فیلتر هپا (HEPA) چیست؟
فیلتر تصفیه هوا HEPA (High Efficiency Particulate Air فیلتر هوا با عملکرد بالا) موثرترین نوع فیلتر موجود برای حذف ذرات جامد از هوا می باشد. فیلتر HEPA دارای استاندارد طلایی در میان فیلترهای هوا می باشند. آنها قادر به جذب ذراتی هستند که 0.3 میکرون کوچکی دارند و میزان کارایی آنها در حذف ذرات 99.97٪ می باشد. این اساسا بدان معنی است که به ازای هر 10،000 ذره که به فیلتر وارد می شود، تنها 3 ذره قادر به عبور از آن است. فیلتر هپا با قدرت و دقت بالایی که در جذب آلاینده های معلق هوا دارد، هوای اطراف را تصفیه کرده و هوایی پاک و مطبوع برای تنفس مهیا می کند. ذرات آزبست، باکتری ها و ذرات گرد و غبار توسط فیلترهای قوی هپا تصفیه شده و از هوای اطراف حذف می شوند.
نحوه ی عملکرد فیلترهای قوی هپا
هوای اطراف بعد از ورود به دستگاه تصفیه هوا از فیلتر HEPA عبور کرده و وارد فضای اتاق می گردد و این گردش به طور مداوم ادامه دارد. به این ترتیب 99.7% از ذرات معلق موجود در هوا با عبور ازمنافذ بسیار ریز هپا حذف می شوند. تکنولوژی هپا در سال 1940 (اوایل جنگ جهانی دوم)ابداع شد و امروزه نیز در حال توسعه و پیشرفت است. استفاده از این تکنولوژی در دستگاههای تصفیه هوا باعث افزایش راندمان و کارایی این سیستم ها شده است.
علاوه بر این بسیاری از پزشکان و متخصصان برای کاهش علایم آسم و آلرژی استفاده از این فیلترها را توصیه می کنند. همچنین فیلتر های هپا یکی از از مهمترین تجهیزات مورد استفاده در اتاقهای عمل جهت استریل کردن هوای اتاق و حذف باکتری ها و ویروس ها است. در دستگاه های تصفیه هوای آلماپرایم، با استفاده از فیلتر هپا این اطمینان را ایجاد می‌کنید که مواد آلاینده دوباره از خروجی دستگاه تصفیه هوا وارد محیط نمی‌شوند.
ساختار و مشخصات فنی فیلترهای هپا
برای درک ساختار فیلتر هپا ، یک فیلتر کاغذ مانند با منافذ بسیار ریز را در نظر بگیرید که ذرات معلق بالاتر از 0.03 میکرون قادر به عبور از این منافذ نباشند. این تعریف ساده ای از ساختار فیلتر هپا است. اما اگر فقط یک ورق از این فیلتر را در دستگاه تصفیه هوا قرار دهیم، به دلیل سطح تماس بسیار کم، میزان هوای تصفیه شده بسیار ناچیز خواهد بود و علاوه براین، منافذ خیلی زود به وسیله آلاینده های هوا مسدود می گردند و می بایست فیلتر را تعویض کنیم.
حال اگر مساحت این ورق را دوبرابر کنیم، طبیعی است که سطح تماس دوبرابر شده و میزان هوای تصفیه شده و همچنین عمر فیلتر نیز دوبرابر خواهد شد. اما افزایش مساحت فیلتر تا کجا امکانپذیر است؟ حالا تصور کنید که شروع به تا کردن این کاغذ فیلتر به شکل آکاردئونی کنیم. یعنی آن را به جلو و عقب تا کنیم طوری که سطح بسیار بزرگی از فیلتر را در فضای بسیار کوچکی قرار دهیم. به این ترتیب می توانیم مساحت بیشتری از ورقه ها را در یک فضای اندک جای دهیم. این همان روشی است که در طراحی فیلتر های هپا به کار رفته است و امروزه در برخی از دستگاه های تصفیه هوا فیلترهایی به مساحت 40 متر مربع را به همین روش در سیستم جای می دهند. البته توجه داشته باشید که مواد به کار رفته در فیلتر های هپا نوعی فیبر کاغذ مانند از جنس پلیمر است.
