فیلتر هپا چیست؟ راهنمای تخصصی انتخاب فیلتر HEPA H13، H14 و U15

این مقاله فیلتر هپا را از دید مهندسی بررسی می‌کند؛ از مفهوم HEPA، اندازه MPPS و سازوکارهای جداسازی ذرات تا ساختار مدیا، چین‌ها، فریم و آب‌بندی. همچنین تفاوت H13، H14 و U15، اثر افت فشار، محل نصب در هواساز، کاربردها، زمان تعویض، آزمون نشتی و نکات مهم انتخاب و خرید فیلتر برای پروژه‌های مختلف توضیح داده می‌شود.

فیلتر هپا؛ وقتی کیفیت هوا با درصدهای معمولی سنجیده نمی‌شود

در یک هواساز معمولی، فیلتر وظیفه دارد گردوغبار را کاهش دهد و از تجهیزات محافظت کند؛ اما در اتاق عمل، آزمایشگاه، خط تولید دارو یا کلین‌روم، موضوع فقط تمیزتر شدن هوا نیست. در چنین محیط‌هایی حتی عبور مقدار بسیار کمی از ذرات می‌تواند کیفیت محصول، سلامت افراد یا نتیجه یک فرایند حساس را تحت‌تأثیر قرار دهد.

اینجاست که فیلترهای HEPA وارد سیستم می‌شوند؛ فیلترهایی که برای جداسازی ذرات بسیار ریز طراحی شده‌اند و عملکرد واقعی آن‌ها با مفاهیمی مانند MPPS، راندمان موضعی، افت فشار و آزمون نشتی ارزیابی می‌شود.

در این راهنما، به‌جای ارائه یک تعریف ساده، فیلتر هپا را از زاویه مهندسی بررسی می‌کنیم: این فیلتر چگونه کار می‌کند، چه تفاوتی میان H13 و H14 وجود دارد و برای انتخاب آن چه اطلاعاتی باید از سازنده دریافت کرد؟

فیلتر هپا دقیقاً چیست؟

HEPA مخفف عبارت High-Efficiency Particulate Air است و به گروهی از فیلترهای مکانیکی با راندمان بسیار بالا در جداسازی ذرات معلق گفته می‌شود.

براساس تعریف رایج EPA، یک فیلتر HEPA باید حداقل ۹۹٫۹۷ درصد ذرات ۰٫۳ میکرونی را در شرایط آزمون مشخص جذب کند. البته این تعریف بیشتر در سیستم آمریکایی کاربرد دارد. در استاندارد اروپایی EN 1822، راندمان فیلتر در اندازه‌ای به نام MPPS اندازه‌گیری می‌شود که روش دقیق‌تری برای ارزیابی عملکرد فیلترهای H13، H14 و ULPA محسوب می‌شود. 

بنابراین، هر فیلتری که ظاهر چین‌خورده یا مدیای متراکم داشته باشد، لزوماً HEPA نیست. برای اثبات کلاس واقعی فیلتر باید نتیجه آزمون معتبر وجود داشته باشد.

چرا ذرات ۰٫۳ میکرون اهمیت دارند؟

گاهی گفته می‌شود فیلتر هپا فقط ذرات بزرگ‌تر از ۰٫۳ میکرون را جذب می‌کند. این برداشت صحیح نیست.

اندازه ۰٫۳ میکرون در بسیاری از روش‌های آزمون به‌عنوان یک محدوده دشوار برای فیلتراسیون در نظر گرفته می‌شود. ذرات بزرگ‌تر معمولاً به دلیل جرم بیشتر با الیاف برخورد می‌کنند و ذرات بسیار کوچک‌تر نیز تحت‌تأثیر حرکت براونی، احتمال تماس بیشتری با الیاف دارند.

در نتیجه، فیلتر هپا ممکن است ذرات کوچک‌تر از ۰٫۳ میکرون را نیز با راندمان بالایی جدا کند. مسئله اصلی، پیدا کردن اندازه‌ای است که در آن بیشترین میزان نفوذ رخ می‌دهد.

