Najważniejsze rozwiązania techniczne w oczyszczaczach

Budowa oczyszczaczy jest zróżnicowana w zależności od funkcji, jakie może pełnić dany model. Każdy z dużych producentów wprowadza własne rozwiązania, które są chronione patentami. Oczyszczacze składają się z obudowy, wykonanej najczęściej z wytrzymałego tworzywa, silnika, systemu filtracyjnego, czujników, panelu obsługowego i elektroniki.

Filtracja mechaniczna

Podstawą działania oczyszczaczy powietrza jest filtracja mechaniczna. W procesie mechanicznego oczyszczania powietrza wykorzystują one cztery różne zjawiska fizyczne do wychwytywania cząstek: filtrowanie, bezwładność, przechwytywanie i dyfuzję. Filtry mechaniczne są bardzo skuteczne przy usuwaniu cząstek takich jak pyłki, kurz, pleśń i inne substancje zanieczyszczające unoszące się w powietrzu. Przy pomocy silnika z wentylatorem powietrze jest zasysane do środka urządzenia i jednocześnie przechodzi przez wszystkie filtry, oczyszczając się. W zależności od zaawansowania modelu układ filtracyjny może składać się z różnych rodzajów filtrów mechanicznych:

• pierwszy jest tzw. filtr wejściowy, nazywany też wstępnym. Służy on do zatrzymywania największych zanieczyszczeń, widocznych gołym okiem. Kurz, sierść, włosy, okruchy i inne drobiny zostają odseparowane. Filtry wstępne są najczęściej zmywalne. Od czasu do czasu wymagają przepłukania wodą lub odkurzenia. Co kilka lat filtry te mogą wymagać wymiany;
• filtr węglowy – wykorzystuje aktywny węgiel, ma strukturę plastra miodu i neutralizuje przykre zapachy, w najlepszej wersji jest podwójny, usuwa szkodliwe gazy zawarte w smogu, nawet tlenek azotu i dwutlenek siarki;
• ostatnim filtrem jest Hepa, umieszczany przed samym silnikiem. Filtry HEPA mogą mieć różną skuteczność. Te najlepsze usuwają blisko 100 proc. zanieczyszczeń. Skutecznie eliminują pyły PM2,5 i mniejsze (PM1.0 do 0,3 µm), mogą być także zmywalne; dzięki włóknom wykonanym z kompozytu poliestrowo- szklanego, które po sprasowaniu przypominają papier.

Czy wiesz, że cechą charakterystyczną filtrów HEPA jest duża powierzchnia absorbująca w stosunku do wymiarów filtra. Dla przykładu filtr o wymiarach 50 × 50 cm po rozwinięciu ma aż 8,2 m długości filtrującej powierzchni.

Uwaga! Filtry HEPA nie pochłaniają gazów, zapachów, lotnych związków organicznych, chemikaliów.

• hybrydowe – są to podwójne filtry zawierające w jednej obudowie dwa rodzaje fi ltrów: HEPA i z aktywnym węglem. Podwójny filtr jest cieńszy i zajmuje mniej miejsca.

Filtracja wieloetapowa

Do filtrów mechanicznych dochodzą filtry aktywne, które działanie polega na zachodzących w nich reakcjach chemicznych lub zastosowania pola elektrycznego. Stosowane w oczyszczaczach zwiększają ich funkcjonalność. Działają w oparciu o bardzo ciekawe zjawiska fizyczne. Najczęściej stosowane filtry to:

• elektrostatyczny – wykorzystujący wysokie napięcie wytwarzające pole elektrostatyczne, które sprawia, że przepływające w nim cząstki zanieczyszczeń ulegają jonizacji i przyjmują dodatni ładunek, a następnie zostają przyciągnięte przez ujemne naładowane płytki filtra. W ten sposób zanieczyszczenia się na nich osadzają;
• fotokatalityczny – pod wpływem światła zachodzą reakcje chemiczne przy wykorzystaniu dwutlenku tytanu, który powoduje wytworzenie substancji silnie utleniających zanieczyszczenia i rozkładanie ich substancje na nieszkodliwe CO2 i wodę;
• zimne filtry katalityczne (cold catalyst Filter) – ta metoda filtracji pozwala na usuwanie wielu gazowych substancji takich jak tlenek węgla, siarkowodór, amoniak, benzen, formaldechydy i wiele innych. Filtry te powodują rozpadanie się ścian komórkowych mikroorganizmów.

