هوای پاک و سالم به معنای داشتن زندگی آرام و بدون نگرانی از بیماریهای تنفسی، پوستی و گوارشی است. با این حال، در دنیای امروز میزان آلودگی هوا از حد استاندارد فراتر رفته و تنفس سالم را دشوار کرده است. یکی از بهترین راهحلها برای مقابله با این مشکل، استفاده از دستگاههای تصفیه هوا با فیلترهای قدرتمند است. ویروسها کوچکترین آلایندهها محسوب میشوند و نمیتوانند برای مدت طولانی در خارج از بدن میزبان زنده بمانند. این ذرات معمولاً بهصورت “سوار” بر ذرات گردوغبار یا هستههای قطرات (droplet nuclei) منتقل میشوند و تنها از طریق فیلتراسیون با راندمان بسیار بالا، میتوان آنها را بهطور مؤثر حذف کرد.
در بسیاری از موارد، هدف اصلی از استفاده از فیلتر، تأمین حفاظت است. این حفاظت ممکن است با هدف محافظت از محیط داخلی در برابر آلودگی محیط بیرونی انجام شود یا بالعکس، برای جلوگیری از انتشار آلودگیهای محیط داخلی به بیرون. بهعنوان مثال، فیلترهای HEPA در ابتدا برای تأسیسات پردازش مواد هستهای توسعه یافتند تا مانعی در برابر نشت هرگونه گردوغبار یا آلایندههای رادیواکتیو به محیط بیرون ایجاد کنند. امروزه، همین نوع فیلترها در اتاقهای تمیز (Clean Rooms) نیز بهکار میروند؛ جایی که هدف، جلوگیری از ورود حتی کوچکترین ذره آلودگی از محیط بیرونی به فضای کاری داخلی است.
طرح اولیه فیلترهای HEPA بهصورت یک فیلتر صفحهای مربع یا مستطیلشکل طراحی شده بود که در آن از یک مدیای چین دار عمیق استفاده میشد. این مدیا معمولاً از پارچهای متشکل از فایبرگلاس بسیار ریز ساخته میشد که در ساختار خود دارای جداکنندههای فلزی موجدار بود تا از چسبیدن یا فشرده شدن چین ها جلوگیری کند. برای ممانعت از نشت هوا در اطراف مدیا، از واشرهای آببندی و اتصال چسبی میان بسته فیلتر و قاب فلزی استفاده میشد.
در طراحی فیلترهای HEPA سنتی با گذشت زمان بهبودهای چشمگیری صورت گرفته است. یکی از این تغییرات، جایگزینی جداکنندههای فلزی با فناوریهای جدیدتر بوده است تا فاصله میان چین ها کاهش یابد، تعداد چینها و در نتیجه سطح مؤثر فیلتر افزایش یابد و جریان هوای عبوری بیشتر شود. این روشهای جدید شامل استفاده از نخها یا روبانهای جداکننده، چسبهای حرارتی پیوسته و برجستگیهای فشاری بر روی مدیا است .
فیلتر هپا مخفف عبارت High Efficiency Particulate Air Filter (HEPA) به معنای فیلتر تصفیه ذرات هوا با کارایی بالا است. این فیلترها از الیاف بسیار نازک و درهمتنیده ساخته میشوند که ذرات معلق در هوا را به دام میاندازند.. حداقل راندمان فیلتری که بتوان آن را HEPA نامید، ۹۹٫۹۷٪ در حذف ذرات با اندازه ۰٫۳ میکرومتر است. فیلترهایی با راندمان ۹۹٫۹۹۹٪ بهعنوان ULPA (Ultra-Low Particulate Air) و فیلترهایی با راندمان ۹۹٫۹۹۹۹٪ بهعنوان SULPA (Super Ultra- Low Penetration Air) شناخته میشوند .[۱]
فیلترهای ULPA فیلترهایی هستند که راندمان بسیار بالاتری نسبت به فیلتر های هپا دارند. مدیای ULPA معمولاً از فایبرگلاس بسیار ظریف ساخته شده و با روش لایه گذاری مرطوب شکلدهی میشود. آزمونهای عملکردی آنها با آئروسل آزمایشی متفاوت نسبت به HEPA انجام میشود تا دقت عملکرد در حذف ذرات فوقریز سنجیده شود. استاندارد EN 1822:2009 همچنان فیلترهای H13و H14 را به عنوان فیلترهای کلاس HEPA و فیلترهای U15، U16 و U17 را به عنوان فیلترهای کلاس ULPA ارزیابی و طبقهبندی میکند.
