Làm thế nào bạn có thể chế tạo một bộ lọc HEPA dạng hộp giúp làm sạch không khí khói trong nhà một cách hiệu quả?

Tại sao Bộ lọc HEPA dạng hộp là một trong những giải pháp làm sạch không khí DIY hiệu quả nhất

Khói cháy rừng, khói thuốc lá và khói nấu ăn đưa các hạt vật chất mịn – đặc biệt là các hạt PM2.5 có kích thước 2,5 micromet trở xuống – vào không khí trong nhà ở nồng độ mà máy lọc không khí thương mại trị giá hàng trăm đô la được thiết kế để giải quyết. Bộ lọc HEPA dạng hộp, đôi khi được gọi là hộp Corsi-Rosenthal theo tên các kỹ sư đã phổ biến thiết kế này, đạt được hiệu suất loại bỏ hạt tương đương bằng cách sử dụng bộ lọc lò nung tiêu chuẩn và quạt hộp có giá chỉ bằng một phần nhỏ của một thiết bị thương mại. Nguyên tắc rất đơn giản: nhiều bộ lọc đạt tiêu chuẩn HEPA hoặc MERV cao được bố trí theo cấu hình khối xung quanh một quạt hộp, giúp hút không khí vào trong qua cả bốn mặt bộ lọc cùng một lúc, tăng đáng kể tổng diện tích bề mặt bộ lọc so với thiết kế một bộ lọc và giảm sức cản của luồng khí để quạt có thể di chuyển nhiều không khí sạch hơn mỗi phút.

Hiệu quả của phương pháp này đã được xác nhận bởi các nhà nghiên cứu độc lập, cơ quan y tế công cộng và khoa kỹ thuật trường đại học. Trong các đợt khói cháy rừng và đại dịch COVID-19, việc chế tạo bộ lọc HEPA dạng hộp đã được các chuyên gia về chất lượng không khí trong nhà khuyên dùng rộng rãi như một biện pháp can thiệp thiết thực, chi phí thấp giúp giảm nồng độ hạt trong nhà xuống mức giảm đáng kể rủi ro sức khỏe. Hiểu cách xây dựng một thiết bị chính xác - bao gồm lựa chọn bộ lọc, khớp quạt và kỹ thuật bịt kín - sẽ xác định xem thiết bị của bạn có hoạt động hết tiềm năng hay không hoạt động do các lỗi xây dựng có thể tránh được.

Hiểu xếp hạng HEPA và MERV trước khi bạn mua sắm

Bộ lọc HEPA thực sự thu giữ 99,97% các hạt trong không khí có đường kính 0,3 micromet — kích thước hạt xuyên thấu nhất đối với phương tiện lọc dạng sợi. Trong trường hợp bộ lọc hộp DIY, bộ lọc lò "loại HEPA" hoặc "xếp hạng HEPA" thường được sử dụng thay vì băng HEPA cứng, vì bộ lọc lò tiêu chuẩn phẳng, linh hoạt và được thiết kế để lắp ráp thành cấu hình hộp dễ dàng. Hiệu suất của bộ lọc lò được đánh giá bằng thang đo MERV (Giá trị báo cáo hiệu quả tối thiểu), trong đó số cao hơn cho thấy quá trình lọc tốt hơn.

Để loại bỏ hạt khói, bộ lọc MERV 13 là tiêu chuẩn tối thiểu được khuyến nghị rộng rãi. Bộ lọc MERV 13 thu giữ ít nhất 75% hạt trong phạm vi 0,3–1,0 micromet và ít nhất 90% hạt trong phạm vi 1,0–3,0 micromet - phạm vi kích thước bao gồm phần lớn vật chất hạt khói. Bộ lọc MERV 14 và MERV 16 cung cấp khả năng thu giữ hạt mịn ngày càng tốt hơn nhưng tạo ra lực cản luồng không khí lớn hơn, làm giảm thể tích không khí mà quạt có thể di chuyển qua cụm bộ lọc. Đối với hầu hết các tình huống khói, MERV 13 thể hiện sự cân bằng tối ưu giữa hiệu quả lọc và lưu lượng luồng khí trong cấu hình quạt hộp.

