Высокоэффективные частицы воздух ( НЕРА ), [1] также известна как высокоэффективные поглощающие частицы и высокая эффективность частиц синтетической пыль , [2] является стандартом эффективности воздушного фильтра . [3]
Фильтры, соответствующие стандарту HEPA, должны соответствовать определенным уровням эффективности. Общие стандарты требуют, чтобы воздушный фильтр HEPA удалял из проходящего через воздух не менее 99,95% (европейский стандарт) [4] или 99,97% (ASME, US DOE ) [5] [6] частиц, диаметр которых равен до 0,3 мкм ; с увеличением эффективности фильтрации для диаметров частиц как меньше, так и больше 0,3 мкм. [7]
HEPA был коммерциализирован в 1950-х годах, и первоначальный термин стал зарегистрированным товарным знаком, а затем общим термином для высокоэффективных фильтров. [8] HEPA-фильтры используются в приложениях, требующих контроля загрязнения, таких как производство дисководов, медицинских устройств, полупроводников, ядерных, пищевых и фармацевтических продуктов, а также в больницах, [9] домах и транспортных средствах.
Механизм [ править ]
HEPA-фильтры состоят из мата из случайно расположенных волокон . [10] Волокна обычно состоят из стекловолокна диаметром от 0,5 до 2,0 мкм . Ключевыми факторами, влияющими на его функции, являются диаметр волокна, толщина фильтра и скорость на поверхности . Воздушное пространство между волокнами НЕРА-фильтра обычно намного больше 0,3 мкм. В отличие от сит или мембранных фильтров , через которые могут проходить частицы меньшего размера, чем отверстия или поры, фильтры HEPA предназначены для работы с различными размерами частиц. Эти частицы захватываются (они прилипают к волокну) с помощью комбинации следующих трех механизмов:
Распространение [ править ]
- Механизм усиления, который является результатом столкновения с молекулами газа мельчайших частиц, особенно частиц диаметром менее 0,1 мкм, которые тем самым затрудняются и задерживаются на своем пути через фильтр; это поведение похоже на броуновское движение и увеличивает вероятность того, что частица будет остановлена либо перехватом, либо ударом; этот механизм становится доминирующим при меньшем расходе воздуха.
Перехват [ править ]
- Частицы, следующие по линии потока в воздушном потоке, попадают в радиус одного радиуса от волокна и прилипают к нему.
Impaction [ править ]
- Более крупные частицы не могут избежать волокон, следуя изогнутым контурам воздушного потока, и вынуждены непосредственно встраиваться в одно из них; этот эффект увеличивается с уменьшением расстояния между волокнами и увеличением скорости воздушного потока.
Диффузия преобладает с размером частиц менее 0,1 мкм, в то время как столкновение и перехват - более 0,4 мкм. [11] В промежутке, близком к самому проникающему размеру частиц (MPPS) 0,21 мкм, и диффузия, и задержка сравнительно неэффективны. [12] Поскольку это самое слабое место в характеристиках фильтра, в спецификациях HEPA для классификации фильтра используется задержка частиц этого размера (0,3 мкм). [11] Однако возможно, что частицы размером меньше MPPS не будут иметь более высокую эффективность фильтрации, чем MPPS. Это связано с тем, что эти частицы могут действовать как центры зародышеобразования для большей части конденсации и образовывать частицы вблизи MPPS. [12]
Фильтрация газа [ править ]
HEPA-фильтры предназначены для эффективного улавливания очень мелких частиц, но они не отфильтровывают газы и молекулы запаха . Обстоятельства, требующие фильтрации летучих органических соединений , химических паров или запахов сигарет, домашних животных или метеоризма, требуют использования активированного угля (древесного угля) или другого типа фильтра вместо или в дополнение к фильтру HEPA. [13] Фильтры из углеродной ткани, которые, как утверждается, во много раз более эффективны, чем гранулированный активированный уголь при адсорбции газообразных загрязнителей, известны как высокоэффективные газовые адсорбционные фильтры (HEGA) и первоначально были разработаны британскими военными как средство защиты отхимическая война . [14] [15]
Предварительный фильтр и фильтр HEPA [ править ]
Карманный фильтр HEPA можно использовать вместе с фильтром предварительной очистки (обычно активированным углем), чтобы продлить срок службы более дорогого фильтра HEPA. [16] В такой установке первая стадия процесса фильтрации состоит из предварительного фильтра, который удаляет из воздуха большую часть крупных частиц пыли, волос, PM10 и пыльцы. Высококачественный фильтр HEPA второй ступени удаляет более мелкие частицы, выходящие из фильтра предварительной очистки. Это обычное явление в приточно-вытяжных установках .
