Oczyszczacz powietrza – urządzenie, które usuwa zanieczyszczenia z powietrza w pomieszczeniu w celu poprawy jakości powietrza. Urządzenia te są powszechnie sprzedawane jako korzystne dla alergików i astmatyków oraz do zmniejszania lub eliminowania wtórnego dymu tytoniowego. Komercyjne oczyszczacze powietrza są wytwarzane jako małe samodzielne jednostki lub większe jednostki, które można przymocować do centrali wentylacyjnej (AHU) lub do jednostki HVAC w przemyśle medycznym, przemysłowym i handlowym. Oczyszczacze powietrza mogą być również stosowane w przemyśle do usuwania zanieczyszczeń z powietrza przed rozpoczęciem procesu. Zazwyczaj stosuje się do tego adsorbery zmiennociśnieniowe lub inne techniki adsorpcyjne.
Historia W 1830 r. Charles Anthony Deane otrzymał patent na urządzenie, które składało się z miedzianego hełmu, przymocowanego do ubrania z elastycznym kołnierzem. Długi skórzany wąż w tylnej części hełmu służył do dostarczania powietrza, przy czym w oryginalnej koncepcji powietrze pompowane było za pomocą podwójnych mieszków. Inna, krótka rura pozwalała na odprowadzanie wydychanego powietrza. Ubranie miało być wykonane ze skóry lub nieprzepuszczającego powietrza materiału oraz zabezpieczone taśmami.
W latach 60. XIX wieku John Stenhouse złożył dwa patenty dotyczące właściwości chłonnych węgla drzewnego do oczyszczania powietrza (patenty 19 lipca 1860 r. I 21 maja 1867 r.), których wynikiem był pierwsza praktyczna maska oddechowa.
Kilka lat później John Tyndall stworzył ulepszenie do maski strażackiej w formie kaptura, który filtrował dym i szkodliwy gaz z powietrza (1871–1874 r.).
W latach 50. XX wieku wprowadzono na rynek filtry HEPA jako wysokowydajne filtry powietrza, po czym w latach 40. XX wieku wykorzystano je w amerykańskim Projekcie Manhattan w celu kontrolowania radioaktywnych zanieczyszczeń w powietrzu.
Pierwszy filtr HEPA do użytku domowego został sprzedany prawdopodobnie w Niemczech w 1963 roku przez braci Manfreda i Klausa Hammesa, którzy stworzyli Incen Air Corporation – prekursora korporacji IQAir.
Zastosowanie Oczyszczacz powietrza pozbywa się z otoczenia szkodliwych zanieczyszczeń, które mogą wywoływać wiele chorób i nieprzyjemnych dolegliwości. Kurz, pyłki, sierść zwierząt domowych, zarodniki pleśni i odchody roztoczy mogą działać jak alergeny i wywoływać reakcje alergiczne u wrażliwych osób. Cząstki dymów i lotne związki organiczne (LZO/VOC) mogą stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia i zwiększać prawdopodobieństwo wystąpienia objawów Syndromu Chorego Budynku. Pyły zawieszone PM10 i PM2.5 będące składnikami smogu są substancjami rakotwórczymi.
Techniki oczyszczania Oczyszczacze powietrza to przeważnie samodzielnie jednostki, które składają wentylatora wymuszającego przepływ powietrza oraz zestawu filtrów, przez które jest przepuszczane. Nierzadko posiadają również funkcję jonizacji oraz nawilżania powietrza.
Istnieją dwa rodzaje technologii oczyszczania powietrza, aktywne i pasywne.
Aktywne oczyszczacze powietrza to np. jonizatory, które uwalniają do powietrza ujemnie naładowane jony, powodując, że zanieczyszczenia przyklejają się do ich powierzchni. Jednostki pasywnego oczyszczania używają specjalnych filtrów powietrza do usuwania zanieczyszczeń. Oczyszczacze pasywne są bardziej wydajne, ponieważ cały pył i cząstki stałe są trwale usuwane z powietrza i gromadzone w filtrach.
W celu oczyszczenia powietrza można zastosować kilka różnych procesów o różnej skuteczności. W 2005 r. najczęściej stosowaną metodą były wysokowydajne filtry cząstek stałych (HEPA) i bakteriobójcze promieniowanie ultrafioletowe (UVGI).