Vật liệu bạn cần để chế tạo hộp lọc HEPA

Các vật liệu cần thiết để chế tạo hộp bốn bộ lọc HEPA tiêu chuẩn không đắt tiền, có sẵn rộng rãi tại các cửa hàng phần cứng và trung tâm cải tạo nhà cửa và không yêu cầu các công cụ hoặc kỹ năng chuyên dụng để lắp ráp. Thu thập mọi thứ trước khi bạn bắt đầu đảm bảo quá trình xây dựng diễn ra suôn sẻ.

• Bốn bộ lọc lò MERV 13: Cả bốn phải có cùng kích thước để tạo thành một mặt cắt hình hộp vuông. Các kích thước phổ biến nhất được sử dụng là 20×20×1 inch, 20×25×1 inch hoặc 16×25×1 inch. Kích thước 20×20×1 inch là kích thước phổ biến nhất cho các loại quạt hộp vì nó khớp chính xác với kích thước mặt của quạt hộp 20 inch tiêu chuẩn, đơn giản hóa việc căn chỉnh và giảm thiểu khoảng trống.
• Một quạt hộp 20 inch: Quạt hộp 20 inch tiêu chuẩn có công suất 2.000–2.500 CFM ở tốc độ cao cung cấp đủ luồng không khí để làm sạch không khí trong phòng từ trung bình đến lớn nhiều lần mỗi giờ khi kết hợp với bốn bộ lọc MERV 13 20 × 20 inch. Chọn một chiếc quạt có ít nhất ba cài đặt tốc độ để bạn có thể cân bằng tiếng ồn và công suất lọc cho các mức độ nghiêm trọng của khói khác nhau.
• Một tấm lọc hoặc tấm bìa cứng phía trên: Bộ lọc thứ năm được đặt phía trên hộp sẽ hoàn thành khối lập phương năm mặt và bổ sung thêm diện tích bề mặt bộ lọc. Một số nhà xây dựng sử dụng một miếng bìa cứng phẳng được cắt theo kích thước cho tấm trên cùng nếu ngân sách là vấn đề đáng lo ngại, mặc dù bộ lọc thứ năm cải thiện đáng kể hiệu suất và được khuyến nghị khi nồng độ khói cao.
• Băng đóng gói rộng hoặc băng keo: Dùng để bịt kín tất cả các mối nối giữa các bộ lọc và giữa cụm bộ lọc và khung quạt. Bịt kín kỹ lưỡng là một trong những bước quan trọng nhất - bất kỳ khe hở nào trong bộ phận lắp ráp đều cho phép không khí chưa được lọc hoàn toàn đi qua vật liệu lọc và đi vào cửa xả của quạt, phủ nhận hoàn toàn hiệu ứng lọc tại thời điểm đó.
• Dây bungee hoặc dây buộc zip (tùy chọn): Được sử dụng để giữ cụm khối bộ lọc lại với nhau trong quá trình xây dựng ban đầu trước khi dán băng keo và để cố định quạt vào đầu hộp bộ lọc trong một số cấu hình. Bốn dây bungee quấn quanh bên ngoài hộp lắp ráp mang lại khả năng nén hữu ích giúp giữ các bộ lọc chặt chẽ với nhau.

Hướng dẫn lắp ráp từng bước

Xây dựng bộ lọc HEPA dạng hộp một cách chính xác mất khoảng 15 đến 30 phút. Nguyên tắc quan trọng nhất trong quá trình lắp ráp là đảm bảo hướng luồng không khí đi qua từng bộ lọc là chính xác và mọi khe hở tiềm năng đều được bịt kín hoàn toàn. Quá trình niêm phong vội vã là nguyên nhân phổ biến nhất khiến các bộ lọc không khí DIY hoạt động kém.

