การเลือกใช้กรองอากาศให้เหมาะสมกับประเภทของงานเป็นสิ่งที่สำ คัญ เพราะกรองอากาศจะส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์อื่น ๆในระบบด้วย เช่น ประสิทธิภาพของกรองอากาศและความต้านทานต่อการไหลของอากาศมีความสัมพันธ์กัน กรองอากาศที่มีประสิทธิภาพตํ่า จะมีความต้านทานต่อการไหลของอากาศตํ่ากว่ากรองอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง นั่นหมายความว่า พลังงานที่จะต้องใช้ในการส่งลมในระบบจะตํ่ากว่าด้วย แต่ในขณะเดียวกันจำ นวนหรือปริมาณของสิ่งปนเปื้อน ฝุ่น หรือ อนุภาคสามารถหลุดเข้าไปในระบบสูงกว่า
ซึ่งจะไปเกาะที่คอยล์ของเครื่องปรับอากาศ และทำ ตัวเป็นฉนวน ลดประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนทำ ให้ต้องใช้พลังงานมากขึ้น
1. หลักการทํ างานพื้นฐานของกรองอากาศ
ลักษณะการจับยึดอนุภาคของกรองอากาศจะขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคของสิ่งปนเปื้อนและชนิดวัสดุของ
ตัวกรองอากาศ ซึ่งมีอยู่ 4 ลักษณะ
1.1 Straining กระบวนการนี้จะเกิดขึ้น เมื่ออนุภาคที่เคลื่อนที่มากับกระแสอากาศมีขนาดใหญ่กว่า
ช่องว่างระหว่างเส้นใยของกรองอากาศ อนุภาคจึงติดอยู่ที่ช่องว่างระหว่างเส้นใย ดังแสดงในรูปที่ 1
วิธีนี้จะใช้กับกรองอากาศที่มีประสิทธิภาพตํ่า
1.2 Impingement กระบวนการนี้จะเกิดขึ้น เมื่ออนุภาคมีขนาดใหญ่และมีความหนาแน่นสูงไม่สามารถ
เคลื่อนที่ไปตามกระแสของอากาศจึงไม่สามารถที่จะเคลื่อนที่หลบเส้นใยของกรองอากาศได้ อนุภาค
จึงเคลื่อนที่ชนกับเส้นใยของกรองอากาศและถูกจับยึดไว้ ในบางครั้งเส้นใยของกรองอากาศประเภทนี้
จะเคลือบด้วยสารที่มีความเหนียว (adhesive) เช่น นํ้ามันเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจับยึดอนุภาค
1.3 Interception กระบวนการนี้จะเกิดขึ้น เมื่ออนุภาคที่มีขนาดเล็กเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในเนื้อกรองอากาศตามกระแสการไหลของอากาศ และเกิดเคลื่อนเข้าสัมผัสกับเส้นใยของกรองอากาศ ทำ ให้อนุภาคถูกจับยึดกับเส้นใยของกรองอากาศด้วยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เรียกว่า VAN DER WAALS FORCE ลักษณะการจับยึดอนุภาคแบบนี้จะใช้กับกรองอากาศที่มีประสิทธิภาพปานกลาง
1.4 Diffusion กระบวนการนี้จะเกิดขึ้น เมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กมาก การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะเกิดการเบียดกับโมเลกุลของอากาศ ทำให้การเคลื่อนที่ของอนุภาคมีทิศทางไม่แน่นอน หรือที่เรียกว่า Brownian motion เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ไปชนกับเส้นใยของกรองอากาศก็จะถูกจับติดไว้ด้วยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลเช่นเดียวกับกระบวนการ Interception การจับยึดอนุภาคด้วยวิธีนี้จะใช้กับกรองอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง
2. การเปรียบเทียบคุณสมบัติของกรองอากาศ
ในการพิจารณากรองอากาศ จำ เป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาคุณสมบัติ 3 ประการ ดังนี้
• ประสิทธิภาพ (Efficiency) เป็นเปอร์เซ็นต์ของอนุภาคที่จะถูกจับยึดหรือแยกออกจากอากาศที่เคลื่อนที่ผ่าน
• ความสามารถในการกักเก็บอนุภาค (Dust-Holding Capacity) ปริมาณของฝุน่ ที่กรองอากาศสามารถจะดักเก็บได้ตั้งแต่เริ่มใช้งานจนกระทั่งกรองอากาศตัน
• ความต้านทาน (Resistance) ต่อการไหลของอากาศ มีหน่วยวัดเป็นนิ้วนํ้า (inches of water gage) หรือ ปาสคาล (Pa)มาตรฐาน ASHRAE 52.1-1992, Gravimetric and Dust Spot Procedures for Testing Air Cleaning Devices Used in General Ventilation for Removing Particulate Matter เป็นมาตรฐานที่ใช้ในการทดสอบคุณสมบัติของกรองอากาศทั้งสามประการข้างต้น คือ ประสิทธิภาพ ความสามารถในการเก็บอนุภาคและความต้านทานต่อการไหลของอากาศ ซึ่งจะทำการทดสอบในท่อทดสอบตามมาตรฐาน ASHRAE
ประสิทธิภาพของกรองอากาศจะถูกวัดโดยการเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงสีของแผ่นเป้า (Target) สองแผ่นในชุดสุ่มตัวอย่างอากาศแผ่นเป้าแผ่นแรกจะติดตั้งด้านหน้ากรองอากาศที่จะทำ การทดสอบ ส่วนแผ่นที่สองจะติดตั้งทางด้านหลังแผ่นกรอง เนื่องจากกรองอากาศจะทำการดักอนุภาคที่ติดมากับอากาศออก แผ่นเป้าแผ่นที่สองจึงมีการเปลี่ยนแปลงสี (สกปรก) ช้ากว่าแผ่นแรกผลการเปลี่ยนแปลงสีของแผ่นเป้าที่ได้ จะสามารถนำไปคำนวณหาประสิทธิภาพของกรองอากาศได้
ความสามารถในการกักเก็บฝุ่นจะทำ การทดสอบโดยการปล่อยฝุ่นทดสอบซึ่งเป็นฝุ่นเฉพาะ เรียกว่า ASHRAE test dust ซึ่งจะปล่อยเข้าไปในสัดส่วน 2 กรัม ต่อ 1,000 ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที หรือ 472 ลิตรต่อวินาที ในท่อทดสอบ และทำ การวัดปริมาณของฝุ่นเป็นกรัมที่ถูกดักจับไว้โดยกรองอากาศมาตรฐาน ASHRAE 52.1-1992 ยังได้ระบุเพิ่มเติมว่าค่าที่ได้จากการทดสอบนี้ไม่สามารถบอกอายุการใช้งานที่แท้จริงของกรองอากาศที่ทำการทดสอบได้เนื่องจากฝุ่นที่ใช้ในการทดสอบเป็นฝุ่นสังเคราะห์ ไม่ใช่ฝุ่นจริงในบรรยากาศ และการทดสอบนี้เป็นการทดสอบตามเงื่อนไขที่กำหนดขึ้น
ความต้านทานเริ่มต้น (Initial resistance) ของกรองอากาศในขณะที่ยังสะอาดอยู่ปกติจะทำ การวัดที่ความเร็วของอากาศ 500 ฟุตต่อนาที หรือ 2.5 เมตรต่อวินาที ความต้านทานสุดท้าย (Final resistance) จะทำ การวัดในตอนท้ายของการทดสอบขณะกรองอากาศสกปรกมากที่สุด ในการทดสอบกรองอากาศมีความสำ คัญอย่างมากที่จะต้องระบุอัตราการไหลของอากาศและความต้านทานสุดท้ายของกรองอากาศทุกครั้ง ทั้งนี้ เนื่องจากอัตราการไหลและความต้านทานสุดท้ายมีผลอย่างมาก ต่อประสิทธิภาพและความสามารถในการ
กักเก็บฝุ่นของกรองอากาศ
มาตรฐาน 52.1-1992 เป็นเครื่องมือที่สำ คัญที่ใช้ในการเปรียบเทียบกรองอากาศแต่ละชนิด แต่สิ่งที่ขาดหายไปคือมาตรฐานนี้คือ ไม่ได้มีการระบุถึงประสิทธิภาพที่แต่ละขนาดของอนุภาค ซึ่งเป็นข้อมูลที่สำ คัญยิ่งในการเลือกใช้กรองอากาศ