Технические характеристики [ править ]
Фильтры HEPA, как это определено стандартом Министерства энергетики США (DOE), принятым в большинстве американских отраслей, удаляют не менее 99,97% взвешенных в воздухе частиц диаметром 0,3 микрометра (мкм). Минимальное сопротивление фильтра воздушному потоку или падению давления обычно составляет около 300 паскалей (0,044 фунта на квадратный дюйм) при его номинальной объемной скорости потока . [6]
Спецификация, используемая в Европейском союзе : Европейский стандарт EN 1822-1: 2009, определяет несколько классов HEPA-фильтров по их удержанию при заданном размере частиц с наибольшей проницаемостью (MPPS). Усредненная эффективность фильтра называется «общей», а эффективность в определенной точке - «локальной»: [17]
HEPA класс | Удержание (в среднем) | Удержание (место) |
---|---|---|
E10 | > 85% | - |
E11 | > 95% | - |
E12 | > 99,5% | - |
H13 | > 99,95% | > 99,75% |
H14 | > 99,995% | > 99,975% |
U15 | > 99,9995% | > 99,9975% |
U16 | > 99,99995% | > 99,99975% |
U17 | > 99,999995% | > 99,9999% |
См. Также для сравнения различные классы воздушных фильтров .
Сегодня рейтинг HEPA-фильтра применим к любому высокоэффективному воздушному фильтру, который может соответствовать как минимум тем же стандартам эффективности фильтра, и эквивалентен более позднему рейтингу N100 Национального института безопасности труда для респираторных фильтров. Министерство энергетики США (DOE) имеют специфические требования для фильтров HEPA в МЭ-регулируемых приложениях.
Маркетинг [ править ]
Некоторые компании используют маркетинговый термин, известный как «True HEPA», чтобы дать потребителям уверенность в том, что их воздушные фильтры соответствуют стандарту HEPA, хотя этот термин не имеет юридического или научного значения. [18] Продукты, которые продаются как «HEPA-тип», «HEPA-подобный», «HEPA-стиль» или «99% HEPA», не соответствуют стандарту HEPA и, возможно, не были протестированы в независимых лабораториях. Хотя такие фильтры могут быть достаточно близки к стандартам HEPA, другие значительно отстают. [19]
Безопасность [ править ]
HEPA-фильтрация работает механически, в отличие от ионной и озоновой фильтрации, в которых используются отрицательные ионы и озон соответственно. Таким образом, шансы потенциальных легочных побочных эффектов, таких как астма [20] и аллергия, намного ниже при использовании очистителей HEPA. [21] Чтобы убедиться, что HEPA-фильтр работает эффективно, его следует проверять и менять не реже одного раза в шесть месяцев в коммерческих условиях. В жилых помещениях их можно менять каждые два-три года. Несвоевременная замена HEPA-фильтра приведет к нагрузке на машину или систему и неправильному удалению частиц из воздуха. [22]
Приложения [ править ]
Биомедицинские [ править ]
Фильтры HEPA имеют решающее значение для предотвращения распространения переносимых по воздуху бактериальных и вирусных организмов и, следовательно, инфекции. Как правило, системы фильтрации HEPA в медицине также включают блоки или панели с высокоэнергетическим ультрафиолетовым светом с антимикробным покрытием для уничтожения живых бактерий и вирусов, захваченных фильтрующим материалом. [ необходима цитата ] Некоторые из высоко оцененных блоков HEPA имеют рейтинг эффективности 99,995%, что обеспечивает очень высокий уровень защиты от передачи болезней, передающихся воздушно-капельным путем.