Lampa UV-C

W walce z mikroorganizmami pomoce może być promieniowanie ultrafioletowe (ultra violet), o właściwościach zależnych od długości fali. W oczyszczaczach są stosowane lampy, które wytwarzają krótkofalowe promieniowanie o długości fali 100–280 nm (UV-C) (dla porównania słońce ma promieniowanie długofalowe (UV-A 315–400 nm). Promieniowanie krótkofalowe ma najsilniejsze właściwości bakteriobójcze i nieodwracalnie dezaktywuje bakterie, wirusy, pleśnie, grzyby oraz wszelkie inne drobnoustroje. Mechanizm bakteriobójczy polega na absorbowaniu przez kwasy nukleinowe i białka energii promieniowania UV-C, która wzbudzając reakcje chemiczne w jądrach komórkowych, zabija mikroorganizmy. W zależności od mocy promieniowanie UV-C działa skutecznie na powierzchni do 20 m2.

Filtr wodny jest stosowany w oczyszczaczach z funkcją nawilżania i samych nawilżaczach. Zasysane powietrze dostaje się poprzez obracający się dysk do wody, która skutecznie filtruje cząsteczki powietrza z zanieczyszczeń i np. alergenów. Nawilżone elementy filtru pod wpływem temperatury i obrotów dysku podlegają parowaniu ewaporacyjnemu. W ten sposób skutecznie są eliminowane zanieczyszczenia o wielkości powyżej 10 µm.

Jonizacja w walce o zdrowie

Jony ujemne występują w sposób naturalny w przyrodzie. Za świeżość powietrza odpowiadają jony ujemne, które naturalnie występują w przyrodzie Każda burza wytwarza jony ujemne, oczyszczające powietrze i czyniące je rześkim i relaksującym. Duża ilość jonów ujemnych występuje w lasach, w okolicach wodospadów i w czasie deszczu. Przy oczyszczaniu powietrza można pozbyć się wielu szkodliwych mikroorganizmów, które zagrażają naszemu zdrowiu, takich jak wirusy, bakterie, pleśnie, odchody roztoczy, alergeny, nieprzyjemne zapachy, dym papierosowy. Badania na roślinach i zwierzętach dowiodły, że jony ujemne mają takie samo działanie uspokajające i regulujące poziom serotoniny w organizmie jak chemiczne środki uspokajające, ale bez żadnych szkodliwych konsekwencji. Dodatkowo powietrze w biurach i mieszkaniach ubogie w jony ujemne może wywoływać uczucie niepokoju, złego samopoczucia, stresu, zmniejsza wydajność pracy, a także infekcje dróg oddechowych. Niedostateczna ilość jonów ujemnych w powietrzu może być przyczyną zaburzeń rytmu serca w sposób analogiczny do zaburzeń wywołanych niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi. Liczba jonów ujemnych jest bardzo różna w zależności od środowiska, w którym przebywamy. W przyrodzie najwięcej jonów ujemnych jest tworzonych w czasie wyładowań burzowych. Naturalnie występują w górach na polach, łąkach, lasach. Najmniej jest w miastach, małych miejscowościach. Praktycznie są ich pozbawione pomieszczenia zamknięte, takie jak mieszkania i biura.

Jony dodatnie

W miastach, gdzie dominują bloki z wielkiej płyty i ceglaste kamienice, mamy przewagę jonów dodatnich, które niekorzystnie oddziałują na układ oddechowy, nerwowy i hormonalny. Bliskość jonów dodatnich powoduje pogorszenie się nastroju, bóle głowy, zatrucie organizmu toksynami. Generują je spaliny, asfalt, beton oraz zanieczyszczenia z fabryk. Jony dodatnie pochodzą także z sieci wysokiego napięcia, urządzeń grzewczych, silników elektrycznych, domowych sprzętów elektrycznych. Szczególnie niesprzyjające dla naszego zdrowia są kuchenki mikrofalowe, pralki, zmywarki, kuchnie elektryczne, suszarki, sprzęt komputerowy, monitory. Jony dodatnie niekorzystnie oddziałują na układ oddechowy, nerwowy i hormonalny. Powodują pogorszenie się nastroju, bóle głowy, zatrucie organizmu toksynami.

Czym jest jonizacja?

