Elektriskt ledande filter funktion och prestanda

Teknologie kandidatexamen med huvudområde textilteknologi Textilhögskolan 2013-05-27 Rapportnr: 2013.2.1 Elektriskt ledande filter funktion och prestanda Ni Gian Lieu & Emilie Pettersson

Populärvetenskaplig sammanfattning Detta arbete tar upp hur filter i allmänhet fungerar men den riktar in sig speciellt på elektriskt ledande filter. Ett enkelt sätt att beskriva hur ett elektriskt ledande filter med en joniseringsutrustning fungerar är att säga att partiklar blir laddade och sedan fäster vid ett filter då motsatt laddning uppstår. I verkligheten är det flera mekanismer som påverkar hur detta går till. Nio stycken filter har tillverkats med samma material i varje men med olika andel av dessa material och då handlar det främst om det elektriskt ledande materialet, vilket har varit olika i filtrena. Förutom att andelarna av elektriskt ledande material har skiljt mellan de olika filtrena har även tjocklekarna varierat. De nio filtrena tillverkades i non-woven vilket är en vanlig teknik för filter. Filtrena tillverkades i liten skala för att de skulle kunna passa till den utrustningen som användes. I denna utrustning mätte man antal partiklar före filtret samt efter filtret för att se om det visade någon skillnad. Utrustningen hade ett konstant lufttryck genom alla tester. Resultaten visade att det fanns en skillnad mellan det filter som var elektriskt ledande och det som inte var elektriskt ledande vilket var väntat. Det var svårare att se om de filter som var tjockare visade någon skillnad mellan varandra i antal partiklar efter filtrering. Att andelen elektriskt ledande material påverkar andelen partiklar kvar efter filtrering trodde man skulle bli tydligare än det var men det visade sig att även denna parameter var svår att bedöma genom dessa tester. 2

Sammanfattning Denna rapport ger en bild över luftfilter och dess funktioner. Syftet med arbetet var att undersöka hur elektriskt ledande luftfilter tillsammans med en joniseringsenhet fungerar samt hur de står sig i förhållande till de mekaniska. Det låg även i syftet att titta på hur andra parametrar påverkar filtrering såsom tjocklek och innehåll av olika andel konduktivt material. Bakgrunden till arbetet var att Vokes Air AB hade testat att tillverka elektriskt ledande filter med jonisering i filtret vilket hade fungerat i lite skala men inte i större. Det gjorde att man i detta arbete ville titta på om det kunde fungera om man satte joniseringen utanför filtret istället. Nio stycken luftfilter tillverkades i en non-woven konstruktion med olika andel konduktivt material och i olika tjocklekar. Utförandet av testerna gjordes i en testrigg liknande den i EN779:2012 dock med vissa modifieringar. En av dem var att ett joniseringsrör som var fäst före filtret som tillverkar joner som i sin tur kan fastna på partiklar vilket ger partiklar en laddning. När partiklar tillsammans med joner sedan kommer nära luftfiltret innehållande konduktivt material kan de fastna i filtret. Resultatet visade att de elektriska ledande filtrena hade en högre effektivitet när det gällde filtrering av partiklar än de mekaniska. Dock visade inte resultaten någon tydlig skillnad vad det gäller effektiviteten. När det gäller hur tjockleken och andelen konduktivt material påverkade filtreringsförmågan var det svårt att utläsa några tydliga trender. Andelen konduktivt material hade en viss riktning åt att mera andel konduktivt material påverkar filtreringseffektiviteten. Nyckelord: luftfilter, elektriskt luftfilter, non-woven, konduktivitet, tjocklek, jonisering. 3

Abstract This thesis provides an overview of filter media and its features. The aim of this work was to investigate how the electrically conductive filter works and how they stand in relation to the mechanical ones. It was also the aim to look at how other parameters affect the filtration such as thickness and various share of conductive material. The background to this work was that Vokes Air AB had tried to make conductive filter with ionization in the filter, which had work in laboratory environment but not when they applied it to the real application. This paper explores the possibility to put the ionizator before the filter. Nine air filters manufactured in a non-woven design with different proportions of conductive material and in different thicknesses. The performance of the tests was one that is standardized test rig, however, with some modifications. One of the changes was an ionization tube, which was attached before the filter to give the conditions for ions to produce and adhere to the particles. That, in turn, charged the particles and they can get stuck more easily at a conductiv filter. The results showed that the electrical filters had a higher efficiency of filtering particles than the mechanical. The result where not what was expected because the ioniser did not make enough ions. When it comes to the thickness and conductivity there where no obvious trends. But there was a small tendency that the conductive material did effect the filtration efficiency. Keywords: airfilter, electrically conductive filter, non-woven, conductivity, thickness, ionising. 4

Förord Som en avslutande del på Textilingenjörsprogrammet, vid Textilhögskolan i Borås, har denna kandidatuppsats på 15 hp utformats. Projektet har genomförts i samverkan med SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Vokes Air AB. Vi vill tacka vår handledare på Textilhögkolan Nils-Krister Persson för hans stöd under arbetets gång. Ett andra tack går till Vokes Air AB som har bidragit till material, utrustning och information där Magnus Johnsson har gjort projektet möjligt. Till sist vill vi tacka vår handledare Lars Fast på SP extra mycket eftersom han har stöttat oss hela vägen med det mesta. Vi vill även tacka SP och de som arbetar där för det stöd och de uppmuntrande ord som vi har fått. Tillsammans har vi författat denna rapport och båda varit insatta i alla delar. För kort information om de båda företagen se bilaga 1 och 2. Borås 27 maj 2013 Emilie Pettersson Ni Gian Lieu 5

Innehåll 1. Inledning... 8 1.1 Bakgrund... 8 1.2 Syfte... 9 1.3 Frågeställningar... 9 1.4 Avgränsningar... 9 2. Bakgrundsfakta... 11 2.1 Luftkvalitet... 11 2.2 Partiklar... 11 2.3 Filter... 12 2.4 Ventilationssystem... 13 2.5 Filterkonstruktioner... 13 2.6 Filterklasser... 14 2.7 Energiklasser... 15 2.8 P-märkning... 17 2.9 Filtermedia... 17 2.10 Filtermekanismer... 19 2.11 Tryckfall... 21 2.12 Elektrostatiska effekten... 22 2.13 Elektrostatisk agglomerering... 23 2.14 Joner... 24 2.15 Filtrering med jonisering och elektriskt ledande filter... 24 3. Metod... 28 4. Utförande... 29 4.1 Filtertillverkning... 29 4.2 Tillverkning av ramar... 30 4.3 Test av resistensen... 31 4.4 Utförande av tester... 31 5. Resultat... 36 5.1 Filtertillverkningen... 36 5.2 Resultat av resistensen... 37 5.3 Testresultat... 37 6. Analys och diskussion... 41 6.1 Tester... 41 6.2 Litteraturstudierna... 43 6.3 Hållbarhet... 44 7. Förslag till fortsatt forskning... 45 8. Slutsatser... 46 9. Referenser... 47 10. Bilagor... 52 6

