HEPA - HEPA

Для использования в других целях см. HEPA (значения).

HEPA-фильтр с функциональным описанием

Высокоэффективный воздух твердых частиц (HEPA),[1] также известен как высокоэффективное поглощение твердых частиц и высокоэффективное улавливание твердых частиц,[2] эталон эффективности воздушный фильтр.[3]

Фильтры, соответствующие стандарту HEPA, должны соответствовать определенным уровням эффективности. Общие стандарты требуют, чтобы воздушный фильтр HEPA удалял из проходящего воздуха не менее 99,95% (европейский стандарт).[4] или 99,97% (ASME, Министерство энергетики США )[5][6] частиц диаметром 0,3мкм; 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 торговая марка а позже основное правило для высокоэффективных фильтров.[8] Фильтры HEPA используются в приложениях, требующих контроля загрязнения, таких как производство дисководов, медицинских устройств, полупроводников, ядерных, пищевых и фармацевтических продуктов, а также в больницах,[9] дома и автомобили.

Механизм

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 фильтров: распространение, перехват, инерционное столкновение и электростатический Привлечение
Классическая кривая эффективности сбора с механизмами сбора фильтров

HEPA-фильтры состоят из мат из беспорядочно расположенных волокон.[10] Волокна обычно состоят из стекловолокно диаметром от 0,5 до 2,0 микрометры. Ключевыми факторами, влияющими на его функции, являются диаметр волокна, толщина фильтра и скорость лица. Воздушное пространство между волокнами НЕРА-фильтра обычно намного больше 0,3 мкм. в отличие сита или мембранные фильтры, где могут проходить частицы размером меньше отверстий или пор, фильтры HEPA предназначены для работы с различными размерами частиц. Эти частицы захватываются (они прилипают к волокну) с помощью комбинации следующих трех механизмов:

Распространение

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 ​​перехватом или столкновением; этот механизм становится доминирующим при меньшем расходе воздуха.

Перехват

Частицы, следующие по линии потока в воздушном потоке, попадают в радиус одного радиуса от волокна и прилипают к нему.

Удар

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] Между ними, около размера наиболее проникающих 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

Фильтры HEPA предназначены для эффективного улавливания очень мелких частиц, но они не фильтруют газы и запах молекулы. Обстоятельства, требующие фильтрации летучие органические соединения, химических паров или сигарет, домашних животных или метеоризм запахи требуют использования Активированный уголь (угольный) или фильтр другого типа вместо или в дополнение к фильтру HEPA.[13] Фильтры из угольной ткани, которые, как утверждается, во много раз более эффективны, чем гранулированные Активированный уголь форма в адсорбция газообразных загрязнителей, известны как высокоэффективные газовые адсорбционные фильтры (HEGA) и изначально были разработаны британскими военными для защиты от химическая война.[14][15]

Предварительный фильтр и фильтр HEPA

Карманный фильтр HEPA можно использовать вместе с фильтром предварительной очистки (обычно активированным углем), чтобы продлить срок службы более дорогого фильтра HEPA.[16] В такой настройке первый этап в фильтрация Процесс 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 распространено в приточно-вытяжные установки.

Характеристики

Портативная установка для фильтрации HEPA, используемая для очистки воздуха после пожара или во время производственных процессов.
Цвет после использования HEPA-фильтра в сильно загрязненном городе

HEPA-фильтры, как определено Министерство энергетики США (DOE), принятый в большинстве американских отраслей, удалить не менее 99,97% частицы в воздухе Диаметр 0,3 микрометра (мкм). Минимальное сопротивление фильтра потоку воздуха, или падение давления, обычно указывается около 300 паскалей (0,044 фунта на кв. дюйм) при номинальном значении. объемный расход.[6]

Спецификация, используемая в Европейский Союз: Европейский стандарт EN 1822-1: 2009 определяет несколько классов HEPA-фильтров по их удержанию при заданном размере наиболее проникающих частиц (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 различные классы для воздушные фильтры для сравнения.

Сегодня рейтинг HEPA-фильтра применим к любому высокоэффективному воздушному фильтру, который может соответствовать как минимум тем же стандартам эффективности фильтра и эквивалентен более позднему. Национальный институт охраны труда и здоровья Рейтинг N100 для респираторных фильтров. В Министерство энергетики США (DOE) предъявляет особые требования к фильтрам HEPA в приложениях, регулируемых DOE.

Маркетинг

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-типа», «HEPA-подобные», «HEPA-style» 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

HEPA-фильтрация работает механически, в отличие от ионной и озоновой фильтрации, в которых используются отрицательные ионы и озон соответственно. Итак, вероятность потенциальных побочных эффектов со стороны легких, таких как астма[20] и аллергии намного меньше с очистителями 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

Персонал больницы моделирует респиратор с очисткой воздуха (PAPR) с фильтром HEPA, используемым для защиты от переносимых по воздуху или аэрозольных патогенов, таких как туберкулез

Биомедицинские

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 содержат высокоэнергетические ультрафиолетовое излучение блоки или панели с антимикробным покрытием для уничтожения живых бактерий и вирусы захвачены фильтрующим материалом.[нужна цитата ] Некоторые из лучших блоков HEPA имеют рейтинг эффективности 99,995%, что обеспечивает очень высокий уровень защиты от воздушно-капельная болезнь коробка передач.

