Filtry Powietrza: Budowa, Działanie i Zastosowanie

Szczegóły: Opublikowano: 30. September 2025

Wiele procesów energetycznych i technologicznych wymaga zastosowania wydajnej i bardzo skutecznej metody oczyszczania powstających gazów, spalin lub zapylonego powietrza. Filtry powietrza to niezbędny element każdego systemu wentylacyjnego - zapewniają czyste powietrze, chronią instalacje i wpływają na komfort użytkowników. Filtracja powietrza to proces kluczowy dla utrzymania czystości powietrza w systemach wentylacyjnych, mający na celu usuwanie zanieczyszczeń i ochronę zarówno użytkowników pomieszczeń, jak i elementów instalacji.

Rodzaje Filtrów Powietrza

Filtry powietrza stosowane w systemach wentylacyjnych można podzielić na trzy podstawowe grupy: wstępne, dokładne i absolutne.

Filtry wstępne są pierwszym etapem filtracji, usuwając z powietrza największe zanieczyszczenia, takie jak kurz czy pył. Chronią elementy systemów wentylacyjnych, takie jak wentylatory i wymienniki ciepła przed uszkodzeniem.
Filtry dokładne stanowią drugi stopień filtracji, zatrzymując mniejsze cząsteczki, takie jak drobny pył czy mikroorganizmy.
Filtry absolutne to trzeci stopień filtracji, stosowany w miejscach o najwyższych wymaganiach higienicznych, takich jak szpitale, czy laboratoria. Te filtry charakteryzują się bardzo wysoką skutecznością zatrzymywania nawet submikronowych cząstek.

Normy europejskie precyzyjnie określają klasy filtrów w zależności od ich skuteczności. Przykładowo filtry wstępne są oznaczane jako G1-G4, filtry dokładne jako M5-M6 i F7-F9, a filtry absolutne jako H10-H14 (HEPA) lub U15-U17 (ULPA).

Materiały Filtracyjne

Materiały filtracyjne stosowane w filtrach powietrza to najczęściej włókna szklane, polipropylenowe lub syntetyczne, które zapewniają wysoką skuteczność przy niskim oporze przepływu.

Filtry Workowe: Budowa i Zasada Działania

Spośród szerokiej gamy różnego rodzaju filtrów i odpylaczy coraz popularniejsze stają się filtry workowe jako rozwiązania pozwalające na niemal całkowite zatrzymanie zanieczyszczeń stałych (osiągana sprawność filtracji przekracza 99,9%). Decydując się na takie właśnie urządzenie, trzeba jednak wiedzieć, że pożądany efekt w postaci wysokiej sprawności można osiągnąć jedynie w przypadku, gdy spełnionych zostanie szereg warunków technicznych dotyczących pracy filtra. Warunki, o których mowa dotyczą głównie: rodzaju zastosowanego materiału filtracyjnego, budowy filtra oraz sposobu właściwej jego eksploatacji (m.in. regeneracji worków filtracyjnych).

Przeczytaj także: MF 235: Rozbieramy filtr powietrza na części pierwsze

Pierwszym etapem doboru filtra workowego optymalnego dla konkretnych celów powinno być opracowanie założeń charakteryzujących źródło i rodzaj zanieczyszczeń, ilość odpylanego gazu przepływającego przez filtr, jego temperaturę, wilgotność itd. Dane te stanowią podstawę do wybrania odpowiedniej konstrukcji filtra, określenia zasady jego działania oraz doboru właściwego matriału filtracyjnego. Dokonania optymalnego wyboru urządzenia jest możliwe tylko wtedy, gdy znamy ogólną zasadę działania filtrów workowych.

