Кондиционирование и безопасность
Опубликовано: 17 января 2017 г.
115
Современные бытовые кондиционеры, кроме функции охлаждении (подогрева) воздуха в помещении, как правило, выполняют и функции по его очистке и обеззараживанию. Этим достигается безопасность потребителя при наиболее полном удовлетворения его требований к комфортному состоянию внутренней среды помещения..
Реализуется эта тенденция включением в конструкцию кондиционеров дополнительных устройств, осуществляющих не только механическую фильтрацию воздуха, но и его дезинфекцию – фотокаталитических фильтров, фильтров с серебряным напылением и др. Практически любая модель бытового кондиционера оснащена или может быть дополнительно укомплектована набором нескольких фильтров разного типа.
Фильтрация механических частиц
Функцию очищения воздуха от крупных частиц пыли, тополиного пуха, шерсти животных в кондиционерах традиционно и успешно выполняют механические фильтры. Обычно это синтетические сетки с мелкой ячейкой.
Более мелкие частицы размером до 0,01 мкм позволяют удалять из воздуха ионизаторы или электростатические фильтры, представляющие собой абсорбционные пластины, которые несут на поверхности отрицательный заряд. На них, притягиваясь, оседают частички пыли, приобретшие положительный заряд при предварительном прохождении ионизационной камеры.
И механические, и электростатические фильтры легко восстанавливаются в процессе эксплуатации – их достаточно протереть влажной тряпкой, промыть мыльной водой.
Также традиционно для фильтрации воздуха используются фильтры на основе активированного угля, которые способны удалять из фильтруемого воздуха неприятные запахи, вредные примеси, находящиеся в газообразном состоянии. Недостатком является то, что угольные фильтры не восстанавливаются и после определенного срока эксплуатации требуют замены. Обычно их используют как дополнительные к другим типам фильтров и очистителям воздуха, включенным в конструкцию модели кондиционера.
Не только в бытовых моделях, но и там, где особенно важна чистота воздуха, используются фильтры типа HEPA (High Efficiency Particulate Arrestance – высокоэффективная задержка частиц) на основе специально обработанного стекловолокна или фторопласта диаметром 0,65–6,5 мкм. Такие фильтры способны задерживать частицы размером до 0,3 мкм, а TRUE HEPA, представляющие собой результат развития данной технологии, задерживают до 99,97 % аллергенов и загрязнителей. Их недостатком является, так же как и для угольных фильтров, невозможность восстановления, а замена обходится недешево из-за высокой стоимости.
Дезинфекция воздуха
Весьма важной функцией современных кондиционеров является не только способность очищать воздух от механических включений, но и обеззараживать присутствующие в нем во взвешенном состоянии бактерии и вирусы.
Болезнетворные микроорганизмы могут накапливаться в оседающей на механических фильтрах пыли, как и в образующемся конденсате. В таком случае кондиционер может даже стать рассадником инфекции, если не будет предпринято дополнительных мер по обеззараживанию воздуха.
В частности, для обеззараживания воздуха в кондиционерах применяется давно известный дезинфицирующий эффект ионов серебра, которое рядом производителей вкраплениями наносится на мелкоячеистую сетку механического фильтра.
Ионизаторы (с плазменным или стримерным разрядом), технологически входящие в состав электростатического фильтра, также обладают высокой бактерицидной функцией и даже способны расщеплять органические молекулы с уничтожением неприятных запахов из воздуха.
При высоковольтном плазменном разряде образуется поток свободных электронов, обладающих высокой окислительной способностью, а образующиеся при взаимодействии с ними ионы кислорода также весьма реакционноспособны и вступают во взаимодействие с органическими веществами, содержащимися в воздухе, расщепляя их.