W największym skrócie jonizacja jest rozpadem atomu lub cząsteczki pod wpływem energii na jony dodatnie (kationy) i ujemne (aniony). Jest to proces zmiany stanu atomu lub cząsteczki zachodzący pod wpływem wysokiej temperatury, pola elektrycznego, promieniowania lub bombardowania elektronami, który polega na oderwaniu lub przyłączeniu od lub do atomu jednego lub kilku elektronów. Są one aktywne elektrycznie i mogą reagować z różnymi związkami. Od ilości jonów dodatnich i ujemnych oraz proporcji między nimi zależy nasze samopoczucie.

Optymalne proporcje jonów

Życie w mieście zaburza właściwe proporcje jonów ujemnych i dodatnich. Zgodnie z danymi otrzymanymi przez ośrodki badawcze, na których wyniki powołuje się firma Sharp (właściciel patentu jonizatora Plasmacluster), zawartość jonów w naturalnym, leśnym środowisku wynosi około 4100-4300 jonów dodatnich oraz 4100- 4200 jonów ujemnych na centymetr sześcienny. To znacznie więcej niż w środowisku miejskim, w statystycznym domu, gdzie wartości te wynoszą odpowiednio: 500 lub mniej dla jonów dodatnich oraz bliska zeru ilość jonów ujemnych w jednym centymetrze sześciennym. Najkorzystniejszy dla człowieka stosunek jonów dodatnich do ujemnych powinien wynosić 1:1,5–2,0. Równowaga między jonami decyduje o poziomach wilgotności, elektryczności statycznej, wydajności usuwania mikroorganizmów i zapachów. jonizacja w urządzeniach W jonizatorach są stosowane różne rozwiązania techniczne. Wyładowania elektryczne, takie jak w czasie burzy, są realizowane za pomocą wyładowania elektrycznego tzw. koronowego (przypominającego kształtem koronę) przy pomocy wysokiego napięcia i elektrod ostrzowych. Do wytwarzania jonów ujemnych najlepsze są elektrody węglowe, ponieważ nie wytwarzają ozonu. Stosowane są też elektrody metalowe lub membrany plazmatyczne, ale wynikiem jest powstanie cięższego od powietrza ozonu o właściwościach dezynfekcyjnych.

Oczyszczacze z jonizatorami jonów ujemnych

Na rynku dostępne są modele, które jonizują powietrze ujemnie przy pomocy parowej mgiełki nawet w odległości kilkunastu metrów od miejsca usytuowania oczyszczacza. Wytwarzane przez urządzenia elektryczne jony dodatnie utrzymują w powietrzu bakterie, wirusy, zarodniki grzybów i inne alergeny. Wytworzone przez jonizator jony ujemne, znacznie cięższe niż dodatnie, wiążą się z naładowanymi dodatnio cząsteczkami powietrza i pod wpływem grawitacji opadają na podłoże, tym samym oczyszczając powietrze. Metoda emitowania jonów ujemnych jest dużo skuteczniejsza, gdyż w wypadku urządzeń tylko zasysających powietrze, każdy zakamarek pomieszczenia oraz mebel jest przeszkodą dla odpowiedniej cyrkulacji powietrza, dlatego też oczyszczana jest jedynie jego część. Jonizator jonów ujemnych jest montowany w prostych oczyszczaczach z filtracją mechaniczną jak i wieloetapową.