روش های جلوگیری از عبور آلاینده ها از طریق فیلتر هپا
بر خلاف تصور اولیه ،مشخصات فنی فیلترهای هپا به گونه ای نیست که همانند یک صافی عمل کنند. فیلتر های هپا بیشتر به نوعی الیاف بسیار نازک که به شکلی نامنظم در هم تنیده شده اند، شبیه هستند. هوای وارد شده به سیستم، می بایست از هزاران پیچ و خم موجود در این الیاف راه خود را پیدا کند. هدف فیلتر HEPA جذب ذرات بسیار ریز آلاینده است و طراحی آن به نوعی است که به سه روش به صورت همزمان، از عبور آلاینده ها جلوگیری می کند:
1 – جلوگیری از عبور ذرات interception
ذرات کوچکتر از 100 نانومتر، هنگام عبور جریان هوا از لابلای الیاف، با برخورد به تقاطع الیاف ها به آن گیرکرده و می چسبند و سپس شعاع هوا با انعطاف و تغییر مسیر، از فیلتر خارج می شود.
2 – گیرافتادن ذرات به علت تراکم بافت الیافی Impact
ذرات بزرگتر از 1 میکرون ، بعلت بافت بسیار متراکم فیلتر ، در آن جاگیر می شوند و جریان هوا با حرکت منحنی از راههای باز میان فیلتر عبور می کند. این مکانیزم با پخش شدن و از هم بازشدن الیاف، کاهش میابد و با سرعت جریان هوا افزایش می یابد.
3 – انتشار و پراکندگی Diffusion
جهت حرکت ذرات ریز تر از 1/0میکرون ، بعلت برخورد با مولکولهای گازی به طور مداوم تغییر می کند و یک مسیر نامنظم و پر از انحنا را طی می کنند که باعث کاهش سرعت آنها شده و این تاخیر باعث بالا رفتن احتمال توقف و گیرکردن ذرات معلق در درون فیلتر می شود. این روش در جذب ذرات معلق با قطر کمتر از 1/0 میکرون ، بسیار موثر است. همانطور که گفته شد ، ذرات بزرگتر از 4/0 میکرون نیز با دو روش مسدود کردن و تراکم جذب می شوند. ذرات بین این دو اندازه (حدود 3/0 میکرون) بیشترین آمار جذب شوندگی در لابلای الیاف فیلتر را دارند که توسط هر سه عامل ذکر شده، در فیلتر گیر می افتند.
به توجه به عملکرد فیلتر هپا در می یابیم که این تکنولوژی قادر به حذف موثر بو و گازهای شیمیایی موجود در هوا نیست. چرا که گازهای شیمیایی و بخارات بد بو در فاز مولکولی هستند و مولکولها به راحتی از منافذ این فیلتر عبور می کنند. به همین دلیل تمامی سیستم های تصفیه هوای مجهز به فیلتر HEPA دارای فیلتر کربن فعال نیز هستند. مکانیزم عمل فیلتر کربن فعال به گونه ای است که گازهای شیمیایی و بخارات بدبو جذب آن شده و از هوای اطراف حذف می گردند.
جهت حرکت ذرات ریز تر از 0.1 میکرون ، بعلت برخورد با مولکولهای گازی به طور مداوم تغییر می کند و یک مسیر نامنظم و پر از انحنا را طی می کنند که باعث کاهش سرعت آنها شده و این تاخیر باعث بالا رفتن احتمال توقف و گیرکردن ذرات معلق در درون فیلتر می شود. این روش در جذب ذرات معلق با قطر کمتر از 1/0 میکرون ، بسیار موثر است. همانطور که گفته شد ، ذرات بزرگتر از 4/0 میکرون نیز با دو روش مسدود کردن و تراکم جذب می شوند. ذرات بین این دو اندازه (حدود 3/0 میکرون) بیشترین آمار جذب شوندگی در لابلای الیاف فیلتر را دارند که توسط هر سه عامل ذکر شده، در فیلتر گیر می افتند.
