Oro filtras gali atrodyti kaip gana paprastas komponentas ŠVOK sistemoje, oro valytuve ar pramoniniame vėdinimo įrenginyje. Tačiau šiuolaikinio filtravimo technologija turi nepaprastai ilgą istoriją.

Vystymasisoro filtravimo technologijasuformavo kai kurie sudėtingiausi žmonijos istorijoje iššūkiai{0}}nuo toksinių medžiagų poveikio ir cheminio karo iki vis griežtesnių branduolinių objektų, ligoninių, aviacijos ir kosmoso gamybos ir puslaidininkių gamybos švaros reikalavimų.

Tai, kas prasidėjo kaip pagrindinis bandymas apsaugoti kvėpavimo sistemą, peraugo į labai sukurtą technologiją, galinčią užfiksuoti daleles, matuojamas mikronų dalimis.

Šiuolaikinio oro filtro istorija daugeliu atžvilgių yra mūsų augančio supratimo apie daleles, oro srautą, medžiagas ir užterštumo kontrolę istorija.

Ankstyviausios kvėpavimo takų apsaugos priemonės buvo gana paprastos. Dar gerokai anksčiau nei egzistavo šiuolaikiniai filtravimo standartai, žmonės pripažino, kad nosies ir burnos uždengimas gali šiek tiek apsaugoti nuo dulkių, garų ir kitų ore sklindančių pavojų.

Senovės Romos istoriniuose pasakojimuose aprašomi darbuotojai, patyrę gyvsidabrio apdirbimo ir rafinavimo operacijų metu, naudojant elementarias apsaugines dangas, įskaitant gyvūnų -šlapimo pūslės ar audinio-kaukes kai kuriais atvejais. Nors šie ankstyvieji įrenginiai buvo labai toli nuo šiandieninių filtrų, jie atspindėjo svarbų principą:fizinis barjeras gali sumažinti kenksmingų ore esančių medžiagų poveikį.

Tačiau šimtmečius filtravimas išliko daugiausia empirinis.

Buvo mažai supratimo apie dalelių elgesį, pluošto struktūrą, oro srauto dinamiką ar filtravimo efektyvumą. Apsauginės medžiagos buvo pasirinktos visų pirma todėl, kad jos buvo prieinamos ir galėjo užtikrinti tam tikrą fizinį atskyrimą nuo ore esančių teršalų.

Šiame etape filtravimas buvo mažesnis už tikslią inžineriją, o daugiau apie pagrindinę apsaugą.

Tai galiausiai pasikeis, kai mokslininkai pradėjo suprasti, kas iš tikrųjų atsitinka dalelėms, kai jos juda oru.

Didelis mokslo pasiekimas įvyko 1827 m., kai škotų botanikas Robertas Brownas pastebėjo nereguliarų vandenyje pakibusių žiedadulkių dalelių judėjimą.

Reiškinys, dabar žinomas kaipBrauno judesys, padėjo mokslininkams suprasti, kad mikroskopinės dalelės ne tik keliauja tiesia linija per skystį. Jų judėjimui įtakos turi nuolatinė sąveika su aplinkinėmis molekulėmis.

Tai tapo ypač svarbu filtravimo mokslui, nes dalelių judėjimas lemia, kaip dalelės sąveikauja su filtro pluoštais.

Šiuolaikinis filtravimas apima keletą mechanizmų, įskaitantdifuzija, perėmimas ir inercinis smūgis. Labai mažos dalelės gali judėti būdais, kurie labai skiriasi nuo didesnių dalelių, o didesnes daleles labiau veikia jų inercija ir oro srauto modeliai.

Šių mechanizmų supratimas leido ne tik pastatyti audinio gabalėlį prieš oro srautą.

Filtrų dizaineriai galėtų pradėti galvoti apie pluošto skersmenį, terpės tankį, dalelių dydį, oro srauto greitį ir kitus kintamuosius kaip inžinerinius parametrus, o ne bandomuosius{0}}ir{1}}klaidos veiksnius.

Brauno judėjimas nesukūrė modernaus oro filtravimo, tačiau mokslinis supratimas apie dalelių judėjimą tapo vėlesnių filtravimo tyrimų pagrindu.

