تصفیه هوا چیست؟

دستگاه تصفیه هوا یا دستگاه تمیز کننده هوا دستگاهی است که آلاینده‌­های موجود در هوای اتاق را از بین می­‌برد تا کیفیت هوا در داخل اتاق بهبود یابد. این دستگاه­‌ها که تصفیه کننده هوا می‌باشند برای افراد مبتلا به آلرژی و تنگی­ نفس مفید هستند. همچنین در کاهش یا از بین بردن دود سیگار موثر است.

دستگاه­‌های تصفیه هوای موجود در بازار به صورت دستگاه‌های مستقل کوچک یا دستگاه‌های بزرگ ساخته می‌­شوند. که می­‌توان به آن‌ها هواساز (AHU) یا دستگاه HVAC موجود در صنایع پزشکی، صنعتی و تجاری را افزود. پالاینده­‌های هوا ممکن است در صنعت نیز برای حذف ناخالصی‌های موجود در هوا قبل از تصفیه استفاده شوند. جاذب‌های نوسان فشار یا سایر روش‌های جذب معمولا برای این کار استفاده می­‌شوند.

تاریخچه تصفیه هوا

در سال 1830، حق اختراع دستگاه تصفیه هوا  متشکل از یک کلاه ایمنی مسی با گردبند و لباس انعطاف‌ پذیر متصل به آن به چارلز آنتونی دین اعطا شد. از شیلنگ چرمی بلند متصل به بخش عقبی کلاه ­ایمنی برای تهیه هوا استفاده شد، کارکرد اصلی آن این بود که می‌­شد آن را با استفاده از دو تا دمنده پمپاژ کرد. لوله‌­ای کوتاه اجازه بیرون رفتن هوای تنفس شده را می‌­داد. لباس از پارچه چرمی­ یا ضد هوا ساخته شد، که به وسیله بندهایی محکم می­شد.

در دهه 1860، جان استنهاوس دو اختراع با استفاده از خواص جاذب زغال چوب به تصفیه هوا ثبت کرد و بدین ترتیب اولین ماسک تنفسی کاربردی را ساخت.

چند سال بعد، جان تیندال، به سازی ماسک تنفسی آتش­ نشانی را اختراع کرد، کلاهکی که دود و گاز سمی هوا را فیلتر می‌­کند.

پس از اینکه این فیلترها در دهه 1940 در پروژه منهتن ایالات متحده برای کنترل آلاینده­‌های رادیواکتیو موجود در هوا مورد استفاده قرار گرفتند، در دهه 1950، فیلترهای HEPA به عنوان فیلترهای هوا با کارایی بالا به بازار عرضه شدند.

طبق گزارش، اولین فیلتر خانگی HEPA در سال 1963 توسط برادران مانفرد و کلاوس هامز در آلمان فروخته شد، و بعدها این افراد شرکت اینسن ایر که پیشگام شرکت IQAir بود، را دایر کردند.

استفاده و فواید دستگاه‌ تصفیه هوا

گرد و غبار، گرده گل، پوست شاخی شده یا همان پوست مرده حیوانات دست آموز و خانگی، هاگ‌های کپکی و فضولات مایت‌های گرد و غبار می­‌توانند بعنوان مواد آلرژی‌زا عمل کنند و باعث ایجاد آلرژی در افراد حساس شوند. مواد دودزا و ترکیبات آلی ناپایدار (فرار) (VOC) می­توانند برای سلامتی خطرناک باشند. قرارگیری در معرض ترکیبات مختلف از جمله VOCها احتمال بروز علائم سندرم ساختمان بیمار را افزایش می­دهد.

