ตัวกรอง HEPA จับอะไรได้จริงและทำงานอย่างไร

แผ่นกรอง HEPA คืออะไร และมาจากไหน?

HEPA ย่อมาจาก High Efficiency Particulate Air และหมายถึงมาตรฐานการกรอง ไม่ใช่วัสดุหรือแบรนด์เฉพาะ ตัวกรองจะมีคุณสมบัติเป็น HEPA ที่แท้จริงก็ต่อเมื่อสามารถดักจับอนุภาคในอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 ไมครอนได้อย่างน้อย 99.97% ซึ่งเป็นเกณฑ์ที่กำหนดขึ้นเนื่องจากอนุภาคขนาดนี้ดักจับได้ยากที่สุด และแสดงถึงสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดสำหรับการแทรกซึมของตัวกรอง จริงๆ แล้วอนุภาคทั้งที่มีขนาดใหญ่กว่าและเล็กกว่า 0.3 ไมครอนจะถูกดักจับในอัตราประสิทธิภาพที่สูงกว่า เนื่องจากกลไกทางกายภาพที่แตกต่างกันในการทำงานภายในตัวกลางกรอง

เทคโนโลยีนี้มีรากฐานมาจากโครงการแมนฮัตตันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีการที่เชื่อถือได้ในการกักเก็บอนุภาคกัมมันตภาพรังสีในศูนย์วิจัย ตัวกรองดั้งเดิมได้รับการพัฒนาโดยคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูของสหรัฐอเมริกา และได้รับการจำแนกประเภทมานานหลายทศวรรษก่อนที่จะนำไปปรับใช้ในเชิงพาณิชย์และที่อยู่อาศัย ปัจจุบัน การกรอง HEPA เป็นเทคโนโลยีหลักในโรงพยาบาล การผลิตยา การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และผลิตภัณฑ์ฟอกอากาศและสูญญากาศสำหรับผู้บริโภคที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

แผ่นกรอง HEPA จับอนุภาคได้จริงอย่างไร

หลายๆคนคงคิดว่า แผ่นกรอง HEPA ทำงานเหมือนตะแกรงทางกายภาพธรรมดา โดยปิดกั้นอนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านรูในวัสดุกรองได้ แม้ว่ากลไกนี้จะมีบทบาท แต่ความเป็นจริงก็ซับซ้อนกว่า สารกรอง HEPA สร้างขึ้นจากแผ่นใยแก้วบอโรซิลิเกตที่มีความหนาแน่นสูงจัดเรียงแบบสุ่ม และดักจับอนุภาคผ่านกลไกทางกายภาพที่แตกต่างกันสี่ประการที่ทำงานพร้อมกัน

การสกัดกั้น

อนุภาคขนาดกลางที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกรองจะติดตามกระแสลมอย่างใกล้ชิด แต่จะสัมผัสโดยตรงกับเส้นใยเมื่อผ่านไปใกล้ ๆ เนื่องจากอนุภาคมีขนาดใหญ่พอที่จะสัมผัสเส้นใยทางกายภาพขณะเคลื่อนไปตามเส้นทางการไหล อนุภาคจึงเกาะติดกับพื้นผิวของเส้นใยและถูกกำจัดออกจากอากาศ กลไกนี้มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับอนุภาคในช่วง 1 ถึง 10 ไมครอน

การกระแทก

อนุภาคที่ใหญ่กว่าและหนักกว่าจะมีแรงเฉื่อยเพียงพอจนไม่สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลของอากาศอย่างรวดเร็วในขณะที่อากาศพัดผ่านเมทริกซ์ไฟเบอร์ แทนที่จะโค้งงอรอบๆ เส้นใยตามกระแสลม อนุภาคเหล่านี้จะเดินทางในเส้นทางที่ตรงกว่าและชนกับเส้นใยโดยตรง การกระแทกเป็นกลไกการจับที่โดดเด่นสำหรับอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 ไมครอน และจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น