Pirmasis pasaulinis karas labai paspartino kvėpavimo takų apsaugos technologijų plėtrą.

Plačiai paplitęs cheminis karas sukėlė skubų apsaugos priemonių poreikį, galinčią sumažinti karių poveikį nuodingoms dujoms ir aerozoliams. Tai lėmė greitą karinių dujokaukių ir jų filtravimo sistemų pažangą.

Ankstyvosiose filtravimo medžiagose buvo įvairių pluoštinių medžiagų, o asbestas buvo naudojamas kai kuriuose kaukių filtrų konstrukcijose dėl smulkaus pluošto ir filtravimo savybių. Tuo metu dėl savo eksploatacinių savybių jis tapo patrauklia inžinerine medžiaga. Žinoma, šiandien asbestas pripažįstamas kaip rimtas pavojus sveikatai ir yra labai ribojamas arba draudžiamas daugeliu atvejų.

Didesnis technologinis poslinkis buvo svarbesnis nei pati medžiaga.

Filtravimas pradėjo judėti nuo paprastų audinių priesukurtos pluoštinės filtravimo medžiagos.

Užuot pasikliauję storu fiziniu barjeru, inžinieriai galėtų manipuliuoti tokiomis savybėmis kaip pluošto skersmuo, terpės tankis, poringumas ir sluoksnio struktūra, kad paveiktų dalelių gaudymą.

Šis pagrindinis požiūris išlieka pagrindiniu daugelio šiuolaikinių oro filtrų dizainu.

Kitas svarbus etapas buvo stiklo pluošto filtrų terpės kūrimas ir patentavimas Jungtinėse Valstijose 1940-ųjų pradžioje.

Stiklo pluoštas suteikė daug pranašumų, kad būtų galima efektyviai{0}}filtruoti. Pluoštai gali būti pagaminti labai mažo skersmens ir išdėstyti į tankią filtravimo struktūrą. Medžiaga taip pat užtikrino gerą terminį stabilumą ir cheminį atsparumą, palyginti su daugeliu natūralių pluoštų.

This opened up new possibilities for filter design.

Užuot laikę filtro terpę kaip vieną vienodą barjerą, inžinieriai galėtų sukurti struktūrą pagal konkrečius veikimo reikalavimus. Pluošto skersmuo, pluošto pasiskirstymas, terpės storis ir pakuotės tankis gali turėti įtakos dalelių sugaudymo efektyvumui ir filtro sukurto pasipriešinimo kokybei.

Vėlesniais dešimtmečiais stiklo pluošto filtrų gamybos procesai toliau tobulėjo. Gamybos metodai, apimantys pluošto formavimą, lakštų formavimą, rišiklio naudojimą, džiovinimą ir kokybės kontrolę, palaipsniui pavertė stiklo pluošto terpę iš specializuotos medžiagos į patikimą pramoninį filtravimo produktą.

Ši pažanga padėjo sukurti medžiagą kaip vieną iš šiuolaikinio didelio{0}}efektyvaus filtravimo pagrindų.

VystymasisHEPA filtraiarba didelio{0}}efektyvumo kietųjų dalelių oro filtrai – tai dar vienas svarbus žingsnis į priekį.

HEPA technologija buvo sukurta programoms, kuriose įprasto kietųjų dalelių filtravimo nepakako. Dėl gebėjimo užfiksuoti itin mažas ore esančias daleles jis buvo ypač vertingas aplinkoje, kurioje užterštumo kontrolė buvo labai svarbi.

Viena iš svarbių HEPA filtravimo savybių yra jo efektyvumas nuo šalia esančių daleliųskvarbiausias dalelių dydis (MPPS). Šias daleles gali būti ypač sunku užfiksuoti, nes jos patenka į diapazoną, kuriame skirtingi filtravimo mechanizmai yra mažiau dominuojantys.

Tobulėjant filtravimo terpei, gamybos procesams ir bandymo metodams, HEPA filtrai pasiekė itin didelį dalelių{0}}šalinimo efektyvumą.

Ši technologija vis labiau pritaikoma tokiose srityse kaip branduoliniai įrenginiai, aviacija, laboratorijos, sveikatos priežiūra ir puslaidininkių gamyba.