کلاسهای E E10) ، E11 و (E12 به عنوان درجههای EPA (Efficient Particulate Air) نامگذاری شدند. اینها مدیاهایی هستند که راندمان فیلتراسیون بالایی (بیش از ۸۵%) دارند، اما از نظر ردهبندی در محدوده زیرِ HEPA قرار میگیرند (کمتر از ۹۹.۹۵%).[۳]
در مجموع HEPAو ULPA هر دو برای حذف ذرات بسیار ریز طراحی شدهاند و پیشرفت در طراحیهای چین دار و مدیای ترکیبی سبب افزایش راندمان، کاهش افت فشار، صرفهجویی در انرژی و طول عمر بالاتر فیلترها شده است. شکل ۱ نمونه ای از فیلتر هپا چیندار با جداکننده از فایبرگلاس فوقالعاده ریز یا مدیای فیلتر پلی پروپیلن ساخته میشود و از جداکنندههای آلومینیومی یا کاغذی بهره میبرد. این فیلترها بهطور گسترده در صنایع الکترونیک، اپتیک، نیمههادیها، تصفیه سطوح، پوششدهی، صنایع شیمیایی، داروسازی زیستی، بیمارستانها، صنعت خودرو و سایر حوزهها استفاده میشوند.
برای اینکه یک فیلتر HEPA در نظر گرفته شود، باید بتواند حداقل ۹۹٫۹۷٪ از ذرات معلق در هوا را، شامل ذراتی به کوچکی ۰٫۳ میکرومتر، بهطور موفقیتآمیز جذب کند. این فیلترها در حذف انواع مختلفی از آلایندهها، مانند پوستههای حیوانات خانگی، گرده، دود، هاگ های کپک (mold spores)، و بسیاری دیگر از آلایندههای میکروسکوپی که با چشم غیرمسلح قابلدیدن نیستند، توانمند هستند. یک سیستم فیلتر HEPA هوا را از میان یک شبکه بسیار متراکم از الیاف ظریف عبور میدهد که ذرات مضر را به دام میاندازد. این شبکه پیچیده، متشکل از هزاران الیاف ظریف، بهطور مؤثری حتی کوچکترین آلایندهها را نیز گرفتار میکند. اگرچه تمام فیلترهای HEPA از یک استاندارد مشخص پیروی میکنند، اما طبقهبندیهای گوناگونی وجود دارد که درجات مختلف راندمان فیلتراسیون را نشان میدهند.
برای اینکه یک فیلتر به عنوان فیلتر HEPA واقعی شناخته شود، باید حداقل ۹۹٫۹۷٪ از ذرات معلق در هوا را که به اندازه ۰٫۳ میکرون هستند، حذف کند..فیلترهای HEPA به عنوان مدیا پیشرفته فیلتراسیون هوا عمل میکنند و مشابه به صافیها یا غربالها هستند، اما با طراحی بسیار پیچیدهتری که بهطور مؤثری ذرات و آلایندههای بسیار ریز معلق در هوا، از جمله آلرژنها، کنههای گردوغبار، اسپورهای کپک، گردوغبار ریز، پوست حیوانات خانگی، ذرات دود، و برخی از باکتریها و ویروسهایی که معمولاً در هوای داخلی یافت میشوند، به دام میاندازند و نگه میدارند .
فیلتراسیون HEPA واقعی از سه مکانیسم کلیدی برای حذف ذرات استفاده میکنند برخورد اینرسی، برخورد مستقیم و انتشار و که باعث میشود ذرات در یک بازه اندازهای مختلف حذف شوند. ذرات بزرگتر ابتدا فیلتر میشوند، در حالی که ذرات ریزتر و فوقریز به تدریج به دام میافتند، زیرا هوا از میان الیاف چندلایه فیلتر عبور میکند. این فرآیند پیچیده برای حفظ کیفیت هوای داخلی (IAQ)، کاهش تماس با آلایندههای مضر معلق در هوا و ارتقای سلامت تنفسی بسیار حیاتی است.