การแพร่กระจาย

อนุภาคที่มีขนาดเล็กมากซึ่งมีขนาดต่ำกว่าประมาณ 0.1 ไมครอน จะไม่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงที่คาดเดาได้ แต่พวกมันกลับได้รับการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ซิกแซกแบบสุ่มที่เกิดจากการชนกับโมเลกุลอากาศ เส้นทางที่ไม่แน่นอนนี้เพิ่มความน่าจะเป็นอย่างมากที่อนุภาคขนาดเล็กจะสัมผัสและเกาะติดกับเส้นใยก่อนที่จะผ่านตัวกรอง จริงๆ แล้วการแพร่กระจายจะมีประสิทธิภาพมากกว่าที่ความเร็วลมต่ำ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องฟอกอากาศประสิทธิภาพสูงบางรุ่นจึงใช้ความเร็วพัดลมที่ช้าลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาคขนาดเล็กพิเศษ

แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต

สารกรอง HEPA บางชนิดมีประจุไฟฟ้าสถิตอยู่ภายในเส้นใยที่ดึงดูดและกักเก็บอนุภาคที่มีประจุผ่านแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต กลไกนี้ช่วยเสริมวิธีการดักจับเชิงกลเพียงอย่างเดียว และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอนุภาคในช่วง 0.1 ถึง 0.3 ไมครอนที่ยากที่สุดได้ อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายนี้อาจลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อตัวกรองโหลดอนุภาค ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่กำหนดเวลาการเปลี่ยนตัวกรองมีความสำคัญ แม้ว่าตัวกรองจะไม่อุดตันอย่างเห็นได้ชัดก็ตาม

ตัวกรอง HEPA กำจัดอนุภาคและสารปนเปื้อนอะไรบ้าง

มาตรฐานประสิทธิภาพการกรอง HEPA ขนาด 0.3 ไมครอนแปลเป็นการกำจัดสิ่งปนเปื้อนในอากาศที่หลากหลายที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพของมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง การทำความเข้าใจว่า HEPA สามารถและไม่สามารถลบอะไรได้จะช่วยกำหนดความคาดหวังที่สมจริง และแจ้งการตัดสินใจว่าจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีการกรองเพิ่มเติมควบคู่ไปกับ HEPA หรือไม่

• สารก่อภูมิแพ้ไรฝุ่นและไรฝุ่น: อนุภาคฝุ่นในครัวเรือนและอุจจาระของไรฝุ่น ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นหลักของโรคจมูกอักเสบจากภูมิแพ้และโรคหอบหืด มีขนาดตั้งแต่ 0.5 ถึง 50 ไมครอน และดักจับด้วยตัวกรอง HEPA ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก
• ละอองเกสร: ละอองเรณูส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 10 ถึง 100 ไมครอน ทำให้เป็นหนึ่งในอนุภาคที่ง่ายที่สุดสำหรับตัวกรอง HEPA ในการดักจับ ผู้ที่เป็นโรคภูมิแพ้ตามฤดูกาลจะได้รับประโยชน์อย่างมากจากเครื่องฟอกอากาศ HEPA ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องในช่วงที่มีละอองเกสรดอกไม้สูง
• สะเก็ดผิวหนังของสัตว์เลี้ยง: สารก่อภูมิแพ้ในสัตว์เลี้ยงประกอบด้วยเศษโปรตีนขนาดเล็กจิ๋วที่หลั่งออกมาจากผิวหนัง น้ำลาย และปัสสาวะ ซึ่งแห้งและกลายเป็นอากาศ อนุภาคเหล่านี้มีขนาดตั้งแต่ 0.5 ถึง 10 ไมครอน และถูกจับได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการกรอง HEPA ทำให้เป็นเครื่องมืออันมีค่าสำหรับเจ้าของสัตว์เลี้ยงในการจัดการกับโรคภูมิแพ้
• สปอร์ของเชื้อรา: โดยทั่วไปสปอร์ของเชื้อราจะมีขนาดตั้งแต่ 1 ถึง 30 ไมครอน และจะถูกดักจับด้วยตัวกรอง HEPA ที่แท้จริง สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ซึ่งความเข้มข้นของเชื้อราในอากาศสามารถกระตุ้นให้เกิดอาการระบบทางเดินหายใจและปฏิกิริยาการแพ้ได้
• แบคทีเรีย: แบคทีเรียส่วนใหญ่มีขนาดระหว่าง 0.2 ถึง 10 ไมครอน แม้ว่าตัวกรอง HEPA จะไม่ใช่ระบบฆ่าเชื้อ แต่ก็สามารถดักจับอนุภาคแบคทีเรียในอากาศได้เป็นสัดส่วนจำนวนมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการกรอง HEPA จึงเป็นมาตรฐานในห้องแยกผู้ป่วยในโรงพยาบาลและในห้องผ่าตัด
• ฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM2.5): ผลพลอยได้จากการเผาไหม้ ไอเสียรถยนต์ และควันไฟป่ามีอนุภาคขนาดเล็กกว่า 2.5 ไมครอนที่แทรกซึมลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อปอด แผ่นกรอง HEPA ดักจับอนุภาคเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ให้การปกป้องที่ดีในพื้นที่ที่มีคุณภาพอากาศภายนอกไม่ดี
• ไวรัส (บางส่วน): อนุภาคไวรัสแต่ละตัวมีขนาดตั้งแต่ 0.02 ถึง 0.3 ไมครอน ซึ่งต่ำกว่าขนาดการจับ HEPA ที่ระบุ แต่ไวรัสมักจะเดินทางเกาะติดกับนิวเคลียสของหยดทางเดินหายใจที่มีขนาดใหญ่กว่าหรืออนุภาคฝุ่น ซึ่ง HEPA จับได้ การจับไวรัสแบบสแตนด์อโลนผ่าน HEPA เพียงอย่างเดียวไม่ควรถือเป็นการป้องกันการแพร่กระจายของโรคทางอากาศอย่างสมบูรณ์

