Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см HEPA (значения) .

HEPA-фильтр с функциональным описанием

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 ]

Четыре диаграммы, каждая из которых показывает путь маленькой частицы при приближении к большому волокну в соответствии с каждым из четырех механизмов.
Четыре основных механизма сбора фильтра: диффузия , перехват, инерционное воздействие и электростатическое притяжение.
Классическая кривая эффективности сбора с механизмами сбора фильтров

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, HEPA-фильтры 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 усиливается 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 удерживание 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 более 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 ]

Переносной блок фильтрации HEPA, используемый для очистки воздуха после пожара или во время производственных процессов.
Воспроизвести медиа
Цвет после использования HEPA-фильтра в сильно загрязненном городе

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 классУдержание (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 ]

Персонал больницы моделирует мощный воздухоочистительный респиратор (PAPR), оснащенный фильтром HEPA, используемый для защиты от переносимых по воздуху или аэрозольных патогенов, таких как туберкулез.

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 ]

Оригинальный фильтр HEPA для пылесосов Philips FC87xx-series

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 дополнительной 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 из воздуха больше частиц, но и удаляют более мелкие частицы.

Отопление, вентиляция и кондиционирование [ править ]

Воспроизвести медиа
Эффект HEPA-фильтра внутри домашней системы HVAC : без (OUTdoor) и с фильтром (INdoor)

Отопление, вентиляция и кондиционирование ( HVAC ) [24] - это технология обеспечения комфорта окружающей среды в помещении и в автомобиле, использование воздушного фильтра для удаления загрязнений снаружи и внутри (дым, вирусы, порошки ...). Фильтр HEPA очень полезен в загрязненных городах для поддержания здоровья.

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 ]

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 блок очистки воздуха, в который была включена целлюлозно-асбестовая бумага с глубокими складками и прокладками между складками. Он был назван «абсолютным» воздушным фильтром и заложил основу для дальнейших исследований по разработке HEPA-фильтра. [29]

Следующая фаза HEPA-фильтра была разработана в 1940-х годах и использовалась 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 ]

  1. ^ Глоссарий терминов компании HEPA
  2. ^ Первоначально «Высокоэффективная задержка твердых частиц» - см. Thefreedictionary.com
  3. ^ «Эффективность воздушного фильтра HEPA: качество фильтра HEPA и обход» . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
  4. ^ Европейский стандарт EN 1822-1: 2009, «Высокоэффективные воздушные фильтры (EPA, HEPA и ULPA)», 2009 г.
  5. ^ Американское общество инженеров-механиков, ASME AG-1a – 2004, «Дополнения к Кодексу ASME AG-1–2003 по ядерной очистке воздуха и газа», 2004
  6. ^ a b Барнетт, Соня. «Спецификация на фильтры HEPA, используемые подрядчиками DOE - Программа технических стандартов DOE» . www.standards.doe.gov . Проверено 5 июня 2019 .
  7. ^ 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 .
  8. ^ a b Ганц, Кэрролл (21 сентября 2012). Пылесос: история . Макфарланд. п. 128. ISBN 9780786493210.
  9. ^ «О HEPA» . hepa.com . Проверено 5 июня 2019 .
  10. ^ Гупта (2007). Современные тенденции в планировании и проектировании больниц: принципы и практика . Jaypee Brothers Medical Publishers (P) Ltd. стр. 199. ISBN 978-8180619120.
  11. ^ a b Вудфорд, Крис. «Фильтры HEPA» . Объясни это . Проверено 30 июля +2016 .
  12. ^ 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 
  13. ^ 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 .
  14. Перейти ↑ Glover, NJ (2002). «Противодействие химическому и биологическому терроризму». Гражданское строительство . 72 (5): 62. ProQuest 228557557 . 
  15. ^ "Аббревиатуры очистителей воздуха - Исключая технический жаргон" . AirEnhancing.
  16. ^ «Замена предварительного фильтра очистителя воздуха: эксперименты с предварительным фильтром» . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
  17. ^ "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 .
  18. ^ Хайд, Итан. "Кондиционеры HEPA-фильтры и воздушные аллергены" . Импульсный электрический .
  19. ^ "Фильтр типа НЕРА: Великий Самозванец" . www.air-purifier-power.com . Проверено 5 июня 2019 .
  20. ^ «Преимущества фильтра HEPA для облегчения аллергии» . Проверено 12 августа 2016 .
  21. ^ Ryback, Эмили (12 августа 2016). «Руководство по очистителям воздуха HEPA» . Хаб чистого воздуха . Курт Морган.
  22. ^ «Как часто следует менять HEPA-фильтр | Очистить» . Производитель сумок для пылесосов . 2018-03-14 . Проверено 31 июля 2018 .
  23. ^ "Система фильтрации воздуха HEPA для дома и офиса - Типы фильтров HEPA" . www.honeywellsmarthomes.com . Проверено 4 сентября 2017 .
  24. ^ «HVAC». Словарь Мерриама – Вебстера .
  25. ^ "Правда о воздухе салона" . Спросите пилота .
  26. ^ "Насколько чистый воздух в самолетах?" . Путешествие . 2020-08-28 . Проверено 15 октября 2020 .
  27. ^ «Испытание фильтра Tesla HEPA и режима защиты от биологического оружия» . Тесла Канада . Дата обращения 19 ноября 2019 .
  28. ^ 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 .
  29. ↑ Во-первых, Мелвин В. (1998). «Фильтры HEPA». Журнал Американской ассоциации биологической безопасности . 3 (1): 33. DOI : 10,1177 / 109135059800300111 . S2CID 207941359 . 
  30. ^ Ogunseitan, Оладел (2011-05-03). Зеленый Здоровье: A-на-Z Руководство . МУДРЕЦ. п. 13. ISBN 9781412996884.
  31. ^ "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 ]