Definitioner Tryckfall - tryckdifferensen mellan två punkter, före filtret och efter filtret vid ett givet flöde. Aerosol- partiklar som håller sig svävande i luften/ partiklar som är så små att dess fallhastighet är så låg så det håller sig svävande. Avskiljningsgrad filtrets förmåga att avskilja partiklar. Nedströms- luften efter filtret. Uppströms- luften innan filtret. Verkningsgrad- filtrets förmåga att filtrera bort partiklar. 7

1. Inledning 1.1 Bakgrund Inomhusluften kom att få mycket uppmärksamhet under 1900-talet då man började förstå att dålig hygien kan påverka vår hälsa. Idag vistas människan större delen av tiden inomhus om man har ett arbete där man befinner sig inomhus. Det betyder att inomhusluften har en stor betydelse på prestation i arbetet, hälsa samt välmående rent generellt. För att ta bort föroreningar och liknande i luften används i de flesta byggnader någon typ av ventilationssystem som har till uppgift att efterlikna utomhusluftens självrenande processer där vinden tar bort de föroreningar som finns i luften [J. Sundell (2004)]. I luften finns det partiklar som påverkar människor negativt. Allmän trötthet, täppt näsa, hosta, illamående och hudrodnad är de några av de symtom som påverkar hälsan genom inandning av höga partikelhalter [Pope et.al (1999)]. Sjuka hus-sjukan (engelska: SBS, Sick building syndrome) är en benämning på symtom som uppkommer och förvärras av att vistas i byggnader med dålig inomhusluft. Det finns många undersökningar som visar sambandet mellan partiklar i luften och människors hälsa [P.S Burge. (2004)]. Ett filter har olika krav men det som gäller är att det på något sätt ska kunna fånga upp partiklar från luft eller vätska. Med hjälp av olika mekanismer kan ett filtermedia filtrera bort partiklar eller gaser. En vanlig tillverkningsmetod för luftfilter är att göra filtermediet i nonwoven. Non-woven är en vanlig tillverkningsprocess inom den tekniska textilen med anledning av att den är billig samt lätt att producera. Vanliga mekaniska luftfilter fylls med tiden av partiklar och ökar tryckfallet. Det ökade tryckfallet leder till att luftflödet förhindras och därmed ökar energiåtgången. Vid ökad energiåtgång byt vanligen filtret ut. Ett luftfilter förbrukar energi på grund av det luftmotstånd som uppstår. Det ökade tryckfallet gör att fläkten måste arbeta hårdare för att förflytta luften. Om tryckfallet sänks behöver fläkten arbeta mindre för att förflytta luften och förbrukar därmed mindre energi. Anledningen till att man vill titta på elektriskt laddade luftfilter beror på att man vill hitta ett alternativ till de mekaniska luftfilter som vanligtvis har ett högt tryckfall. De elektriskt ledande luftfilter ökar filtreringsgraden utan att öka tryckfallet vilket i sin tur leder till en minskad energianvändning [P. P. Tsaia, et.al (2002)]. Generellt kan man säga att tryckfallet är lika med energiåtgången. Detta arbete baseras på ett problem som Vokes Air AB har med sina elektrisk ledande filter. De har tagit fram ett elektriskt ledande filter vilket har jonisering i filtret. Detta filtrerade bra i labbmiljö då filtret var litet. När det gjordes i stor skala hade det inte samma effektivitet, vilket gjorde att en ny lösning ska prövas. Den effektiviteten Vokes Air vill uppnå med de elektriskt ledande filtrena är en effektivititet på 80-90 %, vilket skulle motsvara filterklass F7 (se avsnitt 2.6 Filterklasser). 8

1.2 Syfte Syftet med arbetet är att undersöka elektriskt ledande luftfilters initiala verkningsgrad som innebär dess effektivitet vid början av användning. Det kommer att göras med ett filtermedium som har en ledande funktion samt en joniseringsutrustning. Där joniseringsutrustningen kommer att tillverka joner som kan fastna på luftpartiklarna. Ett elektrisk ledande filter ger förutsättningar för att laddade partiklar ska kunna fastna på filtermediet. För att testa hur viktiga andra parametrar är för resultatet kommer även tjocklek på filtret samt andelen konduktivt material att varieras i nio stycken olika filter. Tillverkningsprocessen kommer att vara non-woven. 1.3 Frågeställningar Hur hög effektivitet har elektriskt ledande luftfilter tillsammans med en joniseringsutrustning? Hur skiljer sig det elektriska luftfiltret i från det mekaniska luftfiltret i samma konstruktion när det gäller effektivitet? Hur påverkar andelen konduktivt material effektiviteten för filtret? Hur påverkar tjockleken effektiviteten för filtret? 1.4 Avgränsningar Denna rapport kommer endast att behandla filter för filtrering av partiklar i suspension som befinner sig i luft. Det är inte av intresse att titta på filtering av olika vätskor då den utrustning som används i detta arbete är till för filtrering av luftburna partiklar. Det instrument som används vid mätningarna mäter endast partiklar och kan inte visa några skillnader i flyktiga gaser(voc) eller gaser, vilket skulle kräva annan typ av utrustning. Mätningarna görs endast för produktens initiala effekt, vilket innebär filtrets funktion i början på användningen. Utifrån tidsramen för projektet kommer långtidsmätningar inte att göras på filtret. I och med att långtidsmätningar inte görs kommer man heller inte få ut data om eventuellt ökat tryckfall. De filtermedium som tillverkades gjordes i polyester, en konduktiv fiber samt en smältfiber. Det var inte intressant i detta projekt att titta på några andra material än en polyesterblandning. Konduktiv fiber var nödvändigt för att få den elektriskt ledande effekten. På grund av att Vokes Air inte vill att information om hur deras elektriskt ledande filter tillverkas exakt har detaljerad information om den konduktiva fibern valts bort ur detta arbete. Därför har elektriskt ledande filter lyfts upp till att titta närmare på mer i allmänhet. 9

De filtermedia som tillverkade gjordes endast i non-woven för att det var intressant att titta på denna typ av teknik som ledande filtermedia. Tidsramen och att det inte är ekonomiskt försvarbart gjorde att någon annan teknik inte var lämplig. 10