สิ่งสำคัญเท่าเทียมกันคือต้องเข้าใจว่าตัวกรอง HEPA ใดที่ไม่สามารถลบออกได้ ก๊าซ สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) กลิ่น และไอสารเคมีผ่านตัวกลาง HEPA ทั้งหมดเนื่องจากประกอบด้วยโมเลกุลเดี่ยวๆ แทนที่จะเป็นอนุภาค การใช้งานที่ต้องการการกำจัดสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้ เช่น บ้านที่มีผู้สูบบุหรี่ การก่อสร้างใหม่ที่ไม่มีการปล่อยก๊าซ หรือสภาพแวดล้อมที่มี VOC สูง จำเป็นต้องมีการกรองด้วยถ่านกัมมันต์นอกเหนือจาก HEPA

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเกรดและมาตรฐานของตัวกรอง HEPA

คำว่า "HEPA" ไม่ได้รับการควบคุมอย่างสม่ำเสมอในตลาดผู้บริโภค และมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเกรดตัวกรอง มาตรฐานยุโรป EN 1822 กำหนดระบบการให้เกรดที่ชัดเจนซึ่งมีการอ้างอิงอย่างกว้างขวางในระดับสากล ในขณะที่มาตรฐานกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) ระบุค่า HEPA จริงที่คุ้นเคยที่ 99.97% ที่เกณฑ์ 0.3 ไมครอน ผลิตภัณฑ์ราคาประหยัดจำนวนมากใช้คำทางการตลาด เช่น "ประเภท HEPA" "คล้าย HEPA" หรือ "99% HEPA" ที่ไม่ตรงตามเกณฑ์ประสิทธิภาพของ HEPA ที่แท้จริง

สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ในที่พักอาศัยและเบาส่วนใหญ่ แผ่นกรอง HEPA จริงที่ได้รับการจัดอันดับ H13 ให้ประสิทธิภาพที่มากเกินพอ โดยทั่วไปแล้ว H14 ขึ้นไปจะใช้เฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม ซึ่งแม้แต่การปนเปื้อนด้วยกล้องจุลทรรศน์ก็ยังส่งผลกระทบร้ายแรง เมื่อซื้อผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค ให้มองหาภาษา "H13 True HEPA" หรือ "ตรงตามมาตรฐาน DOE HEPA" โดยเฉพาะเพื่อให้แน่ใจว่าคุณได้รับประสิทธิภาพที่แท้จริงมากกว่าการประมาณทางการตลาด

ตัวกรอง HEPA ใช้ที่ไหน?