ร่างมาตรฐานการทดสอบกรองอากาศใหม่ ASHRAE 52.2P, Method of Testing General Ventilation Air Cleaning Devices for Removal Efficiency by particle Size, Public Review Draft, April 1996 ซึ่งกำลังอยู่ระหว่างการทำ ประชาพิจารณ์ในขณะนี้ เป็นมาตรฐานการทดสอบกรองอากาศที่จะใช้แทมาตรฐาน 52.1-1992 ในอนาคต มาตรฐานนี้จะรายงานประสิทธิภาพกรองอากาศที่แต่ละย่านขนาดอนุภาคและสิ่งที่แตกต่างอีกประการหนึ่งคือ มาตรฐานนี้จะระบุเพียงแค่ประสิทธิภาพและความต้านทานต่อ
การไหลของอากาศ โดยจะตัดความสามารถในการกักเก็บฝุ่นออก
กรรมวิธีในการทดสอบนี้จะใช้อนุภาคที่สังเคราะห์ขึ้นจากโปแตสเซียมครอไรด์ (Potassium Chloride) ปล่อยเข้าไปในกระแสการไหลของอากาศ เครื่องมือนับจำนวนอนุภาคจะทำการวัดจำ นวนของอนุภาค 12 ย่านขนาด ทั้งด้านหน้า (upstream) และด้านหลัง(downstream) ของกรองอากาศที่ทดสอบเพื่อใช้คำ นวณหาค่าประสิทธิภาพ มาตรฐานนี้ยังได้นิยามวิธีจำ ลองสภาวะการใช้งานจริงเพื่อ
หาประสิทธิภาพของเครื่องฟอกอากาศ (ปัจจุบันยังไม่มีมาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพเครื่องฟอกอากาศที่เป็นที่ยอดรับกันในวงกว้าง) ด้วยฝุ่นสังเคราะห์ (Synthetic Dust) ประสิทธิภาพที่แต่ละย่านขนาดอนุภาคจะถูกวัดในขณะเครื่องฟอกอากาศสะอาดและจะถูกวัดอีกหลายครั้งในระหว่างที่เครื่องฟอกอากาศเริ่มจับฝุ่นสังเคราะห์เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ จากนั้นจะนำ ค่าประสิทธิภาพที่ได้ในแต่ละย่านขนาดอนุภาค (particle size removal efficiency: PSE) ทั้งหมดมาเขียนกราฟ จุดต่างๆ บนกราฟที่ได้จะถูกนำ มาหาค่าเฉลี่ยซึ่งค่าเฉลี่ยที่ได้นี้ จะนำ มาใช้กำ หนดระดับชั้นของเครื่องฟอกอากาศที่ทำ การทดสอบ
ในมาตรฐาน 52.2P นี้จะระบุประสิทธิภาพของกรองอากาศแตกต่างจากมาตรฐาน 52.1-1992 กล่าวคือ ตามมาตรฐาน 52.1-1992 จะระบุประสิทธิภาพโดยเฉลี่ย (average efficiency) เช่น 90-95% แต่มาตรฐาน 52.2P จะระบุประสิทธิภาพตํ่าสุดที่ย่านขนาดอนุภาคหนึ่งๆ ในลักษณะลำ ดับชั้น เช่น H13 ซึ่งตัวอักษร H จะมีความหมายแทนประสิทธิภาพสูง (High Efficiency) และตัวเลข 13 จะแทนชั้นประสิทธิภาพที่กำ หนดขึ้น มาตรฐาน 52.2P นี้จะทำ ใหผู้ใ้ช้งานสามารถเลือกใช้กรองอากาศที่ดีและเหมาะสมที่สุดกับงาน และยังทำ ให้สามารถเปรียบเทียบกรองอากาศแต่ละแบบได้ดีกว่า
3. ชนิดและโครงสร้างของกรองอากาศ
ดังที่กล่าวมาแล้วว่าการจับอนุภาคของกรองอากาศมี 4 ลักษณะ ซึ่งจะทำ ให้สามารถแบ่งกรองอากาศได้เป็น 4 ประเภท คือประสิทธิภาพตํ่า ปานกลาง สูง และ HEPA
กรองอากาศประเภทที่มีประสิทธิภาพตํ่า จะมีลักษณะเป็นแผ่น (Pad or Panel) ซึ่งมีประสิทธิภาพ (Average ASHRAEEfficiency) ประมาณ 30% โดยปกติจะใช้กรองอากาศในชั้นแรก (pre filter) ใช้ในการกรองอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ประมาณ 10 ไมครอนหรือใหญ่กว่า