روشهای تصفیه هوا

دو نوع فناوری تصفیه هوا، یعنی فعال و غیرفعال وجود دارد. دستگاه­‌های تصفیه هوای فعال یون‌های دارای بار منفی را در هوا آزاد می­‌کنند و باعث چسبیدن آلاینده­‌ها به سطوح می­‌شوند، و دستگاه‌های تصفیه هوای غیرفعال از فیلترهای هوا برای حذف آلاینده‌­ها استفاده می­‌کنند. چون تمام گرد و غبار و ذرات دائما از هوا حذف می­‌شوند و در فیلترها جمع می­‌شوند، پس دستگاه‌های تصفیه غیرفعال کارآمدتر هستند. چندین فرآیند مختلف با اثربخشی متفاوت را می­توان برای تصفیه هوا بکار برد. از سال 2005، شایع‌­ترین روش‌ها، فیلترهای تصفیه ذرات هوا با کارآیی بالا (HEPA) و تابش فرابنفش برای میکروب­کشی (UVGI) بود.

فیلتراسیون

تصفیه از طریق فیلتر هوا، ذرات موجود در هوا را با روش طرد اندازه گیر می‌­اندازد. هوا از طریق فیلتر با فشار وارد می‌­شود و ذرات توسط فیلتر بصورت فیزیکی گرفته می‌شوند. فیلترهای مختلفی وجود دارند که شامل موارد زیر می‌­باشند:

• فیلترهای توقف ذرات با راندمان بالا (HEPA) حداقل 97/99٪ ذرات3/0 میکرومتری را از بین می‌­برند. و معمولا در از بین بردن ذرات بزرگتر موثر هستند. دستگاه­‌های تصفیه‌­ی هوای HEPA، که تمام هوای وارد شده به اتاق تمیز را فیلتر می­‌کند، باید طوری تنظیم شوند که هیچ هوایی از فیلتر HEPA عبور نکند. در محیط‌های پرگرد و غبار، فیلتر HEPA ممکن است از فیلتر معمولی (پیش­‌فیلتر) استفاده کند که براحتی تمیز می­‌شود و ناخالصی‌های بزرگ را حذف می­‌کند. پس فیلتر HEPA به پاکسازی یا جایگزینی کمتری نیاز دارد. فیلترهای HEPA در دوره کار، اوزون یا فرآورده­‌های فرعی مضر تولید نمی­‌کنند.
• فیلتر گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع در MERV 14 یا بالاتر درجه­‌بندی می­‌شوند تا ذرات موجود در هوا 3/0 میکرومتری یا بزرگتر از آن را حذف کنند. فیلتر MERV 14 با راندمان بالا دارای درجه گیراندازی حداقل 75٪ برای ذرات بین 3/0 تا 0/1 میکرومتر است. با اینکه میزان گیراندازی فیلتر MERV کمتر از فیلتر HEPA است، اما سیستم هوای مرکزی می­‌تواند در بازه زمانی یکسان به میزان قابل توجهی هوای بیشتری را جابجا کند. استفاده از فیلتر MERV با درجه بالا می­تواند نسبت به استفاده از دستگاه HEPA با توان بالا در بخشی از مخارج سرمایه‌­ای اولیه موثرتر باشد. متاسفانه، اکثر فیلترهای کوره­ای بدون نصب درزگیر هوا در محل بتدریج خارج می‌­شوند و این امکان را به هوا می­‌دهد تا از اطراف فیلترها عبور کند. این مسئله برای فیلترهای MERV با راندمان بالاتر بدلیل افزایش مقاومت هوا بدتر است. فیلترهای MERV با راندمان بالاتر معمولا متراکم‌­تر بوده و مقاومت هوا را در سیستم مرکزی افزایش می­‌دهند و این کار به افت بیشتر فشار هوا و در نتیجه افزایش هزینه­‌های انرژی نیاز دارد.