MPPS؛ مهم‌ترین معیار ارزیابی فیلتر هپا

MPPS مخفف عبارت Most Penetrating Particle Size و به معنای «اندازه ذره با بیشترین قابلیت نفوذ» است.

این اندازه یک عدد ثابت برای تمام فیلترها نیست. MPPS معمولاً در محدوده تقریبی ۰٫۱ تا ۰٫۳ میکرون قرار می‌گیرد، اما مقدار دقیق آن تحت‌تأثیر عوامل زیر تغییر می‌کند:

• قطر و آرایش الیاف

• ضخامت مدیا

• سرعت عبور هوا از مدیا

• نوع مدیای فیلتر

• ساختار چین‌ها

• دبی آزمایش

• نوع آئروسل آزمون

• بار الکتریکی مدیا

استاندارد ISO 29463-5:2022 روش تعیین راندمان فیلتر در MPPS را مشخص می‌کند. این یعنی فیلتر باید در سخت‌ترین محدوده اندازه ذرات آزمایش شود، نه فقط در اندازه‌ای که بهترین نتیجه را نشان می‌دهد. 

ذرات چگونه در مدیای هپا متوقف می‌شوند؟

فیلتر هپا یک توری با سوراخ‌های بسیار ریز نیست. ذرات به کمک چند سازوکار هم‌زمان از جریان هوا جدا می‌شوند.

برخورد اینرسی

ذرات درشت‌تر هنگام تغییر مسیر جریان هوا نمی‌توانند به‌سرعت جهت خود را تغییر دهند. در نتیجه با الیاف برخورد کرده و روی آن‌ها باقی می‌مانند.

رهگیری

بعضی ذرات همراه جریان هوا حرکت می‌کنند، اما هنگام عبور به سطح یک لیف نزدیک شده و با آن تماس پیدا می‌کنند. پس از تماس، ذره در شبکه الیاف باقی می‌ماند.

انتشار براونی

ذرات بسیار کوچک حرکت کاملاً مستقیمی ندارند. برخورد مداوم آن‌ها با مولکول‌های هوا باعث ایجاد حرکت نامنظم می‌شود و احتمال برخورد با الیاف را افزایش می‌دهد.

نیروهای الکترواستاتیکی

در برخی مدیاها، بارهای الکتریکی نیز به جذب ذرات کمک می‌کنند. بااین‌حال برای کاربردهای حساس باید بررسی شود که راندمان فیلتر تا چه اندازه به بار الکتریکی وابسته است و آیا این راندمان در طول زمان پایدار باقی می‌ماند یا خیر.

کالبد فنی یک فیلتر هپا

عملکرد فیلتر فقط به مدیا وابسته نیست. یک فیلتر صنعتی از چند بخش تشکیل می‌شود که هرکدام می‌توانند بر راندمان، نشتی و افت فشار اثر بگذارند.

۱. مدیای فیلتراسیون

متداول‌ترین مدیای فیلترهای هپای صنعتی، کاغذ میکروفایبرگلاس است. این مدیا از الیاف شیشه‌ای بسیار نازک و نامنظم تشکیل می‌شود.

مزایای میکروفایبرگلاس عبارت‌اند از:

• راندمان مکانیکی بالا

• عملکرد نسبتاً پایدار

• قابلیت تولید در کلاس‌های H13، H14 و ULPA

• امکان انجام آزمون MPPS

• مناسب برای کاربردهای حساس

این مدیا در برابر ضربه، فشار موضعی، رطوبت و تاخوردگی نامناسب حساس است. حتی تماس انگشت با سطح مدیا می‌تواند به چین‌ها آسیب برساند.

مدیای PTFE

در برخی کاربردهای پیشرفته از غشاهای PTFE استفاده می‌شود. این نوع مدیا می‌تواند در برابر رطوبت یا بعضی مواد شیمیایی مقاومت مناسبی داشته باشد و در طراحی صحیح، افت فشار کنترل‌شده‌ای ایجاد کند.

انتخاب میان میکروفایبرگلاس و PTFE باید براساس نوع آلاینده، دما، رطوبت، الزامات فرایند و روش آزمون انجام شود.