กรองอากาศที่มีประสิทธิภาพปานกลาง อาจจะเป็นแบบถุงหรือแบบกล่อง จะมีประสิทธิภาพ (Average ASHRAE Efficiency)ประมาณ 40-60% จะใช้เป็นกรองอากาศในชั้นที่สอง ซึ่งจะกรองอนุภาคที่มีขนาดประมาณ 3 ถึง 10 ไมครอน การกรองในระดับนี้จะช่วยในการยืดอายุการใช้งานของกรองอากาศขั้นสุดท้ายที่มีประสิทธิภาพสูง กรองอากาศประสิทธิภาพปานกลางนี้จะมีโครงสร้างหลายแบบทำ ให้มีประสิทธิภาพและราคาที่แตกต่างกันออกไป ต้นทุนโดยส่วนใหญ่ของกรองอากาศชนิดนี้อยู่ที่เนื้อของกรองอากาศ (Media) แต่กระนั้นตัวกรอบและวัสดุประคองเนื้อกรองอากาศก็ส่งผลถึงต้นทุนด้วยเหมือนกัน วัสดุที่ใช้ประคองเนื้อกรองอากาศที่เป็นเส้นลวด(welded wire) จะมีราคาสูงกว่าวัสดุที่เป็นโลหะยืด (expanded metal) แต่ในขณะเดียวกันก็ให้ประโยชน์ที่มากกว่าด้วย วัสดุประคองที่เป็นเส้นลวดจะทำ ให้การพับเนื้อแผ่นกรองโค้งมนแทนที่จะเป็นรอยแหลมรูปตัว .V. ซึ่งจะทำ ให้พื้นที่สัมผัสอากาศมากกว่า ตัวกรอบของ
กรองอากาศที่เป็น beverage board จะมีราคาแพงกว่าที่เป็น cardboard หรือ kraft board ซึ่ง beverage board จะทนต่อความชื้นได้ดีกว่า
กรองอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงอาจจะเป็นแบบถุงหรือแบบกล่อง ซึ่งมีประสิทธิภาพ (Average ASHRAE Efficiency)ประมาณ 80-90% ซึ่งมักจะใช้เป็นกรองอากาศขั้นสุดท้ายในระบบ HVAC แผ่นกรองอากาศนี้จะมีความสามารถที่จะกรองอนุภาคที่มีขนาด 0.3 ไมครอนหรือใหญ่กว่าได้มากกว่า 70%
ในปัจจุบัน เทคโนโลยีใหม่ๆ ถูกพัฒนาขึ้นและส่งผลให้เกิดการพัฒนาในระบบของการกรองอากาศขึ้นด้วย เนื้อของกรองอากาศใหม่ๆ ที่ถูกพัฒนาขึ้นเช่น เนื้อสังเคราะห์ชนิดที่ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นในสภาพใช้งานที่เปียกหรือชื้น
เนื้อกรองอากาศชนิดที่มีการอัดประจุไฟฟ้าสถิต (Electrostatically-charged media) ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพในการกรองสูงมีความต้านทานเริ่มต้นตํ่า เนื้อกรองอากาศจะถูกอัดประจุไฟฟ้าสถิตย์จากโรงงานก่อนนำ มาผลิตเป็นกรองอากาศชนิดถุงหรือกล่อง
เทคโนโลยีในการพับลอนของกรองอากาศโดยไม่ใช้ตัวคั่น (Separator) ตัวคั่นนี้ทำ จากแผ่นอลูมิเนียม ทำ หน้าที่รักษาลอนของเนื้อกรองอากาศให้อยู่ในตำ แหน่ง การที่ไม่ใช้ตัวคั่นนี้จะช่วยให้ความต้านทานต่อการไหลลดลงและได้อัตราการไหลเพิ่มขึ้น ทำ ให้พื้นที่สัมผัสของเนื้อแผ่นกรองมากขึ้น เทคโนโลยีนี้จะช่วยลดขนาดของแผ่นกรองอากาศลงได้
กรองอากาศชนิดถุง (Bag Filter) รุน่ ใหม ่ จะทำ จากเนื้อกรองที่เป็นใยสังเคราะห์แทนที่จะเป็นไฟเบอร์กลาสเหมือนในอดีตซึ่งจะไม่มีปัญหาในเรื่องของการหลุดล่วงของเนื้อกรอง มีอายุการใช้งานนานขึ้น มีความต้านทานเริ่มต้นตํ่า
