Schwebstofffilter

HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Airfilter), ULPA-Filter (Ultra Low Penetration Air) und SULPA-Filter (Super ULPA) sind Bezeichnungen für Filter mit einer bestimmten Partikelfilterklasse. Filter dieser Klasse werden zur Ausfilterung von Viren, lungengängigen Stäuben, Milbeneiern und -ausscheidungen, Pollen, Rauchpartikeln, Asbest, Bakterien, diversen toxischen Stäuben und Aerosolen aus der Luft benutzt.

Schwebstoff-Filter im Schnitt mit Abscheideprinzipien

Geschichte

Entwickelt wurde diese Art von Filtern in den 1940er Jahren im Zuge des Manhattan-Projekts, um die bis dahin unbekannten, aber gefährlichen radioaktiven Partikel aus der Raumluft entfernen zu können. Nach dem 2.Weltkrieg wurden diese Filterklassen für weitere Einsatzzwecke zugänglich gemacht und schrittweise klassifiziert.

Einsatzbereich

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

Effizienz und Standardisierung

Europäische Normierung

Für die Einstufung der verschiedenen Filter-Effizienzen werden in Europa die Partikelfilterklassen von 1 bis 17 verwendet. Je höher die dafür verwendete Zahl ist, 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). Gemäß den bekannten Filtereffekten sind Partikel um 0,1 bis 0,3 Mikrometer am schwersten abzuscheiden (MPPS = most penetrating particle size) – daher werden (H)EPA und ULPA Filter anhand ihrer Effektivität gegenüber diesen Korngrößen mittels DEHS (=Di-2-Ethylhexyl-Sebacat)-Prüfaerosol klassifiziert. Größere und kleinere Partikel werden aufgrund der physikalischen Eigenschaften besser abgeschieden. Unterschieden wird dabei zwischen der Gesamteffizienz des Filters und der schlechtesten lokalen Stelle.

EPA / HEPA-Filter

Filterklasse	Abscheidegrad (gesamt)	Abscheidegrad (lokal)
E10	> 85 %	---
E11	> 95 %	---
E12	> 99,5 %	---
H13	> 99,95 %	> 99,75 %
H14	> 99,995 %	> 99,975 %

ULPA-Filter

Filterklasse	Abscheidegrad (gesamt)	Abscheidegrad (lokal)
U15	> 99,9995%	> 99,9975 %
U16	> 99,99995 %	> 99,99975 %
U17	> 99,999995 %	> 99,9999 %

Weitere Werte für die Abscheidegrade 1 bis 9 (Grob- und Feinfilter nach EN 779) siehe Artikel Partikelfilterklassen.

Vereinigte Staaten

Anders als im Geltungsbereich der Europäischen Normen besteht auf dem Gebiet der Vereinigten Staaten nur der Begriff HEPA-Filter mit feststehendem Abscheidegrad. Der Abscheidegrad ist vergleichbar mit 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

Die verwendeten Filtermatten werden in den meisten Fällen in Sperrholz oder Metallrahmen montiert, um sie einfach wechseln zu können. Das Filtermedium selber besteht wie bei den meisten Luftfiltern aus Glasfasermatten, welche einen Faserdurchmesser von etwa 1-10 µm besitzen. Zur Vergrößerung der Filterfläche sind sie meist wellen- oder zackenförmig in den Rahmen eingebaut. Beim Wechseln der Filter besteht die große Gefahr, die sorgsam gefilterten Schadstoffe einzuatmen oder zu berühren. Deswegen werden in vielen Fällen spezielle Filtergehäuse eingesetzt, welche einen berührungslosen Filterwechsel erlauben. Diese Methode nennt man die Schutzsackwechselmethode.

Wirkungsweise

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

• Siebwirkung: Partikel bleiben aufgrund ihrer Größe zwischen den Filterfasern hängen (bei HEPA-Filtern 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.