Bước 1 - Xác định hướng luồng khí trên bộ lọc của bạn

Mỗi bộ lọc lò đều có hướng luồng khí được chỉ định in trên khung bìa cứng, được biểu thị bằng một mũi tên. Không khí phải đi vào qua mặt phía dòng vào - thường là phía có mật độ thấp hơn - và thoát ra qua mặt phía dòng ra về phía quạt. Trong cấu hình hộp, tất cả bốn bộ lọc bên phải được định hướng sao cho mặt trước (lỗ hút khí bẩn) của chúng hướng ra ngoài so với tâm hộp và mặt sau của chúng hướng vào trong về phía quạt. Việc lắp đặt ngược lại ngay cả một bộ lọc cũng làm giảm đáng kể hiệu quả lọc của nó và có thể làm quá tải vật liệu lọc.

Bước 2 - Lắp ráp bốn bộ lọc bên thành hình hộp

Đặt bốn bộ lọc trên các cạnh của chúng và sắp xếp chúng thành một ống vuông, với các khung bìa cứng của các bộ lọc liền kề chạm vào mỗi góc. Các mặt phía hạ lưu (không khí sạch) đều phải hướng vào trong. Đối với bộ lọc 20×20×1 inch, mặt cắt hình vuông thu được có kích thước khoảng 20×20 inch ở bên trong - khớp với mặt của quạt hộp 20 inch tiêu chuẩn. Giữ cụm lắp ráp tạm thời bằng dây bungee hoặc nhờ người thứ hai hỗ trợ trong khi bạn bắt đầu dán. Dán băng dính rộng chắc chắn lên từng đường nối nơi các khung lọc liền kề gặp nhau, che toàn bộ chiều cao của từng mối nối góc ở bên ngoài hộp. Nhấn mạnh băng dính vào bất kỳ chỗ lõm nào trên khung bìa cứng để đảm bảo kín khí.

Bước 3 - Bịt kín đáy hộp lọc

Phần dưới của khối bộ lọc - đầu đối diện với quạt - phải được đóng lại để ngăn không khí chưa được lọc xâm nhập vào cụm từ bên dưới và bỏ qua hoàn toàn vật liệu lọc. Nếu bạn đang sử dụng bộ lọc thứ năm cho vị trí trên cùng và đặt quạt lên trên thì đáy hộp cần được dán kín bằng bìa cứng cắt vừa khít với lỗ mở, dán băng dính chắc chắn vào cả bốn cạnh. Thay vào đó, một số nhà chế tạo định hướng hộp có quạt ở bên cạnh và bộ lọc thứ năm đóng mặt đối diện với quạt, hoạt động tốt như nhau. Dù bạn chọn hướng nào, điều quan trọng là chỉ có một lỗ mở trong hộp hoàn chỉnh - mặt nơi gắn quạt.

Bước 4 - Gắn quạt hộp vào mặt mở

Đặt quạt hộp sao cho nó nằm chính giữa phần trên cùng của khối bộ lọc, với quạt thổi không khí lên trên và ra khỏi hộp - hút không khí vào trong qua bốn mặt bộ lọc và xả hết không khí sạch đã lọc ra ngoài qua quạt. Lưới quạt phải hướng ra ngoài (hướng không khí sạch thoát ra ngoài), không hướng vào trong về phía bộ lọc. Dán băng dính xung quanh toàn bộ chu vi nơi khung quạt tiếp xúc với các cạnh trên của khung bộ lọc, bịt kín hoàn toàn mối nối này. Nếu mặt quạt nhỏ hơn lỗ bộ lọc một chút, hãy cắt một đường viền bằng bìa cứng để thu hẹp khoảng cách và dán chặt nó vào cả khung quạt và các cạnh của bộ lọc trước khi bịt kín toàn bộ khớp.

Bước 5 - Kiểm tra lần cuối và kiểm tra rò rỉ

Trước khi vận hành thiết bị, hãy kiểm tra trực quan từng mối nối được dán băng dưới ánh sáng tốt, ấn vào tất cả các mép băng để xác nhận độ bám dính. Bật quạt ở tốc độ cao và từ từ đưa tay quanh tất cả các đường nối - bất kỳ luồng khí nào cảm nhận được ở khớp đều cho thấy có chỗ rò rỉ cần thêm băng dính. Đặc biệt chú ý đến các góc nơi ba khung bộ lọc gặp nhau và khớp nối giữa khung quạt và cụm bộ lọc, vì đây là những vị trí dễ bị rò rỉ nhất. Bộ lọc hộp kín sẽ không thể phát hiện được luồng khí ở bất kỳ đường nối nào khi vận hành.