Šių pramonės šakų augimas sukūrė naują reikalavimą: oro filtravimas nebėra vien tik atskiro darbuotojo apsauga. Taip pat buvo siekiama apsaugoti jautrius produktus, įrangą, procesus ir kontroliuojamą aplinką.

Visų pirma puslaidininkių gamyboje ore esančios dalelės tapo vis problemiškesnės, nes prietaiso funkcijos sumažėjo.

Kuo švaresnė turėjo būti gamybos aplinka, tuo sudėtingesnė turėjo tapti filtravimo sistema.

Kadangi užteršimo{0}}kontrolės reikalavimai ir toliau griežtėjo, filtravimo technologija perėjo prie dar didesnio-efektyvumo sistemų.

Tai padėjo paskatinti kūrimą ir priėmimąULPA filtraiarba Ultra{0}}mažos prasiskverbimo oro filtrai.

ULPA filtravimas sukurtas taip, kad būtų užtikrintas itin aukštas labai smulkių ore esančių dalelių šalinimo efektyvumas ir naudojamas tais atvejais, kai reikalingas išskirtinai švarus oras.

Šiandien ULPA filtrus galima rasti tokiose aplinkose kaip puslaidininkių gamybos įrenginiai, farmacijos ir biofarmacijos gamyba, tikslios laboratorijos ir kitos kontroliuojamos aplinkos.

Tačiau didesnis filtravimo efektyvumas automatiškai nereiškia geresnio filtro kiekvienam pritaikymui.

Inžinieriai taip pat turi atsižvelgti į slėgio kritimą, energijos sąnaudas, oro srauto reikalavimus, tarnavimo laiką, filtro apkrovą ir visos vėdinimo sistemos veikimo sąlygas.

Itin aukštą efektyvumą pasiekiantis, bet per didelį oro srauto pasipriešinimą sukuriantis filtras gali būti ne pats praktiškiausias pasirinkimas konkrečiam įrenginiui.

Šis kompromisas{0}}tapo vienu iš pagrindinių šiuolaikinės filtravimo inžinerijos iššūkių.

Oro filtrų kūrimas buvo tęsiamas gerokai daugiau nei įprastos stiklo pluošto medžiagos ir tradiciniai HEPA dizainai.

Šiandien mokslininkai ir gamintojai tiria tokias technologijas kaipnanopluošto filtravimo terpės, elektretinės medžiagos, daugiasluoksnės filtrų struktūros, kompozicinės terpės ir pažangios paviršiaus apdorojimo priemonės.

Pavyzdžiui, nanopluošto technologija gali sukurti ypač smulkias pluošto struktūras, kurios užtikrina didelį dalelių{0}}sufiksavimo efektyvumą ir gali išlaikyti santykinai mažą oro srauto pasipriešinimą.

Elektretinės terpės naudoja elektrostatinį poveikį, kad pagerintų dalelių surinkimą, nebūtinai reikalaujant žymiai tankesnės fizinės struktūros.

Tuo pačiu metu šiuolaikinių filtrų kūrimas vis labiau orientuojamas į visą gaminio gyvavimo ciklą.

Didelio našumo{0}}filtras turi ne tik efektyviai užfiksuoti daleles. Jis taip pat turi užtikrinti priimtiną oro srauto pasipriešinimą, išlaikyti našumą, kai jis apkraunamas teršalais, užtikrinti tinkamą tarnavimo laiką ir atitikti sistemos, kurioje jis veikia, priežiūros reikalavimus.

Energijos suvartojimas tapo dar vienu svarbiu aspektu.

Kadangi didėjant slėgio kritimui ventiliatoriai turi dirbti daugiau, filtravimo efektyvumo ir energijos vartojimo efektyvumo negalima įvertinti visiškai atskirai.

Dideliuose komerciniuose pastatuose, pramoniniuose objektuose ir švarių patalpų sistemose net palyginti nedideli slėgio kritimo skirtumai gali turėti reikšmingos įtakos ilgalaikėms{0}}eksploatavimo išlaidoms.

Oro filtravimo taikymas išsiplėtė toli už aplinkos, kuri iš pradžių paskatino jo plėtrą.