Po wpłynięciu zapylonych spalin lub gazów technologicznych do dolnej części filtra następuje na przegrodzie zmiana kierunku ich przepływu. W pierwszej fazie, właśnie na skutek zmiany kierunku przepływu wytrącane są najgrubsze frakcje pyłu, spadające do leja zsypowego. Następnie spaliny wpływają do przestrzeni z workami filtracyjnymi i przenikają przez materiał filtracyjny do wnętrza worka. Worki mają przeważnie zamkniętą przestrzeń od strony gazu zapylonego i otwartą na wylocie gazu oczyszczonego. Utrzymywane są w stanie napięcia przez kosze wsporcze. W początkowej fazie na powierchni materiału filtracyjnego powstają narosty pyłu, osiada on bowiem na zewnętrznej powierzchni worków. Odpylone spaliny przenikają przez medium filtracyjne worków do ich wnętrza połączonego z wylotem spalin. Konstrukcja filtra z workami ustawionymi pionowo jest rozwiązaniem sprawdzonym o pewnym działaniu.

Regeneracja Impulsowo-Rewersyjna (Jet-Pulse)

Najlepsze wyniki daje indywidualne oczyszczanie każdego worka przez uderzeniową falę sprężonego powietrza o wysokim ciśnieniu tzw. regeneracja impulsowo-rewersyjna (ang. jet-pulse). Strumień czyszczącego powietrza ma za zadanie wywołać nadciśnienie wewnątrz worka filtracyjnego na całej jego długości, w wyniku którego następuje odkształcenie materiału i odrzucenie placka filtracyjnego.

Impuls sprężonego powietrza, kontrolowany przez przekaźnik czasowy sprzęgnięty z zaworem magnetycznym, jest bardzo krótki i zazwyczaj trwa 0,004-0,1 s i powtarzany jest co 10-30 min. Porcja powietrza wtryśnięta w kierunku przeciwnym (rewersyjnym) do przepływu odpylanego gazu, wędrując w dół z ciśnieniem na zewnętrznej stronie fali 250-1000 kPa, powoduje rozdęcie worka i zrzucenie placka pyłu jaki zebrał się na zewnętrznej powierzchni filtracyjnej worka do leja zamkniętego zaworem celkowym.

Bardzo ważne jest tu, aby strumień sprężonego powietrza trafiał centralnie do przekroju worka, dlatego najwłaściwsze jest rozwiązanie, w którym do każdego z worków przypisana jest jedna zamontowana na stałe dysza sprężonego powietrza. Kolejną ważną sprawą dotyczącą regeneracji jest, aby odolejone i osuszone powietrze o ciśnieniu około 0,6 MPa zostało doprowadzone do układu w ilości dostosowanej do ilości, wielkości i częstotliwości strzepywania worków. Regenerację taką w praktyce przeprowadza się dla worków wykonanych z filcu igłowanego. Zaletą stosowania tej metody jest długi okres życia worków filtracyjnych i ich mniejsze rozmiary.

Przeczytaj także: Sędziszów Filtr Powietrza do Astry H - Testy i Opinie

Prędkość Filtracji

O skuteczności filtracji decydować będzie również jej prędkość. Generalnie, im mniejsza jest prędkość filtracji (czyli zapylony gaz dłużej przepływa przez filtr), tym wyższa jest osiągana skuteczność filtracji spalin. Ograniczenie dolnej wartości prędkości filtracji jest wynikiem uwarunkowań ekonomicznych. Przyjęcie zbyt małej prędkości będzie powodować konieczność znacznej rozbudowy powierzchni filtracyjnej, co zwiększa koszt inwestycyjny urządzenia. Ponadto wraz ze spadkiem prędkości rosną opory przepływu, co przekłada się na wzrost kosztów eksploatacji urządzenia.