۲. چین‌های مدیا

مدیا به‌صورت چین‌خورده داخل فریم نصب می‌شود تا سطح فیلتراسیون افزایش یابد. افزایش سطح مدیا باعث می‌شود سرعت عبور هوا از هر واحد سطح کاهش پیدا کند.

طراحی نامناسب چین‌ها می‌تواند مشکلات زیر را ایجاد کند:

• افزایش افت فشار

• خوابیدن چین‌ها روی یکدیگر

• توزیع غیریکنواخت هوا

• کاهش سطح مفید مدیا

• ایجاد نقاط با سرعت زیاد

• افزایش احتمال پارگی

عمق، فاصله و تعداد چین‌ها باید با دبی نامی فیلتر هماهنگ باشد.

۳. جداکننده چین‌ها

دو ساختار اصلی برای ثابت نگه‌داشتن فاصله چین‌ها وجود دارد.

ساختار سپراتوردار

در این مدل، ورق‌های موج‌دار آلومینیومی بین چین‌ها قرار می‌گیرند. فیلترهای Separator معمولاً ساختار مقاومی دارند و برای بعضی کاربردهای صنعتی، دبی بالا یا شرایط دمایی ویژه استفاده می‌شوند.

ساختار مینی‌پلیت

در مدل Mini-Pleat، خطوط چسب Hot-Melt فاصله بین چین‌ها را ثابت نگه می‌دارند. این طراحی امکان ایجاد سطح مدیای زیاد در یک پک فشرده را فراهم می‌کند.

در نمونه‌های صنعتی MANN+HUMMEL نیز از مدیای میکروفایبرگلاس مینی‌پلیت و جداکننده‌های چسبی برای ایجاد جریان یکنواخت استفاده می‌شود. مشخصات فیلتر مینی‌پلیت

۴. فریم

فریم باید پک مدیا را بدون تغییر شکل نگه دارد و امکان آب‌بندی صحیح فیلتر را فراهم کند.

جنس فریم می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• آلومینیوم اکسترودشده

• ورق گالوانیزه

• استنلس‌استیل

• MDF فرآوری‌شده

• ABS

• پلی‌یورتان تزریقی

• فریم‌های مقاوم به دمای بالا

برای بیمارستان، صنایع دارویی و محیط‌های قابل شست‌وشو معمولاً فریم آلومینیومی، استیل یا پلیمری مناسب‌تر است. MDF بیشتر در شرایط خشک و کاربردهای عمومی‌تر استفاده می‌شود.

۵. آب‌بندی مدیا به فریم

فاصله میان پک مدیا و فریم با چسب مخصوص پر می‌شود. این بخش ممکن است در ظاهر ساده به نظر برسد، اما یکی از نقاط حساس فیلتر است.

چسب آب‌بندی باید:

• اتصال یکنواخت ایجاد کند.

• در برابر لرزش مقاوم باشد.

• با دما و رطوبت محیط سازگار باشد.

• در طول زمان ترک نخورد.

• در محیط‌های حساس گازدهی کنترل‌شده‌ای داشته باشد.

هرگونه شکاف در این ناحیه می‌تواند مسیر عبور هوای تصفیه‌نشده ایجاد کند.

۶. گسکت یا ژل آب‌بندی

فیلتر علاوه بر آب‌بندی داخلی، باید روی هوزینگ نیز کاملاً آب‌بندی شود. روش‌های رایج عبارت‌اند از:

• گسکت EPDM

• نئوپرن

• فوم پلی‌یورتان

• Gel Seal

• اتصال Knife Edge داخل ژل

در کلین‌روم‌ها و صنایع دارویی، استفاده از ژل‌سیل می‌تواند آب‌بندی دقیق‌تری ایجاد کند؛ به شرط آنکه هوزینگ، لبه چاقویی و ژل سالم باشند.

 

تفاوت H13، H14 و U15 در عمل

براساس طبقه‌بندی EN 1822، فیلترهای H13 و H14 در گروه HEPA و کلاس U15 در گروه ULPA قرار می‌گیرند.