ในระบบ VAV แผ่นกรองอากาศแบบมินิพลีท (Mini Pleat) ถูกนำมาใช้แทนกรองอากาศแบบเดิม เนื่องจากมีความต้านทานเริ่มต้นตํ่ากว่าทำให้ประหยัดพลังงาน มีอายุการใช้งานมากขึ้น และกรองอากาศประเภทนี้จะมีขนาดที่บางกว่าเดิม จึงช่วยราคาถูกลงและขนาดกล่องแผงกรองอากาศเล็กลง
เทคโนโลยีการกรองที่มีการพัฒนาขึ้นใหม่ยังรวมถึงการพัฒนาเนื้อกรองผสมคาร์บอน ซึ่งให้คุณสมบัติที่ดีขึ้นกว่าแบบถาดคาร์บอนเดิมที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในระบบ HVAC
4. การกรองในระดับโมเลกุล (Molecular Filtration)
ในระยะหลังได้มีการพิจารณาถึงสิ่งปนเปื้อนในอากาศในระดับของโมเลกุล ทำ ให้มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อที่จะกำ จัดสิ่งปนเปื้อนนั้นๆ ออกจากอากาศ การเพิ่มอัตราการหมุนเวียนของอากาศ (Air change rate) หรือปริมาณอากาศภายนอก (makeup air)จะไม่สามารถประกันได้ว่าจะทำ ให้อากาศภายในที่ต้องการมีความสะอาดบริสุทธิ์ทางเคมี เนื่องจากอากาศภายนอกนั้นมีแหล่งกำ เนิดสิ่งปนเปื้อนอยูม่ากมาย เช่น ไอเสียจากยวดยานพาหนะ สิ่งที่เหลือจากกระบวนการผลิตจากอุตสาหกรรม (byproduct) ควันหรือไอเสียจากการพาณิชกรรมหรืออุตสาหกรรม ซึ่งปริมาณของเคมีปนเปื้อนในอากาศของพื้นที่ในเขตเมืองจะวัดเป็นหน่วยตันต่อวัน
ก๊าซที่ได้จากการเผาไหม้ ได้แก่ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ฟอร์มัลดีไฮด์ (HCHO) ไอเสียที่เกิดจากรถยนต์ โดยเฉพาะเครื่องยนต์ดีเซลและเครื่องยนต์เจ็ท จะทำ ให้เกิดสารประกอบชนิดที่ระเหยง่าย (Volatile organic compounds:VOCs) ที่อาจส่งกลิ่นเหม็นถึงแม้จะปรากฏในระดับที่ตํ่ามากเช่น โอโซน (O3) ซึ่งเป็นมลภาวะที่มีอยู่ทั่วไปและเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาวะอากาศ แต่สามารถเพิ่มปริมาณจนถึงระดับที่ก่อปัญหาได้ง่ายในหลายๆ ฤดู ภายในอาคารนอกเมืองที่อยู่ใกล้ๆ กับฟาร์มหรือโรงงานจะพบว่ามีมลภาวะบางชนิดในปริมาณที่สูง เช่น แอมโมเนีย (NH3) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) สารต่าง ๆ เหล่านี้เป็นแหล่งมลภาวะจากภายนอก และจะทำ ให้เกิดปัญหากับสภาวะอากาศภายในอาคาร การนำ อากาศภายนอกเข้ามาเพิ่มในระบบแทนที่จะทำ ให้สิ่งปนเปื้อนในอากาศภายในอาคารเจือจางลง แต่กลับเป็นการเพิ่มปัญหาและก่อปัญหาต่อกับกระบวนการผลิตต่าง ๆ เช่นกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) โรงพยาบาล หรือ พิพิธภัณฑ์ เป็นต้น
นอกจากแหล่งกำ เนิดสิ่งปนเปื้อนในอากาศในระดับโมเลกุลที่เกิดจากภายนอกระบบหรือภายนอกอาคารแล้ว ภายในอาคารเองก็มีแหล่งกำ เนิดสิ่งปนเปื้อนประเภทนี้อยู่เช่นเดียวกัน เช่น การเผาผลาญอาหารภายในร่างกายมนุษย์ทำ ให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์แอมโมเนีย และ คาร์บอนไดออกไซด์ เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ทำ ให้เกิดสารโอโซน หรือในวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างห้องนั้นๆ ก็สามารถทำให้เกิดปัญหาได้เช่นเดียวกัน วัสดุก่อสร้างดังกล่าวเช่น วัสดุที่ได้จากการสังเคราะห์ จะปล่อยก๊าซบางอย่างออกมา (Off gas) ปัญหาที่เกิดจากแหล่งกำ เนิดภายในนี้จะแตกต่างจากแหล่งที่เกิดจากภายนอก กล่าวคือระดับของมลพิษภายนอกมีการเปลี่ยนแปลงสูง ไม่ค่อยคงที่ อาจจะขึ้นอยูกั่บสภาพของแต่ละฤดูกาล แต่มลพิษที่เกิดขึ้นภายในจะค่อนข้างคงที่ และมักจะมีการสะสมเพิ่มปริมาณขึ้นเรื่อย ๆ