. یک جریان گاز که حاوی ذرات آئروسل است به سمت یک الیاف حرکت میکند؛ این الیاف عمود بر جهت جریان قرار دارد. همانطور که در شکلهای مربوط به مکانیسم جمعآوری ذرات روی الیاف نشان داده شده است، خطوط جریان گاز به دور الیاف منحرف میشوند. مومنتوم (تکانه) ذرات بزرگتر از ۱ میکرون باعث میشود آنها از خطوط جریان گاز منحرف شده و به سمت الیاف حرکت کنند. بنابراین، ذرات بزرگتر از طریق اصل برخورد اینرسی (Inertial Impaction) جدا میشوند.برای افزایش طول عمر فیلتر HEPA و بهبود عملکرد کلی سیستم، بیشتر تصفیهکنندههای هوای باکیفیت و واحدهای تهویه از یک پیش قیلتر (prefilter) استفاده میکنند تا این ذرات بزرگتر را پیش از رسیدن هوا به مدیا HEPA رهگیری کنند. اگرچه ذرات ۱.۰ میکرونی در زمینه فیلتراسیون HEPA جزو ذرات “بزرگ” محسوب میشوند، اما همچنان در مقایسه با اشیای قابلمشاهدهای مانند موی انسان یا دانههای شن بسیار ریز هستند.
پس از مرحله به دام افتادن اینرسی، ذراتی با اندازه ۰٫۳ میکرون تا ۱ میکرون مانند گردوغبار ریز، برخی باکتریها و برخی ذرات دود وارد مرحله برخورد در فیلتر میشوند. هنگامی که این ذرات بسیار کوچک همراه با جریان هوا از میان فیلتر عبور میکنند، تلاش میکنند از میان مسیر پیچدرپیچ الیاف عبور کنند، اما بهدلیل اندازه فیزیکی و اینرسی خود قادر به دور زدن آنها نیستند و از طریق تماس مستقیم با مدیا فیلتر به دام میافتند.
در طول این مرحله مهم ، ذراتی به کوچکی ۰٫۱ میکرون نیز به الیاف فیلتر میچسبند و نگهداشته میشوند، که به راندمان بالای فیلتر در بهداماندازی مواد خطرناک معلق در هوا کمک میکند. این ویژگی فیلترهای HEPA را در محیطهایی که نیاز به کنترل دقیق آلودگی دارند—مانند بیمارستانها، اتاقهای تمیز، مدارس و حتی سیستمهای HVAC در خانههای مدرن—بسیار ارزشمند میکند. با افزایش بار فیلتر و به دام افتادن آلایندههای بیشتر، مقاومت جریان هوای فیلتر HEPA نیز افزایش مییابد و نیاز به تعویض یا برنامه نگهداری منظم فیلتر ایجاد می شود . برخلاف مرحله برخورد اینرسی که توسط یک پیش فیلتر محافظت میشود، مرحله برخوردکاملاً به مدیا اصلی فیلتر برای جذب ذرات وابسته است.
در این مرحله از فرآیند فیلتراسیون HEPA، ذرات آنقدر کوچک میشوند—معمولاً کمتر از ۰.۱ میکرون—که جرم آنها بسیار ناچیز است و بهصورت نامنظم و زیگزاگی حرکت میکنند. این پدیده که حرکت براونی نام دارد، در نتیجه برخوردهای مداوم این ذرات میکروسکوپی با مولکولهای گاز موجود در هوا رخ میدهد. با وجود اندازه بسیار کوچکشان، فیلترهای HEPA با دقت بسیار بالا طراحی شدهاند تا حرکت براونی را کنترل کنند و اطمینان دهند که مواد ذرهای فوقریز—مانند دود، ویروسها، ترکیبات آلی فرّار (VOCs)، و محصولات جانبی احتراق—مدیریت میشوند. مدلسازیهای پیشرفته و آزمایشهای سختگیرانه تأیید میکنند که فیلترهای هوای HEPA حتی در حذف کوچکترین پاتوژنها و آلایندههای معلق در هوا نیز با استفاده از ترکیبی از نیروهای مکانیکی و الکترواستاتیکی مؤثر باقی میمانند. این ذرات زیرمیکرونی و نانوذرات (با ابعادی تا حدود ۰.۱ میکرومتر) وارد بخش انتشار یا نفوذ فیلترهای HEPA میشوند؛ بخشی که در آن الیاف بهصورت نامنظم و غیرخطی آرایش یافتهاند. از آنجا که این ذرات فوقریز تحت تأثیر حرکت براونی قرار میگیرند و بهطور مکرر با یکدیگر برخورد میکنند، انرژی جنبشی خود را از دست داده و احتمال تماس و چسبیدن آنها به الیاف فیلتر افزایش مییابد؛ پدیدهای که گاهی از آن با عنوان “رسوبدهی نفوذی” یاد میشود