การกรอง HEPA ปรากฏในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่ระบบอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนไปจนถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนในชีวิตประจำวัน หัวข้อทั่วไปคือสถานการณ์ใดก็ตามที่การขจัดอนุภาคละเอียดในอากาศมีความสำคัญต่อสุขภาพ คุณภาพของผลิตภัณฑ์ หรือความสมบูรณ์ของกระบวนการ

• เครื่องฟอกอากาศที่อยู่อาศัย: เครื่องฟอกอากาศ HEPA แบบสแตนด์อโลนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องนอน พื้นที่นั่งเล่น และโฮมออฟฟิศ เพื่อลดสารก่อภูมิแพ้ ฝุ่น และอนุภาคละเอียด โดยเฉพาะในเขตเมืองหรือบ้านที่มีสัตว์เลี้ยงและผู้ที่เป็นโรคภูมิแพ้
• เครื่องดูดฝุ่น: เครื่องดูดฝุ่นที่ได้รับการรับรอง HEPA ป้องกันไม่ให้อนุภาคละเอียดถูกส่งกลับเข้าไปในห้องในระหว่างการทำความสะอาด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการโรคภูมิแพ้และโรคหอบหืด หากไม่มีการกรอง HEPA การดูดฝุ่นสามารถเพิ่มความเข้มข้นของอนุภาคในอากาศได้ชั่วคราว
• ระบบปรับอากาศ: ระบบ HVAC เชิงพาณิชย์และที่อยู่อาศัยสามารถรวมโมดูลการกรองเกรด HEPA เพื่อทำความสะอาดอากาศหมุนเวียนทั้งหมดทั่วทั้งอาคาร ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพอากาศทั้งบ้านหรือทั้งอาคาร
• โรงพยาบาลและห้องคลีนรูม: สถานพยาบาลใช้การกรอง HEPA ในระบบระบายอากาศสำหรับห้องแยก โรงละคร และหน่วยดูแลผู้ป่วยหนักเพื่อลดความเสี่ยงในการติดเชื้อจากเชื้อโรคในอากาศ
• รถยนต์: รถยนต์ระดับพรีเมียมจำนวนมากในปัจจุบันมีระบบกรองอากาศในห้องโดยสารแบบ HEPA หรือใกล้เคียง HEPA ซึ่งจะกรองอากาศที่เข้ามาก่อนที่จะถึงห้องโดยสาร โดยให้การปกป้องจากมลพิษในเมืองและสารก่อภูมิแพ้

วิธีดูแลรักษาและเปลี่ยนแผ่นกรอง HEPA อย่างถูกต้อง

แผ่นกรอง HEPA ไม่สามารถล้างทำความสะอาดได้ในการใช้งานของผู้บริโภคส่วนใหญ่ การพยายามล้างแผ่นกรอง HEPA ที่แท้จริงด้วยน้ำจะสร้างความเสียหายให้กับเมทริกซ์เส้นใยที่ละเอียดอ่อน โครงสร้างของตัวกลางที่ถูกจีบพังทลาย และทำให้ตัวกรองใช้งานไม่ได้ แม้ว่าจะดูเหมือนไม่เสียหายและแห้งก็ตาม ผู้ผลิตบางรายจำหน่ายตัวกรอง "HEPA แบบล้างทำความสะอาดได้" แต่โดยทั่วไปจะใช้สื่อกรองที่แตกต่างกันและมีประสิทธิภาพต่ำกว่า และไม่เป็นไปตามมาตรฐาน HEPA ที่แท้จริงหลังการซัก