Пылесосы [ править ]
Многие пылесосы также используют фильтры HEPA как часть своих систем фильтрации. Это полезно для людей, страдающих астмой и аллергией , потому что HEPA-фильтр задерживает мелкие частицы (например, пыльцу и фекалии пылевых клещей ), которые вызывают симптомы аллергии и астмы. Чтобы фильтр HEPA в пылесосе был эффективным, пылесос должен быть сконструирован таким образом, чтобы всевоздух, всасываемый в машину, удаляется через фильтр, при этом воздух не выходит через него. Это часто называют «запечатанным HEPA» или иногда более расплывчатым «истинным HEPA». Пылесосы с надписью «HEPA» могут иметь фильтр HEPA, но не весь воздух обязательно проходит через него. Наконец, фильтры для пылесосов, продаваемые как «HEPA-подобные», обычно используют фильтр, конструкция которого аналогична HEPA, но без эффективности фильтрации. Из-за повышенной плотности настоящего HEPA-фильтра пылесосам HEPA требуются более мощные двигатели для обеспечения необходимой мощности очистки.
Некоторые новые модели утверждают, что они лучше предыдущих, с включением «моющихся» фильтров. Как правило, моющиеся фильтры HEPA стоят дорого. Высококачественный фильтр HEPA, улавливающий 99,97% частиц пыли диаметром 0,3 микрона. Для сравнения: диаметр человеческого волоса составляет от 50 до 150 микрон. Итак, настоящий HEPA-фильтр эффективно улавливает частицы, в несколько сотен раз меньше ширины человеческого волоса. [23] Некоторые производители заявляют о стандартах фильтров, таких как «HEPA 4», не объясняя их смысл. Это относится к их минимальной отчетной величине эффективности.(MERV) рейтинг. Эти рейтинги используются для оценки способности фильтра воздухоочистителя удалять пыль из воздуха, проходящего через фильтр. MERV - это стандарт, используемый для измерения общей эффективности фильтра. Шкала MERV варьируется от 1 до 16 и измеряет способность фильтра удалять частицы размером от 10 до 0,3 микрометра. Фильтры с более высокими показателями не только удаляют больше частиц из воздуха, но и удаляют более мелкие частицы.
Отопление, вентиляция и кондиционирование [ править ]
Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC) [24] - это технология, в которой используются воздушные фильтры, такие как фильтры HEPA, для удаления загрязняющих веществ из воздуха в помещении или в транспортных средствах. Загрязняющие вещества включают дым, вирусы, порошки и т. Д. И могут возникать как снаружи, так и внутри. HVAC используется для обеспечения экологического комфорта и в загрязненных городах для поддержания здоровья. [ необходима цитата ]
Транспорт [ править ]
Авиакомпании [ править ]
Современные авиалайнеры используют фильтры HEPA, чтобы уменьшить распространение переносимых по воздуху патогенов в рециркуляционном воздухе. Критики выразили обеспокоенность по поводу эффективности и состояния ремонта систем фильтрации воздуха, поскольку они считают, что большая часть воздуха в салоне самолета рециркулируется. Фактически, почти весь воздух в воздушном судне под давлением вводится извне, циркулирует по кабине и затем выпускается через выпускные клапаны в задней части самолета. [25] Около 40 процентов воздуха в салоне проходит через HEPA-фильтр, а остальные 60 процентов поступают извне. Сертифицированные воздушные фильтры блокируют и улавливают 99,97% частиц в воздухе. [26]
Автомобили [ править ]
В 2016 году было объявлено, что Tesla Model X будет иметь первый в мире фильтр класса HEPA. [27] После выпуска Model X компания Tesla обновила Model S , добавив дополнительный воздушный фильтр HEPA. [28]
История [ править ]
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Декабрь 2016 г. ) |