ذرات بسیار ریز – مانند دود، بوها، بخارات شیمیایی و آلایندههای صنعتی – اغلب دارای بار الکترواستاتیکی هستند. فایبرگلاس یا الیاف مصنوعی بسیار ریز که در مدیا فیلتر HEPA مدرن بهکار میروند نیز معمولاً دارای بار الکترواستاتیکیاند. این وضعیت نیروی جاذبهای میان بارهای مخالف ایجاد میکند که توانایی فیلتر را در به داماندازی و نگهداری ریزترین و گریزانترین ذرات معلق در هوا افزایش میدهد. لازم به ذکر است که مکانیسم الکترواستاتیک جزئی از مکانیسم های اصلی نمی باشد ولی به عنوان یک گزینه شمرده می شود . همافزایی این سازوکارها ، فیلترهای HEPA واقعی (True HEPA) را قادر میسازد تا عملکردی برتر در حذف ذرات ارائه دهند و استانداردهای سختگیرانه صنعتی و مقررات مربوط به تصفیه هوای داخل ساختمان را برآورده کنند.
HEPA یا High Efficiency Particulate Airبه فناوری پیشرفتهای در فیلتراسیون هوا اشاره دارد که قادر است دستکم ۹۹٫۹۷٪ تا ۹۹٫۹۹٪ از ذرات معلق میکروسکوپی – شامل گردوغبار، گرده گیاهان، اسپور قارچ، باکتری و دود – را حذف کند. این استاندارد توسط نهادهای مقرراتگذار معتبر مانند EPA (آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا)، استانداردهای EN، و IEST (مؤسسه علوم و فناوری محیطی) مورد تأیید قرار گرفته است. استاندارد HEPA شامل چندین سطح راندمان فیلتراسیون و نگهداشت ذرات است که برای تضمین کیفیت هوای داخل ساختمان و رعایت الزامات قانونی در محیطهای تجاری و صنعتی اهمیت حیاتی دارد. طی دو دهه گذشته، فیلترهای HEPA نهتنها در سیستمهای تهویه و HVAC خانگی ضروری شدهاند، بلکه در محیطهای صنعتی تخصصی مانند اتاقهای تمیز (Cleanrooms)، بیمارستانها، صنایع داروسازی، محیطهای آزمایشگاهی و تولید تجهیزات الکترونیکی نیز مورد استفاده گسترده قرار گرفتهاند. به منظور کمک به تولیدکنندگان، مهندسان HVAC و کاربران نهایی برای ارزیابی و انتخاب بهترین فیلتر، نهادهای نظارتی و سازمانهای بینالمللی سیستمهای رتبهبندی و طبقهبندی مختلفی ارائه کردهاند.
در سال ۱۹۹۸، استانداردهای اروپایی EN (Europäische Norm) با انتشار استاندارد EN 1822 روشهای آزمون جامع و یکپارچهای را برای طبقهبندی فیلترهای HEPA و ULPA معرفی کردند. یکی از نوآوریهای کلیدی این استاندارد، آزمون ذرات با بیشترین نفوذ (MPPS) بود که اندازه ذرهای را تعیین میکند (معمولاً در حدود ۰٫۱ تا ۰٫۳ میکرومتر) که بیشترین احتمال نفوذ از میان مدیا فیلتر را دارد. آزمون MPPS امکان طبقهبندی دقیقتر و تضمین کیفیت بالاتر را در مقایسه با امتیازدهیهای کلی کارایی فراهم میکند. در صنایعی که به بالاترین سطح پاکیزگی هوا نیاز دارند – مانند تولید نیمهرسانا، اتاقهای ایزوله بیمارستانی، اتاقهای تمیز داروسازی و آزمایشگاههای زیستفناوری – درک مفهوم MPPS ضروری است. امروزه مفهوم MPPS بهطور گسترده در مشخصات عملکرد فیلترهای HEPA و ULPA مورد استفاده قرار میگیرد.