2. Bakgrundsfakta 2.1 Luftkvalitet Sund luftkvalitet inomhus är viktig för hälsan. Den förorenade luften renas av ventilationssystem som blåser bort dålig luft. Det finns generellt tre stycken kategorier av föroreningar i luften vilka är gaser, partiklar och flyktiga ämnen (VOC). De gaser som finns i luften kan komma från förbränning, kemiska reaktioner eller någon typ av läckage. Partiklar (se avsnitt 2.2 Partiklar) kommer från olika föremål som till exempel kalksten, virus, pollen och bakterier. Storleken på dem varierar och filtret avgör vilka partiklar som filtreras bort och inte. De flyktiga ämnena kan vara aldehyder som avges från målarfärg eller terpener från trä [Socialstyrelsen (2013)]. 2.2 Partiklar I detta arbete har det fokuserats på partiklar som är luftburna vilket är detsamma som aerosol. Aerosol är luftburna partiklar som är suspenderade i gas. Det var under 70 och 80-talet som man fick insikt om att partiklar kunde skada vår hälsa och i och med det började teknikutvecklingen för att förhindra detta. De luftburna partiklarna finns i olika storlekar där de lite större partiklarna kan komma från till exempel kalksten. För att partiklarna ska kunna sväva i luften behövs det tillräckligt med vindstyrka och de större partiklarna kräver då högre vindstyrka. De luftburna partiklarna finns i storleksområdet mellan 0,001µm och upp till 1 m, ibland ännu större [Sutherland, Ken (2008) ss. 9-10]. Partiklar ändrar egenskaper beroende på vilken storlek som de har. De allra finaste partiklarna är storleksmässigt samma som gasmolekyler och har därför många liknande egenskaper. Det finns partiklar som liknar större gasmolekyler som kallas för ultra fina partiklar, dessa är mellan 0.001 till 0.1 m (se figur 1 för olika partikelstorlekar). Nanopartiklar kallas de som har en storlek vilken är mindre än 0,05 m [William C. Hinds (1999) s. 8]. 11

Figur 1, olika partikelstorlekar. 2.3 Filter Filter används för både luft och vätskor men det som man kan säga allmänt är att man separerar en fas från en annan. Separering kan göras med elektrostatiska krafter eller skillnader mellan partikelstorlekar och filter. För att uppnå en filtreringseffekt behövs det ofta någon form av skillnad i tryck mellan filtermedium och ventilationssystem [Sutherland, Ken (2008)]. Filter som används för att rena inomhusluften byts en till två gånger per år beroende 12

på hur mycket partiklar som fastnar i filtret 1. Det skulle innebära att man köper ett nytt filter per år och antingen förbränner eller eventuellt återvinner det. 2.4 Ventilationssystem Ventilationssystem finns i de flesta typer av byggnader, allt ifrån industrilokaler till sjukhusmiljöer. Det är nödvändigt att använda sig av ventilationssystem för att få ett behagligt inomhusklimat. Det som sker är att inomhusluften fördelas och byts ut till renare luft [Arbetsmiljöverket]. Anledningen till att man inte kan använda sig av utomhusluft direkt in i olika byggnader beror på att luften utifrån kan innehåller föroreningar av olika slag. Det finns två olika typer av system, ett där luften värms upp i rummet av radiatorer och ett annat där luften förvärms vid behov. I stora drag kan man säga att man tar in uteluft som värms upp via en värmeväxlare och sedan går ut som tilluft i lokalen. Ventilationssystemet tar även in frånluft som kommer från rummet in i systemet, eftersom den luften är varm återanvänds den energin till att värma upp uteluften [Svensk byggtjänst(1998)]. 2.5 Filterkonstruktioner Det som man strävar efter vid tillverkningen av filter är att de ska ha en hög reningsgrad, samtidigt ett lågt lufttryck. Några av de konstruktioner som främjar detta är påsfilter, panelfilter, s-filter samt HEPA-filter (High Efficiency Particulate Air filter). Dessa filter tillverkas i olika material där några vanliga är tillverkade i polyester och glasfiber [W.Albrecht, H.Fuchs, W. Kittelmann(2003)]. Ett vanligt filter för inomhusluft är panelfilter (figur 2). Det är ett filtermedia som är fäst i en ram med en veckad area för att få ut en maximal yta vid filtreringen. Filtret är veckat som ett dragspel och vecken har samma djup som ramen (figur 3). För att få ett effektivt panelfilter kan det vara utrustade med ett förfilter som sorterar bort de större partiklarna först. Som för alla filter vill man ha en så stor area som möjligt som gör att man kan fånga upp mycket partiklar. Ett påsfilter (figur 4) har totalt sett en större area än ett panelfilter och är som ihopsatta fickor i en panelram. Fickorna är långa och når ut bakom ramen. Normalt sett har ett påsfilter 4-5 stycken fickor. Själva materialet till ett påsfilter är kraftigare än till ett panelfilter och består vanligtvis av syntetfiber [Sutherland, Ken (2008)]. HEPA och ULPA filter används för att filterar bort partiklar som är små. Dessa tillverkas i glasfiber och har en tjocklek på 0.4-1 mm. Det färdiga filtret har en platt yta där vikten ligger på mellan 60-120 g/m2 [W.Albrecht, H.Fuchs, W. Kittelmann(2003)]. 1 Magnus Johnsson. Research and development. Vokes Air [2013-04-11]. 13

Figur 2, Panelfilter Figur 3, Panelfilter i närbild. Figur 4,Påsfilter. 2.6 Filterklasser För att ange hur bra luftfiltret filtrerar det vill säga dess effektivitet, anger man dess filterklass. Filter är klassificerade enligt dess medeleffektivitet eller medelavskiljningsgrad, beroende på vilken grupp filtret tillhör. Filterklasserna delas in i tre olika grupper, grov (G1- G4), medium (M5-M6) och fina (F7-F9). För G1-G4 räknar man inte partiklar före och efter utan detta görs genom att räkna upp hur mycket konstgjort stoft som har tagits upp. Ju högre filterklass ett luftfilter har, desto bättre effektivitet har luftfiltret. Tabell 1, de olika filterklasserna enligt EN 779:2012. Grupp Klass Sluttryckfall Pa Medel avskiljningsgrad (Am) av Konstgjort stoft % Medel effektivitet (Em) av 0,4 μm partiklar % Grov G1 250 50 Am < 65 - - G2 250 65 Am < 80 - - G3 250 80 Am < 90 - - G4 250 90 Am - - Medium M5 450-40 Em < 60 - M6 450-60 Em < 80 - Fin F7 450-80 Em < 90 35 F8 450-90 Em < 95 55 F9 450-95 Em 70 Minsta effektivitet av 0,4 μm partiklar % Klasserna ovan (tabell 1) är de filterklasser enligt EN-779:2012, Luftbehandling - Luftfilter för ventilationsanläggningar - Bestämning av filtreringsegenskaper, men det finns även klasser för High Efficiency Particulate Air filter (HEPA) H13 till H14 och Ultra Low Penetration Air filter (ULPA) U15 till U17, dessa enligt EN 1822-1. 14