เช่นเดียวกับอนุภาค โมเลกุลก็มีขนาดเหมือนกัน ในการวัดปริมาณของอนุภาค เราจะวัดโดยใช้หน่วยเป็นจำ นวนอนุภาคต่อปริมาตรอากาศ ส่วนโมเลกุลเราจะวัดปริมาณโดยบอกถึงความเข้มข้นเช่น ส่วนในล้านส่วน (parts per million: ppm) หรือส่วนในพันล้านส่วน (parts per billion: ppb) ขนาดของโมเลกุลจะวัดเป็นอังสตรอม (angstroms) ซึ่ง 1 อังสตรอมจะเท่ากับ 1 ส่วนหมื่นล้านเมตรหรือ 10-10 เมตร ซึ่งโดยทั่วๆ ไปแล้ว โมเลกุลจะมีขนาดเล็กกว่าอนุภาคหรือฝุ่นละเอียดอยู่ประมาณ 1000 หรือ 10,000 เท่า และเนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมากและมีนํ้าหนักเบามากนี้เอง การจะแยกหรือดักโมเลกุลออกจากอากาศจึงแตกต่างจากอนุภาคหรือฝุ่นละออง ในปัจจุบันมีเทคโนโลยีใหม่ๆ เกิดขึ้นก่อให้เกิดวิธีการดักแยกโมเลกุลออกจากอากาศมากมาย ก่อนที่จะกล่าวถึงวิธีต่างๆ จำ เป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำ ความเข้าใจเกี่ยวกับคุณลักษณะและพฤติกรรมของสิ่งปนเปื้อนในรูปของโมเลกุลก่อน
สิ่งปนเปอื้ นที่เป็นอนุภาค จะเคลื่อนที่ผ่านไปในอากาศโดยจะเคลื่อนที่ไปตามกระแสการไหลของอากาศ แต่โมเลกุลจะเคลื่อนที่ไปในอากาศโดยการแพร่ (Diffusion) การแพร่จะเกิดขึ้นจากบริเวณที่มีความเข้มข้นมากไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า เช่น ถ้าปล่อยให้มีแหล่งกำ เนิดอยู่ที่มุมหนึ่งของห้อง เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง ความเข้มข้นของสารดังกล่าวจะเท่ากันทั่วทั้งห้อง ซึ่งระยะเวลาจะนานมากน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการแพร่ของสารนั้น ๆ
กระบวนการที่ใช้ในการกรองสิ่งปนเปื้อนในสภาวะก๊าซในระบบ HVAC มีอยู่ 2 ลักษณะคือ กระบวนการแปรกลับได้ทางกายภาพ (Reversible physical process) หรือที่กันโดยทั่วไปเรียกว่า Adsorption condensation และกระบวนการดูดซับโดยการทำ ให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี Chemisorption กระบวนการดูดซับจะเกิดขึ้นที่บริเวณผิวสัมผัสของตัวดูดซับ การดูดซับจะเกิดขึ้นสองขั้นคือ ขั้นแรกก๊าซจะแพร่ผ่านและถูกดูดซับที่บริเวณผิวภายนอกของตัวดูดซับ เช่น activated carbon จากนั้นจะแพร่เข้าไปภายในของตัวดูดซับ
ในระบบ HVAC โดยทั่วไปนั้น อากาศที่หมุนเวียนในระบบจะมีสิ่งปนเปื้อนประเภทก๊าซค่อนข้างตํ่า กล่าวคือมีความเข้มข้นของก๊าซแต่ละชนิดน้อย ซึ่งส่งผลให้มีอัตราการแพร่ตํ่า จึงทำ ให้การดูดซับโดยส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่บริเวณพื้นผิวภายนอกของตัวดูดซับ ด้วยเหตุนี้ทำ ให้การดูดซับโดยการทำให้เปลี่ยนสถานะขึ้นอยู่พื้นที่ผิวสัมผัสภายนอกของตัวดูดซับ ฉะนั้นในการเลือกใช้ตัวดูดซับจึงต้องพิจารณาที่ขนาดของตัวดูดซับแทนที่จะพิจารณาที่มวล