وپفر (Wepfer) همچنین هشدار میدهد که گاهی راندمان فیلتر بهاشتباه به عنوان یک ثابت فیزیکی در نظر گرفته میشود، در حالی که باید تغییرات فرآیند ساخت کاغذهای تر (Wet-laid Papermaking Process) و توزیع احتمالاتی آن نیز در نظر گرفته شود.[۱] به عنوان مثال، یک مدیا با راندمان معمولی ۹۹.۹۹۹۹٪ (بر اساس مقدار احتمال ۵۰٪) ممکن است راندمانی برابر با ۹۹.۹۹۹۵٪ با احتمال ۱٪ نیز داشته باشد. این اختلاف کوچک در ظاهر، میتواند منجر به پنج برابر افزایش در میزان نفوذ ذرات و در نتیجه پنج برابر افزایش در تعداد ذرات موجود در اتاق تمیز شود.
برای انواع مختلف فیلترهای هوای با راندمان بالا HEPA)، ULPA و سایر گریدهای مشابه( راندمان غلظت ذرات اندازهگیری میشود و بهصورت اختلاف بین غلظت ذرات زیرمیکرونی در جریان هوای ورودی و خروجی بیان میگردد. این اندازهگیری معمولاً از طریق پایش پیوسته و آنلاین انجام میشود تا اختلاف غلظت ذرات در دو سمت فیلتر بهطور دقیق ثبت گرد. پیرس در یک مرور بسیار ارزشمند دربارهی تاریخچهی آزمون فیلترهای HEPA اشاره میکند که از زمانی که لنگمویر نظریهی خود را دربارهی مکانیزم به دام افتادن ذرات ریز توسط الیاف ظریف ارائه کرد، مقدارMPPS (اندازهی ذره با بیشترین نفوذپذیری) بهصورت سنتی ۰٫۳ میکرومتر در نظر گرفته شده است. با این حال، مدتهاست که مشخص شده مقدار واقعی MPPS کمتر از ۰٫۳ میکرومتر است. پژوهش پیرس شواهد قویای در حمایت از روشهای مبتنی بر MPPS ارائه میدهد و بیان میکند که برای فیلترهای HEPA، مقدار واقعی MPPS معمولاً در حدود ۰٫۱۳ تا ۰٫۱۵ میکرومتر است.[۱]
استانداردEN1822-1 براساسMPPS بنا شده است. این استاندارد هم برای فیلترهایULPA و هم برای فیلترهای HEPA کاربرد دارد. در این استاندارد، راندمان از طریق شمارش عددی ذرات تعیین میشود. اگر آئروسل تقریباً تکپراکنش (quasi-monodispersed) باشد، ذرات تولید شده باید دارای اندازه نزدیک به MPPS باشند. اگر آئروسل چندپراکنشی (polydispersed) باشد، راندمان کسری آن اندازهگیری میشود تا MPPS مشخص گردد. MPPS از طریق آزمون ورق تخت روی مدیای فیلتر و مطابق با EN1822-3 تعیین میشود. سپس فیلتر در اندازه ذرهای که از قبل مشخص شده است آزمایش میشود با معرفی استاندارد EN 1822:2009، کلاسهای E10،E11 و E12 بهعنوانEPA تعیین شدند. این مدیاها دارای راندمان فیلتراسیون بالا (بیش از ۸۵%) هستند، اما هنوز در محدوده کمتر از HEPA (راندمان کمتر از ۹۹.۹۵%) قرار میگیرند. استاندارد EN 1822:2009 همچنان گریدهایH13 و H14 را بهعنوان فیلترهای HEPA و گریدهای U15، U16 و U17 را بهعنوان فیلترهای ULPA تعریف میکند.
