HEPA фильтр: характеристики, принцип работы

HEPA фильтр: характеристики, принцип работы

HEPA-фильтр – это высокопроизводительное устройство, предназначенное для очистки воздушного пространства. Он эффективно улавливает даже самые мелкие частицы пыли, аллергены и другие опасные загрязнители.

Принцип работы HEPA-фильтра

HEPA – это методика фильтрации воздушных масс, название которой расшифровывается как высокоэффективная задержка микрочастиц. Данная технология была разработана в Соединенных Штатах Америки в 40-х годах XX века. Изначально HEPA-фильтры применялись для очистки воздуха от радиоактивных элементов в атомной промышленности. В настоящее время HEPA-фильтры востребованы не только на производстве, но и в медицине, а также в бытовых условиях для тщательной очистки воздуха.

Конструкция HEPA-фильтра включает в себя прочный корпус, обычно из металла или пластика, внутри которого размещен сложенный "гармошкой" длинный лист волокнистого материала.

Диаметр волокон варьируется от 0,5 до 6,5 микрон (от 0,0005 до 0,0065 мм), а расстояние между ними – от 10 до 50 микрон (от 0,01 до 0,05 мм).

Рыхлая структура фильтрующего материала увеличивает площадь соприкосновения воздуха с фильтром, что способствует более эффективной очистке.

Механизм работы HEPA-фильтра сложнее, чем кажется. Распространенное мнение о том, что он работает исключительно как сито, ошибочно.

Эффект «сита»

Эффект «сита» представляет собой один из многих механизмов, обеспечивающих эффективную фильтрацию воздуха. Из-за расстояний между волокнами на фильтре задерживаются только частицы крупнее 10 микрон.

Тем не менее, фильтр также задерживает микроскопические частицы, размер которых значительно меньше расстояния между волокнами, а именно те, что меньше 10 мкм. Эти частицы, находящиеся в воздухе в виде аэрозоля и в взвешенном состоянии, известны как PM10 и PM2.5. Основные источники данного вида загрязнителей — выбросы от промышленных предприятий и автомобильного транспорта.

Взвешенные частицы представляют серьезную угрозу для здоровья людей, так как обладают высокой проникающей способностью и могут попадать в внутренние органы и кровоток. В результате они могут вызывать хронические заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем, а также способствовать развитию онкологических заболеваний. Более подробно о тонкодисперсных частицах можно узнать в статье «Что такое PM10 и PM2.5? Чем могут быть опасны тонкодисперсные частицы?».

Важно осознать, как мелкие частицы менее 10 мкм, то есть меньшие, чем промежутки между волокнами HEPA-фильтра, задерживаются на материале. Это происходит благодаря тому, что HEPA-фильтр использует три дополнительные механики для улавливания частиц: инерцию, диффузию и электростатическое притяжение.

Инерция (для крупных частиц)

Когда поток воздуха обтекает волокна фильтра, некоторые тяжелые частицы не успевают изменить свое направление. Они выпадают из потока и продолжают движение по инерции, осаждаясь на поверхности материала. Обычно такие частички имеют размер более 0,3 микрона, к ним относятся мелкая пыль, пыльца, споры грибов и элементы эпидермиса домашних животных.

Что касается диффузии (для мелких частиц), то эффект диффузии в HEPA-фильтре проявляется следующим образом: частицы размером менее 0,1 микрона, такие как вирусы, находятся в беспорядочном броуновском движении. Их траектория непрерывно меняется, что увеличивает вероятность их столкновения с волокнами фильтра. При этом, чем меньше скорость частиц, тем более заметен эффект диффузии.

Адгезия и электростатическое притяжение (для частиц среднего размера)

Частицы размером от 0,1 до 0,3 микрона являются наиболее «проблематичными» для фильтрации, так как они слишком крупные для диффузии, но слишком мелкие для инерции. Эти частицы обладают максимальной проникающей способностью и называются MPPS. Тем не менее, даже такие частицы оседают на фильтре благодаря электростатическому взаимодействию и силам адгезии, которые способствуют их сцеплению друг с другом.

Классы HEPA-фильтров

Эффективность HEPA-фильтров оценивается по их способности улавливать частицы MPPS, представляющие собой частицы среднего размера от 0,1 до 0,3 микрона, которые труднее всего поддаются фильтрации. В соответствии с ГОСТом различают 8 классов фильтрации для частиц MPPS, которые объединяются в 3 категории:

• EPA — E10, E11, E12, с процентом очистки до 99,5%,

• HEPA — H13, H14, с процентом очистки до 99,995%,

• ULPA — U15, U16, U17, с процентом очистки до 99,999995%.

В большинстве бытовых приборов и систем вентиляции устанавливают фильтры классов E10 до H14. Стоит отметить, что исторически разделение на EPA и HEPA сохраняется, в основном, в нормативных документах. Однако производители фильтров и устройства с HEPA-фильтрами, а также пользователи чаще объединяют эти две группы и обобщённо называют фильтры E10, E11, E12, H13 и H14 "HEPA".

С какими загрязнениями справляется HEPA-фильтр

HEPA-фильтры обладают высокой эффективностью в отношении большинства микроскопических загрязнителей, встречающихся в домашних условиях, таких как мелкая пыль и взвешенные частицы из промышленных выбросов и автомобильного транспорта. Они также задерживают пыльцу, споры грибов, перхоть домашних животных, пылевых клещей и другие аллергены.

Все эти загрязнители имеют размеры более 0,3 мкм, что позволяет HEPA-фильтрам успешно их задерживать за счёт эффектов «сита», инерции и диффузии. Хотя те же эффекты действуют и на частицы размером менее 0,1 мкм, эффективность фильтров снижается для частиц среднего размера, от 0,1 до 0,3 микрона, что иллюстрируется графически ниже.

Например, вирусы могут иметь размеры от 0,02 до 0,3 мкм, и часть из них относится к категории MPPS. В связи с этим эффективность HEPA-фильтров относительно этих биологических загрязнителей не достигает 100%. По данным, фильтры класса H14 пропускают 0,005% частиц MPPS, что указывает на то, что очистка воздуха от этих частиц не является абсолютно полной, но достигает высокого уровня в 99,995%.

HEPA-фильтр после использования

Миф: HEPA-фильтры улавливают абсолютно все частицы.

Факт: Хотя HEPA-фильтры демонстрируют очень высокую эффективность, нельзя утверждать, что они задерживают 100% загрязнителей.