} + η_{інерції} + η_{дифузії}

Якщо скласти всі три графіки ефективності для кожного механізму, то отримаємо ту саму криву загальної ефективності HEPA-фільтра, яку ми показували на початку статті:

Як бачимо, в діапазоні MPPS (приблизно від 0,1 до 0,3 мкм) загальна ефективність HEPA-фільтра «падає в яму». І саме за MPPS вимірюють загальну ефективність. HEPA-фільтр класу H10 (за новою номенклатурою E10) працює з ефективністю понад 85%, а фільтр класу H11 (E11) – понад 95%. Це означає, що в HEPA-фільтрі E11 осідають 95 зі 100 частинок MPPS. При цьому інші частинки осідають з імовірністю майже 100%, але підсумкову ефективність прийнято вказувати за MPPS, 95%.

Від чого залежить ефективність HEPA-фільтра?

Ефективність HEPA залежить не лише від розмірів частинок, що фільтруються, а й від параметрів самого фільтра:

• Діаметр волокон у HEPA-фільтрі
• Щільність упакування волокон
• Матеріал волокон

Чим тонші волокна і чим щільніше вони упаковані, тим більша площа їх стикання з частинками. І чим краще волокна «чіпляють», тим ефективніше осадження. Якщо матеріал, з якого зроблено фільтр, має високу питому провідність, то волокна можуть заряджатися в повітряному потоці. У такому разі між волокнами і частинками виникають сили електростатичного притягання (сили Кулона). Вони додатково збільшують ефективність HEPA-фільтра. Детальніше цей ефект ми тут розглядати не будемо, про електростатичне осадження розповімо в іншій статті.

Під час осадження частинок зменшується відстань між волокнами:

У результаті площа волокон збільшується, і з цим пов’язаний парадоксальний факт: з часом ефективність HEPA не зменшується, а зростає. З іншого боку, при забрудненні зменшується проникність фільтра, збільшується його опір, зростає перепад тиску на фільтрі і, як наслідок, зменшується продуктивність приладу, в якому його встановлено. Якщо фільтр забився повністю і продуктивність приладу впала майже до нуля, єдиний вихід – замінити фільтр. Частота заміни залежить від ємності фільтра. Цей показник визначає, скільки пилу зможе осадити HEPA, перш ніж перепад тиску на ньому стане критичним.

Тепер, коли ми маємо уявлення про HEPA-фільтр, зберемо по пунктах принцип його роботи:

1. У фільтр потрапляє повітряний потік з порошинками різного розміру, від 10 мкм і менше
2. Великі частинки виходять з повітряного потоку завдяки ефекту інерції, дрібні – завдяки ефекту дифузії
3. На фільтрі осідають усі частинки, які вийшли з потоку і торкнулися волокна
4. На волокні частинки міцно утримуються завдяки силам притягання (Ван-дер-Ваальса)

Також зберемо в одному місці всі неочевидні факти про HEPA-фільтр:

• HEPA-фільтр може затримувати частинки будь-яких розмірів
• Пил затримується в HEPA-фільтрі практично назавжди. Пилососити HEPA марно – тільки міняти.
• З часом ефективність HEPA-фільтра тільки зростає.

На цьому поки все: ми розповіли про принципи осадження та утримання дрібнодисперсного пилу в HEPA-фільтрах. Якщо у вас є питання, будемо раді відповісти на них у коментарях.

Вартість Балометра VF01 (Balometer VF01): 4200 $

Замовити