استاندارد ISO 29463 روش جامع ارزیابی و طبقهبندی فیلترهای EPA، HEPA و ULPA را مشخص میکند و بر اساس عملکرد فیلتر در برابر ذرات با بیشترین امکان نفوذ (MPPS)، راندمان کلی و وجود یا عدم وجود نشتی موضعی آنها را رتبهبندی میکند. این استاندارد ابتدا کارایی «مدیای فیلتر» را با اندازهگیری منحنی راندمان–اندازهذره و تعیین MPPS بررسی میکند، سپس فیلتر کامل را با آزمون اسکن نشتی و اندازهگیری راندمان نهایی در دبی نامی مورد ارزیابی قرار میدهد. فیلترها پس از قبولی در این آزمونها در یکی از کلاسهای عملکردی—ISO 15E تا ISO 75U—قرار میگیرند که بیانگر راندمان ۹۵٪ تا بیش از ۹۹٫۹۹۹۹۵٪ در MPPS است. این استاندارد همچنین الزامات مربوط به مواد سازنده، شرایط آزمون، ایمنی، نحوه نصب، افت فشار و نشانهگذاری را بیان کرده و تضمین میکند که فیلتر نهایی از نظر کیفیت ساخت، یکنواختی فیلتراسیون، و عدم نشت، برای کاربردهای حساس مانند صنایع دارویی، اتاقهای تمیز و کاربردهای میکروالکترونیک قابل اطمینان باشد
در نگاه اول، فیلتر HEPA از نظر ظاهری شبیه دیگر فیلترها به نظر میرسد و دارای الیاف درهمتنیده و ساختارهای چیندار است. اما کارایی واقعی فیلتر HEPA در ترکیب و آرایش الیاف آن نهفته است؛ الیافی که معمولاً از جنس فایبرگلاس بهصورت تصادفی و نامنظم قرار گرفتهاند. دلیل اصلی عملکرد مؤثر فیلتر HEPA ، آرایش تصادفی الیاف است. این طراحی از حرکت براونی بهره میبرد تا حتی ریزترین ذرات را در میان شبکه پیچیده الیاف به دام بیندازد و مانع عبور آنها شود.
مدیا میکرو فایبرگلاس نقش بسیار مهمی در فیلترهای هوای مخصوصاً فیلترهای با راندمان بالا دارند؛ به طور سنتی، مدیای تولید شده با روش مرطوب و از فایبرگلاس بسیار ریز، به عنوان انتخاب غالب برای فیلترهای هوای با کارایی بالا شناخته میشود. این الیاف در محدوده وسیعی از قطرها موجود هستند و تکنولوژیستهای متخصص میتوانند آنها را برای دستیابی به خواص فیلتراسیون مورد نظر فرموله کنند. به دلیل شیشهای بودن الیاف، مدیا به طور ذاتی مقاوم در برابر آتش و حرارت است و مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی خورنده دارد. بسیاری از مدیای HEPA تولیدی، مانند نمونههای شرکت Lydal Inc.، به صورت درجات بالایی از ضریب آلفا ارائه میشوند تا توانایی رسیدن به اهداف راندمان مورد نظر با افت فشار کمتر را تضمین کنند.
آلفا شاخصی است که برای توصیف و مقایسهٔ مدیا فیلتراسیون و فیلترهای نهایی به کار میرود. این شاخص رابطه بین نفوذپذیری (درصد عبور ذرات) و مقاومت (میلیمتر ستون آب) را نشان میدهد. بهبود مقدار آلفا میتواند با کاهش نفوذپذیری (یعنی تعداد ذراتی که از فیلتر عبور میکنند) در حالی که مقاومت هوا ثابت میماند، یا با کاهش مقاومت جریان هوا در حالی که نفوذپذیری ثابت میماند، انجام شود. در کل، مقدار آلفای بالاتر نشاندهنده فیلتر برتر است.
از طرف دیگر، مدیای فایبرگلاس بسیار ریز دارای ضعفهایی است؛ این مدیا شکننده است و پردازش آن، به ویژه در ماشینهای چین زنی، دشوار است. در عملیات میدانی، این نوع مدیا در برابر اختلالات مکانیکی حساس بوده و ممکن است دچار سوراخ، پارگی یا ترک شود. راهکارهای رفع این مشکلات شامل بهبود ساختار فایبرگلاس و استفاده از جایگزینهای الیاف مصنوعی است. شرکت Hollingsworth and Vose خط تولید جدید PerFormt را معرفی کرده است که قابلیت پردازش بسیار بهبود یافتهای دارد. این بهبودها شامل کاهش زمان تنظیم ماشین چین زنی ، افزایش سرعت کار، شکلگیری بهتر چین ها و کاهش ضایعات چین زنی است. این بهبودها باعث عملکرد بهتر فیلتر با افت فشار کمتر و کاهش مصرف انرژی میشوند. علاوه بر این، پیشرفتهای اخیر در تکنولوژیهای الیاف بسیار ریز ، نانوالیاف و غشاها امکان ارائه مدیای جایگزین برای فیلتراسیون با کارایی بالا را فراهم کردهاند. راندمان فیلترها میتواند از طریق شارژ الکترواستاتیکی افزایش یابد و ایدههای جدید در ساختار مدیا موجب افزایش ظرفیت نگهداری ذرات و طول عمر فیلتر با افت فشار کمتر شده است. این پیشرفتها باعث شدهاند که فیلتراسیون با کیفیت نزدیک به HEPA در کاربردهایی که قبلاً چنین امکانپذیر نبود، فراهم شود شکل ۶ تصاویر SEM یک فیلتر هپا دارای بار ذره ای را نشان می دهد که بهطور مؤثری ذرات را در ساختار الیافی تصادفی و ناهمگن به دام میاندازد.