För att mäta medeleffektiviteten börjar man med att mäta effektiviteten vid varje testning. Effektiviteten E för given partikelstorleksintervall ska beräknas enligt följande: ( ) = antal partiklar i flödet nedåt på filtret (i den aktuella storleken). = antal partiklar i flödet uppåt på filtret (i den aktuella storleken). För de grövre filtrena (Grupp grov), tar man hänsyn till de partiklar som stannar kvar i filtret vid testning. Och räknas ut genom formeln nedan. = filtrets medeleffektivitet för den aktuella partikelstorleken där i står för storleksindex. = den medeleffektiviteten för ett visst storlekområde för partiklar i efter att ha laddats under tiden j. M j = partikelansamlingen under tiden j. M = n = antal perioder med en viss partikelansamling. Enligt EN 779:2012 kan vanlig inomhus eller utomhusluft som har gått genom ett HEPAfilter användas som luftkälla så att det endast är de standardiserade stoftet som belastar filtret. Luftfuktigheten ska inte överstiga 75 % (EN-779:2012). 2.7 Energiklasser För att bestämma den totala energikonsumtionen för ett luftkonditioneringssystem behöver man ta hänsyn till luftfilters effektivitet med hjälp av standarden EN 779:2012. Ett luftkonditioneringssystems totala energikonsumtion bestäms sedan genom funktionen för luftflödeshastigheten, fläktens effektivitet, drifttiden och ett medelvärde för lufttrycket. Man vet att lufttrycket på ett filter ökar med tiden på grund av att det ansamlas partiklar på filtret vilket gör att när man räknar ut energikonsumtionen över tid så använder man sig av integralen för det medelvärdiga lufttrycket. 15

Det finns flera olika faktorer som kan påverka energieffektiviteten som tillexempel fläktens design och layout [Eurovent 4/11(2011)]. Den formel som används för att bestämma energieffektiviteten är: Formeln tar fram en del av den totala energikonsumtionen i relation till tryckfallet. = effektiviteten av fläkten. = medel tryckfallet, Pa. = luftflödeshastigheten, m 3 /s. t = drifttid W = energikonsumtionen årligen, kwh. Tabell 2, Visar de olika gränserna för energiklasser med hänsyn till de filterklasserna från EN 779:2012. Filter G4 M5 M6 F7 F8 F9 klasser MTE - - - MTE 35 MTE 55 MTE 70% % % M G = 350g M M = 250g M M = 250g M F = 100g M F = 100g M F = 100g A 0-600kWh 0-600kWh 0-650kWh 0-0 - 0-2000kWh 1200kWh 1600kWh B >600kWh - 700kWh >650kWh - 780kWh >800kWh - 950kWh >1200kWh -1450kWh >1600kWh -1950kWh >2000kWh - 2500kWh C >700kWh - 800kWh >780kWh - 910kWh >950kWh - 1100kWh >1450kWh -1700kWh >1950kWh -2300kWh >2500kWh - 3000kWh D >800kWh - 900kWh >910kWh - 1040kWh >1100kWh - 1250kWh >1700kWh -1950kWh >2300kWh -2650kWh >3000kWh - 3500kWh E >900kWh - 1000kWh >1040kWh -1170kWh >1250kWh - 1400kWh >1950kWh -2200kWh >2650kWh -3000kWh >3500kWh - 4000kWh F >1000kWh -1100kWh >1170kWh -1300kWh >1400kWh - 1550kWh 2200kWh - 2450kWh >3000kWh -3350kWh >4000kWh - 4500kWh G >1100kWh >1300kWh >1550kWh >2450kWh >3350kWh >4500kWh Tabell 2 ovan visar energiklasser för de olika filterklasserna när man har valt ett värde för luftflödet på 0.944 m 3 /s. Filterklasserna har bestämts med hänsyn till standarden: EN 779:2012. Energiklasserna går från A-G där A är den klass som har den lägsta energiförbrukningen och G är den klass som har den högst förbrukningen av energi [Eurovent 4/11(2011)]. 16

2.8 P-märkning P-märkning är SP-koncernens eget kvalitetsmärke och har funnits sedan 1985. Att en produkt har P-märkning innebär att produkten uppfyller lag- eller myndighetskrav men även andra och högre krav som marknaden efterfrågar. En P-märkt produkt blir provad och certifierad av en oberoende part. Märkningen är inte generell utan avsedd för användning av produkten vilket innebär att varje produkt certifieras utifrån var och hur den ska användas. Att ett filter har en P-märkning innebär att partikelavskiljningsgraden inte försämras drastiskt under driftstiden samt att den håller den filterklass som den marknadsförs som. Filter testas enligt EN 779:2012 för kontroll av tryckfallsdata och filterklass. Långtidsegenskaperna av filtret i verklig drift utvärderas enligt SP-metod 1937 (SP). 2.9 Filtermedia Ett filtermedium är ett material som ska var ogenomsläppligt för till exempel partiklar, vätskor och joner. Det ska ha en porös karaktär som gör att de kan behålla dessa mikroorganismer men släppa igenom ren luft eller vätska. Det bör uppfylla vissa krav som att det ska vara starkt och flexibelt då det bland annat utsätts för olika tryck och temperatur. Fibern kan bestå av glasfiber, polyester, polypropen och andra syntetiska material. Konstruktionen kan vara på flera olika sätt, för att nämna några exempel så kan det vara väv, non-woven eller stickad [Sutherland, Ken (2008)]. 2.9.1 Non-Woven Den vanligaste metoden för tillverkning av filter är i non-woven. Anledningen till att den är vanlig beror på att den är billig att framställa samt att den är lätt att producera. Non-woven är ett textilt material i och med att det är uppbyggd av fiber. Dessa fibrer kan vara förenade på tre olika sätt. 2.9.1.1 Torrlagd De torrlagda florkonstruktionerna utnyttjar kardning och luftläggning. Vid luftläggning jobbar man med korta fibrer < 8mm, men har istället bredare omfång när det gäller fiberns diameter. För att bilda floret matas fibrerna in i en luftström som därifrån leds till ett rullande band eller en perforerad trumma vilket slutligen bildar ett slumpmässigt (icke orienterat) fiberflor. Vid kardning är det viktigt att de stora tuftorna görs mindre för bättre då det kan bli en ojämn produkt annars. Ska man ha olika material i floret är det viktigt att fiber materialen är väl blandade. Fibrerna går igenom olika kardor för att bilda ett stoft. Vid kardning arbetar man med fibrer från 1dtex till 30dtex och medelfiberlängderna 30 mm till 100 mm. 2.9.1.2 Våtlagd Den våtlagda processen kan liknas vid papperstillverkning. Fibrerna läggs i vatten och bildar ett slam. Slammet sprutas ut på en vira (en ändlös, genomsläppligduk), på viran avvattnas fibrerna och går vidare till valsarna där pressas det ut mer vatten och därefter torkas floret. 2.9.1.3 Smältspunnen 17

