Обеззараживание при кондиционировании воздуха
Опубликовано: 31 октября 2019 г.
546
Изначально основным и единственным предназначением кондиционера было охлаждение воздуха в помещении, сегодня, хотя эта задача по-прежнему остается приоритетной, кондиционеры выполняют целый набор функций, направленных на формирование комфортной и безопасной среды пребывания человека внутри кондиционируемого помещения. Одной из важнейшей в наборе этих функций является обеззараживание воздуха.
Частично микроорганизмы и опасные для здоровья человека вещества удаляются из воздуха уже на фильтрах механической и тонкой очистки. На механических они оседают вместе с крупными частицами пыли, а более мелкие частицы задерживаются на фильтрах тонкой очистки, например, на угольных или типа HEPA (High Efficiency Particulate Arrestance - высокоэффективная задержка частиц) – на основе специально обработанного стекловолокна. HEPA фильтры (рис. 1) способны задерживать частицы размером до 0,3 мкм, а TRUE HEPA, представляющие собой результат развития данной технологии, задерживают до 99,97 % аллергенов и загрязнителей. Именно эти фильтры используются в таких приборах, как очистители воздуха.
Рис. 1. HEPA-фильтр для обеззараживания воздуха
Однако указанные фильтры имеют два недостатка, во-первых – они не восстанавливаются и требуют замены после засорения фильтруемым материалом, во-вторых не решают полностью проблемы обеззараживания воздуха. Более того при накапливании вместе с задержанными частицами н фильтрах механической очистки могут накапливаться болезнетворные микроорганизмы, которые могут также скапливаться и в конденсате, и тогда кондиционер сам может стать рассадником инфекций, без применения дополнительных технологий обеззараживания воздуха.
Технологии здоровья
С давних пор для борьбы с болезнетворными микроорганизмами используются ионы серебра, находят они применение и для обеззараживания воздуха в кондиционерах. Для этого серебро наносится на мелкоячеистую сетку механического фильтра. Однако те микроорганизмы, которые не задерживаются на механических фильтрах заведомо избегают и обеззараживающего эффекта серебряного покрытия. Значительно эффективнее в борьбе с микроорганизмами и вредными веществами оказываются плазменные, плазменно-каталитические и фотокаталитические технологии.
Рис. 2. Плазменный фильтр
Плазменная ионизация
Ионизаторы (с плазменным или стримерным разрядом), технологически входящие в состав электростатического фильтра, 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.
Рис. 3 Схема работы плазменного фильтра
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, обладающих высокой окисляющей способностью.
В частности, стримерная технология реализуется в очистителях воздуха Daikin.
Плазменно-каталитические технологии
Сочетание плазменной ионизации с катализаторами позволяет достичь еще большего эффекта обеззараживания воздуха и удаления молекулярных загрязнений.
Плазменный электретный фильтр-очиститель входящий в систему фильтров Plasma Duo от Mitsubishi подключает к борьбе с микроорганизмами и вредными веществами биологические катализаторы – энзимы (ферменты). На электродах под действием электрического напряжения образуется низкотемпературная плазма, которая взаимодействует с мелкими частицами пыли и вредными веществами. Проходя через плазменный разряд, они переходят в активное ионное состояние и попадают в антиаллергенный электретный энзимный фильтр, где дезактивируются пыль и бактерии. Крупные частицы пыли удаляются обычным электростатическим фильтром. Важно, что аллергены не просто накапливаются в фильтре, но и разлагаются энзимомом до безвредных веществ.
Рис. 4 Плазменный фильтр в кондиционере (схема)
Та же система фильтров включает и фильтр-освежитель. Основным предназначением которого является уничтожение молекулярных загрязнений. При прохождении воздуха загрязнения абсорбируются поверхностью платинового каталитического фильтра с нанопорами. Высоковольтный электрод создает плазменный разряд и преобразует молекулы кислорода (O2) в озон (O3). Молекулы озона нестабильны и разлагаются на молекулы кислорода О2 и на атомарный кислород, который имеет очень высокую окислительную способность. Он окисляет все органические и неорганические соединения, осевшие на каталитическом фильтре. При этом озон не окажет вредное влияние на организм человека, находящегося в помещении. Максимальная концентрация озона в приборе составляет 0.1 ppm. При этом в помещении концентрация в 10 раз меньше и составляет 0.01 ppm. Концентрация озона в лесу или на морском побережье составляет 0.03-0.05 ppm.
Также в режиме «озонового душа» получаемый по указанной технологии озон используется для предупреждения образования плесени на деталях и поверхностях кондиционера, контактирующих с образующимся в процессе охлаждения конденсатом. Процедура безопасна для человека.
Фотокаталитические технологии
Принцип действия фотокаталитических фильтров основан на сочетании дезинфицирующего эффекта ультрафиолетового (УФ) излучения с эффектом фотокатализа - расщепление сложных веществ под действием того же УФ излучения в присутствии катализатора.
Рис. 5 Фотокаталитический фильтр
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.
Рис. 6. Многоступенчатая очистка воздуха с помощью комбинированного фильтра, работа которого основана на механическом, электростатическом, адсорбционном, бактерицидном и фотокаталитическом принципах.
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 реакционоспособности 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 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.
Рис. 7. Сменная кассета фильтров (4 в 1): HEPA, угольный CARBON, фотокаталитический, ароматический
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).
Фильтр против старости
Еще одной разработкой Mitsubishi Electric является антиоксидантный фильтр. Внешне он похож на пластиковый префильтр, но зеленого цвета (рис. 8).
Рис. 8. Антиоксидантный фильтр
Виновниками многих необратимых изменений в организме человека при старении являются свободные радикалы. Это активные соединения с неспаренным электроном на внешней электронной оболочке. Стремясь к равновесному состоянию, свободные радикалы вступают в реакцию, разрушая при этом другие соединения. Накопление таких разрушений в клетках организма приводит к их старению. Антиоксидантный фильтр имеет каталитическое покрытие из активного вещества, принадлежащего к группе флавоноидов, которые восстанавливают свободные радикалы до химически неактивных соединений. Активное вещество является катализатором, то есть само не участвует в реакции и, значит, не расходуется. Антиоксидантный фильтр, таким образом, является практически вечным.
Инженеры внедрили молекулы антиоксиданта в керамические волокна, которые, в свою очередь, впаяны в полипропиленовую сетку. Поэтому антиоксидантный фильтр можно мыть и протирать. В процессе исследований антиоксидантного фильтра оказалось, что активное вещество – катализатор обладает еще сильным антибактериальным и антивирусным действием.
Статья из журнала "АКВА -ТЕРМ" № 5/2019, рубрика "Вентиляция и кондиционирование"