فیلترهای HEPAو نقش حیاتی در بهبود کیفیت هوا و حذف آلایندهها در محیطهای مختلف دارند و در صنایع فنی، تولیدی و مدیریتی ساختمانها برای حفظ ایمنی و سلامت افراد ضروری هستند. در اتاقهای تمیز (Clean Rooms)، حتی ذرات بسیار کوچک میتوانند روند تولید را مختل کنند، بنابراین فیلترهای HEPA برای حذف ذرات تا اندازه ۰٫۱ میکرون استفاده میشوند و استانداردهای سختگیرانهای را رعایت میکنند. [۵]
در کابینتهای ایمنی زیستی ، فیلترهای HEPA هوا را پاکسازی کرده و کارکنان، محیط و نمونهها را در برابر میکروارگانیسمها و ذرات خطرناک محافظت میکنند. در بیمارستانها و مراکز درمانی، این فیلترها از انتشار بیماریهای عفونی جلوگیری میکنند؛ از اتاقهای عمل و انکوباتورها (Incubator) گرفته تا تختهای گرمکننده، HEPA هوای استریل و ایمن را تضمین میکند.[۶]
در آزمایشگاهها و صنایع داروسازی، فیلترهای HEPA مطابق استانداردهای FDA، H13، H14 یا U15 به حذف آلایندهها و میکروبها کمک کرده و از آلودگی مواد حساس جلوگیری میکنند. همچنین در انبارها و محیطهای بزرگ صنعتی، این فیلترها با حذف ذرات گردوغبار، آلودگیها و کپک، کیفیت هوای محیط را بهبود میبخشند [۷] .
در شرایط خاص مانند شیوع COVID-19، استفاده از فیلترهای HEPA در تصفیهکنندههای هوا، ذرات ویروس را از هوا حذف کرده و ایمنی افراد را افزایش میدهد. کاربردهای دیگر شامل صنایع هوافضا، تولید الکترونیک، تولید کود، سیمان و سایر حوزههایی است که با گردوغبار، مواد شیمیایی و خطرناک سروکار دارند. طی دو دهه اخیر، فیلترهای HEPA بهطور چشمگیری توسعه یافتهاند تا نیاز به هوای پاکتر را برآورده کنند و این روند ادامه خواهد داشت . این نکته را در نظر داشته باشید که HEPA ویروس آزاد را نمیگیرد، ویروس در قطرات و حامل ها گرفته میشود.
استاندارد بینالمللی ISO 14644-1 (294) اتاق تمیز را به صورت زیر تعریف میکند:
«اتاقی که در آن غلظت ذرات معلق در هوا تحت کنترل قرار دارد و به گونهای طراحی و ساخته شده که ورود، تولید و ماندگاری ذرات در آن به حداقل برسد، و در آن پارامترهای مرتبط مانند دما، رطوبت و فشار بنا بر ضرورت کنترل میشوند.»
