Введение

Устройство, удаляющее загрязняющие вещества из воздуха в помещении.

Воздухоочиститель – это устройство, которое удаляет загрязняющие вещества из воздуха в помещении для улучшения качества воздуха в помещении. Эти устройства обычно рекламируются как полезные для людей, страдающих аллергией и астмой, а также для снижения или устранения вторичного табачного дыма. Коммерческие воздухоочистители производятся как в виде небольших автономных устройств, так и в виде более крупных, которые могут быть установлены на блок обработки воздуха (AHU) или на систему отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC), используемую в медицинской, промышленной и коммерческой сферах. Воздухоочистители также могут использоваться в промышленности для удаления примесей из воздуха перед его обработкой. Для этого обычно применяются адсорберы переменного давления или другие методы адсорбции.

История

В 1830 году Чарльзу Энтони Дину был выдан патент на устройство, состоящее из медного шлема с прикрепленным гибким воротником и костюмом. Для подачи воздуха предназначался длинный кожаный шланг, прикрепленный к задней части шлема, изначально планировалось, что он будет накачиваться двойными мехами. Короткая трубка служила для выпуска выдыхаемого воздуха. Костюм должен был быть изготовлен из кожи или герметичной ткани и закрепляться ремнями. В 1860-х годах Джон Стенхаус подал два патента, основанных на использовании абсорбирующих свойств древесного угля для очистки воздуха (патенты от 19 июля 1860 года и 21 мая 1867 года), тем самым создав первый практичный респиратор. В 1871 году физик Джон Тиндалл описал свое изобретение – пожарный респиратор, как результат сочетания защитных свойств респиратора Стенхауса и других средств защиты органов дыхания. Подробное описание этого изобретения появилось позднее, в 1875 году. В 1950-х годах HEPA-фильтры были коммерциализированы как высокоэффективные воздушные фильтры, после их применения в 1940-х годах в рамках Манхэттенского проекта в США для контроля радиоактивных веществ, переносимых по воздуху. Первым бытовым HEPA-фильтром, по сообщениям, был фильтр, проданный в 1963 году братьями Манфредом и Клаусом Хаммес в Германии, которые основали компанию Incen Air, ставшую предшественницей компании IQAir.

Использование и преимущества

Пыль, пыльца, перхоть домашних животных, споры плесени и экскременты пылевых клещей могут выступать в качестве аллергенов, вызывая аллергические реакции у восприимчивых людей. Частицы дыма и летучие органические соединения (ЛОС) могут представлять угрозу для здоровья. Воздействие различных компонентов, таких как ЛОС, повышает риск возникновения симптомов синдрома больного здания.

COVID-19

Джозеф Аллен, директор программы "Здоровые здания" в Гарвардской школе общественного здравоохранения, рекомендует использовать в школьных классах очистители воздуха с HEPA-фильтром для снижения распространения вируса COVID-19, отмечая: "Портативные устройства, оснащенные высокоэффективным HEPA-фильтром и подобранные по размеру для конкретного помещения, способны улавливать 99,97% частиц, находящихся в воздухе". Одно исследование гидродинамического моделирования, проведенное в январе 2021 года, показало, что использование очистителей воздуха или систем вентиляции в замкнутых пространствах, таких как лифт, во время пребывания в них нескольких человек может привести к эффектам циркуляции воздуха, которые теоретически способны усилить передачу вируса. Однако, реальные испытания портативных HEPA/UV фильтров в COVID-19 палатах больниц продемонстрировали полное удаление SARS-CoV-2 из воздуха. Интересно, что в этом отчете также было зафиксировано значительное снижение концентрации других бактерий, грибков и вирусов в воздухе, что позволяет предположить, что подобные портативные фильтры могут предотвращать не только внутрибольничное распространение COVID-19, но и другие инфекции, приобретаемые в медицинских учреждениях.

Методы очистки

Существует два типа технологий очистки воздуха: активная и пассивная. Активные очистители воздуха выделяют отрицательно заряженные ионы в воздух, заставляя загрязняющие вещества оседать на поверхностях, в то время как пассивные очистители воздуха используют воздушные фильтры для удаления загрязняющих веществ. Пассивные очистители более эффективны, поскольку вся пыль и твердые частицы удаляются из воздуха и надежно удерживаются в фильтрах. Для очистки воздуха можно использовать различные процессы, отличающиеся по эффективности. По состоянию на 2005 год наиболее распространенными методами были высокоэффективные воздушные фильтры (HEPA) и ультрафиолетовое бактерицидное облучение (UVGI).