Det finns två vanliga tekniker inom smältspunnen non-woven vilka är spinnbundna och smältblåsta. Det finns två saker som dessa processer har gemensamt och dessa är att de kommer från polymer granulater samt att extrudering genom en spinndysa sker. Det som skiljer dessa processer åt, är att produkten får olika strukturer samt egenskaper [Bath & Malkan (2007)s.143-144 ]. 2.9.1.4 Bindningssätt För att binda ihop fiber eller filament till ett fiberflor använder man olika tekniker; kemiska, mekaniska eller termiska. Kemisk bindning innebär att man använder en bindande vätska som oftast är någon typ av sampolymer. För mekanisk bindning använder man friktion för trassla till fibrerna till ett fiberflor. Vid termisk bindning är det vanligt att man tillsätter en polymer(smältfiber) med låg smälttemperatur. Det är inte nödvändigt att tillsätta en polymer om grundmaterialet kan smältas vid fixeringstemperaturen. De vanligaste metoderna för att binda fibrerna termiskt är att kalandrera samt värma upp dem med varm luft. Vid kalandrering använder man sig av uppvärmda valsar under högt tryck för att binda ihop floret. Metoden då man utnyttjar varmluft innebär att man värmer upp materialet med varm luft. [Swerea, 2010] Vid tillverkning av filter använder man sig idag till stor del av non-woven. Under år 2007 var det upp till 40 % av de tillverkade filtren för aerosol som var tillverkade i non-woven. Olika parametrar när det gäller uppbyggnaden för non-woven kan ha en inverkan på filtreringsgraden. Det finns studier som visar att olika storlekar på fibrers grovlek kan påverka filtreringsförmågan med det man kan säga generellt är att ju finare fibrerna är desto högre filtreringsgrad får man[j. Payen et. al (2012)]. Vid användning av fina fibrer tillverkas filter med en hög andel fibrer. 2.9.2 Smältfiber Bindande fibrer är de fibrer som används för att stärka upp non-woven konstruktionen. På grund av fiberns egenskap att vara löslig eller smältbar bidrar det till att kunna binda till andra fibrer. De bindande fibrerna kan delas in i två grupper, lösliga och smältbara. De lösliga fibrerna blir klibbiga under inverkan av ett lösningsmedel. Det är vanligt att använda de lösliga fibrerna i den våt-lagda non-woven tekniken. Smältfiber är en fiber som kan smältas, där några smälter helt och vissa har ett hölje som smälter vid uppvärmning. Smältfibern ska ha en lägre smältpunkt än huvudmaterialet. Att smältfibern ska ha en lägre smältpunkt än huvudmaterialet är för att smältfibern ska smälta och sätta sig fast på huvudmaterialet när det sedan kyls så har huvudmaterialet stärkts upp av smältfibern. (Albrecht, Fuch & Kittlemann (2003) s.129-136) 2.9.3 Polyester Polyester är en av de mest betydelsefulla polymera fiber som tillverkas idag mängdmässigt sett. Den används flitigt inom den funktionella textilindustrin, där non-woven spelar en stor roll [W. Albrecht, et.al (2003) s. 93-94]. 18

Framställningen av polyester kan ske på två olika sätt men båda genom esterreaktioner mellan antingen teraftalsyra och etylenglykol eller med dimetylterftalsyra och etylenglykol. Vid polymerisationen av terftalsyra och etylenglykol till polyester avspjälkas vatten, medan vid reaktionen mellan dimetylterftalsyra och etylenglykol sker ett esterutbyte där en metylalkohol går bort. För att starta reaktionerna tillförs värme som hettar upp ämnena och efter det extruderas de tillsammans [J.Gordon Cook, (2001)s. 332-333]. Figur 5, schematisk bild över en polyester. Polyesterfibern kan spinnas både till filamentgarn och till stapelfiber beroende på vad fibern ska ha för användningsområde. Det finns vanligen två typer av polyesterfiber vilka är polyester med en hög draghållfasthet och polyester med vanlig draghållfasthet. Tvärsnittet på en polyesterfiber är normalt sett runt men det kan förekomma andra tvärsnitt som till exempel coolmax [W. Albrecht, et.al (2003)s. 93-94 ]. 2.9.4 Hållbarhet I dag verkar det inte vara en vanlig metod att återvinna luftfilter men enligt Kang, et.al (2001) så vinner man stora fördelar i både koldioxid-utsläpp samt fotokemisk oxidation om man använder sig utav enbart ett material. I artikeln [M.H.Kang, et.al (2001)] tittade de på polyester samt en polyester blandat med ett annat material och där var det betydligt enklare att återvinna det filter som innehöll enbart polyester. 2.9.5 Konduktiva fibrer Det finns olika typer av konduktiva fibrer. Det finns fibrer som helt består av elektriskt ledande material, dessa fibrer kan vara i metall eller av konduktiva polymerer. Det finns även de fibrer som är belagda med ett konduktivt material så att ytan blir ledande, fibern kan ha någon sorts metall pläterring eller ha en beläggning av konduktiva polymer. Den finns även de polymerer som har blandats med konduktiva material i spinningsprocessen för att få den elektriskt ledande egenskapen [Matsuo (2008); Patel, Vasavada & Mankodi (2012)]. 2.10 Filtermekanismer Det finns olika sätt att avskilja partiklar från luften med hjälp av ett filter, då ett filter kan uttnyttja olika mekanismer. 19

Den enklaste formen för att filtrera bort partiklar är silning (figur 6). Det fungerar genom att partikeln fastnar mellan filtrets fibrer vilket gör att partikeln inte kan fortsätta följa med luftströmmen. Tekniken kan liknas vid vanlig separation av en fas från en annan med en sil. Figur 6, Silning. En annan mekanism är tröghetseffekten vilken kan förklaras med hjälp av Newtons första lag, som säger, en kropp förblir i vila eller i likformig rörelse så länge inga yttre krafter verkar på kroppen [Nationalencyklopedin]. Det betyder att partiklar med stor masströghet kolliderar med fibern och binds med intermolekylärakrafter. Denna mekanism gäller således inte för små partiklar då de viker av i en bana runt filterfibern (figur 7). Figur 7, Tröghetseffekt. Infångning (interception) gäller för små partiklar (figur 8). För att kunna binda till fibern måste partikeln komma mycket nära fibern för att sedan bindas med Van der Waals krafter. 20

Figur 8, Infångning. En annan mekanism för filtrering är diffusion som utnyttjar den Brownska rörelsen och gäller för små partiklar (figur 9). Mekanismen innebär att partiklar som rör sig i en oregelbunden bana när de slutligen kolliderar med varandra så följer därav att större partiklar bildas. Effekten leder sedan till att de större partiklarna som bildats lättare fångas upp av ett filter. Figur 9, Diffusion. 2.11 Tryckfall Partiklar fångas upp av ett luftfiltermedium på olika sätt (se avsnitt för filtermekanismer). Under tiden leder det till att fler partiklar samlas upp på filterytan vilket gör att luftgenomsläppligheten minskar samt att tryckfallet ökar för att det blir svårare att tränga igenom luften [E.Hardman (2000)]. Det man strävar efter är att ha ett så lågt tryckfall som möjligt då det är proportionellt mot energiförbrukningen (figur 10). För att mäta ett ökat lufttryck görs vanligen långtidsmätningar. som det är över tid som man kan se om det 21