Bộ lọc HEPA trong hộp có thể làm sạch bao nhiêu không khí - Hướng dẫn xác định kích thước phòng

Tốc độ phân phối không khí sạch (CADR) của hộp MERV 13 bốn bộ lọc được chế tạo phù hợp với quạt 20 inch chạy ở tốc độ cao thường nằm trong khoảng từ 400 đến 600 CFM đối với các hạt khói, tùy thuộc vào loại quạt và nhãn hiệu bộ lọc cụ thể được sử dụng. Điều này so sánh thuận lợi với các máy lọc không khí thương mại ở mức giá $200–$500. Số lần thay đổi không khí mỗi giờ (ACH) mà điều này mang lại phụ thuộc vào thể tích phòng.

Các hướng dẫn về sức khỏe cộng đồng thường khuyến nghị tối thiểu 4–6 lần thay đổi không khí mỗi giờ để giảm hạt khói hiệu quả trong không gian có người sử dụng. Bảng trên cho thấy một thiết bị được xây dựng tốt hộp lọc HEPA thoải mái đạt được mục tiêu này trong các phòng có diện tích lên tới khoảng 900 feet vuông với trần cao 8 feet và vượt xa mục tiêu đó một cách đáng kể trong các không gian nhỏ hơn. Đối với các khu vực sinh hoạt có không gian mở hoặc các phòng lớn hơn, việc xây dựng hai đơn vị và đặt chúng ở các vị trí khác nhau trong không gian sẽ giúp giảm hạt đồng đều hơn so với một đơn vị được đặt ở trung tâm.

Thêm than hoạt tính để khử mùi khói

Bộ lọc HEPA và MERV 13 thu giữ các hạt vật chất cực kỳ hiệu quả nhưng không hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí - các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), tiền chất carbon monoxide và các hợp chất thơm tạo ra mùi đặc trưng của khói và góp phần tạo ra hiệu ứng pha khí độc hại. Để giải quyết mùi khói cũng như các hạt, bộ lọc than hoạt tính có thể được tích hợp vào cấu trúc bộ lọc dạng hộp.

Cách tiếp cận đơn giản nhất là đặt một hoặc hai lớp tấm lọc trước than hoạt tính - có sẵn ở dạng cuộn từ các nhà cung cấp HVAC - trên mặt ngoài của mỗi bộ lọc MERV 13 trước khi lắp ráp. Lớp carbon thu giữ các chất ô nhiễm dạng khí khi không khí lần đầu tiên đi qua nó, trong khi bộ lọc MERV 13 phía sau nó thu giữ các hạt. Một số nhà xây dựng sử dụng kết hợp MERV 13 cộng với các bộ lọc lò carbon tích hợp cả hai lớp phương tiện trong một bộ lọc duy nhất, giúp đơn giản hóa việc xây dựng. Đối với các môi trường có nồng độ khói cao như các phòng liền kề với đám cháy rừng đang diễn ra hoặc những ngôi nhà thường xuyên tiếp xúc với khói thuốc lá, quá trình lọc carbon chuyên dụng sẽ cải thiện đáng kể chất lượng không khí tổng thể ngoài những gì chỉ riêng phương pháp lọc hạt đạt được.

Lịch thay thế bộ lọc và bảo trì liên tục

Bộ lọc HEPA dạng hộp yêu cầu bảo trì tối thiểu nhưng cần thay thế bộ lọc định kỳ để duy trì hiệu suất của nó. Khi các hạt khói tích tụ trên vật liệu lọc, sức cản của luồng không khí tăng dần và quạt di chuyển không khí dần dần qua bộ phận ít hơn — làm giảm CADR mà không có bất kỳ dấu hiệu rõ ràng nào cho thấy hiệu suất đã giảm.