سایر روشهای تصفیه هوا

• تابش فرابنفش برای میکروب­‌کشی – UVGI را می­توان برای استریل کردن هوایی که لامپ‌های UV از طریق هوای فشرده عبور می­‌دهند، بکار برد. سیستم‌های UVGI تصفیه هوا می­‌توانند دستگاه‌های ایستاده با لامپ‌های محافظ­ دار UV باشند که از فن استفاده می­‌کنند تا هوا را از پشت نور UV وارد کنند. سایر سیستم‌ها در سیستم‌های هوای فشرده نصب می­‌شوند تا گردش هوا در محوطه، میکرو ارگانیسم‌ها را از پشت لامپ‌ها جابجا ­کنند. راه این شکل از استریل کردن، قرار دادن لامپ‌های UV و یک سیستم تصفیه خوب برای از بین بردن میکرو ارگانیسم‌های مرده است. برای مثال، طراحی سیستم‌های هوای فشرده مانع مسیر دید می‌شوند و فضاهایی ایجاد می­‌کنند که از نور UV پررنگ­‌تر خواهد بود. با این حال، لامپ UV قرار گرفته در کویل‌ها و قاب تخلیه سیستم خنک کننده، مانع شکل‌گیری میکرو ارگانیسم‌ها در این مکان‌های مرطوب خواهد شد. موثرترین روش برای تصفیه هوا بجای کویل‌ها، سیستم‌های کانال درون خطی است، این سیستم‌ها در مرکز کانال و موازی با جریان هوا قرار می­‌گیرند.
• کربن فعال ماده­ای متخلخل است که می‌­تواند مواد شیمیایی فرار روی پایه مولکولی را جذب کند، اما ذرات بزرگ‌تر را از بین نمی­‌برد. فرآیند جذب هنگام استفاده از کربن فعال باید به تعادل برسد بنابراین حذف کامل آلودگی­‌ها ممکن است دشوار باشد. کربن فعال صرفا روند تغییر آلاینده‌­ها از فاز گازی به فاز جامد است. هنگامی که آلودگی‌های تشدید شده یا آشفته شده را بتوان در منابع هوای داخلی احیا کرد. کربن فعال را می­‌توان در دمای اتاق مورد بکار برد و دارای پیشینه طولانی در مصرف تجاری است. این کربن معمولا همراه با سایر فناوری‌های فیلتر، به ویژه با HEPA استفاده می‌­شود. همچنین سایر مواد می‌­توانند مواد شیمیایی را با هزینه بیشتری جذب کنند.
• دستگاه‌های الکترونیکی تمیزکننده هوا دارای محیط قطبیده از محیط­‌های فعال الکترونیکی تقویت شده برای ترکیب عناصر دستگاههای الکترونیکی تمیزکننده و فیلترهای مکانیکی غیرفعال استفاده می­کنند. اکثر دستگاه‌های الکترونیکی تمیزکننده دارای محیط قطبیده از ولتاژ DC 24 ولت ایمن برای ایجاد میدان الکتریکی قطبشی استفاده می­‌کنند. اکثر ذرات موجود در هوا دارای بار هستند و بسیاری دو قطبی نیز هستند. هنگامی که ذرات موجود در هوا از میدان الکتریکی عبور می­‌کنند، میدان قطبشی دوباره ­این ذره را برای چسباندن به