การฟอกอากาศของแผ่นกรอง HEPA Filters และ ULPA Filters

แผ่นกรอง HEPA ย่อมาจากคำว่า High efficiency particulate air แปลว่า แผ่นกรองอนุภาคที่มีประสิทธิภาพสูง และแผ่นกรอง ULPA ย่อมาจากคำว่า ultra-low particulate air แปลว่า แผ่นกรองอนุภาคขนาดเล็กพิเศษ ซึ่งแผ่นกรองอากาศทั้งสองออกแบบมาเพื่อดักจับอนุภาคขนาดเล็กมาก ๆ ที่อยู่ในอากาศ

พื้นฐานของ HEPA ที่ใช่ในเครื่องฟอกอากาศ

แผ่นกรองอากาศต้องได้มาตรฐานในการรับรองปริสิทธิภาพการทำงาน ซึ่งถูกพัฒนาโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE)  มาตรฐานการรับรองของแผ่นกรอง HEPA อยู่ที่ประสิทธิภาพ 99.97% ในการดักจับอนุภาคขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 ไมครอน ในการทำงานของแผ่นกรอง HEPA การไหลเวียนของอากาศจะต้องสูง

ประสิทธิภาพการทำงานของแผ่นกรอง HEPA สามารถคำนวณได้จากสมการด้านล่าง ดังนี้

 E = เปอร์เซนต์ของประสิทธิภาพ
D = downstream concentration (of contaminants)
U = upstream concentration (of contaminants)

ขนาดของอนุภาค และวิธีการกรอง

ขณะที่มาตราฐานของสหรัฐอเมริกาได้ใช้อนุภาคขนาด 0.3 ไมครอนในการอธิบายประสิทธิภาพของแผ่นกรอง ซึ่งอนุภาคขนาดนี้เป็นอนุภาคที่กรองได้ยาก แผ่นกรอง HEPA สร้างขึ้นจากเส้นใยที่จัดเรียงกันไม่เป็นระเบียบเหมือนใยแมงมุมอย่างหนาแน่น เมื่ออากาศไหลผ่านจะดักจับอนุภาค และกักเก็บไว้ข้างในเส้นใย

การดักจับอนุภาคของเส้นใยมี 3 วิธี สำคัญดังนี้

1.Interception จะเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคสารปนเปื้อนผ่านในระยะที่เท่ากับรัศมีหนึ่งของอนุภาคของเส้นใย ทำให้อนุภาคสัมผัสกับเส้นใย และถูกจับออกจากการไหลของอากาศ ถ้าระยะของอนุภาคไกลเกินกว่ารัศมีอนุภาคจากเส้นใยจะไม่ถูกขัง
2.Inertial impaction เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีขนาดใหญ่ไม่สามารถที่จะปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอากาศเมื่อเข้าใกล้เส้นใยกรอง ทำให้ติดอยู่บนเส้นใย
3.Diffusion ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคก๊าซ อนุภาคขนาดเล็ก (ปกติ 0.1 ไมโครเมตรหรือน้อยกว่า) มีแนวโน้มที่จะเดินทางไปในรูปแบบผิดปกติทำให้การเคลื่อนไหวแบบสุ่มที่ การเคลื่อนที่ที่ผิดปกตินี้ทำให้อนุภาคสารปนเปื้อนติดอยู่ในเส้นใย

การทำความเข้าใจทั้งสามวิธีทำให้มันชัดเจนว่าทำไมอนุภาคประมาณ 0.3 ไมโครเมตรจึงยากที่สุดในการกรอง อนุภาคน้อยกว่า 0.1 ไมโครเมตรติดได้ง่ายเนื่องจากการกระจายในขณะที่อนุภาคขนาดใหญ่กว่า 0.4 ไมโครเมตรถูกขังอยู่โดยความเฉื่อย และการสกัดกั้นที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้ประสิทธิภาพของตัวกรองลดลงในช่วงนี้ โดยระบุประสิทธิภาพแผ่นกรอง HEPA ที่ 0.3 ไมโครเมตรร่างมาตรฐานจริงๆอธิบายที่แตกต่างของประสิทธิภาพขั้นต่ำของตัวกรอง

พื้นฐานของ ULPA 

แผ่นกรองอากาศที่มีลักษณะการทำงานคล้ายคลึงกับแผ่นกรองแบบ HEPA แต่มีประสิทธิภาพในการกรองสูงกว่า ซึ่งมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 99.999 % ของอนุภาคขนาด 0.12 ไมครอน

การประยุกต์ใช้งาน
แผ่นกรอง HEPA และ ULPA ใช้ในงานที่ต้องใช้การกรองที่มีประสิทธิภาพมากของเชื้อโรคในอากาศซึ่งอาจทำให้เกิดโรคหอบหืดหรือทำให้อาการรุนแรงขึ้น และทำให้เกิดโรคภูมิแพ้ ตัวกรองเหล่านี้ยังมีประโยชน์ในสภาพแวดล้อมที่ต้องใช้อากาศที่สะอาดมาก เช่น

-เครื่องฟอกอากาศในห้องโดยสารของสายการบิน
-กรองอากาศชีวการแพทย์
-ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้า
-การผลิตยา
-และอื่นๆ