مکانیسم های فیلتراسیون فیلترهای هپا (HEPA) با بازدهی بالای ۹۹٫۹۷ درصد!

امروزه شهرهای بزرگ و صنعتی به بیماران تنفسی ای می مانند که هر چند وقت یک بار نفسشان می گیرد. هوا، یکی از مهم ترین نیازهای ضروری برای زندگی است. مهم ترین فاکتورهایی که می توانند در مرگ و زندگی افراد دخیل باشند عبارتند از:

• آب
• غذا
• و هوا

در این بین، در طول روز نیاز بدن به آب در حدود ۲ لیتر است. میزان غذای مصرفی روزانه نیز می تواند محدود باشد. به گونه ای که امکان زنده ماندن بدون غذا و آب حتی تا دو هفته نیز وجود دارد. اما بدون هوا، عملا بیش از ۵ دقیقه نمی توان زنده بود. این تاثیر تقریباً ۱۰ برابری هوا روی حیات و ممات بشر نسبت به غذا و آب می تواند مبین اهمیت مبحث هوای پاک باشد.

منشا اولیه و طبیعی آلودگی های هوا می تواند گرد و غبار و در برخی از شرایط آتش فشان ها باشند. که جز آلاینده های ناشی از فوران آتش فشان ها، باقی آلاینده های طبیعی نمی توانند تاثیر حادی روی سلامتی انسان داشته باشند. اما با پیشرفت تکنولوژی و صنعتی شدن سامانه های جهانی، به دلیل تراکم بالای سیستم های صنعتی در برخی از شهرهای بزرگ، امروزه شاهد نبض ضعیف هوای پاک در این شهرها هستیم.

پرواضح است که در صورت عدم کاهش میزان آلاینده های موجود در جریان هوایی که همه روزه تنفس می کنیم، دچار بسیاری از اختلالات و بیماری ها شده و چه بسا جان خود را نیز از دست بدهیم. البته جهت کاهش میزان آلاینده های تولیدی توسط صنایع، و هم چنین تقلیل این آلاینده ها در محیط های مسکونی و غیره روش ها و تجهیزات بسیاری ارائه شده اند. یکی از این راهکارها، اعمال سیستم های تهویه مطبوع با قابلیت فیلتراسیون و پاکسازی هوا می باشد.

در سایر مقالات با هواسازها، اجزای سازنده آن ها و مکانیسم فیلتراسیون شان به صورت کامل مطالعه فرمودید. همان گونه که عنوان گردید، به منظور ارتقای راندمان عملکرد و جذب و فیلتراسیون در این سامانه ها، از انواع مختلف فیلترهای هواساز استفاده می گردد که هرکدام دارای مشخصات فنی و مزایای ویژه ای بوده و قابلیت جذب ذرات آلاینده در رنج و نوع خاصی را دارند.

به کارگیری فیلتر هپا در انواع هواسازها و ایرواشرها

پرکاربردترین و متداول ترین فیلترهای به کار رفته در سیستم های تهویه مطبوع عبارتند از:

• فیلترهای کیسه ای یا بگ فیلترها (Bag Filters)
• فیلترهای هپا یا HEPA
• و فیلترهای اولپا یا ULPA

در این مقاله قصد داریم فیلترهای هپا (HEPA) را به عنوان رایج ترین و کارآمدترین فیلترهای تصفیه هوا به صورت تخصصی تر مورد بررسی قرار دهیم.

فیلترهای هپا (HEPA)

فیلترهای تصفیه هوا با راندمان بالا که از عبارت لاتین High Efficiency Particulate Air (HEPA) گرفته شده است به اختصار فیلترهای هپا (HEPA) نامیده می شوند. این فیلترها برای اولین بار در خلال جنگ جهانی دوم ساخته شدند تا بتوانند از خروج آلاینده ها و ذرات راکتورهای هسته ای به بیرون از مراکز صنعتی جلوگیری نمایند. لیکن با توجه به عملکرد فوق العاده و راندمان بی نظیر این فیلترها، از آن پس به عنوان جزیی لاینفک در صنایع نظامی، پزشکی و صنعتی به شمار می روند.