اطلاعات کامل طبقه‌بندی و آزمون‌های EN 1822 در راهنمای فنی MANN+HUMMEL ارائه شده است. 

درصدهای نزدیک، عملکردهای بسیار متفاوت

اگر یک میلیون ذره در محدوده MPPS به فیلتر برسد:

• H13 اجازه عبور حداکثر حدود ۵۰۰ ذره را می‌دهد.

• H14 اجازه عبور حداکثر حدود ۵۰ ذره را می‌دهد.

• U15 اجازه عبور حداکثر حدود ۵ ذره را می‌دهد.

پس H14 از نظر میزان نفوذ حدود ۱۰ برابر بهتر از H13 است. این تفاوت در یک سیستم تهویه عمومی شاید همیشه تعیین‌کننده نباشد، اما در خط تولید استریل یا کلین‌روم بسیار مهم است.

 

H15؛ یک نام تجاری یا کلاس استاندارد؟

در استاندارد EN 1822، کلاس رسمی H15 وجود ندارد. ترتیب طبقه‌بندی به شکل زیر است:

• E10 تا E12: فیلترهای EPA

• H13 و H14: فیلترهای HEPA

• U15 تا U17: فیلترهای ULPA

بنابراین کلاس بعد از H14، فیلتر U15 است.

اگر روی محصولی عبارت H15 نوشته شده باشد، باید استاندارد و گزارش آزمون آن بررسی شود. صرف درج این عبارت روی لیبل، اثبات نمی‌کند که محصول از نظر فنی معادل U15 است.

 

آیا نصب H14 همیشه بهتر از H13 است؟

خیر. انتخاب فیلتر با بالاترین راندمان بدون محاسبه سیستم می‌تواند مشکلات جدیدی ایجاد کند.

فیلتر راندمان بالاتر ممکن است:

• افت فشار بیشتری ایجاد کند.

• دبی هوای سیستم را کاهش دهد.

• فشار مثبت یا منفی اتاق را برهم بزند.

• مصرف انرژی فن را افزایش دهد.

• به فن قوی‌تر نیاز داشته باشد.

• هزینه خرید و نگهداری بیشتری ایجاد کند.

CDC نیز اشاره می‌کند که افت فشار فیلترهای HEPA می‌تواند برای بسیاری از سیستم‌های HVAC متداول قابل‌توجه باشد و در برخی موارد استفاده از فن اختصاصی ضرورت پیدا می‌کند. 

بهترین فیلتر، الزاماً بالاترین کلاس نیست؛ بلکه فیلتری است که با ریسک فرایند، دبی، توان فن، کلاس تمیزی و بودجه نگهداری تطابق داشته باشد.

فیلتر هپا در کدام قسمت هواساز نصب می‌شود؟

فیلتر هپا نباید اولین مرحله فیلتراسیون باشد. ورود مستقیم گردوغبار زیاد باعث افزایش سریع افت فشار و کاهش عمر آن می‌شود.

یک آرایش معمول می‌تواند به شکل زیر باشد:

1. فیلتر اولیه برای جداسازی ذرات درشت

2. فیلتر کیسه‌ای یا فیلتر متوسط

3. فیلتر ریز مانند ISO ePM1

4. کویل‌های سرمایش یا گرمایش

5. فن و تجهیزات پردازش هوا

6. فیلتر نهایی H13 یا H14

7. کانال رفت یا فضای کنترل‌شده

در کلین‌روم‌ها، فیلتر نهایی ممکن است داخل ترمینال سقفی و نزدیک نقطه ورود هوا به اتاق نصب شود. این جانمایی احتمال آلوده‌شدن مجدد هوا در طول کانال را کاهش می‌دهد.

استاندارد ISO 16890 برای فیلترهای تهویه عمومی تا محدوده ePM1 با راندمان حداکثر ۹۹ درصد کاربرد دارد؛ فیلترهای راندمان بالاتر در محدوده استانداردهای ISO 29463 قرار می‌گیرند. 