• Kiểm tra trực quan: Kiểm tra mặt ngoài của bộ lọc hai đến bốn tuần một lần trong mùa khói. Sự đổi màu xám hoặc nâu nặng trên mặt bộ lọc cho thấy lượng hạt đáng kể. Bộ lọc tối màu đồng nhất trước đây có màu trắng hoặc xám nhạt đã giảm đáng kể công suất còn lại và cần được thay thế kịp thời.
• Kiểm tra luồng không khí: Giữ một miếng khăn giấy hoặc dải giấy nhẹ gần ống thoát khí sạch của quạt khi chạy ở tốc độ cao. Luồng khí giảm đáng kể so với khi bộ lọc còn mới cho thấy khả năng cản của bộ lọc tăng lên khi tải và các tín hiệu cần thay thế.
• Khoảng thời gian thay thế: Khi hoạt động liên tục trong đợt khói cháy rừng có giá trị AQI trên 150, các bộ lọc có thể cần được thay thế trong vòng một đến ba tuần. Trong thời gian hút thuốc vừa phải hoặc sử dụng không liên tục, các bộ lọc tương tự có thể kéo dài từ hai đến ba tháng. Không cố gắng làm sạch hoặc hút bụi bộ lọc MERV 13 - điều này làm hỏng ma trận sợi và làm giảm vĩnh viễn hiệu quả lọc.
• Bảo trì quạt: Lau sạch bụi tích tụ trên cánh quạt và lưới tản nhiệt mỗi khi bạn thay bộ lọc. Bụi tích tụ trên cánh quạt làm giảm hiệu suất luồng khí và cuối cùng có thể khiến động cơ quá nóng. Sử dụng vải ẩm hoặc bàn chải mềm - không bao giờ phun nước trực tiếp lên vỏ động cơ quạt hoặc các bộ phận điện.

Mẹo bố trí để tối đa hóa hiệu suất làm sạch khói

Nơi bạn đặt hộp lọc HEPA trong phòng ảnh hưởng đáng kể đến việc nó làm giảm nồng độ hạt khói nhanh chóng và triệt để như thế nào. Vị trí tối ưu sẽ tối đa hóa sự lưu thông không khí qua bộ lọc và giảm thiểu lượng không khí trong phòng bị ứ đọng ở các vùng chết cách xa đường nạp của bộ lọc.

• Đặt ở giữa phòng khi có thể: Vị trí trung tâm cho phép bộ lọc hút không khí từ mọi hướng như nhau, giảm thiểu khoảng cách mà bất kỳ hạt nào phải di chuyển trước khi đến được đầu vào của bộ lọc. Vị trí đặt ở góc hoặc tường hạn chế lượng khí nạp từ các hướng lân cận và giảm CADR hiệu quả bằng cách giới hạn lượng không khí mà bộ lọc có thể lấy mẫu trên một đơn vị thời gian.
• Giữ khuôn mặt tiếp nhận rõ ràng: Duy trì khoảng trống ít nhất 12 inch xung quanh tất cả bốn mặt của bộ lọc. Đặt hộp dựa vào tường, phía sau đồ nội thất hoặc bên trong tủ sẽ làm giảm đáng kể luồng không khí đến các mặt bộ lọc bị cản trở và làm giảm hiệu suất tổng thể.
• Đặt ống xả khí sạch về phía khu vực có người sử dụng: Hướng quạt sao cho luồng không khí sạch đã được lọc thổi về phía những khu vực mà mọi người dành nhiều thời gian nhất - khu vực tiếp khách, giường ngủ và không gian làm việc. Điều này tạo ra một vùng không khí sạch xung quanh người cư ngụ ngay cả trước khi toàn bộ thể tích không khí trong phòng đạt đến nồng độ hạt thấp.
• Đóng cửa sổ và cửa ra vào khi có khói: Bộ lọc HEPA dạng hộp không thể theo kịp tốc độ xâm nhập của khói tươi liên tục nếu cửa sổ hoặc cửa ra vào tiếp nhận không khí ngoài trời chưa được lọc. Trong các trường hợp AQI cao, việc giữ kín lớp vỏ tòa nhà càng tốt sẽ cho phép bộ lọc giảm dần nồng độ hạt trong nhà xuống mức an toàn trong vòng 30 đến 60 phút hoạt động.