Budowa generatora jonów Plasmacluster

Jednymi z najskuteczniejszych są jonizatory plazmowe, wytwarzające jony dodatnie i ujemne odpowiadające jonom występującym w naturze. Aby zjonizować wodę i tlen w powietrzu, Sharp wpadł na pomysł wykorzystania wyładowania plazmowego, aby nadać wodzie ładunek dodatni, a tlenowi ładunek ujemny. W oczyszczaczach z jonizatorem Plasmacluster są wytwarzane jony dodatnie wodoru (H+) i ujemne tlenu (O–) przy pomocy dwóch elektrod, ujemnej oraz dodatniej, używanych do wyładowań wysokiego napięcia w środowisku wody i tlenu z powietrza. Wyładowania przy pomocy elektrody dodatniej w środowisku wodnym powodują rozpad cząsteczek wody i emisję dodatnio naładowanych jonów wodoru (H+), natomiast elektroda ujemna wytwarza ujemnie naładowane jony tlenu (O–). Przy pomocy pary wodnej uwalniane są one do otoczenia w odpowiednich proporcjach, w którym natrafiają na cząstki o przeciwnym ładunku. Oczyszczacz pracuje w dwóch przemiennych trybach: raz jako oczyszczacz, generując jony dodatnie, a następnie, w trybie kontroli jonów, emituje jedynie jony ujemne, równoważące jony o ładunku dodatnim. Poziom jonów zbliżony jest do stanu występującego w przyrodzie, który – jak wiadomo – jest najlepszy dla samopoczucia człowieka. Urządzenia marki Sharp rozprzestrzeniają skupiska jonów z prędkością dochodzącą do nawet 5 m/s. W ten sposób efektywnie usuwane są również zanieczyszczenia znajdujące się w kątach pomieszczeń. Oprócz oczyszczania otoczenia z pyłków, kurzu i alergenów, jonizator Plasmacluster usuwa mikroorganizmy. Jony dodatnie i ujemne otoczone są cząsteczkami wody i w postaci pary wodnej uwalniane w odpowiednich proporcjach do otoczenia, co zapewnia im długi okres istnienia. Oczyszczacze Plasmacluster Ion HD mogą wytwarzać strumień o stężeniu 7000 i 25 000 jonów/cm3 lub większym.

Usuwanie zapachów i dymu papierosowego

Jonizator Plasmacluster skutecznie usunie także wszelkie przykre zapachy, a pozostawi te przyjemne. Jest to możliwe, gdyż cząsteczki cuchnące znacznie łatwiej podlegają działaniom jonów. Podobnie dzieje się z dymem papierosowym. Dym papierosowy zawiera NO (tlenek azotu), styren i kwas octowy. Jony generowane przez Plasmacluster otaczają te substancje i przekształcają je także w rodniki hydroksylowe OH, bardzo reaktywne chemicznie. Rodniki te przyśpieszają reakcje chemiczne i doprowadzają do rozpadu substancji toksycznych do nieszkodliwych cząsteczek, z NO powstają N2 (cząsteczka azotu) i H2O w postaci pary wodnej, które są nieszkodliwe.

Inteligentne czujniki

Oczyszczacze powietrza stają się coraz bardziej „inteligentne” dzięki czujnikom i zawansowanej elektronice stale monitorującym stan powietrza w pomieszczeniu, umożliwiają automatyczne oczyszczanie powietrza i zwiększają komfort użytkowania. Najwięcej ich jest w najnowszej serii KC-G oczyszczaczy Plasmacluster marki Sharp. Przy pomocy funkcji Intelligent mode (tryb auto) są analizowane dane z 6 czujników:

• pyłów pm2,5,
• kurzu,
• zapachów,
• temperatury,
• wilgotności,
• światła.

Wskaznik pyłów PM2,5 informuje świeceniem wskaźnika o wykryciu pyłów zawieszonych, lub podaje wartość stężenia cząstek PM2,5 g/m3.

Wskaznik kurzu r eaguje n a k urz i dym papierosowy, filtr wstępny wychwytuje cząstki o wielkości 240 µm.

Wskaznik alergenów IAI wyświetla liczbę od 1 do 12, która wskazuje ich poziom.

Wskaznik szkodliwych gazów pozwala monitorować poziom stężenia szkodliwych gazów i wyświetla informacje w 4-stopniowej skali.

Wskaznik zapachu informuje, że wykryto przykre zapachy.

Monitor wilgotnosci/temperatury mierzy temperaturę oraz wilgotność i na tej podstawie optymalizuje poziom wilgotności w powietrzu (do 18 °C – 65 proc., 18–24 °C – 60 proc., od 24 °C – 55 proc., dane Sharpa). Jeśli poziom wilgotności osiągnie stan powyżej 70 proc., to dzięki czujnikowi wilgotności urządzenie zwiększy poziom jonów w powietrzu i zapobiegnie rozwojowi pleśni.

Dla użytkownika pomocne będą czujniki ruchu i swiatła. Pierwszy, wykrywając obecność człowieka, zmierzy poziom zanieczyszczeń i zwiększy szybkość oczyszczania, jeżeli ich wartość będzie za duża. Drugi np. po wyłączeniu światła w sypialni spowoduje przełączenie oczyszczacza w tryb sleep.

Wybrane modele z jonizacją i lampą UV

Wybrane modele oczyszczaczy bez nawilżania

Wybrane modele nawilżaczy ultradźwiękowych

Wybrane modele nawilżaczy z funkcją oczyszczania