Šiandien filtravimo technologija naudojama:

• Pramoninės vėdinimo sistemos
• ŠVOK įranga
• Gyvenamųjų patalpų oro valytuvai
• Automobilių salono oro sistemos
• Ligoninės ir operacinės
• Farmacijos gamyba
• Puslaidininkinės švarios patalpos
• Oro erdvės įrenginiai
• Laboratorijos
• Duomenų centrai
• Komerciniai pastatai

Kiekviena programa turi skirtingus reikalavimus.

Gyvenamųjų patalpų oro valytuvas gali teikti pirmenybę triukšmui, energijos suvartojimui ir kompaktiškumui. Puslaidininkių švarioje patalpoje pirmenybė gali būti teikiama ypač dideliam dalelių{1}}pašalinimo efektyvumui ir griežtai užterštumo kontrolei. Pramoninei vėdinimo sistemai gali tekti valdyti didelę dulkių koncentraciją, išlaikant pagrįstas eksploatavimo išlaidas.

Todėl nėra vieno „geriausio“ oro filtro.

Tinkamas sprendimas priklauso nuo dalelių charakteristikų, reikalingo švaros lygio, oro srauto, slėgio kritimo, eksploatavimo aplinkos, priežiūros strategijos ir bendrų nuosavybės išlaidų.

Naujos kartosoro filtravimo sistemosgreičiausiai daugiausia dėmesio skirs tam, kad būtų pasiekta geresnė konkuruojančių reikalavimų pusiausvyra.

Didesnis efektyvumas išlieka svarbus, tačiau tai tik viena lygties dalis.

Ateities filtrų technologijos bus vis labiau derinamos:

 

• Didelis dalelių{0}}fiksavimo efektyvumas
• Žemas slėgio kritimas
• Ilgesnis tarnavimo laikas
• Sumažintas energijos suvartojimas
• Patobulintas medžiagų panaudojimas
• Geresnės stebėjimo galimybės
• Tvaresnės medžiagos
• Sumanesnės priežiūros strategijos

Skaitmeninis stebėjimas jau keičia kai kurių filtravimo sistemų valdymą. Užuot keitę filtrus pagal fiksuotą kalendorių, jutikliai gali stebėti tokius parametrus kaip slėgio skirtumas ir oro srautas, kad būtų aiškesnė informacija apie faktinę filtro būklę.

Šis metodas gali padėti operatoriams išvengti ankstyvo keitimo ir per didelio filtro apkrovimo.

Ilgainiui medžiagų mokslo pažanga gali sukurti filtravimo terpę su vis sudėtingesnėmis struktūromis, kurios gali derinti didelio{0}}dalelių surinkimo efektyvumą su mažesniu atsparumu ir geresniu patvarumu.

Oro filtravimo istorija apima tūkstančius metų, tačiau pagrindinis tikslas išliko nepaprastai nuoseklus: atskirti nepageidaujamas ore esančias daleles nuo mums reikalingo oro.

Pasikeitė mūsų gebėjimas suprasti ir kontroliuoti procesą.

Ankstyvos apsauginės dangos suteikė pagrindinį fizinį barjerą. Moksliniai atradimai padėjo paaiškinti, kaip dalelės juda. Skaidulinių technologijų pažanga sukūrė inžinerines filtravimo medžiagas. HEPA ir ULPA sistemos atnešė itin aukštą dalelių šalinimo lygį kritinėse aplinkose. Šiuolaikinės medžiagos ir stebėjimo technologijos dabar skatina filtravimo efektyvumą, ilgesnį tarnavimo laiką ir išmanesnį veikimą.

Evoliucija toli gražu nėra baigta.

Kadangi gamybos procesai tampa tikslesni, didėja patalpų oro{0}}kokybės lūkesčiai, o pramonės įmonės daugiau dėmesio skiria energijos vartojimo efektyvumui ir tvarumui, oro filtravimo technologija ir toliau tobulės kartu su jais.

Kuklus filtras iš išorės gali atrodyti paprastas. Tačiau už šio plono pluošto sluoksnio slypi daugiau nei du tūkstančiai metų eksperimentų, mokslinių atradimų ir inžinerinės plėtros.