Dobór Materiału Filtracyjnego

Poprawna praca filtra uzależniona będzie od wyboru materiału filtracyjnego o parametrach technicznych dostosowanych do obsługiwanego procesu technicznego. Rodzaj materiału worka uzależniony jest od wielkości i kształtu cząstek oraz właściwości fizyko-chemicznych odpylanego gazu. W zależności od obsługiwanego procesu technologicznego materiał filtracyjny o dużej zdolności do zatrzymywania cząstek powinien być odporny na chemiczne działanie strumienia gazu, wpływ temperatury oraz oddziaływanie mechaniczne związane z regeneracją. Wszystkie te właściwości powinny być udokumentowane stosownym certyfikatem dostarczonym przez producenta.

Dzięki stosowaniu coraz doskonalszych materiałów filtry osiągnęły w ostatnich latach bardzo wysoki poziom techniczny. O tym, jak szerokie może być zastosowanie materiałów filtracyjnych świadczy możliwość oczyszczania tą metodą spalin kotłowych. Przykładem może być oferowane przez niemiecką firmę NOELL-KPC urządzenie o skuteczności oczyszczania 99,99% dla przepływu spalin do 5 mln m3/h, w temperaturze z przedziału -40 oC do 550 oC i ciśnieniu od -1 kPa do +3 MPa. Parametry takie osiągają filce igłowane z włókien syntetycznych (takich jak poliamidy lub politetrafluoretylen) i one właśnie są najczęściej stosowane do odpylania spalin z kotłów energetycznych.

Filc igłowany nie ma budowy jednorodnej i składa się z trzech lub większej liczby warstw. Właściwą odporność, sprężystość i stabilność formy zapewnia tkanina nośna, przeszywana olbrzymią liczbą igieł zarówno od strony napływu, jak i po stronie odpływu gazu. Warstwa filtracyjna po stronie odpływu stanowi mechaniczną ochronę tkaniny nośnej podczas czyszczenia filtra. Co bardzo istotne, powierzchnia warstwy od strony napływu spalin powinna zostać wygładzana przez opalanie i prasowanie.

Ponieważ dla filtrów igłowanych szczególnie groźna jest obecność pary wodnej, która wpływa na skrócenie żywotności materiału, wykonując urządzenie tego typu należy pamiętać o zapewnieniu odpowiedniej izolacji cieplnej, awaryjnego ogrzewania przestrzeni worków filtracyjnych oraz o wykonaniu otwieranych automatycznie przewodów obejściowych. Działania te nie pozwolą na niebezpieczny spadek temperatury w filtrze poniżej temperatury punktu rosy. Filce igłowane mają bardzo dobre parametry pracy zarówno w odniesieniu do wysokiej temperatury pracy (220-260 oC, a nawet 500 oC - tkaniny ze spieczonych włókien stali stopowej), jak i w zakresie obciążenia powierzchni filtracyjnej (100-180 m3/m2/h).

Przeczytaj także: Jak wymienić filtr w Vespa LX 50?

Filtr Powietrza w Sprężarce Śrubowej

Powietrze z otoczenia zasysane jest przez filtr 1, następnie przepływa przez regulator ssania wyposażony w zawór regulacyjny dostosowujący się do chwilowego zapotrzebowania na sprężone powietrze. Pracą regulatora ssania steruje zespół elektryczny połączony z przetwornikiem ciśnienia. Do powietrza sprężonego w stopniu śrubowym 2 jest wtryskiwany uprzednio oczyszczony w filtrze 6 - olej. Wtrysk oleju zapewnia smarowanie, uszczelnienie i chłodzenie stopnia śrubowego. Mieszanina oleju i powietrza jest sprężona w przestrzeniach pomiędzy wirnikami śrubowymi, następnie przepływa do zbiornika separatora oleju 3, gdzie wytrąca się większa część zawartego w nim oleju. Ze zbiornika separatora powietrze przepływa przez filtr dokładnego oczyszczania 4, zawór minimalnego ciśnienia 5 do chłodnicy końcowej 9, gdzie zostaje schłodzone do temperatury 10 st.C powyżej temperatury otoczenia. Olej gromadzący się w separatorze oleju jest odprowadzany rurką do stopnia śrubowego. Przepływem oleju przez chłodnicę 9 steruje termostat 7. Filtry ssania i oleju wyposażone są w czujniki zanieczyszczenia.