ความถี่ในการเปลี่ยนขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความเข้มข้นของการใช้งาน และปริมาณอนุภาคในสิ่งแวดล้อม ตามแนวทางทั่วไป ควรเปลี่ยนแผ่นกรอง HEPA ของเครื่องฟอกอากาศสำหรับที่อยู่อาศัยทุกๆ 12 ถึง 18 เดือนภายใต้การใช้งานปกติ ในขณะที่แผ่นกรอง HEPA ของเครื่องดูดฝุ่นโดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งาน 6 ถึง 12 เดือนเมื่อใช้เป็นประจำ สภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นมาก สัตว์เลี้ยงขนร่วงมาก หรือมีผู้สูบบุหรี่ จะต้องเปลี่ยนบ่อยกว่านี้ เครื่องฟอกอากาศสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีตัวบ่งชี้อายุการใช้งานตัวกรองที่ตรวจสอบความต้านทานการไหลของอากาศ ซึ่งเป็นคำแนะนำที่แม่นยำยิ่งขึ้นในการกำหนดเวลาการเปลี่ยนมากกว่ากำหนดปฏิทินแบบตายตัว

เมื่อเปลี่ยนแผ่นกรอง HEPA ให้จัดการอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนอนุภาคที่ถูกจับ ใส่ตัวกรองเก่าลงในถุงพลาสติกปิดผนึกโดยตรงก่อนนำไปทิ้ง เพื่อป้องกันการปล่อยสารปนเปื้อนที่ติดอยู่กลับเข้าไปในอากาศในห้อง เปลี่ยนไส้กรองที่ตรงกับข้อกำหนดเดิมทุกครั้ง การใช้ไส้กรองทดแทนที่มีขนาดไม่พอดีหรือเข้ากันไม่ได้จะทำให้เกิดช่องว่างการไหลเวียนของอากาศบายพาส ซึ่งทำให้อากาศที่ไม่มีการกรองไหลผ่านวัสดุกรองทั้งหมดได้ ซึ่งไม่เป็นไปตามวัตถุประสงค์

วิธีเลือกผลิตภัณฑ์แผ่นกรอง HEPA ที่เหมาะกับความต้องการของคุณ

การเลือกโซลูชันการกรอง HEPA ที่มีประสิทธิภาพจำเป็นต้องจับคู่ความจุและการออกแบบของผลิตภัณฑ์กับพื้นที่เฉพาะและความท้าทายด้านคุณภาพอากาศที่คุณกำลังเผชิญอยู่ ข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดในการตรวจสอบคืออัตราการสร้างอากาศบริสุทธิ์ (CADR) ซึ่งจะวัดความเร็วที่เครื่องฟอกอากาศแบบพกพาสามารถกรองอนุภาคจากห้องตามขนาดที่กำหนดได้ จับคู่ความครอบคลุมของห้องที่แนะนำของเครื่องฟอกอากาศกับขนาดห้องจริง และเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ให้เลือกหน่วยสำหรับห้องที่มีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ของคุณ 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้แน่ใจว่าอากาศจะเปลี่ยนอย่างเพียงพอต่อชั่วโมงที่ความเร็วพัดลมที่ต่ำกว่าและเงียบกว่า

พิจารณาว่าคุณต้องการขั้นตอนการกรองเพิ่มเติมนอกเหนือจาก HEPA หรือไม่ สำหรับครัวเรือนที่ต้องจัดการกับกลิ่นปรุงอาหาร กลิ่นสัตว์เลี้ยง ควัน หรือเฟอร์นิเจอร์ใหม่ที่ไม่มีก๊าซ ระบบกรอง HEPA และถ่านกัมมันต์แบบรวมจะจัดการกับมลพิษที่เป็นอนุภาคและก๊าซ เพื่อการควบคุมสารก่อภูมิแพ้และฝุ่นล้วนๆ โดยไม่ต้องกังวลเรื่องกลิ่น แผ่นกรอง HEPA ที่แท้จริงเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้ว และโดยปกติแล้วจะคุ้มค่ากว่าในการบำรุงรักษา ตรวจสอบเสมอว่าผลิตภัณฑ์มีการรับรองอิสระ เช่น จากสมาคมผู้ผลิตเครื่องใช้ในบ้าน (AHAM) หรือหน่วยงานทดสอบที่เทียบเคียงได้ แทนที่จะอาศัยการกล่าวอ้างของผู้ผลิตเพียงอย่างเดียวสำหรับข้อมูลประสิทธิภาพ