مدیاپد فیبر بکبار مصرف هدایت می­‌کند. ذرات بسیار ریز (UFP) که در عبور اولیه آنها از طریق مدیاپد جمع‌­آوری نمی­‌شوند قطبیده شده و با سایر ذرات، مولکول‌های بو و VOC انباشته شده و در عبورهای بعدی جمع می­‌شوند. راندمان دستگاه­‌های تمیزکننده الکترونیکی هوای دارای محیط­‌های قطبیده با بارگیری آنها افزایش می­‌یابد و از این طریق فیلتراسیون با راندمان بالا فراهم می­کند و مقاومت هوا معمولا برابر یا کمتر از فیلترهای غیرفعال است. فناوری محیط قطبیده غیر یون‌ساز است، که به ­این معنی است که هیچ اوزونی تولید نمی­‌شود.
• اکسیداسیون فوتوکاتالیستی (PCO) فناوری نوظهوری در صنعت HVAC است. علاوه بر چشم انداز مزایای کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ)، امکان اضافی برای محدود کردن ورود هوای تهویه نشده به فضای ساختمان را نیز دارد و به موجب آن فرصتی برای دستیابی به صرفه‌­جویی در مصرف انرژی نسبت به طرح‌های توصیه شده قبلی ارائه می­کند. از ماه می سال 2009، با انتشار داده‌­های آزمایشگاه ملی لارنس برکلی مبنی بر اینکه PCO ممکن است به میزان قابل توجهی میزان فرمالدئید را در محیط‌های داخلی واقعی افزایش دهد، هیچ نگرانی وجود ندارد. مانند سایر فناوری‌های پیشرفته، اصول و روش‌های مهندسی صوت باید توسط طراح HVAC بکار برده شود تا از کاربرد صحیح این فناوری مطمئن شود. سیستم‌های اکسیداسیون فوتوکاتالیستی می­تواند آلاینده­‌های آلی را بطور کامل اکسیده کرده و کاهش دهد. برای مثال، ترکیبات آلی فرار موجود در غلظت‌های کم با چند صد ppmv یا کمتر، احتمالا کاملا اکسیده می­‌شوند. (اکسیداسیون فوتوکاتالیستی) از نور فرابنفش موج کوتاه (UVC)، که معمولا برای استریل کردن بکار می­‌رود، برای انرژی دادن به کاتالیست استفاده می‌­کند (معمولا دی اکسید تیتانیوم (TiO2)) و باکتری‌ها و ویروس‌ها را اکسیده می­‌کنند. دستگاه‌های درون کانالی PCO را می­توان به سیستم موجود HVAC هوای فشرده نصب کرد. اکسیداسیون فوتوکاتالیستی فناوری فیلترینگ نیست، چون ذرات را به دام نمی­اندازد و از بین نمی­برد. این فناوری برای تصفیه هوا گاهی با سایر فناوری‌های فیلترینگ تصفیه همراه می­‌شود. لامپ‌های سترون­سازی فرابنفش باید حداقل یک بار در سال تعویض شوند؛ تولید کنندگان ممکن است بعنوان مفاد ضمانت به تعویض دوره­‌ای نیاز داشته باشند. سیستم‌های اکسیداسیون فوتوکاتالیستی اغلب هزینه­‌های تجاری بالایی دارند.