Konserwacja i Wymiana Filtrów

Regularna wymiana i konserwacja filtrów to kluczowe działania zapewniające sprawność systemów wentylacyjnych, optymalną jakość powietrza oraz długą żywotność instalacji. Okresy wymiany filtrów zależą od rodzaju filtra oraz warunków pracy instalacji. Filtry wstępne należy wymieniać co 3-6 miesięcy, w zależności od poziomu zanieczyszczeń powietrza zewnętrznego.

Procedury konserwacji obejmują kontrolę stanu filtrów, czyszczenie instalacji i regularne sprawdzanie szczelności systemu. Zaniedbanie wymiany filtrów i ich konserwacji może prowadzić do zwiększenia kosztów eksploatacyjnych, obniżenia jakości powietrza oraz uszkodzenia elementów systemu, takich jak wymienniki ciepła czy wentylatory. Regularna kontrola i odpowiednia konserwacja to najlepszy sposób na utrzymanie sprawnego działania systemów wentylacyjnych.

Sprawność czystego filtra zaraz po jego zainstalowaniu jest niższa niż znamionowa i wzrasta w miarę osadzania się na powierzchni filtracyjnej zanieczyszczeń. Warstwa pyłu osadzona na przegrodzie filtracyjnej tworzy tzw. wtórną warstwę filtracyjną. Niemniej jednak wzrastają jednocześnie opory przepływu powietrza. Filtrowanie powietrza chroni centrale wentylacyjne przed zanieczyszczeniem oraz przedłuża czas eksploatacji instalacji wentylacyjnej.

Filtry Elektrostatyczne

Filtr służy do uzdatniania powietrza, jednak na rynku mamy różne rodzaje tego typu elementów wentylacyjnych. Czym się charakteryzuje filtr elektrostatyczne oraz na czym polega jego przewaga nad innymi rozwiązaniami? Z reguły filtry elektrostatyczne składają się m.in. z elektrod ulotowych, które powodują silną jonizację powietrza. Ich działanie opiera się na wykorzystaniu silnego pola elektrycznego, które jak magnes zbiera wszelkie zanieczyszczenia. Drugą zaletą są niższe straty ciśnienia przepływającego powietrza niż w innych filtrach mechanicznych włókninowych.

Na przykład filtr absolutny HEPA może wyeliminować 99,97% cząstek o średnicy 0,3 µm. Jednak ze spadkiem ciśnienia o wartość od 240 Pa do nawet 490 Pa! Filtr ULPA może usunąć 99,99% cząstek o wielkości od 0,12 µm - jednak straty ciśnienia są równie duże. Co nam dają niższe straty ciśnienia? Sposób działania filtrów elektrostatycznych wymusza silną jonizację cząstek, a to oznacza produkcje ozonu (O3) oraz tlenku azotu (NOx) powszechnie uznawanych za zanieczyszczenia atmosfery. W wyniku wyładowań koronowych powstają także zakłócenia elektromagnetyczne.

W urządzeniach do skutecznej filtracji wystarczy tylko niewielkie wyładowanie koronowe. To przełomowa technologia dzięki, której negatywny wpływ zjawisk towarzyszących został zminimalizowany. Filtr elektrostatyczny działa na zasadzie elektrycznej aktywacji, a następnie separacji wszelkich zanieczyszczeń. Powietrze wpływające do urządzenia przechodzi przez elektryczny aktywator. W skrócie, to tam następuje elektryzacja zanieczyszczeń oraz aerozoli. W strefie silnego oddziaływania swobodnych ładunków elektrycznych oraz między innymi jonów aktywnego tlenu unieszkodliwiane są drobnoustroje. Następnie, opatentowana i bezpieczna technologia pozwala na bardzo dokładne oddzielenie i gromadzenie w separatorze praktycznie wszystkich cząstek stałych i aerozoli.