به توجه به عملکرد فیلترهای هپا در می یابیم که این تکنولوژی قادر به حذف موثر بو و گازهای شیمیایی موجود در هوا نیست. چرا که گازهای شیمیایی و بخارات بد بو در فاز مولکولی هستند و مولکولها به راحتی از منافذ این فیلتر عبور می کنند. به همین دلیل تمامی سیستم های تصفیه هوای مجهز به فیلتر HEPA دارای فیلتر کربن فعال نیز هستند. مکانیزم عمل فیلتر کربن فعال به گونه ای است که گازهای شیمیایی و بخارات بدبو جذب آن شده و از هوای اطراف حذف می گردند.
کاربرد های دیگر فیلتر هپا
آیا فیلتر HEPA فقط در دستگاه تصفیه هوا کاربرد دارد؟ در حالت کلی ، پاسخ این سوال منفی است. فیلترهای هپا به منظور جدا کننده آلودگی ها ، ذرات و گرد و غبار از هوا استفاده میشوند تا هوایی پاک و سالم به ما تحویل دهند. این خواص باعث محبوبیت این فیلتر در صنایعی شده که با هوای تنفسی توسط انسان ارتباط مستقیمی دارند:
فیلتر هپای جارو برقی
در تعداد زیادی از جاروبرقی ها موجود در بازار این فیلتر به عنوان بخشی از فرایند فیلتراسیون استفاده میشود. وجود هپا در این پروسه برای آسم و آلرژی بسیار مفید است وهمه این ها به این دلیل است که هپا باعث حذف ذرات ریز(مثل آلودگی ها و گرد و غبار و مایت خانگی ) میشود.وجود این ذرات در محیط باعث تشدید علائم آسم و آلرژی میشود. البته عملکرد فیلتر هپای جاروبرقی به نحوه ی طراحی درست آن بستگی دارد، به خاطر اینکه اثر بخشی آن وابسته به عبور کامل هوا از این فیلتر میباشد، پس جایگذاریش باید به گونه ای باشد که تمام جریان هوا از آن بگذرد .در صنعت به اصطلاح، فیلتر هپا باید مهر و موم شود.
فیلتر هپای هواپیما
هواپیماهای مدرن برای کاهش گردش پاتوژن های معلق در هوا از هپا استفاده میکنند، البته در این مورد کارشناسان درباره ی مقدار اثربخشی آن و وضعیت تعمیر سیستم های فیلتر هوا ابراز نگرانی کرده اند زیرا فکر میکنند که تحت فشار بالا بیشتر هوای گردشی در هواپیما به صورت مستقیم از خارج کابین وارد میشود(یعنی هوای فیلتر نشده درصد بیشتر از ورودی هوا رو تشکیل میدهد ). تقریبا تمام هوای یک هواپیمای تحت فشار از خارج کابین وارد میشود و از قسمت انتهایی آن خارج میشه. در حالت عادی نسبت هوای تصفیه شده به کل هوای ورودی 40 درصد است و صد درصد ورودی از قسمت انتهایی هواپیما در حال خارج شدن است و هوا در حال گردش است.
فیلتر هپای موتورهای خودروها
هرچه زمان جلوتر میرود استفاده و محبوبیت هپا بیشتر میشود و مردم و محققان بیشتر به اهمیت این فیلتر جادویی پی میبرند و کاربرد جدیدتری برای آن پیدا میکنند به گونه ای که در سال 2016 شرکت تسلا اعلام کرد که مدل x از این سری خودروها ، اولین خودرویی خواهد بود که از فیلتراسیون هپا در درون ماشین های خود استفاده میکند.
منابع:
دستگاه تصفیه هوا
فیلتر تصفیه هوا
سایر محصولات
یک فکر در مورد “مشخصات فنی فیلتر هپا در تصفیه هوا و نحوه ی عملکرد شگفت انگیز آن ها”