Пылесосы

Оригинальный фильтр HEPA для пылесосов Philips FC87xx-series

Много пылесосы также используют фильтры HEPA как часть своих систем фильтрации. Это полезно для астма и аллергия пострадавших, потому что HEPA-фильтр задерживает мелкие частицы (например, пыльца и пылевой клещ кал ), которые вызывают симптомы аллергии и астмы. Чтобы фильтр HEPA в пылесосе был эффективным, пылесос должен быть сконструирован так, чтобы все воздух, 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 аналогичная конструкция до 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 поясняя их смысл. Имеется в виду их Минимальная ценность отчета об 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 20 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, кондиционирование

Эффект фильтра HEPA внутри дома HVAC система: без (OUTdoor) и с фильтром (INdoor)

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

Транспортные средства

Авиакомпании

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

В 2016 году было объявлено, что Тесла Модель X будет иметь первый в мире фильтр класса HEPA.[27] После выпуска Model X Tesla обновила Модель S также иметь дополнительный воздушный фильтр HEPA.[28]

История

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 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]

Следующая фаза HEPA-фильтра была разработана в 1940-х годах и использовалась в Манхэттенский проект для предотвращения распространения воздушно-капельного радиоактивный загрязняющие вещества.[30] Химическому корпусу армии США и Комитету по исследованиям национальной обороны потребовалось разработать фильтр, пригодный для удаления радиоактивных материалов из воздуха. Армейский химический корпус попросил лауреата Нобелевской премии Ирвинг Ленгмюр рекомендовать методы испытаний 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 торговая марка а позже основное правило для высокоэффективных фильтров.[8]

За прошедшие десятилетия фильтры эволюционировали, чтобы удовлетворить все более высокие требования к качеству воздуха в различных высокотехнологичных отраслях промышленности, таких как аэрокосмический, фармацевтический препарат переработка, больницы, здравоохранение, ядерное топливо, атомная энергетика и Интегральная схема изготовление.

Смотрите также

использованная литература

Сноски

  1. ^ Компания HEPA Словарь терминов
  2. ^ Первоначально «высокоэффективная задержка твердых частиц - см. thefreedictionary.com
  3. ^ «Эффективность воздушного фильтра HEPA: качество фильтра HEPA и обход». www.air-purifier-power.com. Получено 2019-06-05.
  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 г.
  6. ^ а б Барнетт, Соня. «Спецификация на фильтры HEPA, используемые подрядчиками DOE - Программа технических стандартов DOE». www.standards.doe.gov. Получено 2019-06-05.
  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 охраны труда и здоровья. Апрель 2003. С. 8–12. Дои:10.26616 / NIOSHPUB2003136. Получено 9 февраля, 2020.
  8. ^ а б Ганц, Кэрролл (21 сентября 2012 г.). Пылесос: история. Макфарланд. п. 128. ISBN  9780786493210.
  9. ^ «О HEPA». hepa.com. Получено 2019-06-05.
  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. ^ а б Вудфорд, Крис. «HEPA фильтры». Объясни это. Получено 30 июля 2016.
  12. ^ а б Роза, Р. А. (1982-12-01), Размер частиц для максимального проникновения HEPA-фильтров и их истинной эффективности, Калифорния: Ливерморская национальная лаборатория им. 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. Дои:10.1016 / S0950-4230 (00) 00007-3. Получено 30 июля 2016.
  14. ^ Гловер, Н. Дж. (2002). «Противодействие химическому и биологическому терроризму». Гражданское строительство. 72 (5): 62. ProQuest  228557557.
  15. ^ «Аббревиатуры очистителей воздуха - убирая технический жаргон». AirEnhancing.
  16. ^ «Замена предфильтра очистителя воздуха: эксперименты с предфильтром». www.air-purifier-power.com. Получено 2019-06-05.
  17. ^ «МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 29463-1 - Высокоэффективные фильтры и фильтрующие материалы для удаления частиц из воздуха». Международная организация по стандартизации. 15 октября 2011 г.. Получено 5 апреля, 2020.
  18. ^ Хайд, Итан. "Кондиционеры HEPA фильтры и воздушные аллергены". Импульсный Электрический.
  19. ^ "Фильтр типа HEPA: Великий самозванец". www.air-purifier-power.com. Получено 2019-06-05.
  20. ^ «Преимущества фильтра HEPA для снятия аллергии». Получено 2016-08-12.
  21. ^ Райбек, Эмили (12 августа 2016 г.). "Руководство по очистителям воздуха HEPA". Концентратор чистого воздуха. Курт Морган.
  22. ^ "Как часто следует менять HEPA-фильтр | Очистить". Производитель пылесосов Janitized. 2018-03-14. Получено 2018-07-31.
  23. ^ "Система фильтрации воздуха HEPA для дома и офиса - Типы фильтров HEPA". www.honeywellsmarthomes.com. Получено 2017-09-04.
  24. ^ «ОВК». Словарь Мерриама – Вебстера.
  25. ^ «Правда о салонном воздухе». Спросите пилота.
  26. ^ "Насколько чистый воздух в самолетах?". Путешествовать. 2020-08-28. Получено 2020-10-15.
  27. ^ «Испытание фильтра Tesla HEPA и режима защиты от биологического оружия». Тесла Канада. Получено 19 ноября 2019.
  28. ^ Джон Фёлькер (12 апреля 2016 г.). «Tesla Model S 2016 получит обновление стиля, зарядное устройство на 48 ампер, новые варианты интерьера, повышение цены на 1500 долларов (обновлено)». Отчеты о зеленых автомобилях. Получено 14 апреля 2016.
  29. ^ Во-первых, Мелвин В. (1998). «HEPA-фильтры». Журнал Американской ассоциации биологической безопасности. 3 (1): 33. Дои:10.1177/109135059800300111. S2CID  207941359.
  30. ^ Огунсейтан, Оладеле (03.05.2011). Зеленое здоровье: руководство от А до Я. Шалфей. п. 13. ISBN  9781412996884.
  31. ^ «История HEPA-фильтров». APC Filtration Inc. Получено 9 декабря 2019.

Источники

внешние ссылки