Filtracja Filtry w oczyszczaczach przechwytują cząstki zanieczyszczeń unoszące się w powietrzu, zależnie od ich wielkości. Powietrze przepuszczane jest przez filtr, a cząstki są fizycznie wychwytywane przez filtr. Wyróżnia się głównie trzy rodzaje filtrów powietrza:
Wysokosprawne filtry powietrza HEPA (ang. high efficiency particulate air filter) zatrzymują cząstki stałe o wielkości 0,3 μm ze skutecznością 99,95% lub wyższą w przypadku większych cząstek. W bardziej zapylonym otoczeniu filtr HEPA może być poprzedzony łatwym do czyszczenia filtrem wstępnym w formie gęstej siatki, który usuwa grubsze zanieczyszczenia. Dzięki niemu filtr HEPA wymaga rzadszej wymiany lub czyszczenia. Oczyszczacze, które filtrują całe powietrze wchodzące do sterylnego pomieszczenia (np. laboratorium), ustawiane są w taki sposób, aby powietrze w żaden sposób nie omijało filtra HEPA. Filtry HEPA podczas pracy nie wytwarzają ozonu ani innych szkodliwych produktów ubocznych. Technologia HEPA jest stosowana w przenośnych oczyszczaczach powietrza, ponieważ usuwa z powietrza większość typowych alergenów oraz składników smogu. Departament Energii USA stworzył wymagania odnośnie do filtrów HEPA, które muszą spełniać producenci. Specyfikacja HEPA wymaga usunięcia z otoczenia co najmniej 99,97% substancji zanieczyszczających powietrze o wielkości większej niż 0,3 mikrometry. Produkty oznaczone jako “HEPA-type”, “HEPA-like” lub “99% HEPA” nie spełniają przeważnie tych wymagań i nie są testowane w niezależnych laboratoriach. Węgiel aktywny jest porowatym materiałem, który adsorbuje lotne chemikalia (w tym lotne związki organiczne i dym papierosowy) na poziomie molekularnym, ale nie usuwa większych cząstek. Proces adsorpcji przy użyciu węgla aktywnego musi osiągnąć równowagę, dlatego całkowite usunięcie zanieczyszczeń z powietrza może być trudne. Węgiel aktywny zmienia fazę gazową zanieczyszczeń w fazę stałą i przechwytuje je, podczas gdy pozostałe zanieczyszczenia mogą regenerować się w źródłach powietrza w pomieszczeniu. Węgiel aktywny można stosować w temperaturze pokojowej i ma on długą historię zastosowań komercyjnych. Zwykle filtr węgla aktywnego jest stosowany w połączeniu z innymi technologiami filtrów, zwłaszcza z HEPA. Inne materiały o podobnej zdolności sorpcyjnej chemikaliów posiadają przeważnie dużo wyższą cenę. Filtr HVAC o wartości MERV 14 lub wyższej (według klasyfikacji USA ASHRAE 52.2-1999) jest przystosowany do usuwania unoszących się w powietrzu cząstek o wielkości 0,3 μm lub większych. Skuteczność wysokowydajnego filtra MERV 14 wynosi co najmniej 75% dla cząstek o wielkości od 0,3 do 1,0 mikrometrów. Chociaż współczynnik wychwytywania filtra MERV jest niższy niż filtra HEPA, to ze względu na zastosowanie go w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych może on przefiltrować znacznie więcej powietrza w tym samym okresie. Niestety większość filtrów MERV nie posiada hermetycznego uszczelnienia, co pozwala na przepływ powietrza wokół filtrów. Problem ten jest gorszy w przypadku filtrów MERV o wyższej wydajności ze względu na wzrost oporu powietrza, spowodowany większą gęstością filtra. Filtry te zwiększają opór przepływającego powietrza, w wyniku czego zwiększają zużycie energii. W oczyszczaczach powietrza do domu wykorzystywany bywa również filtr wodny, który pozbywa się zanieczyszczeń i nawilża powietrze. Urządzenie wykorzystujące taką metodę filtracji nazywa się Airwasherem i składa się z wiatraka, komory z wodą i obracających dysków. Powietrze jest zasysane i przepuszczane przez obracające dyski, do których przyczepiają się zanieczyszczenia, ostatecznie osadzające się w wodzie. Aby zapobiec rozwojowi bakterii, stosowane są różne metody, takie jak zimne parowanie (Cold Evaporation) lub srebrne elektrody. Ta technika posiada raczej niską skuteczność i nadaje się do usuwania większych cząstek kurzu, roztoczy, pyłków i sierści. Airwasher nie poradzi sobie z bakteriami i wirusami. Zaletą oczyszczaczy powietrza opartych na tej technologii jest brak konieczności zakupu i okresowej wymiany wkładów filtracyjnych.
