Filtr HEPA - co to jest, jak działa i co usuwa?

Zdecydowana większość oczyszczaczy powietrza wyposażona jest w filtr HEPA, który stanowi ich główny element. Jest on najskuteczniejszą bronią w walce o czyste powietrze w domu, ponieważ przechwytuje cząsteczki smogu i alergenów z ogromną skutecznością, przekraczającą 99,9%. Z czego wynika tak wysoka skuteczność i czy dotyczy wszystkich typów zanieczyszczeń? Jak zbudowany jest filtr HEPA i gdzie się go stosuje? Poniżej przedstawiamy stworzone przez nas kompendium wiedzy o filtrach HEPA, w którym znajdziesz odpowiedzi na wszystkie nurtujące Cię pytania.

Co to jest filtr HEPA?

Filtr HEPA jest to wysokosprawny filtr powietrza, którego nazwa pochodzi od angielskich słów High Efficiency Particulate Air Filter. Początkowo wykonywany był ze szkła spiekanego, ale obecnie stosuje się w tym celu głównie polipropylen. Cienkie arkusze tego włókna na pierwszy rzut oka przypominają bibułę, a złożone są w kształt harmonijki. Choć nie dostrzeżemy tego gołym okiem, to poszczególne włókna ułożone są w ten sposób, że tworzą mikroskopijnej wielkości pory. To właśnie ta specjalna budowa sprawia, że filtr HEPA jest w stanie przechwycić cząstki różnej wielkości - nawet te mniejsze od 0,3 µm. Badanie i klasyfikację filtrów HEPA opisuje norma EN 1822-1:2009.

Budowa filtra HEPA z opcjonalnym separatorem. Źródło: wikipedia.

Co usuwa filtr HEPA?

Filtr HEPA dzięki swojej budowie doskonale przechwytuje wszelkie cząstki stałe. Z tego powodu korzysta się z niego wszędzie tam, gdzie konieczne jest usunięcie z powietrza pyłu, kurzu, alergenów i smogu. Ponadto filtr ten wykazuje również skuteczność względem wielu rodzajów bakterii i wirusów.

Przykłady niektórych zanieczyszczeń przechwytywanych przez filtr HEPA oraz ich typowe wielkości:

• pyłek 5-100 µm,
• pleśń 2-20 µm,
• sierść zwierząt domowych 0.5-100 µm,
• zarodniki roztoczy w kurzu 0.5-50 µm,
• pyły zawieszone PM10 2.5-10 µm,
• pyły zawieszone PM2.5 1-2.5 µm,
• bakterie 0,35-10 µm.

Jednym z najbardziej niebezpiecznych zanieczyszczeń z powyższej listy są pyły zawieszone PM2.5, PM10 i PM1, czyli składniki smogu. Ze względu na mikroskopijną wielkość z łatwością przedostają się do naszych płuc, a nawet krwioobiegu, powodując szkody w całym organizmie. To właśnie przez obecność pyłów zawieszonych w powietrzu, praktycznie każdy oczyszczacz powietrza wyposażony jest w filtr HEPA. O tym, jak smog wpływa na zdrowie i dlaczego tak ważne jest, aby go unikać, opowiedzieliśmy dokładnie w poniższych artykułach:

• Smog w Polsce - przyczyny i skutki
• Jak smog wpływa na nasze zdrowie, skórę, włosy i sen?
• Smog londyński

Gdzie się stosuje filtry HEPA?

Pierwotnie filtry HEPA zostały opracowane dla amerykańskiego projektu Manhattan. Od tamtego czasu jednak mocno ewoluowały, zarówno pod kątem budowy jak i przeznaczenia. Obecnie stanowią serce większości oczyszczaczy powietrza, ale możemy znaleźć je też w wielu innych urządzeniach, nie tylko do użytku domowego. Montowane są m.in. w klimatyzacji, odkurzaczach i samochodach. Korzysta się z nich wszędzie tam, gdzie niezbędne jest otoczenie wolne od szkodliwych substancji, czyli m.in. w:

• szpitalach,
• laboratoriach,
• gabinetach lekarskich i dentystycznych,
• przemyśle spożywczym,
• przemyśle farmaceutycznym,
• przemyśle elektronicznym,
• schronach wojskowych,
• instalacjach wyciągowych powietrza,
• komorach laminarnych.

