Filtr HEPA

HEPA  (ang. High Efficiency Particulate Air filter) -wysokosprawny filtr powietrza służący do dezynfekcji powietrza początkowy nazywany wysokowydajnym pochłaniaczem cząstek stałych, czasami nazywany wysokowydajnym przechwytywaczem cząstek stałych jest rodzajem filtra powietrza.

Filtry spełniające standard HEPA mają bardzo wiele zastosowań między innymi w obiektach medycznych, samochodach, samolotach, domach czy biurach. Filtr musi spełniać określone standardy wydajności określone na przykład przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych.

Aby sklasyfikować filtr jako HEPA zgodnie ze standardem rządu Stanów Zjednoczonych, filtr powietrza musi usunąć (z powietrza, które oczyszcza) 99,97% cząstek o rozmiarze większym lub równym 0,3 mikrona (μm), czyli około trzysta razy mniejszych niż średnica ludzkiego włosa.

Filtry HEPA składają się z maty losowo ułożonych włókien szklanych o średnicy od 0,5 do 2,0 mikrometrów. Kluczowymi parametrami wpływającymi na skuteczność filtra są: średnica włókna, grubość filtra i prędkość powietrza na wlocie.

Przestrzeń pomiędzy włóknami filtra HEPA jest zwykle znacznie większa niż 0,3 μm. Jednak filtry te nie mają za zadanie działać jak sito, choć oczywiście cząstki większe niż wolne przestrzenie przez nie się nie przedostaną. W przeciwieństwie do filtrów membranowych przy tej wielkości porów, gdzie cząstki tak szerokie jak największy otwór lub odległość między włóknami nie mogą  przejść między nimi, filtry HEPA są zaprojektowane tak, by eliminować znacznie mniejsze zanieczyszczenia i cząstki.

Cząstki te są uwięzione (przywierają do włókna) dzięki połączeniu następujących mechanizmów:

Przechwycenie – gdy cząsteczki podążające w strumieniu przepływu powietrza zbliżają się do włókna szklanego i przylegają do niego.

Zderzenie – gdy większe cząstki nie są w stanie uniknąć włókien, podążając za zakrzywionymi strumieniami powietrza i są zmuszone do osadzenia bezpośrednio na jednym z nich; efekt ten jest tym większy im mniejsza separacja włókien i wyższa prędkość przepływu powietrza.

Przyciąganie elektorstatyczne – ujemnie naładowana cząsteczka przyciągana jest do dodatnio naładowanego włókna szklanego sprawiając, że cząstka ostatecznie przylega do włókna.

Dyfuzja– zachodzi w wyniku zderzenia najmniejszych cząstek (zwłaszcza tych o średnicy poniżej 0,1 μ) z cząsteczkami gazu, co utrudnia i opóźnia ich przechodzenie przez filtr. Dzięki temu cząstka zostanie zatrzymana poprzez zderzenie lub przechwycenie.  Dyfuzja odgrywa największe znaczenie przy niższych prędkościach przepływu powietrza.

Mechanizm dyfuzji przeważa w zatrzymywaniu cząstek poniżej 0,1 μm średnicy. Zderzenia i przechwycenia przeważają natomiast w zatrzymywaniu cząstek powyżej 0,4 μm średnicy. Dla pośrednich wielkości cząsteczek mechanizmy te są najmniej efektywne. Dlatego parametry efektywności zatrzymywania cząstek o średnicy 0,3 μm, jako najtrudniejszych do zatrzymania, wykorzystuje się w określaniu skuteczności i klasyfikacji filtrów HEPA.

Zauważmy też, że filtry HEPA zostały zaprojektowane tak, aby skutecznie zatrzymywać bardzo drobne cząstki, ale nie filtrują one gazów i cząsteczek zapachów. Filtracja lotnych związków organicznych, oparów chemicznych, zapachu papierosów, czy zwierząt domowych  wymaga stosowania filtrów węgla aktywnego lub innego rodzaju filtrów oprócz filtra HEPA.

Filtry HEPA zostały skomercjalizowane w latach 50. XX wieku, a nazwa HEPA została zastrzeżonym znakiem towarowym, a później ogólnym terminem dla bardzo wydajnych filtrów.