Идея создания HEPA-фильтра родилась из противогазов, которые носили солдаты, сражавшиеся во время Второй мировой войны. Кусок бумаги, вставленный в немецкий противогаз, имел удивительно высокую эффективность улавливания химического дыма. Химический корпус британской армии продублировал это и начал производить его в больших количествах для своих собственных противогазов. Им требовалось другое решение для оперативного штаба, где индивидуальные противогазы были непрактичны. Армейский химический корпус разработал комбинированный механический вентилятор и устройство очистки воздуха, в котором использовалась целлюлозно-асбестовая бумага в форме глубоких складок с прокладками между складками. Он был назван «абсолютным» воздушным фильтром и заложил основу для дальнейших исследований по разработке HEPA-фильтра. [29]
Следующий этап HEPA-фильтра был разработан в 1940-х годах и использовался в Манхэттенском проекте для предотвращения распространения радиоактивных загрязнителей в воздухе . [30] Химическому корпусу армии США и Комитету по исследованиям национальной обороны необходимо было разработать фильтр, подходящий для удаления радиоактивных материалов из воздуха. Армейский химический корпус попросил лауреата Нобелевской премии Ирвинга Ленгмюра порекомендовать методы тестирования фильтров и другие общие рекомендации по созданию материала для фильтрации этих радиоактивных частиц. Он определил частицы размером 0,3 микрона как «самый проникающий размер» - самый сложный и вызывающий беспокойство. [31]
Он был коммерциализирован в 1950-х годах, и первоначальный термин стал зарегистрированным товарным знаком, а затем общим термином для высокоэффективных фильтров. [8]
За десятилетия фильтры эволюционировали, чтобы удовлетворить все более высокие требования к качеству воздуха в различных высокотехнологичных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность , переработка фармацевтических препаратов , больницы, здравоохранение, ядерное топливо, ядерная энергетика и производство интегральных схем .
См. Также [ править ]
- Воздухоочиститель
- Скорость подачи чистого воздуха
- Чистое помещение - Помещение используется для промышленных или исследовательских процессов, которые не переносят пыль.
- Электрофильтр - улавливает частицы с высоким напряжением
- Гипоаллергенный пылесос - пылесос с высокоэффективным воздушным фильтром.
- Отчетное значение минимальной эффективности - Шкала измерения эффективности воздушных фильтров (MERV)
- Респиратор - устройство, которое надевается для защиты пользователя от вдыхания загрязняющих веществ.
- ULPA - удаляет 99,999% пыли, пыльцы, плесени, бактерий и частиц размером более 120 нм (0,12 мкм)
- Ультрафиолетовое бактерицидное облучение - метод дезинфекции ультрафиолетом
Ссылки [ править ]
Сноски [ править ]
- ^ Глоссарий терминов компании HEPA
- ^ Первоначально «Высокоэффективная задержка твердых частиц» - см. Thefreedictionary.com
- ^ «Эффективность воздушного фильтра HEPA: качество фильтра HEPA и обход» . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ Европейский стандарт EN 1822-1: 2009, «Высокоэффективные воздушные фильтры (EPA, HEPA и ULPA)», 2009 г.
- ^ Американское общество инженеров-механиков, ASME AG-1a – 2004, «Дополнения к Кодексу ASME AG-1–2003 по ядерной очистке воздуха и газа», 2004 г.
- ^ a b Барнетт, Соня. «Спецификация на фильтры HEPA, используемые подрядчиками DOE - Программа технических стандартов DOE» . www.standards.doe.gov . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ Руководство по системам фильтрации и очистки воздуха для защиты окружающей среды здания от переносимых по воздуху химических, биологических или радиологических атак (PDF) . Цинциннати, Огайо: Национальный институт безопасности и гигиены труда . Апрель 2003. С. 8–12. DOI : 10.26616 / NIOSHPUB2003136 . Проверено 9 февраля 2020 года .