کاربردهای فیلتر هپا

مراکز درمانی

فیلتر هپا در بعضی فضاهای درمانی و تجهیزات تخصصی استفاده می‌شود:

• اتاق‌های ایزوله

• برخی اتاق‌های عمل

• بخش‌های پیوند

• آزمایشگاه‌های بیمارستانی

• سیستم‌های تصفیه هوای موضعی

• سیستم بازچرخش هوای آلوده

CDC اعلام می‌کند در صورت بازچرخش هوای بعضی فضاهای ایزوله، هوا باید پیش از ورود مجدد به سیستم از HEPA عبور کند. 

صنایع دارویی

• خطوط تولید استریل

• اتاق توزین

• تجهیزات لامینار فلو

• فضای پرکنی و بسته‌بندی

• اتاق‌های تمیز دارویی

• ایزولاتورها و تجهیزات فرایندی

صنایع الکترونیک

در تولید تراشه، سنسور، تجهیزات اپتیکی و قطعات میکروالکترونیک، حتی ذرات بسیار کوچک می‌توانند موجب ایجاد نقص در محصول شوند. در این صنایع، استفاده از H14 یا ULPA متداول‌تر است.

صنایع غذایی

فیلتر هپا در برخی خطوط تولید و بسته‌بندی حساس برای کاهش ذرات، کپک و آئروسل‌های آلوده استفاده می‌شود.

آزمایشگاه‌ها

کابین‌های ایمنی زیستی، هودهای تخصصی و تجهیزات آزمایشگاهی ممکن است در مسیر هوای رفت یا خروجی به HEPA مجهز شوند. انتخاب فیلتر باید با سطح ایمنی زیستی و طراحی دستگاه مطابقت داشته باشد.

صنایع خطرناک

در فرایندهای هسته‌ای، شیمیایی یا زیستی ممکن است فیلتر داخل هوزینگ Bag-in/Bag-out نصب شود تا هنگام تعویض، تماس اپراتور با فیلتر آلوده به حداقل برسد.

 

افت فشار؛ عددی که نباید نادیده گرفته شود

افت فشار نشان می‌دهد فیلتر چه مقاومتی در برابر عبور هوا ایجاد می‌کند. این مقدار معمولاً برحسب پاسکال گزارش می‌شود.

افت فشار فیلتر به عوامل زیر وابسته است:

• نوع مدیا

• مساحت کل مدیا

• تعداد و عمق چین‌ها

• فاصله چین‌ها

• دبی هوای عبوری

• سرعت سطحی

• میزان آلودگی جمع‌شده

• رطوبت

• کیفیت ساخت

• نحوه توزیع جریان

در انتخاب فیلتر باید حداقل دو مقدار مشخص باشد:

• افت فشار اولیه در دبی نامی

• افت فشار نهایی توصیه‌شده برای تعویض

مقایسه دو فیلتر فقط زمانی معتبر است که افت فشار آن‌ها در دبی یکسان اندازه‌گیری شده باشد.

اسکن نشتی موضعی

پروب اندازه‌گیری در تمام سطح پایین‌دست فیلتر حرکت داده می‌شود. مدیا، گوشه‌ها و محل اتصال پک به فریم بررسی می‌شوند تا نشتی موضعی شناسایی شود.

ممکن است میانگین راندمان فیلتر قابل‌قبول باشد، اما یک پارگی کوچک یا نقص آب‌بندی باعث عبور ذرات از نقطه‌ای خاص شود.

اندازه‌گیری افت فشار

اختلاف فشار دو سمت فیلتر در دبی نامی ثبت می‌شود. این عدد یکی از اطلاعات مهم روی گزارش فنی محصول است.

تست پس از نصب

حتی اگر فیلتر در کارخانه سالم باشد، ممکن است هنگام حمل یا نصب آسیب ببیند. در محیط‌های حساس باید پس از نصب نیز آزمون یکپارچگی انجام شود.

