Migliorare la durata utile dei filtri dell'aria ad alta-efficienza è infatti un progetto sistematico. Negli ultimi anni, i progressi tecnologici hanno spostato l’attenzione sull’”estensione della durata della vita” dalle strategie di manutenzione passiva alle innovazioni tecnologiche proattive integrate nella progettazione stessa del prodotto. Sulla base dei più recenti progressi della ricerca, il modo per migliorare la durata dei filtri si è esteso dall'ottimizzazione del singolo prodotto a un sistema tecnologico quadridimensionale che include protezione della fonte, auto-rafforzamento, intervento sul processo e rigenerazione intelligente.
1, Analisi approfondita dei quattro principali approcci tecnologici
Protezione della fonte: ottimizza la configurazione a livello di sistema, che è una strategia per "risparmiare grandi soldi con pochi soldi". L'obiettivo principale è intercettare la maggior parte degli inquinanti prima dei filtri ad alta-efficienza attraverso una progettazione scientifica di filtraggio multi-livello.
- accurata classificazione dei prefiltri: ricerche recenti hanno dimostrato che la selezione dei prefiltri non è necessariamente migliore con gradi più alti, ma piuttosto esiste un punto di corrispondenza ottimale. Ad esempio, in uno studio sui sistemi di filtraggio ultra efficienti, il prefiltro di livello F8 ha avuto l'effetto migliore nel prolungare la durata del filtro principale. In combinazioni specifiche, può prolungare la durata del filtro principale di 5,25 volte (da 44 minuti a 231 minuti) e 4,65 volte (da 70 minuti a 326 minuti). Ciò dimostra l'enorme potenziale per una corrispondenza precisa della protezione-frontend.
- Migliorare la capacità di trattenere la polvere dello stadio anteriore: scegli filtri primari e di media efficienza con grande capacità di trattenere la polvere, consentendo loro di "sacrificarsi" il più possibile per assorbire la polvere, evitando così l'intasamento prematuro dei filtri ad alta-efficienza.
Auto-miglioramento: innovare la progettazione a livello di prodotto, che parte dai "geni" dei filtri e ne migliora le prestazioni complessive attraverso innovazioni fondamentali nei materiali e nelle strutture.
- Adozione di una struttura gradiente/multi-scala: i tradizionali materiali filtranti con struttura uniforme vengono facilmente intasati dalle particelle superficiali. La nuova struttura a gradiente (come il composito multi-strato) o la struttura in nanofibra multi-scala forma un gradiente di dimensione dei pori da grossolano a fine nella direzione dello spessore del materiale filtrante, consentendo alle piccole particelle di rimanere intrappolate in profondità all'interno del materiale filtrante, migliorando così notevolmente la capacità di trattenere la polvere e ritardando la crescita della resistenza.
- Sviluppo di nuovi materiali-ad alte prestazioni: questo è attualmente il campo di ricerca più attivo. Ad esempio, il gel triboelettrico a base di legno (WRAM) sviluppato dal team dell’Università di Jiangnan ha raggiunto un’efficienza di filtrazione del 98,75% per PM0,3 e una caduta di pressione di soli 53 Pa attraverso la ricostruzione nanostrutturale del legno naturale. Questo materiale non è solo efficiente e a bassa resistenza, ma ha anche un'eccellente elasticità meccanica e resistenza all'umidità e al calore, che si prevede garantisca un funzionamento stabile a lungo-termine in condizioni avverse. Un altro studio ha utilizzato una struttura di rete in nanofibre a forma di nido d'ape per ottenere una filtrazione efficiente aumentando al tempo stesso la capacità di trattenere la polvere a 27 g/m².
- Applicazione della tecnologia di potenziamento elettrostatico: i materiali elettrete tradizionali sono soggetti a decadimento della carica in ambienti ad alta temperatura e umidità elevata. Il sistema di filtraggio autoalimentato basato sul nanogeneratore a frizione (TENG) sviluppato dal team dell'Università di Fuzhou utilizza abilmente il campo elettrico generato dalla respirazione o dal flusso d'aria per migliorare l'efficienza di cattura di PM0,3 (fino al 99,37%) e può mantenere la stabilità in un ambiente con umidità elevata del 90%, ottenendo una modalità di filtrazione attiva di "più respirazione, più efficiente".
Intervento sul processo: introduzione della tecnologia attiva, ovvero un nuovo approccio che applica un campo fisico esterno durante il funzionamento del filtro per modificare attivamente la modalità di deposizione del particolato, ritardando così l'intasamento.
- Filtrazione acustica assistita (AEAF): un gruppo di ricerca di Singapore ha scoperto che l'utilizzo di frequenze specifiche delle onde sonore (comprese le onde udibili e ultrasoniche) per indurre la vibrazione delle fibre nel materiale del filtro può ridistribuire le particelle sulla superficie e all'interno del materiale del filtro, rompere il blocco sul lato sopravvento e consentire alle particelle di depositarsi in modo più uniforme in profondità nel materiale del filtro. Questa tecnologia ha ottenuto risultati entusiasmanti: migliorando l’efficienza di cattura delle particelle, ha ridotto la resistenza del filtro di 4,7 volte, estendendo in definitiva la durata stimata del filtro di 2,4 volte e risparmiando potenzialmente il 58% del consumo di materiale filtrante.
Rigenerazione intelligente: realizzare una manutenzione intelligente
- Monitoraggio della pressione differenziale in tempo reale: questo è il mezzo più basilare e importante. Monitorando continuamente la differenza di pressione prima e dopo il filtro, è possibile sostituirlo al momento ottimale (anziché a un orario prestabilito), evitando gli sprechi causati da una sostituzione prematura o il consumo energetico alle stelle del sistema causato da una sostituzione tardiva. In genere si consiglia di prendere in considerazione la sostituzione quando il valore di resistenza del filtro ad alta-efficienza è superiore a 450 Pa.
- Tecnologia di pulizia e rigenerazione: per alcuni filtri con strutture e materiali specifici, vengono sviluppate efficaci tecnologie di pulizia online o offline per rimuovere parte dell'accumulo di polvere attraverso mezzi fisici o chimici, ripristinare parzialmente le loro prestazioni e ottenere un certo grado di "rigenerazione".
2, Approfondimenti fondamentali e suggerimenti per la selezione
Il perseguimento di una lunga durata per i filtri ad alta-efficienza è essenzialmente un equilibrio dinamico tra la contraddizione tra "alta efficienza" e "bassa resistenza". La direzione futura non è semplicemente quella di rendere il materiale filtrante più denso, ma di filtrare "intelligentemente" attraverso i seguenti metodi:
- Pensiero sistemico: progetta un sistema di filtraggio come un ecosistema e fai un buon lavoro nella protezione front-end.
- Innovazione strutturale: impara dalla natura, progetta strutture biomimetiche a gradiente e multi-scala e ottieni un'elevata capacità di trattenere la polvere.
- Energy synergy: Utilizing external energy such as frictional electrification and sound waves to assist in filtering, achieving the effect of "1+1>2".