Miejsce i sposób zastosowania filtra uzależnione są od jego skuteczności, którą określa specjalna klasyfikacja (EPA, HEPA, ULPA).

Filtry HEPA do oczyszczaczy powietrza różnych marek (Samsung, Ideal, Winix, Sharp).

Podział filtrów HEPA

Jak zostało wyjaśnione wcześniej, filtry HEPA znajdują zastosowanie nie tylko w warunkach domowych, ale również przemysłowych i medycznych. Z tego powodu konieczne było ich znormalizowanie i stworzenie odpowiedniej klasyfikacji. Określa je europejska norma EN1822: 2009 oraz norma ISO 29463:2011. Zgodnie z nimi istnieją trzy główne grupy filtrów:

• EPA (ang. Efficiency Particulate Air), czyli skuteczne filtry powietrza;
• HEPA (ang. High Efficiency Particulate Air), czyli wysokoskuteczne filtry powietrza;
• ULPA (ang. Ultra Low Penetration Air), czyli filtry powietrza o bardzo niskiej penetracji - posiadają najwyższą skuteczność.

Każda z tych grup posiada dodatkowy podział na pomniejsze klasy, a każda klasa cechuje się konkretną skutecznością filtracji, wyrażaną w procentach. Minimalna skuteczność określana jest dla cząstek o wielkości 0,3 µm, czyli tych najbardziej problematycznych do przechwycenia. W związku z tym w przypadku większych i mniejszych cząstek możemy spodziewać się jeszcze wyższej skuteczności filtracji niż ta, która została zadeklarowana przez producenta.

Zależnie od skuteczności danego filtra, inne będzie jego zastosowanie.

• W domowych oczyszczaczach powietrza najczęściej stosuje się filtry klasy E12 oraz H13, a w urządzeniach z wyższej półki - H14.
• Filtry ULPA wykorzystywane są w miejscach, w których konieczne jest zachowanie sterylnych warunków otoczenia, np. laboratoriach.

W poniższej tabeli znajduje się pełna klasyfikacja filtrów HEPA oraz ich przykładowe zastosowania.

Źródło: wikipedia^[2]

Jak działa filtr HEPA?

Jak już zostało wspomniane wcześniej, filtr HEPA składa się z włókien z tworzywa sztucznego, które posiadają odpowiednią grubość oraz odpowiedni sposób rozłożenia, tworzący mikroskopijne pory. Całość przypomina złożoną w harmonijkę bibułę, umieszczoną w ramce za pomocą specjalnych klejów.

Cząsteczki zanieczyszczeń posiadają różną wielkość, masę i prędkość poruszania się. W związku z tym oddziałują na nie różne zjawiska fizyczne. Dzięki odpowiedniej budowie filtra HEPA, proces filtracji opiera się na czterech różnych mechanizmach, oddziałujących na różne frakcje zanieczyszczeń: przesiewaniu, dyfuzji, inercji i przechwyceniu.^[3]

PRZESIEWANIE (ZDERZENIE)

Przesiewanie to najpopularniejszy mechanizm zachodzący w filtrach HEPA. Ma miejsce wtedy, gdy drobiny zanieczyszczeń są zbyt duże, aby zmieścić się pomiędzy włóknami filtra, więc zostają na nich zatrzymane. Ten mechanizm najszybciej skraca żywotność filtra, ponieważ duże okruchy zatykają pory w filtrze i uniemożliwiają przepływ powietrza z mniejszymi, bardziej szkodliwymi substancjami. Z tego powodu wszystkie oczyszczacze powietrza posiadają filtr wstępny, który zatrzymuje największe cząstki (kurz, pył, sierść itp.) i odciąża w ten sposób pracę filtra HEPA.