Фильтрация

Очистка воздуха с помощью фильтра основана на улавливании частиц по размеру. Воздух принудительно пропускается через фильтр, где частицы физически задерживаются. Существуют различные типы фильтров, в частности: высокоэффективные фильтры тонкой очистки (HEPA) удаляют не менее 99,97% частиц размером 0,3 микрометра и обычно более эффективны при удалении частиц как большего, так и меньшего размера. Очистители HEPA, фильтрующие весь воздух, поступающий в чистое помещение, должны быть установлены таким образом, чтобы исключить возможность обхода воздуха фильтра HEPA. В запыленных условиях после фильтра HEPA может быть установлен легко очищаемый обычный фильтр (предварительный фильтр), который удаляет более крупные загрязнения, снижая частоту очистки или замены HEPA-фильтра. HEPA-фильтры не выделяют озон или вредные побочные продукты в процессе работы. Фильтры HVAC с рейтингом MERV 14 и выше предназначены для удаления частиц в воздухе размером 0,3 микрометра и более. Высокоэффективный фильтр MERV 14 имеет эффективность улавливания не менее 75% для частиц размером от 0,3 до 1,0 микрометра. Хотя эффективность улавливания фильтра MERV ниже, чем у HEPA-фильтра, центральная система вентиляции может перекачивать значительно больший объем воздуха за тот же период времени. Использование высококачественного фильтра MERV может быть более эффективным, чем использование мощного HEPA-очистителя, при значительно меньших первоначальных капиталовложениях. К сожалению, большинство фильтров для отопительных систем устанавливаются без герметичного прилегания, что позволяет воздуху обходить фильтр. Эта проблема особенно актуальна для высокоэффективных фильтров MERV из-за увеличения сопротивления воздушному потоку. Высокоэффективные фильтры MERV обычно более плотные и увеличивают сопротивление воздуха в центральной системе, что приводит к большему перепаду давления и, как следствие, к увеличению энергозатрат. В настоящее время ведутся исследования по разработке эффективных и жизнеспособных фильтров воздуха, обработанных биоцидами (то есть покрытых антимикробными агентами) для предотвращения распространения патогенов, переносимых по воздуху.

Проблемы потребителей

Другие аспекты некоторых очистителей воздуха включают опасные газообразные побочные продукты от озонообразующих устройств, уровень шума, частоту замены фильтров, потребление электроэнергии и внешний вид. Выработка озона характерна для ионизирующих очистителей воздуха. Высокая концентрация озона опасна, хотя большинство ионизаторов воздуха производят небольшое количество, а низкий уровень озона снижает эффективность. Накопление озона может вызвать негативные последствия для здоровья, особенно у восприимчивых людей. Уровень шума очистителя часто можно узнать в службе поддержки клиентов и обычно указывается в децибелах (дБ). Уровень шума большинства очистителей может варьироваться и зависеть от скорости вентилятора. Частота замены фильтров и потребление электроэнергии являются основными эксплуатационными расходами для любого очистителя. Существует множество типов фильтров: некоторые можно чистить водой, вручную или пылесосом, а другие необходимо заменять каждые несколько месяцев или лет. Иногда подходящие фильтры продаются только производителем по высокой цене, а некоторые оснащены DRM-защитой, допускающей использование только сменных фильтров, одобренных производителем. В Соединенных Штатах некоторые очистители сертифицированы по стандарту Energy Star и являются энергоэффективными. Технология HEPA используется в портативных очистителях воздуха, поскольку она удаляет распространенные аллергены, находящиеся в воздухе. Министерство энергетики США предъявляет требования, которым производители должны соответствовать для соответствия стандартам HEPA. Спецификация HEPA требует удаления не менее 99,97% загрязняющих веществ в воздухе размером 0,3 микрометра. Продукты, которые заявляют о соответствии "типу HEPA", "подобные HEPA" или "99% HEPA", не соответствуют этим требованиям и, возможно, не были протестированы в независимых лабораториях. Очистители воздуха могут оцениваться по различным параметрам, включая скорость подачи чистого воздуха (которая определяет, насколько хорошо очищается воздух), эффективную площадь покрытия, количество смен воздуха в час, потребление энергии и стоимость сменных фильтров. Два других важных фактора, которые следует учитывать, — это ожидаемый срок службы фильтров (измеряемый в месяцах или годах) и шум, производимый (измеряемый в децибелах) различными режимами работы очистителя. Эту информацию можно получить у большинства производителей.

Потенциальные опасности озона

Как и в случае с другими приборами для здоровья, вокруг заявлений некоторых компаний существуют споры, особенно в отношении ионных очистителей воздуха. Многие очистители воздуха вырабатывают некоторое количество озона – высокоэнергетической аллотропной модификации кислорода, состоящей из трех атомов, а также небольшое количество NOx при наличии влаги. В силу особенностей процесса ионизации, ионные очистители воздуха, как правило, производят наибольшее количество озона. Это вызывает серьезную обеспокоенность, поскольку озон является одним из загрязняющих веществ, регулируемых федеральными и региональными стандартами США в области здравоохранения. В ходе контролируемого эксперимента во многих случаях концентрация озона значительно превышала установленные Агентством по охране окружающей среды США (EPA) уровни безопасности для населения и промышленности, особенно в плохо вентилируемых помещениях. Озон может повреждать легкие, вызывая боль в груди, кашель, одышку и раздражение горла. Он также может усугублять хронические респираторные заболевания, такие как астма, и ослаблять способность организма бороться с респираторными инфекциями, даже у здоровых людей. Люди, страдающие астмой и аллергией, наиболее восприимчивы к негативному воздействию высоких концентраций озона. Например, повышение концентрации озона до небезопасного уровня может увеличить риск приступов астмы. В связи с низкой эффективностью и потенциальными рисками для здоровья, Consumer Reports не рекомендует использовать очистители воздуха, выделяющие озон. Некоторые производители ложно утверждают, что озон, образующийся на открытом воздухе, отличается от озона в помещениях. Озоновые генераторы используются клининговыми компаниями для обработки пустующих помещений с целью окисления и окончательного удаления дыма, плесени и неприятных запахов, и считаются ценным и эффективным промышленным инструментом. Однако эти устройства могут образовывать нежелательные побочные продукты.

Промышленность и рынки

По состоянию на 2015 год, общий объем адресуемого рынка бытовых очистителей воздуха в Соединенных Штатах оценивался примерно в 2 миллиарда долларов США в год.