4.1 กระบวนการ Adsorption Condensation
การดูดซับโดยการทำ ให้เปลี่ยนสถานะ (Adsorption Condensation) การดูดซับประเภทนี้จะเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของสิ่งปนเปื้อนแพรผ่านพื้นผิวของตัวดูดซับ คุณสมบัติทางเคมีจะเป็นตัวบ่งบอกถึงพฤติกรรมและประสิทธิภาพของขบวนการดูดซับโดยทั่ว ๆ ไปแล้วมีสารที่มีจุดเดือดมากกว่า 100 องศาเซลเซียส หรือ 212 องศาฟาเรนไฮต์ ที่อยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เมื่อสิ่งปนเปื้อนในอากาศเคลื่อนที่ผ่านตัวดูดซับจะเกิดการควบแน่น หรือกลั่นตัวบนตัวดูดซับนั้น ๆ กระบวนการนี้ถือเป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ (Reversible process) และขึ้นอยูกั่บมวลโมเลกุลของสาร อุณหภูมิและความชื้นเป็นปัจจัยที่สำ คัญต่อกระบวนการนี้จะสังเกตได้ว่าในวันที่อากาศชื้น ประสิทธิภาพในการดูดซับจะลดลง เนื่องจากความชื้นในอากาศจะไปแย่งพื้นที่บนตัวดูดซับ
4.2 กระบวนการ Chemisorption
การดูดซับทางเคมี (Chemisorption) โดยทั่วไปสารประกอบหรือสารเคมีที่มีมวลโมเลกุลตํ่าและจุดเดือดตํ่าจะทำ ปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วเมื่ออยู่ในสภาวะก๊าซที่อุณหภูมิห้อง สารปนเปื้อนประเภทนี้จะแพร่ไปบนพื้นผิวของตัวดูดซับ แต่จะไม่เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวการดักจับสิ่งปนเปื้อนนี้จะต้องกระบวนการทางเคมี ที่เรียกว่า Chemisorption ในกระบวนการนี้ตัวดูดซับจะถูกเพิ่มตัวกระทำ ปฏิกิริยา(reagent) ลงไปด้วย ซึ่งเมื่อสิ่งปนเปื้อนแพร่ผ่านก็จะทำ ปฏิกิริยาทางเคมีที่บริเวณผิวสัมผัสของตัวดูดซับ ทำ ให้เกิดผลิตภัณฑ์หรือสาร
ใหม่เกิดขึ้น การดูดซับด้วยกระบวนการนี้จะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นมีความเสถียรสูง
ตัวอย่างเช่น ถ้าต้องการที่จะกำ จัดสารที่มีจุดเดือดค่อนข้างตํ่า เช่น กรดไฮโดรคลอริก อาจจะใช้ตัวดูดซับที่เป็นคาร์บอนที่เคลือบด้วยโปแตสเซียมไอโอไดด์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้หลังจากเกิดปฏิกิริยาที่ผิวของตัวดูดซับคือเกลือโปแตสเซียมคลอไรด์ ซึ่งโดยคุณสมบัติของเกลือจะมีความเสถียรและปลอดภัยในการกำ จัด ซึ่งแตกต่างจากกรดไฮโดรคลอริกอีกประการหนึ่งที่ทำ ให้การดูดซับทางเคมีแตกต่างกับการดูดซับโดยการทำ ให้เปลี่ยนสถานะ คือ การดูดซับทางเคมีต้องการความชื้นเข้ามาช่วยในการทำ ปฏิกิริยา โดยทั่วไป ถ้าเราต้องการกำ จัดสิ่งปนเปื้อนที่มีความเป็นด่าง คือ มีค่า pH > 7 ตัวทำ ปฏิกิริยาควรจะมีค่าความเป็นกรด ในทำ นองเดียวกัน หากเราต้องการกำ จัดสิ่งปนเปื้อนที่มีความกรด ตัวทำ ปฏิกิริยาก็ควรจะมีค่าความเป็นด่าง