DYFUZJA

Dyfuzja dotyczy najmniejszych frakcji zanieczyszczeń. Pyły zawieszone i inne drobne cząstki poruszają się w sposób chaotyczny, niezależnie od ruchu strumienia powietrza, aż wreszcie przypadkowo “wpadają” na włókno filtra i zostają na nim zatrzymane.

INERCJA (OSADZANIE BEZWŁADNOŚCIOWE)

Inercja działa na drobiny zanieczyszczeń o dużej wielkości i masie, które są cięższe niż otaczający je płyn (powietrze). Kiedy strumień powietrza zmienia kierunek, cząstki nie podążają za nim, tylko poruszają się dalej tym samym torem do momentu, aż napotkają na drodze włókno filtra, uderzą w nie i zostaną zatrzymane.

PRZECHWYCENIE

Przechwycenie dotyczy cząstek zanieczyszczeń średniej wielkości, które z jednej strony są za małe, aby osadzać się na włóknach przy pomocy inercji, ale jednocześnie są zbyt duże, aby działało na nie zjawisko dyfuzji. Drobiny średniej wielkości podążają razem ze strumieniem powietrza, w bezpośredniej bliskości włókna, i gdy przypadkowo go dotkną, zostają przechwycone (“przyklejają” się do włókna).

Kombinacja powyższych mechanizmów filtracji pozwala na przechwytywanie zarówno bardzo małych cząstek o wielkości 0,003 µm, jak i dużych - o średnicy 10 µm i większych, np. cząstek kurzu. Poniższy wykres przedstawia przybliżoną skuteczność różnych procesów fizycznych w usuwaniu zanieczyszczeń różnych wielkości. Zależnie od klasy filtra, krzywe z wykresu będą nieco przesunięte, a w związku z tym całkowita skuteczność będzie wyższa, jednak ogólna zasada we wszystkich przypadkach jest taka sama.

Wykres: opracowanie własne. 

Jak widać, najbardziej problematyczne są zanieczyszczenia o wielkości 0,3 µm. Są to tzw. MPPS (ang. Most Penetrating Particle Size), czyli drobiny o największej zdolności penetracyjnej. Z tego powodu, informując o skuteczności konkretnego filtra, podaje się wartość dotyczącą frakcji właśnie tej wielkości. Możemy więc spodziewać się, że skoro podawana skuteczność wynosi np. 99%, to w rzeczywistości dla większości cząstek jest ona znacznie wyższa. Dotyczy to również najmniejszych zanieczyszczeń. Choć jest to sprzeczne z intuicją, to drobiny wielkości np. 0,003 µm są usuwane lepiej, niż większe MPPS.

Oczyszczacze powietrza z filtrem HEPA

Filtr HEPA to prawdziwy must-have w oczyszczaczach powietrza. Stanowi on ich serce, najważniejszy element, choć oczywiście przeważnie towarzyszą mu filtry innego typu (np. węgiel aktywny).

W domowych oczyszczaczach powietrza najczęściej stosowane są filtry HEPA H13 (99,95%) lub EPA E12 (99,5%). Ich skuteczność jest zupełnie wystarczająca w takich warunkach, a cena przystępna dla domowego budżetu. Niektóre, bardziej profesjonalne modele, korzystają z filtra HEPA H14 (99,995%). Takie rozwiązanie jest jednak relatywnie rzadkie, ponieważ w parze z wysoką skutecznością filtrów tej klasy idą też wysokie koszta eksploatacji.

Budowa oczyszczacza powietrza Coway Classic z filtrem HEPA. Przekrój.