Oczyszczacze Powietrza

Oczyszczacze powietrza to urządzenia kompleksowe. Ich głównym zadaniem jest eliminacja z powietrza zanieczyszczeń takich jak: kurz, roztocza, grzyby, a nawet drobnoustroje (bakterie i wirusy). Dodatkowo, często pełnią funkcję jonizatora (wzbogacają powietrze w jony ujemne). Na ich budowę składają się zazwyczaj: gąbka (albo drobna siateczka), filtr węglowy pochłaniający zapachy, filtr hepa lub ulpa, które odpowiadają za pochłanianie drobnych zanieczyszczeń. Typowy oczyszczacz powietrza nie jest drogi, ma niewielkie wymiary i zużywa mało energii. Niestety nie idzie to w parze ze skutecznością urządzenia, które z powodu małych filtrów, oczyszcza powietrze niedokładnie.

Nowoczesne oczyszczacze powietrza wykorzystują w swym działaniu najnowsze technologie. Są o wiele bardziej zaawansowane technicznie od typowych urządzeń tego rodzaju. System filtrowania jest tu bardziej rozbudowany, może składać się nawet z 7 warstw. Zastosowano w nich technologie, dzięki którym oczyszczacz jest wysoce skuteczny w eliminowaniu z powietrza niebezpiecznych dla zdrowia cząsteczek takich jak m.in. alergeny, bakterie, wirusy, grzyby, związki chemiczne (np.formaldehydy). Ich obecność powoduje działanie utleniające, dzięki któremu usuwane są np. związki chemiczne. Dodatkowo, znacznie poprawia funkcjonowanie filtrów fotokatalitycznych urządzenia.

Innym innowacyjnym rozwiązaniem w oczyszczaczach najnowszej generacji jest zastosowanie w nich specjalnej, opatentowanej komory, w której następuje spalanie mikroorganizmów znajdujących się w powietrzu. Pomijając zaawansowane procesy zachodzące wewnątrz nowoczesnych oczyszczaczy powietrza, sposób ich działania jest niemal ten sam, co w przypadku urządzeń klasycznych. Urządzenia nowego typu są o wiele bardziej ekonomiczne. Chociaż są droższe od typowych, koszt ich eksploatacji jest dużo niższy (są energooszczędne, w niektórych modelach nie ma elementów wymiennych). Co jednak najważniejsze, te oczyszczacze mają najwyższą skuteczność działania.

System Powietrza Wtórnego

W silnikach benzynowych pracujących w zakresie stechiometrycznym dzięki 3-drożnym katalizatorom uzyskiwany jest współczynnik konwersji przekraczający 90 procent. Podczas rozruchu zimnego silnika powstaje średnio nawet 80 procent emisji przypadającej na cykl jazdy. Ze względu na fakt, że katalizator zaczyna skutecznie pracować dopiero powyżej temperatury ok. 300 do 350 °C, jest w tym czasie konieczne zastosowanie innych skutecznych sposobów redukcji emisji. Aby w fazie nagrzewania zimnego silnika, przy bardzo bogatej mieszance, zapewnić wystarczającą ilość tlenu do przebiegu tej reakcji, do strumienia spalin doprowadzane jest dodatkowe powietrze. System powietrza wtórnego jest wyłączany po ok. 100 sekundach. Powietrze wtóre może być doprowadzane aktywnie lub pasywnie.

W przypadku systemów pasywnych wykorzystywane są wahania ciśnienia w układzie wydechowym. Podciśnienie wytwarzane przez prędkość przepływu w rurze spalin zasysa powietrze dodatkowe poprzez zawór impulsowy. W systemach aktywnych powietrze wtórne jest wdmuchiwane pompą.

tags: #filtr #powietrza #schemat #budowy #zasada #działania