Inne metody Bakteriobójcze promieniowanie ultrafioletowe UVGI (ang. Ultraviolet germicidal irradiation) – wykorzystywane jest do sterylizacji powietrza, które w sposób wymuszony przechodzi przez światło lampy UV. Systemy oczyszczania powietrza UVGI mogą być wykorzystywane w formie wolnostojących urządzeń z osłoniętymi lampami UV, które wykorzystują wentylator, aby przepchnąć powietrze przez światło lampy. Inne systemy polegają na zamontowaniu lampy UV w instalacjach wymuszonego przepływu powietrza, aby wskutek cyrkulacji powietrza znajdujące się w nim mikroorganizmy przechodziły przez światło lampy UV. Kluczowe w tym systemie oczyszczania jest właściwe umiejscowienie lampy UV oraz dobry system filtracji do usuwania martwych mikroorganizmów. W instalacjach wymuszonego przepływu powietrza (np. klimatyzacji) powstają obszary zacienione, do których nie dociera światło lampy UV. Aby zapobiec tworzeniu się mikroorganizmów w takich naturalnie wilgotnych miejscach, najskuteczniejszą metodą są układy przewodów liniowych, umieszczone na środku kanału i równolegle do przepływu powietrza. Elektroniczne oczyszczacze powietrza z polaryzacją wykorzystują aktywne, ulepszone elektronicznie media do łączenia elementów zarówno elektronicznych oczyszczaczy powietrza, jak i pasywnych filtrów mechanicznych. Większość elektronicznych oczyszczaczy powietrza wykorzystujących spolaryzowane media wykorzystuje bezpieczne 24V napięcie stałe do ustalenia polaryzującego pola elektrycznego. Cząsteczki unoszące się w powietrzu ulegają jonizacji lub ładowaniu, gdy przechodzą przez pole elektryczne i przylegają do jednorazowego wkładu z włókien. Ultradrobne cząstki (UFP), które nie są gromadzone przy ich pierwszym przejściu przez wkładkę medialną, są spolaryzowane i aglomerują z innymi cząsteczkami, zapachem i LZO, po czym zbierane są przy kolejnych przejściach przez wkładkę. Wydajność elektronicznych oczyszczaczy powietrza z polaryzacją wzrasta wraz z ich obciążeniem, zapewniając wysoką wydajność filtracji, przy rezystancji powietrza zwykle równej lub mniejszej niż filtry pasywne. Technologia mediów spolaryzowanych jest niejonizująca, co oznacza, że nie wytwarza się ozon. Utlenianie fotokatalityczne PCO (ang. Photocatalytic oxidation) to technologia kształtująca się w branży HVAC. [Potrzebne źródło] Oprócz korzyści związanych z poprawą jakości powietrza w pomieszczeniach (IAQ ang. Indoor Air Quality), ma ona dodatkowy potencjał polegający na ograniczeniu ilości niekontrolowanego powietrza wpływającego do budynku, tym samym stanowiąc okazję do oszczędzenia energii. Systemy utleniania fotokatalitycznego są w stanie całkowicie utleniać i degradować zanieczyszczenia organiczne. Na przykład Lotne Związki Organiczne w niskich stężeniach w zakresie kilkuset ppmv lub mniej, zostają utlenione prawdopodobnie całkowicie. PCO wykorzystuje krótkofalowe światło ultrafioletowe (UVC), powszechnie stosowane do sterylizacji, do zasilania katalizatora (zwykle ditlenek tytanu (TiO2)) oraz utleniania bakterii i wirusów. [potrzebne źródło] Jednostki PCO można zamontować w istniejącym systemie wentylacji HVAC. PCO nie jest technologią filtrującą, ponieważ nie zatrzymuje ani nie usuwa cząstek. Czasami łączy się ją z innymi technologiami filtrowania w celu oczyszczania powietrza. Żarówki do sterylizacji UV należy wymieniać mniej więcej raz w roku; producenci mogą wymagać okresowej wymiany jako warunku gwarancji. Systemy fotokatalitycznego utleniania często wiążą się z wysokimi kosztami. Pokrewną technologią istotną dla oczyszczania powietrza jest utlenianie fotoelektrochemiczne (PECO ang. photoelectrochemical oxidation). Chociaż technicznie jest to rodzaj PCO, PECO obejmuje interakcje elektrochemiczne między materiałem katalizatora i związkami reaktywnymi (np. poprzez umieszczanie materiałów katodowych) w celu poprawy wydajności kwantowej. W ten sposób można zastosować jako źródło światła promieniowanie UVA o niższej energii, jednocześnie osiągając lepszą skuteczność.