- ^ a b Ганц, Кэрролл (21 сентября 2012). Пылесос: история . Макфарланд. п. 128. ISBN 9780786493210.
- ^ «О HEPA» . hepa.com . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ Гупта (2007). Современные тенденции в планировании и проектировании больниц: принципы и практика . Jaypee Brothers Medical Publishers (P) Ltd. стр. 199. ISBN 978-8180619120.
- ^ a b Вудфорд, Крис. «Фильтры HEPA» . Объясни это . Проверено 30 июля +2016 .
- ^ a b Роза, Р.А. (1982-12-01), Размер частиц для максимального проникновения НЕРА-фильтров - и их истинная эффективность , Калифорния: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, OSTI 6241348 , 6241348
- ^ Хан, Фейсал I; Kr. Гошал, Алоке (ноябрь 2000 г.). «Удаление летучих органических соединений из загрязненного воздуха» (PDF) . Журнал предотвращения потерь в обрабатывающих отраслях . 13 (6): 527–545. DOI : 10.1016 / S0950-4230 (00) 00007-3 . Проверено 30 июля +2016 .
- Перейти ↑ Glover, NJ (2002). «Противодействие химическому и биологическому терроризму». Гражданское строительство . 72 (5): 62. ProQuest 228557557 .
- ^ "Аббревиатуры очистителей воздуха - Исключая технический жаргон" . AirEnhancing.
- ^ «Замена предварительного фильтра очистителя воздуха: эксперименты с предварительным фильтром» . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ "МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 29463-1 - Высокоэффективные фильтры и фильтрующие материалы для удаления частиц из воздуха" . Международная организация по стандартизации . 15 октября 2011 . Проверено 5 апреля 2020 года .
- ^ Хайд, Итан. "Кондиционеры HEPA-фильтры и воздушные аллергены" . Импульсный электрический .
- ^ "Фильтр типа НЕРА: Великий Самозванец" . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ «Преимущества фильтра HEPA для облегчения аллергии» . Проверено 12 августа 2016 .
- ^ Ryback, Эмили (12 августа 2016). «Руководство по очистителям воздуха HEPA» . Хаб чистого воздуха . Курт Морган.
- ^ «Как часто следует менять HEPA-фильтр | Очистить» . Производитель сумок для пылесосов . 2018-03-14 . Проверено 31 июля 2018 .
- ^ "Система фильтрации воздуха HEPA для дома и офиса - Типы фильтров HEPA" . www.honeywellsmarthomes.com . Проверено 4 сентября 2017 .
- ^ «HVAC». Словарь Мерриама – Вебстера .
- ^ "Правда о воздухе салона" . Спросите пилота .
- ^ "Насколько чистый воздух в самолетах?" . Путешествие . 2020-08-28 . Проверено 15 октября 2020 .
- ^ «Испытание фильтра Tesla HEPA и режима защиты от биологического оружия» . Тесла Канада . Дата обращения 19 ноября 2019 .
- ^ Джон Фёлкер (12 апреля 2016 г.). «Tesla Model S 2016 получит обновление внешнего вида, зарядное устройство на 48 ампер, новые варианты интерьера, повышение цены на 1500 долларов (обновлено)» . Отчеты о зеленых автомобилях . Проверено 14 апреля 2016 года .
- ↑ Во-первых, Мелвин В. (1998). «Фильтры HEPA». Журнал Американской ассоциации биологической безопасности . 3 (1): 33. DOI : 10,1177 / 109135059800300111 . S2CID 207941359 .
- ^ Ogunseitan, Оладел (2011-05-03). Зеленый Здоровье: A-на-Z Руководство . МУДРЕЦ. п. 13. ISBN 9781412996884.
- ^ "История фильтров HEPA" . APC Filtration Inc . Проверено 9 декабря 2019 .
Источники [ править ]
- Указания по применению TSI ITI-041: Механизмы фильтрации для высокоэффективных волокнистых фильтров
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме высокоэффективного улавливания твердых частиц . |