برخی از کاربردهایی که نیازمند استفاده از اتاقهای تمیز هستند عبارتاند از:
الف) بیمارستانها
ب) زیستپزشکی
ج) صنایع داروسازی
د) تحقیقات ژنتیک
ه) دانشگاهها
و) آزمایشگاهها
ز) صنایع فرآوری مواد غذایی
ح) فرآیندهای عکاسی
ط) صنایع نیمههادی (Semiconductor)
ی) سیستمهای فرآیند صنعتی
به طور کلی، دو نوع اصلی از اتاقهای تمیز وجود دارد:
در نوع جریان غیر یکنواخت، فیلترهای HEPA در پاییندست دمندهها قرار دارند، به طوری که تنها هوای فیلترشده با فیلتر HEPA وارد کانالهای هوا و در نهایت به اتاق تمیز میشود [۹]. در نوع جریان یکنواخت عمودی، سقف اتاق از فیلترهای HEPA تشکیل شده است و هوای بازگشتی پس از عبور از کف شبکهای از پیش فیلترها عبور کرده و مجدداً تصفیه میشود. در نوع جریان یکنواخت افقی، پیش فیلترها و فیلترهای HEPA در یک دیواره از اتاق تعبیه شدهاند و جریان هوا به صورت افقی از این مجموعه فیلترها وارد اتاق میشود. طراحیهای مختلفی از این دو نوع پایه وجود دارد که بسته به کاربرد و الزامات کنترل آلودگی تغییر میکنند.
فیلترهای کارآمد مانند هپا و گونههای پیشرفتهتر آن، با ساختار الیافی بسیار ظریف و آرایش پیچیده، قادرند ذرات ریز و آلایندههای معلق را از هوا حذف کنند و محیط را در برابر آلودگیهای بیرونی یا داخلی محافظت نمایند. این فیلترها با ترکیبی از سازوکارهای مکانیکی و حرکتی، ذرات در اندازههای مختلف را به دام میاندازند و با پیشرفت فناوری، سبکتر، بادوامتر و کارآمدتر شدهاند. همچنین استانداردهای جهانی مانند ISO-29463 و EN-1822 برای سنجش کیفیت و طبقهبندی آنها تدوین شده تا کارایی و ایمنی عملکردشان تضمین شود. فیلترهای هپا بسته به نوع طراحی، در شکلها و فرمهای گوناگون تولید میشوند و در صنایع و محیطهایی که نیازمند هوای بسیار تمیز هستند—مانند بیمارستانها، آزمایشگاهها، صنایع داروسازی، اتاقهای تمیز و حتی سیستمهای تهویه خانگی—کاربرد گسترده دارند. آرایش نا منظم الیاف ریز در ساختار مدیای فیلتر و فناوریهای نوین تولید مدیا موجب شده این فیلترها توانایی قابل توجهی در حذف آلایندهها داشته باشند و در کنترل آلودگی و حفظ سلامت نقش مهمی ایفا کنند
[۱] Derek B. Purchas , K. Sutherland.Handbook of filter media. Elsevier 2002
[۲] Al Dabbas, A., Al-Azba, M., Kopecskó, K., Fawaier, M., Alshebli, A., Al-Hyari, L., & Joubert, A. (2024). Comparative Analysis and Evaluation of Modeling Methods for Nuclear-Grade HEPA Filters. Fibers, ۱۲(۹), ۷۱. https://doi.org/10.3390/fib12090071
[۳] Hutten, Irwin M. Handbook of nonwoven filter media. Elsevier, 2007.
[۴] U.S. Army Natick Soldier Systems Center (288), Natick Massachusetts, USA. http://jocotas.natick.army.mil/ColPro_Papers/Larzelere.pdf.
[۵] Kruse, R. H., Puckett, W. H., & Richardson, J. H. (1991). Biological safety cabinetry. Clinical Microbiology Reviews, ۴(۲), ۲۰۷-۲۴۱.
[۶] Barn, P., Gombojav, E., Ochir, C., Laagan, B., Beejin, B., Naidan, G., … & Allen, R. W. (2018). The effect of portable HEPA filter air cleaners on indoor PM2. 5 concentrations and second hand tobacco smoke exposure among pregnant women in Ulaanbaatar, Mongolia: The UGAAR randomized controlled trial. Science of the total Environment, ۶۱۵, ۱۳۷۹-۱۳۸۹.
[۷] Schroth, T. (1996). New HEPA/ULPA filters for clean-room technology. Filtration & separation, ۳۳(۳), ۲۴۵-۲۴۴.
[۸] https://www.iqsdirectory.com/articles/air-filter/hepa-air-filters.html
[۹] https://www.hepacart.com/blog/hepa-filter-testing-how-and-when-to-test-and-replace-your-hepa-filter
[۱۰] First, M. W. (1998). HEPA filters. Journal of the American Biological Safety Association, ۳(۱), ۳۳-۴۲.
نویسنده: مهشید شلکه
ذخیره پست 
