Schwebstofffilter

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Schwebstofffilter sind Filter zur Abscheidung von Schwebstoffen aus der Luft. Sie zählen zu den Tiefenfiltern[1] und scheiden Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser kleiner 1 µm ab[2].

Nach ihrer Abscheidewirksamkeit werden sie unterteilt in Hochleistungs-Partikelfilter (EPA = Efficient Particulate Air filter), Schwebstofffilter (HEPA = High Efficiency Particulate Air filter) und Hochleistungs-Schwebstofffilter (ULPA = Ultra Low Penetration Air filter). Schwebstofffilter werden zur Ausfilterung von z. B. Bakterien und Viren, Pollen, Milbeneiern und -ausscheidungen, Stäuben, Aerosolen und Rauchpartikeln aus der Luft benutzt.

Schwebstofffilter im Schnitt mit Abscheideprinzipien

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Entwickelt wurde diese Art von Filtern in den 1940er-Jahren im Zuge des Manhattan-Projekts, um gefährliche radioaktive Partikel aus der Raumluft entfernen zu können. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden diese Filterklassen für weitere Einsatzzwecke zugänglich gemacht und schrittweise klassifiziert.

Einsatzbereich[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eingesetzt werden sie unter anderem im medizinischen Bereich, also in Operationsräumen, Intensivstationen und Laboratorien sowie in Reinräumen, in der Kerntechnik und in einigen Luftwäschern. Für die Auswahl der Filterklasse ist der jeweilige Einsatzzweck ausschlaggebend. Für die Einstufung von Räumen in verschiedene Reinraumklassen verwendet man die EN ISO 14644.

Vor allem für nicht-professionelle Anwendungen (z. B. Staubsauger) sind eine Vielzahl von Filtern im Angebot, die zwar die Bezeichnung HEPA im Namen tragen, jedoch nicht die Spezifikationen der EN-Normen garantieren. Auch außerhalb des räumlichen Anwendungsbereiches der EN-Normen ist die Bezeichnung HEPA in Verwendung. Jedoch werden hier sehr unterschiedliche, teils nicht vergleichbare Prüfbedingungen für die Bezeichnung angewandt.

Effizienz und Standardisierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Europäische Normung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Einstufung der verschiedenen Filter-Effizienzen werden in Europa die Partikelfilterklassen von 1 bis 17 verwendet. Je höher die Zahl, umso höher ist der garantierte Abscheidegrad. Die Europäische Norm für die Klassifizierung der Schwebstofffilter ist die EN 1822-1:2009 mit den Filterklassen E10-E12 (EPA), H13–H14 (HEPA) und U15–U17 (ULPA).[3] Gemäß den bekannten Filtereffekten sind Partikel um 0,1 bis 0,3 Mikrometer am schwersten abzuscheiden (MPPS = most penetrating particle size). Größere und kleinere Partikel werden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften besser abgeschieden. Man klassifiziert (H)EPA und ULPA nach ihrer Effektivität für diese Korngrößen mittels eines Prüfaerosols aus Di-2-ethylhexyl-sebacat (DEHS). Unterschieden wird dabei zwischen der Gesamteffizienz des Filters und der schlechtesten lokalen Stelle.

Filterklasse Abscheidegrad (gesamt) Abscheidegrad (lokal)
E10 > 85 %
E11 > 95 %
E12 > 99,5 %
H13 > 99,95 % > 99,75 %
H14 > 99,995 % > 99,975 %
U15 > 99,9995 % > 99,9975 %
U16 > 99,99995 % > 99,99975 %
U17 > 99,999995 % > 99,9999 %

Vereinigte Staaten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anders als im Geltungsbereich der Europäischen Normen besteht auf dem Gebiet der Vereinigten Staaten nur der Begriff HEPA mit feststehendem Abscheidegrad. Der Abscheidegrad ist vergleichbar mit dem der Filterklasse H13 nach EN 1822-1:1998. Er beträgt nach DOE-STD-3020-97 - 99,97 Prozent für Partikel mit einer Größe von 0,3 µm.