fastnat partiklar som i sin tur gör så att lufttrycket ökar. Det är även önskvärt att ha ett filter med hög effektivitet över tid (figur 11), vilket är svårt då ett filters effektivitet oftast avtar med tiden på grund av att det fylls med partiklar. Andra sätt som gör att ett filters effektivitet avtar med tiden är på grund av att det kan förlora sin elektrostatiska förmåga exempelvis. Denna förmåga finns normalt sett från början i ett filter som innehåller enbart polyester exempelvis. Figur 10, diagram över tryckfall samt tid, där den gröna linjen illustrerar den strävan efter ett lågt tryckfall som man vill ha. Figur 11, diagram över verkningsgrad och tid, den gröna linjen visar den verkningsgrad man vill ha som är konstant 100 % över tid. 2.12 Elektrostatiska effekten Aerosol har en naturlig laddning och kan därmed fångas upp lättare av ett filtermedium. Om filtermediet innehåller konduktiva fibrer vilka är polära gör det att fiberns laddning kan dra 22

till sig smuts med motsatt laddning som sker då filtret inte är jordat. Det som händer om filtret är jordat är att om partikeln fastnar vid filtermediet ger det en nettoladdning på noll mellan partikel och filter. Det kan också sägas att den konduktiva delen på ett filter själv reglerar om laddningar som ska fästa vid partiklen beroende på om partiklen är plus eller minusladdad. Det man vet dock är att inom den konduktiva delen av filtret är det de negativa laddningarna som rör sig medan de positiva har sin bestämda plats. Med tanke på att de negativa laddningarna kan röra sig är det ändå så att de positiva laddningarna kan bli attraktionskraften om en negativt laddad partikel kommer mot filtret. Detta gör att det inte behöver spela någon roll om partikeln är positivt eller negativt laddad. Det viktiga är hur bra materialet leder vilket påverkar rörligheten av de positiva och negativa laddningarna. Vid god ledningsförmåga rör sig partiklarna lättare och skapar goda förutsättningar för att partikeln ska kunna fastna vid mediet. Detta är vad den elektrostatiska effekten innebär [Derek B. Purchas, Ken Sutherland (2002), Ion I. Inculet (u.å), Plaks (1988)] Figur 12, principen för den elektrostatiska effekten. 2.13 Elektrostatisk agglomerering Som tidigare nämnt vet man att partiklarna från början har en naturlig laddning. Effekten kan förstärkas om man har en joniseringsutrustning vid förladdaren. Partiklar som rör sig i en oregelbunden bana (brownska rörelsen) kan kollidera med varandra och klumpa ihop sig vilket kallas för agglomerering [Elizabeth Allen, Jim Henshaw. Paul Smith. (2001)]. Denna effekt leder till en större massa som fastnar lättare i filtret. Agglomerering kan användas tillsammans med den elektrostatiska effekten och kallas då för elektrostatisk agglomerering. Partiklarna laddas och mellan dem verkar krafter som i sin tur håller dem samman [Mizuno (2000)]. 23

2.14 Joner Ordet joner (engelska: ion) kommer från grekiska och betyder gående, vandraren (NE 2013). Jonisering eller jonisation kallas den process då det bildas joner. Joner bildas då tillräcklig energi tillförs för att göra elektroner rörliga från en neutral atom eller molekyl i luften. Det är ett underskott eller överskott av elektroner som gör att jonerna är positivt respektive negativ. I praktiken existerar inte enskilda joner fritt i luften för de binder genast till sig polära molekyler. Koronaurladdning kan användas för att bilda joner med hjälp av ström. Koronaurladdning innebär att det avges energi till luften omkring och därmed kan joner bildas. Detta är vad som sker då man hör exempelvis elledningar spraka utomhus. Vilket förstås inte är bra då det läcker energi och man inte längre har kontroll av tillverkningen av joner. Vid koronaurladdning (när det gnistrar) bildas det joner och andra biprodukter som ozon, väteperoxid och kväveoxid. 2.15 Filtrering med jonisering och elektriskt ledande filter Det filter som används i arbetet innehåller konduktivt material vilket gör att det är elektriskt ledande. Generellt kan man säga att ett elektriskt ledande material innehåller plus- och minusladdningar som är lättrörliga. Figur 13 visar att det bildas mer joner vid högspänningsenheten där energi tillförs. Figur 14 visar hur jonerna fäster på dammpartiklarna. Luftströmmen transporterar dammpartikel med jonen mot det elektriskt ledande filtret. Laddningarna i elektriskt ledande filtrets omfördelas så att laddningen på partikeln paras ihop med en lättrörlig laddning med motsatt polaritet i det ledande filtret. För att det inte ska bli överskott av någon laddning, är filtret jordat, detta gör att laddningarna omfördelas (figur 15). Figur 13, bildningen av joner genom högspänning 24

Bild 14, joner fäster på partiklar 25

Figur 15, jonerna attraheras till laddningarna i filtret, den röda laddningen visar överskottsladdning. Det finns flera möjliga scenarier för partiklarna att fastna i filtret. En av dem illustreras i figur 16 nedan, där laddningarna fastnar på partiklarna som sedan fångas upp av ett filter. Det andra scenariot (figur 17) visar en händelse där laddade molekyler som sitter fast i partiklar kolliderar med varandra på grund av den brownska rörelsen och klumpar ihop sig (agglomerering). På grund av agglomereringen bildas större partiklar vilka lättare kan fastna i filtret än mindre partiklar. Andra möjliga alternativ till händelser för partiklarna är att de fastnar med hjälp av sin naturliga laddning i ett jordat elektriskt ledande filter (elektrostatisk effekt) samt silning. 26

Figur 16, visar hur jonerna fastnar på partiklarna. Figur 17, en skiss över den brownska rörelsen som leder till att partiklarna kolliderar. 27

3. Metod I detta projekt har användningen av kvantitativa mätmetoder valts ut för att få resultat som medelvärde. Metoden har i stora drag handlat om att testa effektiviteten på luftfilter med och utan spänning. För att undersöka utrustningens mätosäkerhet gjordes en förstudie vilket gav en indikation på hur resultaten sprider sig (se bilaga 3 och bilaga 4). Information till arbetet har tagits fram genom vetenskapliga artiklar, böcker e-böcker, hemsidor, intervju med personer i branschen samt handböcker inom ämnet. För att ta fram litteratur har biblioteket på Högskolan i Borås använts samt olika databaser. De databaserna som används har varit summon, textile technology complete, ieee, science direct, journal of electrostatic, journal of aerosol. Databaserna har valts ut med anledning av dess relevans inom området. Sökorden som användes vid sökningar i de olika databaserna var; air filter, effectiveness and air filter, conductive air filter, filtration, pressure drop, filtration efficiency, electrostatic och electrostatic agglomeration. Sökorden valdes ut för att de har en relation till ämnet. 28