فناوری مربوطه به تصفیه هوای اکسیداسیون فوتوالکتروشیمیایی (PECO) اکسیداسیون فوتوالکتروشیمیایی مربوط است. با اینکه اکسیداسیون فوتوالکتروشیمیایی به لحاظ فنی نوعی PCO است، اما شامل برهمکنش‌های الکتروشیمیایی بین ماده کاتالیستی و گونه­‌های واکنشی (برای مثال، از طریق تثبیت موقعیت مواد کاتدی) برای بهبود راندمان کوانتومی است؛ بدین ترتیب، استفاده از تابش UVA  کم‌­انرژی به عنوان منبع نور استفاده کرد و در عین حال به اثربخشی بهبود یافته دست یافت.

• پالاینده­‌های یون­ساز از سطوح الکتریکی یا سوزن‌های باردار برای تولید یون‌های هوا یا گاز دارای بار الکتریکی استفاده می­‌کنند. این یون‌ها به ذرات موجود در هوا می­‌چسبند و بعد بصورت الکترواستاتیک به صفحه جمع کننده باردار جذب می‌­شوند. این مکانیزم مقدار کمی اوزون و سایر اکسیدان‌ها را بصورت فرآورده‌­های فرعی تولید می­‌کند. اکثر یون­‌سازها کمتر از 05/0 ppm ازن، استاندارد ایمنی صنعتی را تولید می­‌کنند. دو زیربخش اصلی: یون‌ساز بدون فن و یونساز فن­‌دار وجود دارند. یون­‌سازهای بدون فن بدون صدا هستند و از برق کمی استفاده می­‌کنند، اما در تصفیه هوا کارایی کمتری دارند. یون­‌سازهای فن­‌دار، هوا را خیلی سریع تمیز و توزیع می­‌کنند. پالاینده­‌های یون­ساز خانگی و صنعتی که بصورت دائمی نصب می­‌شوند، رسوب­‌دهنده‌­های الکترواستاتیکی نامیده می‌­شوند.
• فناوری سلول متوقف شده با جذب ذرات باردار به توده بیوراکتیو یا همان بیوراکتور که آنزیم‌های تحویل دهنده آنها را بی‌­اثر می‌­کند ذرات میکروفرین معلق را از هوا دفع می­‌کند.
• ازن ژنراتورها برای تولید اوزون طراحی شده و گاها بعنوان دستگاه‌های تمیزکننده­ هوای کل خانه فروخته می­‌شوند. برخلاف یون‌سازها، ازن ژنراتورها برای تولید مقادیر زیادی ازن، یک گاز اکسیدان قوی در نظر گرفته می­‌شوند که می‌­تواند مواد شیمیایی بسیاری را اکسید کند. تنها استفاده ­ایمن از ازن ژنراتورها در اتاق‌های خالی، استفاده از ازن ژنراتورهای موجود در بازار “شوک درمانی” است که بیش از 3000 میلی­گرم ازن در هر ساعت تولید می­‌کنند. پیمانکاران بازسازی از این نوع ازن ژنراتورها برای از بین بردن بوی دود بعد از خسارت آتش­‌سوزی، بوهای نم پس از سیل، کپک (از جمله کپکهای سمی) و بوی تعفن ناشی از لاشه که با سفیدکننده یا هر چیز دیگری غیر از ازن نمی­توان حذف کرد، استفاده می­‌کنند. با این حال، استشمام گاز ازن برای سلامتی خوب نیست و باید هنگام خرید دستگاه تصفیه هوای اتاق که باعث تولید ازن نیز می­‌شود، با نهایت احتیاط عمل کنید.
• فناوری دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) – نانو ذرات TiO₂، همراه با کربنات کلسیم برای خنثی کردن تمام گازهای اسیدی که ممکن است جذب شوند، با کمی رنگ متخلخل مخلوط می­شود. کاتالیزگر نوری، تجزیه مواد آلاینده هوایی را روی سطح آغاز می­کند.
• سترون­سازی ترمودینامیکی (TSS)- این فناوری از سترون­سازی حرارتی از طریق هسته سرامیکی با مویرگ‌های ریز استفاده می­‌کند، که تا 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) گرم می­‌شوند. ادعا می­‌شود که 9/99٪ ذرات میکروبیولوژیکی – باکتری‌ها، ویروس‌ها، مواد آلرژی‌­زای مایت گرد و غبار، هاگ‌های کپکی و قارچی – سوزانده می‌­شوند. هوا با فرآیند طبیعی انتقال هوا از هسته سرامیکی عبور می­‌کند و بعد با استفاده از صفحات انتقال حرارت سرد شده و آزاد می‌­شود. سترون­سازی ترمودینامیکی یک فناوری فیلترینگ نیست، چون ذرات را به دام نمی‌­اندازد یا از بین نمی برد. ادعا شده که TSS فرآورده­‌های فرعی مضر را پخش نمی­‌کند (با اینکه به فرآورده‌­های فرعی تجزیه حرارتی جزئی پرداخته نشده است) و غلظت اوزون را در جو کاهش می­‌دهد.

دغدغه­ های مصرف کننده

سایر ابعاد دستگاه‌ تصفیه هوا عبارت از فرآورده­‌های گازی جانبی خطرناک، میزان صدا، تکرار تعویض فیلتر، مصرف برق و جذابیت بصری است. تولید اوزون برای پالاینده­‌های یون­‌ساز هوا عادی است. با اینکه غلظت بالای اوزون خطرناک است، اما بیشتر یون‌­ساز­های هوا مقادیر کمی تولید می­‌کنند (

از فناوری HEPA در پالاینده­‌های قابل حمل هوا استفاده شده، چون باعث حذف مواد آلرژی‌­زای موجود در هوا می‌­شود. وزارت انرژی ایالات متحده شرایطی دارد که سازندگان باید برای تحقق الزامات HEPA آنها رار بپذیرند. مشخصات HEPA نیاز به حذف حداقل 97/99% آلاینده‌­های 3/0 میکرومتری موجود در هوا دارد. محصولاتی که ادعا می­‌شوند ار “نوع HEPA”، “شبه”HEPA یا “99% HEPA ” هستند و این الزامات را برآورده نمی‌­کنند و ممکن است در آزمایشگاه‌­های جامع آزمایش نشده باشند.