Стримерный разряд – это, по сути, электрический пробой в диэлектрике, которым в данном случае является воздух. При пробое образуются видимые глазом стримерные каналы. Самый известный пример данного явления – разряд молнии. Напряженность электрического поля в стримерном канале понижается от нескольких десятков кВ/см в момент пробоя до ~100 В/см спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в канале может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер. При стримерном разряде образуется поток быстрых электронов, также обладающих высокой окисляющей способностью.
В последние же годы большое распространение получили фотокаталитические фильтры, принцип действия которых основан на сочетании дезинфицирующего эффекта ультрафиолетового (УФ) излучения с эффектом фотокатализа – расщепление сложных веществ под действием того же УФ-излучения в присутствии катализатора.
Катализатором в фотокаталитических фильтрах выступает двуокись титана (TiO2).
Очищаемый воздух принудительно прогоняется через цеолитный сетчатый фильтр с нанесенным на его поверхность TiO2, которая облучается УФ-лампой.
Двуокись титана обладает полупроводниковыми свойствами. Электроны в таких соединениях могут находиться в свободном или связанном состояниях. В связанном состоянии, которое является основным для соединения, электроны соответственно связаны с каким-либо ионом кристаллической решетки и участвуют в образовании химической связи. В свободном же состоянии электроны движутся по кристаллической решетке, образованной катионами Тi4+ и анионами кислорода О2-. Для осуществления перехода электрона из связанного состояния в свободное необходимо затратить энергию не менее 3,2 эВ. В частности, может быть использована энергия, высвобождающаяся при поглощении соединением кванта света с длиной волны λ < 390 нм. При поглощении такого кванта в объеме частицы ТiO2 рождаются свободный электрон и электронная вакансия, которая в физике полупроводников называется дыркой.
Электрон и дырка – подвижные образования; двигаясь в частице полупроводника, часть из них рекомбинирует, а часть выходит на поверхность и захватывается ею. Захваченные поверхностью электрон и дырка в реальности обладают конкретной химической природой. Электрон – это Тi3+, расположенный на поверхности частицы полупроводника, а дырка локализуется на решетчатом поверхностном кислороде, образуя О-. Эти химические частицы чрезвычайно реакционноспособны. Окислительно-восстановительный потенциал электрона составляет около –0,1 В, а окислительно-восстановительный потенциал дырки – около +3 В относительно нормального водородного электрода.
Благодаря высокой реакционноспособности электрон реагирует с кислородом порождая последовательность реакций, продуктами которых являются такие мощные окислители, как радикал кислорода О~ и ОН-радикал.
Дырка, в свою очередь, реагирует с водой также с образованием катиона водорода и ОН-радикала или отщепляет протон от органических соединений, также с образованием активных радикалов. Образовавшиеся в результате реакции кислорода со свободным электроном О~ и ОН-радикал тоже вступают в реакции с органическими соединениями, порождая цепи реакций, в результате которых образуются безвредные для человека CO2 и H2O.
Каталитические свойства TiO2 позволяют в фотокаталитических реакциях окислять до CO2 и H2O практически все органические соединения. Эффективность очистки по удалению бактерий, вирусов и микрочастиц при этом достигает 99,99 %. Одновременно и очень быстро из воздуха устраняются все запахи – через 1 мин. работы фильтра удаляется 85 % сигаретного дыма, аммиака, ацетальдегида и др. токсичных газов.
Наилучший эффект очистки воздуха с быстрым удалением неприятных запахов и высокой степенью обеззараживания достигается применением фотокаталитического фильтра в комбинации с плазменным ионизатором (так называемый, плазменный фильтр). Такая комбинация применяется в сплит-системах целого ряда известных производителей бытовых кондиционеров – Sharp, Toshiba, Kentatsu (все – Япония), Gree (Китай) и др. А компания Daikin (Япония) вместо плазменного применяет в комбинации с фотокаталитическим фильтром ионизатор, работающий на стримерном разряде.
Статья из журнала "Аква-терм" № 6/2016, рубрика "Вентиляция и кондиционирование"