4. Utförande 4.1 Filtertillverkning Syftet med filtertillverkningen var att ta fram filtermedia med olika andel fiberblandningar. De fibrer som användes var smältfiber, polyester och en konduktiv fiber. Filtertillverkningen gjordes på Vokes Air AB i Svenljunga den 17 april 2013. Material -Polyester -Kardmaskin -Smältfiber -Konduktiv fiber -Plåt -Värmeskåp Utförande Olika andel smältfiber, polyesterfiber och konduktiv fiber vägdes upp(se tabell 3). Blandning av fibrerna kardades i en kardmaskin tre gånger för att få en homogen blandning (se figur 18 och 19). Det bildades ett fiberflor som sedan lades på en plåt. Därefter lades plåten i ett värmeskåp som hade 160 grader Celsius i 12 min. Tabell 3, utförande av filtertillverkning Prov Förväntad tjocklek[mm] Andel konduktivt material[%] Smältfiber,4 dtex[g] Konduktivt material[g] Polyester,3,3 dtex[g] 1 5 5 16,8 2,1 23,1 2 5 10 16,8 4,2 21 3 5 20 16,8 8,4 16,8 4 20 5 16,8 2,1 23,1 5 20 10 16,8 4,2 21 6 20 20 16,8 8,4 16,8 7 40 5 16,8 2,1 23,1 8 40 10 16,8 4,2 21 9 40 20 16,8 8,4 16,8 Figur 18, visar ett fiberflor som kardas i en kardmaskin. Figur 19, visar fiberfloret efter kardning då det har ökat i volym avsevärt. 29

4.2 Tillverkning av ramar Syftet var att ta fram ramar med elektriskt ledande egenskaper samt för att hålla ihop filtret mekaniskt. Utförandet av ramarna gjordes på SP, Sveriges tekniska forsknings institut. Material -Hönsnät med masklängd 15mm - Trälister med samma bredd som de olika filtren -Häftpistol -Skruv -Borrmaskin -Såg Utförande Trälisterna sågas i olika storlekar för att få innermåtten till 17 cm för att passa i testriggen. Dessa trälister sammanfogas med skruvar till en ram (figur 20:1, 20:2 och 20: 3). Sedan häftas hönsnätet på ena sidan [figur 20: 4] därefter klipps filtret ut i lämplig storlek för att passa ramen [figur 20:5]. Och som sista steg häftas den andra sidan med hönsnät [figur 20: 6], det är viktigt att nätet har kontakt med filtret vilket skapar kontaktytor. 20:1 20:2 20:3 30

20:4 20:5 20:6 Figur 20:1-20:6, illustrerar tillverkningen av ramar steg för steg. 4.3 Test av resistensen Syftet med att titta på filtrets resistens var för att se dess ledningsförmåga har någon relation till filtrets effektivitet. Det var intressant då filtermediet innehåller olika andel konduktiv fiber samt polyester. Material Multimeter Fluke 287 Sladdar 1 röd + 1 svart 2 krokodilklämmor 9 filter Utförande 9 olika filter mättes med en multimeter vilken hade en spänning på 10 volt. Mätningen går till så att man fäster en krokodilklämma vid hönsnätet på vardera sida. Alla 9 filter mättes 10 gånger vardera med multimetern vilket gav ett medelvärde. 4.4 Utförande av tester De tester som utfördes på filtrena gjordes på SP Sveriges tekniska forskningsinstitut den 16-17 maj 2013. Syftet med testet var att bestämma luftfiltrenas verkningsgrad med spänning samt utan. Rummet som testriggen var placerad i hade ingen klimatanläggning. Material -9 st olika filter (se tabell 3 under 5.1 Utförande filtertillverkning.) -Fläkt -Termometer -Luftflödesmätare -Joniseringsröret -Mätrör -Hygrometer -Partikelräknare -Testrigg (se figur 21) 31

1. Mätrör 4. Kanaldel 7. Joniseringsapparat 2. Fläkt 5. Provtagnings uppströms 8. Joniseringsrör 3. Kanaldel 6. Provtagning nedströms 9. Filter Figur 21, Principskiss över testriggen. Figur 22, ett foto över testriggen. Elektroderna i joniseringsenheten är trubbig och tillverkade i stål. De är placerade som i figur 23 nedan där ytterdiametern på röret är 160 mm och innerdiametern är 154 mm. Centrumcirkeln har en diameter på 30 mm och piggarnas längd blir således 31 mm. Avståndet mellan elektroderna i centrumcirkeln samt innerdiametern är det största möjliga. Enligt figur 23 nedan sitter elektroderna jämt fördelade i vardera cirkeln. Avståndet vid testerna mellan elektroderna och filtret mättes till 9 cm (se bild 24). 32

Figur 23, visar hur elektroderna sitter fast i cirkelenheten. Figur 24, plexiglasröret med joniseringsenheten. 33

Elektroderna i centrumcirkeln var kopplad till en högspänningsenhet medan elektroderna i innercirkeln var jordad, se figur 25 nedan. Figur 25, kretsen mellan elektroder och höspänningsenheten samt mellan elektroder och den jordade delen. Utförande Varje filter testas med spänning och utan spänning. Testerna utan spänning ska då symbolisera de mekaniska filtren. Spänningen bestäms genom att man vill ha den högsta möjliga spänningen innan urladdning sker. I experimentdelen bestämdes detta till 9,382 kv vilken var konstant under alla mätningar. Vid varje test mäts andel partiklar före samt efter filtret. För att räkna ut den effektivitet som filtret har används formeln: ( ),vilken ger effektiviteten i procent. Testerna utförs med växelström och positiv polaritet vilket ger övervägande joner med motsatt laddning alltså negativ joner. Vanlig inomhusluft används vid testningen som har en temperatur vilken ligger mellan 20,5 25,6 grader. Luftfuktigheten i rummet varierade mellan RH 35,1 51,1 %. Inför varje ny mätning antecknas rummets temperatur samt luftfuktighet. Formeln nedan används för att räkna ut det trycket som mätröret ska ha: Där 0,5 m/s är lutflödeshastigheten och 0,017 m 2 är rörets cirkelarea vilket ger 8,5 l/s som ger den luft som flödar via röret per tidsenhet. För att sedan ta fram det tryck som från början var bestämt till 370 Pa användes en kalibreringstabell i en logaritmisk skala vilken översatte l/s 34

till Pa. Uppehållstiden från jonernas bildning till filtret beräknas enligt nedanstående uppställning till 0.18 s. Jonerna bildas vid elektrodernas spetsar där fältet är som starkast där. Ju högre spänning desto starkare elektriskt fält vilket gynnar bildningen av joner men är spänningen för hög har man ingen kontroll över vilka joner som bildas. De joner som bildades under experimentet var syre samt ozon. 35