Technik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die verwendeten Filtermatten werden in den meisten Fällen in Sperrholz- oder Metallrahmen montiert, um sie einfach wechseln zu können. Das Filtermedium besteht wie bei den meisten Luftfiltern aus Glasfasermatten mit einem Faserdurchmesser von etwa 1 bis 10 µm. Zur Vergrößerung der Filterfläche sind sie meist wellen- oder zackenförmig in den Rahmen eingebaut. Beim Wechseln der Filter muss vermieden werden, dass abgeschiedene Schadstoffe freigesetzt und eingeatmet oder berührt werden können. Deswegen werden in vielen Fällen Filtergehäuse eingesetzt, die einen berührungslosen Filterwechsel erlauben (Schutzsackwechselmethode). Schwebstofffiltermittel sind inhomogen, da der Faserdurchmesser einer Größenverteilung unterliegt.[4]

Wirkungsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Vorgang der Partikelabscheidung im Filter erfolgt generell auf vier verschiedene Arten:

  • Siebwirkung: Partikel bleiben aufgrund ihrer Größe zwischen den Filterfasern hängen (bei Schwebstofffiltern aufgrund der kleinen Partikel nicht relevant).
  • Trägheitseffekt: Größere Partikel folgen nicht dem Luftstrom (um die Filterfaser herum), sondern prallen aufgrund ihrer Trägheit dagegen und bleiben haften.
  • Sperreffekt (Interception): Kleinere Partikel, welche dem Luftstrom um die Faser folgen, bleiben haften, wenn sie der Filterfaser zu nahe kommen.
  • Diffusionseffekt: Sehr kleine Partikel (< 1 µm) folgen nicht dem Luftstrom, sondern haben durch ihre Zusammenstöße mit den Luftmolekülen eine der Brownschen Bewegung ähnliche Flugbahn und stoßen dadurch mit den Filterfasern zusammen, wobei sie haften bleiben.

Prüfverfahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Prüfung des Filtermediums werden Proben daraus mit einem Prüfaerosol beaufschlagt und die Partikelanzahlkonzentrationen für verschiedene Partikelgrößen im An- und Abstrom gemessen.[5] Für die Prüfung des Filterelements wird dieses ebenfalls mit einem Prüfaerosol beaufschlagt. Auf der Abströmseite des Elements erfolgt die Aufnahme eines Partikelstromprofils. Produktionsbedingte Unregelmäßigkeiten und Lecks führen zu einer Variation des Partikelstromes auf der Abströmseite.[6] Die Prüfungen erfolgen im Neuzustand, der als ungünstigster Zustand angesehen wird.[7]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. VDI 3677 Blatt 2:2004-02 Filternde Abscheider; Tiefenfilter aus Fasern (Filtering separators; Depth fiber filters). Beuth Verlag, Berlin, S. 19
  2. VDI 3677 Blatt 2:2004-02 Filternde Abscheider; Tiefenfilter aus Fasern (Filtering separators; Depth fiber filters). Beuth Verlag, Berlin, S. 9
  3. DIN EN 1822 Teil 1:2011-01 Schwebstofffilter (EPA, HEPA und ULPA) - Teil 1: Klassifikation, Leistungsprüfung, Kennzeichnung; Deutsche Fassung EN 1822-1:2009. Beuth Verlag, Berlin
  4. Tobias Lücke, René Adam: Untersuchungen zum Abscheidegradminimum von Faserfiltern für die Schwebstoffiltration. In: Staub – Reinhalt. Luft. 54, Nr. 12, 1994, ISSN 0949-8036, S. 443–448
  5. DIN EN 1822 Teil 3:2011-01 Schwebstofffilter (EPA, HEPA und ULPA) - Teil 3: Prüfung des planen Filtermediums; Deutsche Fassung EN 1822-3:2009. Beuth Verlag, Berlin
  6. DIN EN 1822 Teil 4:2011-01 Schwebstofffilter (EPA, HEPA und ULPA) - Teil 4: Prüfung des Filterelementes (Scan-Verfahren); Deutsche Fassung EN 1822-4:2009. Beuth Verlag, Berlin
  7. VDI 3677 Blatt 2:2004-02 Filternde Abscheider; Tiefenfilter aus Fasern (Filtering separators; Depth fiber filters). Beuth Verlag, Berlin, S. 25