กระบวนการดูดซับด้วยเคมีนี้ เป็นกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ (Irreversible process) ฉะนั้นตัวกรองอากาศจึงไม่สามารถที่จะนำ กลับมาใช้ใหม่ได้
5. ผลิตภัณฑ์ใหม่
กรองอากาศที่ใช้กรองสิ่งปนเปื้อนที่เป็นก๊าซทั้งที่ใช้หลักการดูดซับแบบแปรกลับได้ทางกายภาพและที่ใช้หลักการทางเคมี เช่นกรองอากาศที่มีลักษณะเป็นถาดบรรจุตัวดูดซับที่สามารถเปลี่ยนได้ (Refillable) โดยส่วนใหญ่ตัวดูดซับที่ใช้จะเป็น activated carbonในบางกรณีที่ต้องการจะกำ จัดสิ่งปนเปื้อนโดยวิธีการทางเคมี โปแตสเซียมเปอร์มังกาเนตจะถูกนำ มาใช้แทน activated carbon การออกแบบกรองอากาศประเภทนี้จะต้องคำ นึงถึงพื้นที่ผิวสัมผัส ระยะเวลาที่จะให้สิ่งปนเปื้อนได้แพร่เข้าสู่ตัวดูดซับ ข้อเสียของกรองอากาศประเภทนี้คือมีขนาดค่อนข้างใหญ่ มีนํ้าหนักมาก และเมื่อมีการใช้งานหรือขณะบำ รุงรักษาจะเกิดฝุ่นขึ้น ด้วยเทคโนโลยีใหม่ๆ ได้มีการนำactivated carbon เข้ากับกรองอากาศธรรมดา ทำ ให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากขึ้นเมื่อเทียบกับมวลกรองอากาศที่รุน่ ใหม่ที่มีตัวดูดซับเป็นองค์ประกอบมีความได้เปรียบหลายอย่าง เช่น มีน้ำ หนักเบา ประมาณ 1 ใน 10 ของกรองอากาศที่มีลักษณะเป็นถาดใส่ตัวดูดซับ สามารถติดตั้งในระบบ HVAC เดิมได้ทันที ไม่ก่อให้เกิดฝุ่นปนเปื้อนเข้าไปในกระแสอากาศหรือขณะทำ การเปลี่ยน นอกเหนือจากจะมี activated carbon เป็นส่วนประกอบแล้ว ยังมีการใช้ตัวทำ ปฏิกิริยาอื่น ๆ อีกด้วย
6. การทดสอบกรองอากาศที่ใช้ในการกรองก๊าซ
การทดสอบและระบุประสิทธิภาพของกรองอากาศประเภทนี้ค่อนข้างเป็นเรื่องยาก หากในการทดสอบใช้สารทดสอบที่มีความเข้มข้นสูงผลที่ได้จะไม่สามารถนำ มาใช้งานในระบบจริงที่มีความเข้มข้นของสิ่งปนเปื้อนตํ่าได้ และโดยทั่วไปแล้วสิ่งปนเปื้อนในระบบHVAC จะมีความเข้มข้นค่อนข้างตํ่า จากรูปด้านล่างจะพบว่าประสิทธิภาพของกรองอากาศจะลดลงเมื่อระยะเวลาเพิ่มขึ้น การที่จะรู้ถึงอายุการใช้งานของกรองอากาศเป็นเรื่องยาก เพราะในแต่ระบบจะมีปัจจัยซึ่งแตกต่างกันออกไป การวัดความเข้มข้นของสิ่งปนเปื้อนทั้งทางด้านหน้าและหลังกรองอากาศตลอดเวลาและนำ มาประมวลผลเป็นเส้นกราฟ จะช่วยให้สามารถทราบถึงอายุการใช้งานของกรองอากาศในสภาวะของระบบนั้น ๆ
7. สรุป
การตระหนักถึงคุณภาพของอากาศภายในทำ ให้เกิดเทคโนโลยีการกรองอากาศแบบใหม่ ๆ ทั้งในการ
กรองอนุภาคและการกรองก๊าซ การทำความเข้าใจเทคโนโลยีใหม่ ๆ จำ เป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีความรู้หลักพื้นฐานการกรอง ผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ มักจะมีประสิทธิภาพในการกรองสูงขึ้น แต่ในขณะเดียวกันอายุการใช้งานจะตํ่าลง เราจึงต้องทำ การเลือกใช้กรองอากาศให้เหมาะสมกับระบบที่จะใช้งาน
เอกสารอ้างอิง
1. ASHRAE Journal, April 1999, เรื่อง Filters and Filtration โดย Timothy J. Robinson and Alan E. Ouellet