پالاینده‌­های هوا ممکن است بر حسب عوامل متفاوتی از جمله میزان تحویل هوای پاک (که تعیین می­کند چقدر هوا تصفیه شده است)؛ پوشش منطقه کارآمد؛ تغییرات هوا در هر ساعت؛ مصرف انرژی؛ و هزینه فیلترهای تعویضی رتبه‌­بندی شوند. دو عامل مهم دیگر که باید در نظر گرفته شوند، مدت زمانی است که انتظار می‌­رود فیلترها دوام بیاورند (اندازه­‌گیری شده برحسب ماه یا سال) و صدای تولید شده (اندازه­‌گیری شده برحسب دسی بل‌) حین تنظیمات مختلف پالاینده هستند. این اطلاعات از طرف سازندگان در دسترس قرار می­‌گیرد.

خطرات بالقوه اوزون

در مورد ادعاهای برخی شرکت‌ها مانند سایر لوازم خانگی مربوط به بهداشت، به ویژه در مورد پالاینده‌­های یونی هوا اختلاف نظر وجود دارد. بیشتر دستگاه‌های تصفیه­‌کننده هوا مقداری اوزون، آلوتروپ پرانرژی سه اتم اکسیژن و در صورت وجود رطوبت مقادیر کمی NOx تولید می­‌کنند. به دلیل ماهیت فرآیند یونیزاسیون، پالاینده­‌های یونی هوا بیشترین اوزون را تولید می­‌کنند. این یک دغدغه جدی است چون اوزون معیار آلاینده هوا است که با آن استانداردهای فدرال و ایالتی ایالات متحده را در ارتباط با بهداشت تنظیم می­‌کنند. در اکثر موارد، در آزمایش کنترل شده، غلظت های اوزون به ویژه در اتاق‌های با تهویه، به مراتب بیش از سطح عمومی و/یا ایمنی صنعتی تصویب شده توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، است.

اوزون می­تواند به ریه­‌ها آسیب وارد کند، باعث درد در قفسه سینه، سرفه، تنگی نفس و گلو درد ­شود. همچنین می­تواند بیماری‌های مزمن تنفسی مانند آسم را وخیم‌­تر کند و توانایی بدن در مقابله با عفونت‌های تنفسی را حتی در افراد سالم به خطر بیاندازد. افرادی که آسم و آلرژی دارند بیشتر مستعد عوارض جانبی مقادیر بالای اوزون هستند. برای مثال، افزایش غلظت اوزون به میزان غیرایمن می­‌تواند خطر حملات آسم را افزایش دهد.

طبق گزارش‌های مصرف­ کنندگان، بدلیل عملکرد نامناسب و خطرات احتمالی برای سلامتی، عدم استفاده از تصفیه­‌کننده هوای تولیدکننده اوزون توصیه کرده است IQAir، شریک آموزشی انجمن ریه آمریکا، و پیشتاز در برابر فناوری پاکسازی هوای تولید کننده اوزون بوده است.

اوزون بکار رفته در ژنراتورها برای شوک درمانی (اتاق‌های خالی) که موردنیاز پیمانکاران و نیز شرکت‌های پاکسازی صحنه جرم برای اکسیده کردن و حذف دائمی آسیب دود، کپک و بوی مورد نیاز است، در هنگام استفاده درست برای مقاصد تجاری و صنعتی بعنوان ماده‌ای ارزشمند و موثر در نظر گرفته می­‌شود. با این حال، مدارک و شواهد زیادی وجود دارد که این دستگاه‌ها می­توانند مواد اضافی نامطلوبی تولید کنند.

در سپتامبر سال 2007، آژانس منابع هوایی کالیفرنیا، ممنوعیت استفاده از دستگاه‌های تمیز کننده هوای داخل ساختمان که ازن بالاتر از حد مجاز تولید می­‌کنند، را اعلام کرد. این قانون، که در سال 2010 به اجرا در آمد، نیاز به آزمایش و صدور مجوز انواع دستگاه‌­های تمیز کردن هوای داخل ساختمان برای تایید عدم انتشار اوزون بیش از حد دارد.