 

چه زمانی باید فیلتر هپا تعویض شود؟

ظاهر کثیف یا گذشت یک زمان ثابت، تنها معیارهای تعویض نیستند. تعویض می‌تواند براساس شرایط زیر انجام شود:

• رسیدن افت فشار به حد نهایی

• کاهش محسوس دبی هوا

• برهم خوردن فشار اتاق

• رد شدن در تست نشتی

• پارگی مدیا

• خرابی گسکت یا ژل

• خیس‌شدن فیلتر

• آلودگی زیستی یا شیمیایی

• آسیب‌دیدن فریم

• پایان دوره تعریف‌شده در برنامه نگهداری

فیلتر هپای معمولی را نباید شست. آب یا مواد شوینده می‌توانند ساختار الیاف، چسب، چین‌ها و سیستم آب‌بندی را تخریب کنند.

چک‌لیست خرید فیلتر HEPA

پیش از سفارش، فقط ابعاد و کلاس فیلتر را اعلام نکنید. اطلاعات زیر باید مشخص شوند:

• استاندارد مرجع

• کلاس واقعی فیلتر

• راندمان کلی در MPPS

• راندمان موضعی

• نوع آزمون نشتی

• دبی نامی

• افت فشار اولیه

• افت فشار نهایی

• ابعاد دقیق

• عمق فریم

• جنس مدیا

• سطح مدیا

• نوع چین‌زنی

• ساختار سپراتوردار یا مینی‌پلیت

• جنس فریم

• نوع چسب آب‌بندی

• نوع گسکت یا Gel Seal

• حداکثر دمای کاری

• محدودیت رطوبت

• جهت جریان هوا

• شماره سریال

• گزارش آزمون اختصاصی

• شرایط حمل و نگهداری

سه اشتباه پرهزینه در انتخاب فیلتر هپا

توجه به درصد راندمان بدون بررسی استاندارد

عبارت ۹۹٫۹۹ درصد زمانی ارزش فنی دارد که اندازه ذره، دبی و روش آزمون مشخص باشد.

نادیده گرفتن آب‌بندی

فیلتر H14 در یک هوزینگ دارای نشتی ممکن است عملکرد ضعیف‌تری از یک H13 سالم و درست نصب‌شده داشته باشد.

انتخاب کلاس بالا بدون بررسی فن

اگر فن نتواند افت فشار فیلتر را جبران کند، دبی کاهش پیدا می‌کند و عملکرد کل سیستم تهویه مختل می‌شود.

 

انتخاب سریع براساس نوع پروژه

پرسش‌های متداول

آیا فیلتر هپا ویروس را جذب می‌کند؟

فیلتر هپا ذرات و آئروسل‌های معلق را جدا می‌کند. ویروس‌ها معمولاً به‌صورت ذرات تنفسی یا آئروسل در هوا حضور دارند. بااین‌حال استفاده از HEPA جایگزین تهویه، کنترل منبع و سایر اقدامات بهداشتی نیست.

آیا فیلتر H14 همیشه افت فشار بیشتری دارد؟

الزاماً خیر. افت فشار فقط به کلاس راندمان وابسته نیست و طراحی مدیا، سطح فیلتراسیون، عمق پک و دبی نیز بر آن اثر دارند. دو فیلتر H14 می‌توانند افت فشارهای متفاوتی داشته باشند.

آیا فیلتر هپا بو و گاز را حذف می‌کند؟

خیر. HEPA برای جداسازی ذرات طراحی شده است. برای حذف بو، بخارات و گازهای شیمیایی معمولاً به کربن فعال یا مدیای جذب گازی نیاز است.

آیا فیلتر هپا قابل شست‌وشو است؟

فیلترهای HEPA صنعتی معمولی قابل شست‌وشو نیستند، مگر آنکه سازنده به‌صورت مشخص روش پاک‌سازی یا شرایط خاصی را تأیید کرده باشد.

آیا وجود مدیای هپا برای یک دستگاه تصفیه هوا کافی است؟

خیر. هوای ورودی باید بدون نشتی از مدیا عبور کند. طراحی بدنه، گسکت، فن، دبی واقعی و آب‌بندی دستگاه نیز بر عملکرد نهایی اثر دارند.