5. Resultat 5.1 Filtertillverkningen Tabell 4, Resultat över filtertillverkningen. Prov Tjocklek [mm] Vikt [g/m²] 1 7 145 2 7 154 3 7 146 4 20 153 5 20 145 6 20 141 7 25 141 8 25 155 9 25 153 Resultatet i tabell 4 skiljde sig nämnvärt i ett av fallen från det förväntade resultatet. Prov 1-3 accepterades trots detta på grund av att resultatet inte var långt ifrån det önskade. Prov 7-9 hade en förväntad tjocklek på 40 mm, då de blev 25 mm godtogs de ändå för att ingen annan utrustning fanns att tillgå. Den använda formen kunde som högst ställas in på 25 mm. Prov 4-6 fick det resultat som var väntat. Figur 26, bilden visar några av de tillverkade filtrena 36

5.2 Resultat av resistensen Tabell 5, visar resultat över mätningar med Fluke 287 Fluke 287 Prov 1[Ω] Prov 2[Ω] Prov 3[Ω] Prov 4[Ω] Prov 5[Ω] Prov 6[Ω] Prov 7[Ω] Prov 8[Ω] Prov 9[Ω] 130,7 3,16 0,49 220 18,8 0,86 51,4 8,8 1,35 162,4 3,04 0,6 175 13,2 0,79 51,7 8,4 1,47 204 2,91 0,71 144 12,9 0,77 48 8,5 1,4 142,7 2,97 0,59 120 12,5 0,81 50 8 1,38 147,3 2,93 0,6 144 11,05 0,89 54 7,4 1,55 150 2,97 0,59 99,4 15,3 0,92 46,5 7,5 1,27 226,8 3,02 0,61 140 16,9 0,83 47,8 7,2 1,3 137,1 3,4 0,57 95,1 14,9 0,75 53,2 8 1,44 115,9 3,41 0,64 120 21,7 0,8 45 7,5 1,37 173,1 3 0,53 103 16,8 0,95 48,7 8,5 1,38 MEDEL 159 3,1 0,6 136,1 15,4 0,8 49,6 8 1,4 Resultaten från tabellerna 5 ovan visar de värdena som test av resistensen gav. Som man kan utläsa från tabellen är att prov som innehåller mest konduktivt material, prov 3,6 och 9 är de som leder bäst på grund av den låga resistansen. De filter som har ett lågt värde vid mätning av resistensen kan lättare omfördela laddningarna i filtret. 5.3 Testresultat Tabell 6, effektiviteten för filtrering av partiklar i storleksområdet 0,4 µm för både mekaniskt och elektriskt ledande filter tillsammans med joniseringsutrustning. Filter Effektiviteten för 0,4 µm partiklar, elektrisk filter (%) 1 10 1,8 2 8,2 1,8 3 11 2,7 4 10,1 0,9 5 9,6 3 6 10,9 1,8 7 9,3 2,6 8 7,6 2,3 9 11,2 3,8 Medelvärde 9,8 2,3 Effektiviteten för 0,4 µm partiklar, mekanisk filter (%) 37

Effektivitet % Effektivitet % Enligt tabell 6 kan man se effektiviteten på filtret som mekaniskt samt elektriskt ledande för partiklar i storleken 0,4 µm. De gul markerade siffrorna visar medelvärdet för filter med spänning samt utan spänning. Det ger en indikation på hur mycket det skiljer sig i verkningsgrad mellan det mekaniska och elektriska filtret. Skillnaden i effektivitet är dock mindre än väntat och kommer inte upp till någon av de filterklasserna nämnda i avsnitt 2.6. I bilaga 5 finns detaljerad information om testresultaten. 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Spänning Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5 Prov 6 Prov 7 Prov 8 Prov 9 > µm >0.5 µm 0.4 µm Figur 27, effektiviteten på filtret i procent efter 1 minut med spänning. De olika partiklarna >0,3 m, 0,4 m och >0,5 m åskådliggörs. 7 Utan spänning 6 5 4 3 2 > µm >0.5 µm 0.4 µm 1 0 Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5 Prov 6 Prov 7 Prov 8 Prov 9 Figur 28, effektiviteten på filtret efter 1 minut utan spänning. De olika färgerna motsvarar partiklarna i storlekarna >0,3 m, 0,4 m och >0,5 m. 38

Effektivitet % Effektivitet% Partiklar 4 μm 12 10 8 6 4 Effektivitet elektriskt Effektivitet mekaniskt 2 0 0 2 4 6 8 10 Filternummer Figur 29, partiklar inom storleksområdet 0,4 m med anledning av standarden EN 779:2012. Den blå linjen illustrerar effektiviteten med spänning medan den röda illustrerar effektiviteten utan spänning Resultaten (figur 27 och figur 28) visar att det finns en tydlig påverkan på filtereffektiviteten då spänningen är på respektive av vilken räknas ut med formeln: ( ) (se avsnitt 2.6 Filterklasser). För att se detta tydligare har partiklar inom storleksområdet 0,4 m valts ut, med anledning av standarden EN779:2012. Partiklar i storleksområdet 0,4 m räknas ut då man tar partikelstorlekar > 0,5 m - > 0,3 m. Detta ger en normalfördelning för partiklar 0,4 m. Enligt figur 29 är skillnaden mellan det mekaniska samt det elektriska filtret tydligare då de båda linjerna är inlagda i samma diagram. Denna skillnad är ändå liten i förhållande till den önskade effekt som man vill uppnå med ett filter som ska uppgå till 80-90 %. 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 Andel konduktiv fiber 1 Andel konduktiv fiber 2 Andel konduktiv fiber 3 0,00 0 1 2 3 4 Tjocklek på filter 39

Efektivitet % Figur 30, visar effektiviteten med hänsyn till tjockleken. Det finns tre grupper med punkter där grupp 1 innehåller 5 % konduktivt material, grupp 2 innehåller 10 % konduktivt material och grupp 3 innehåller 20 % konduktivt material. De olika färgerna visar de olika tjocklekarna. Tjockleken på filtret har enligt figur 30 ingen direkt påverkan på resultatet. Som visas i figuren kan man se att gruppen för filtertjocklek 2 vilka var 20 mm avviker från de bägge andra tjocklekarna vilka var 7 mm respektive 25 mm. Följer man varje linje skilt kan man se en tendens till att filtereffektiviteten ökar med tjockleken, då främst för den röda linjen vilken hade ledande fiber med andelen 10 %. 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 7 mm 20 mm 25 mm 2,000 0,000 1 2 3 Figur 31, Illustrerar effektiviteten med hänsyn till mängd ledande fiber. Det finns tre grupper med punkter där grupp 1 är tjockleken 7 mm, grupp 2 tjockleken 20 mm och grupp 3 tjockleken 25mm. Det finns inget tydligt samband som visar att en ökad andel konduktivt material påverkar effektiviteten, vilket det teoretiskt sett borde ha gjort (figur 31). Den gröna linjen (tjocklek 25 mm) visar dock på att det finns en trend till att effekten blir bättre med ökad andel konduktiv fiber. Tittar man i tabell 5 och 6 ser man dock att det ska finna en ökad ledningsförmåga med högre andel konduktivt material i gruppen som den gröna linjen visar vilka är filterprov 7, 8 och 9. 40