فیلتر هپا با قاب آلومینیومی و قاب استیل با قابلیت تعویض آسان hepa filter

مدیای فیلتراسیون در این فیلترها با استفاده از الیاف فایبر گلاس میکرو اورگانیک ساخته شده که غالباً دارای ضخامتی در حدود ۰٫۵ الی ۲٫۰ میکرومتر هستند. پارامترهای اصلی تاثیرگذار بر عملکرد این فیلترها عبارتند از:

• قطر فیبرهای شیشه ای (Fiber Diameter)
• ضخامت فیلتر (Filter Thickness)
• و سرعت حرکت سطح (Face Velocity)

فضای خالی بین فایبرهای فیلترهای هپا (HEPA) چیزی در حدود ۰٫۳ میکرومتر است. از همین رو نیز می توان مینیمم راندمان جذب برای یک فیلتر هپای واقعی را طبق استاندارد انجمن ریه آمریکا در حدود ذرات ۰٫۳ میکرون را ۹۹٫۹۷ درصد در نظر گرفت. اما برخلاف تصور عموم، مکانیسم فیلتراسیون در فیلترهای هپا (HEPA) به صورت الک کردن یا غربالی (مثل فیلترهای Membrane (پرده‌ای، غشایی، ممبران)) نیست. در حقیقت، مکانسیم فیلتراسیون در فیلترهای هپا (HEPA) به سه روش کلی زیر صورت می پذیرد:

• ممانعت (Interception)

به گونه ای ذراتی که در شعاع مستقیم جریان هوا حرکت می نمایند، نمی توانند از تخلخل فیلتر عبور کرده و به اصطلاح فیلتر می شوند.

• گیر افتادگی (Impaction)

بدین ترتیب که ذرات معلق در اثر برخورد با بافت متراکم فیلتر در آن جاگیر شده و فیلتر می شوند. این مکانسیم در صورت بالا بودن سرعت جریان هوا تشدید می گردد.

• انتشار (Diffusion)

که از تصدم مولکول های گاز و ذرات ریز ناشی شده و سبب افزایش توقف و گیر کردن ذرات معلق می گردد. ذراتی تا قطر ۰٫۱ میکرون نیز امکان فیلتراسیون با استفاده از این روش را دارند.

HEPA Filter

نکته ای که در مورد ساختار و نحوه طراحی فیلترهای هپا (HEPA) شایان توجه است، ساختار آرکادوئی این فیلترهاست. در صورتی که از یک فیلتر ورقه ای ساده هپا برای فیلتراسیون استفاده نماییم، در مدت زمان محدودی شاهد اشباع خلل و فرج فیلتر از آلاینده های هوا خواهیم بود. طبیعتاً هزینه های تعویض و خرید فیلتر می توانند نقش بسزایی در انتخاب نوع فیلتر داشته باشند. بدین منظور، با تا کردن فیلترهای هپا (HEPA) به صورت آرکادوئی به جلو عقب، سطح تماس فیلتر را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش داده و میزان راندمان جذب را ارتقا می دهند. در عین حال، در این شرایط، عمر مفید فیلتر نیز به مراتب افزایش خواهد یافت.

اما باید در نظر داشت که فیلترهای هپا (HEPA) قابلیت جذب و فیلتراسیون بو و گازهای شیمیایی موجود در هوا را ندارند. چرا که این ذرات در فاز مولکولی بوده و به آسانی از فیلترهای هپا عبور می نمایند. جهت حذف بو و ذرات و آلاینده های شیمیایی، لازم است در کنار فیلترهای هپا (HEPA) از فیلترهای کربن نیز استفاده گردد.

انواع فیلترهای هپا (HEPA)

فیلترهای هپا در انواع و کلاسیفیکیشن های مختلفی عرضه می شوند. حداقل افیشنسی تعیرف شده توسط دپارتمان انرژی ایالات متحده امریکا DOE (United States Department of Energy) برای فیلترهای هپا معادل ۹۹٫۹۷درصد از ذران آلاینده تا ۰٫۳ میکرون است. اما ممکن است برخی از انواع این فیلترها دارای افیشنسی پایین تری از این عدد باشند. در جدول زیر، انواع کلاس های ارائه شده برای فیلترهای هپا (HEPA) موجود می باشند:

HEPA Filter انواع کلاس های فیلتر هپا

این جدول نشان می دهد، که راندمان عملکرد فیلترهای هپا (HEPA) می تواند حتی از ۹۹٫۹۷ درصد نیز فراتر رفته و فیلتراسیونی فوق العاده را در اختیار کاربران قرار دهد. به همین دلیل نیز هست، که امروزه از این نسل فیلترهای تصفیه هوا نهایت استفاده در سراسر جهان در سیستم های تهویه مطبوع، صنایع اتومبیل سازی، پزشکی و … به عمل می آید.