Jak zostało wspomniane wcześniej, filtry HEPA w oczyszczaczach powietrza nie występują samodzielnie. Przeważnie towarzyszą im filtry z węgla aktywnego, które odpowiadają za usuwanie zanieczyszczeń gazowych, takich jak lotne związki organiczne (LZO/VOC), nieprzyjemne zapachy czy dym papierosowy. Zdarza się i tak, że w danym oczyszczaczu występuje tylko jeden filtr, w którym włókna HEPA sprasowane są razem z węglem aktywnym. Takie rozwiązanie zastosowano np. w oczyszczaczach Ideal z serii PRO. Często spotykanym rozwiązaniem w oczyszczaczach powietrza jest też filtr HEPA wspierany przez generator jonów. Jonizatory unieszkodliwiają obecne w powietrzu wirusy, bakterie, zarodniki pleśni i alergeny. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule “Oczyszczacz powietrza z jonizatorem czy bez?”

Żywotność i cena filtrów HEPA

Zarówno żywotność jak i cena filtra HEPA uzależnione są od jego klasy. Jak łatwo się domyślić, im wyższa klasa danego filtra, tym więcej za niego zapłacimy. Oczywiście różnice pojawiają się też pomiędzy poszczególnymi producentami.

Większość filtrów HEPA H13 i E12 stosowanych w domowych oczyszczaczach powietrza posiada ok. roku lub dwóch lat żywotności, a ich cena waha się w granicach 100-200 zł. Jednak w przypadku niektórych producentów, czas użytkowania może być zdecydowanie dłuższy lub krótszy. Przeważnie w tanich oczyszczaczach niskiej klasy wykorzystywane są filtry niskiej skuteczności (EPA 10, EPA 11), które należy zmieniać co 3-6 miesięcy. W takiej sytuacji musimy liczyć się z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi. Dla porównania, filtry w urządzeniach marki Sharp posiadają klasę H13 i zostały przystosowane do regularnego czyszczenia, dzięki czemu potrafią skutecznie usuwać smog nawet przez 5 do 10 lat, a średni roczny koszt ich użytkowania wynosi 100 zł.

Zawsze należy brać jednak pod uwagę, że żywotność filtra jest ściśle uzależniona od warunków, w jakich pracuje, a konkretnie od poziomu zanieczyszczenia powietrza w otoczeniu. Z tego powodu może okazać się, że filtr potrzebuje wymiany częściej (lub rzadziej) niż sugeruje producent. Niektóre modele oczyszczaczy posiadają filtry przystosowane do czyszczenia, a konkretnie - odkurzania. To również pomaga wydłużyć ich żywotność.

Podsumowanie

Filtry HEPA pierwotnie nie zostały stworzone z myślą o urządzeniach użytku domowego, jednak z biegiem czasu zostały przekształcone w taki sposób, że aktualnie znaleźć je można praktycznie wszędzie: w odkurzaczach, klimatyzacjach, samochodach; używane są w warunkach domowych, biurowych i medycznych. HEPA stanowi serce i najważniejszy element większości oczyszczaczy powietrza. Ze względu na specjalną budowę, jest w stanie przechwytywać cząstki stałe o praktycznie każdej wielkości; błędne jest przekonanie, że usuwane są tylko zanieczyszczenia większe niż 0,3 µm. Frakcje tej wielkości są najbardziej problematyczne do przechwycenia, dlatego w odniesieniu do nich podaje się minimalną skuteczność filtra, jednak nawet cząsteczki dużo mniejsze są zatrzymywane przez polipropylenowe włókna.

Filtr HEPA to doskonała broń w walce ze smogiem, alergenami, bakteriami i innymi niebezpiecznymi dla zdrowia substancjami. Najczęściej wykorzystywane w domowych oczyszczaczach powietrza są filtry klasy H13 lub E12, zapewniające ponad 99% skuteczności w usuwaniu zanieczyszczeń, przy jednocześnie niskich kosztach eksploatacji. W trosce o swoje zdrowie warto zainwestować w urządzenia z dobrej jakości filtrem HEPA, który zagwarantuje powietrze wolne od szkodliwych zanieczyszczeń.

Najczęstsze pytania

Co usuwa filtr HEPA?