HEPA là lọc giữ hạt hiệu quả cao (High-efficiency particulate arrestance - HEPA). Lọc HEPAcó rất nhiều ứng dụng như trong cơ sở y tế, nhà máy dược phẩm, ôtô, máy bay, nhà ở ... Bộ Lọc HEPA phải đáp ứng được các tiêu chuẩn của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE). Yêu cầu đó bao gồm bộ lọc phải loại trừ được 99,97% các hạt có kích thước 0.3 µm.
Nguyên lý hoạt động
Lọc HEPA được tạo ra từ tấm sợi thủy tinh được sắp xếp ngẫu nhiên. Sợi thủy tinh có đường kính từ 0,5 đến 2,0 micromet. Thông số chính bộ lọc được quyết định bởi đường kính sợi, độ dày lọc, tốc độ bề mặt. Khoảng trống giữa các sợi bộ lọc HEPA phải lớn hơn 0.3 µm. Các giả định phổ biến cho rằng lọc HEPA như một cái sàng, chỉ cho các hạt nhỏ hơn lỗ trống đi qua là không chính xác. Không giống như các màng lọc bề mặt chỉ cho các hạt kích thước nhỏ hơn kích thước khoảng trống đi qua, Lọc HEPA được thiết kế lọc các chất ô nhiễm và hạt nhỏ hơn nhiều. Những hạt này bị giữ lại giữa các sợi thủy tinh thông qua kết hợp ba cơ chế sau:
1. Cơ chế đánh chặn: Các hạt bụi theo luồng không khí va vào bán kính cong sợi và bị giữ lại.
2. Cơ chế tác động. Các hạt bụi lớn không vượt qua được các sợi vì sự uốn lượng dòng không khí và bị giữ lại trên sợi trực tiếp, hiệu ứng này tăng lên với sự giảm dần chia tách sợi và tốc độ dòng không khí cao.
3. Cơ chế khuếch tán. Cơ chế cơ học tăng cường là kết quả va chạm với phân tử khí với những hạt nhỏ nhất, đặc biệt đường kính dưới 0.1 µm, bị cản trở và giữ lại giữa khe bộ lọc, theo chuyển động Brown, tăng xác xuất giữ lại hạt cùng với hai cơ chế trên, và nội trội khi vận tốc dòng khí thấp.
Cơ chế khuếch tán dùng hiệu quả với các hạt bụi đường kính dưới 0.1 μm, đánh chặn và tác động hiệu quả với hạt bụi đường kính trên 0.4 μm. Ở khoảng giữa, kích thước hạt bụi 0.3 μm, cả khuếch tán và đánh chặn đều tương đối hiệu quả. HEPA dùng thông số hạt giữ lại để đánh giá và phân loại bộ lọc.
Cuối cùng, điều quan trọng là cần lưu ý là lọc HEPA được thiết kế để bắt giữ rất tốt các hạt , nhưng họ không dùng lọc chất khí và các phân tử mùi. Vì vậy khi cần lọc các hợp chất dễ bay hơi hữu cơ, hơi hóa chất, thuốc lá ... thì phải dùng bộ lọc carbon (lọc than hoạt tính) thay thế hoặc bổ sung Lọc HEPA.
Thông số kỹ thuật
Bộ lọc HEPA, theo tiêu chuẩn DOE, loại bỏ tối thiểu 99,97% các hạt trong không khí đường kính 0,3 micromet (µm). Đột sụt áp tối thiểu khoảng 300 Pa ở tốc độ luồng khí thông thường.
Tiêu chuẩn hay dùng là tiêu chuẩn Châu Âu European Norm EN 1822:2009. Tiêu chuẩn phân loại bộ Lọc HEPA theo kích thước hạt giữ lại.
| Cấp độ Lọc HEPA | Hiệu suất giữ lại | Hiệu suất giữ lại |
|---|---|---|
| E10 | > 85% | --- |
| E11 | > 95% | --- |
| E12 | > 99.5% | --- |
| H13 | > 99.95% | > 99.75% |
| H14 | > 99.995% | > 99.975% |
| U15 | > 99.9995% | > 99.9975% |
| U16 | > 99.99995% | > 99.99975% |
| U17 | > 99.999995% | > 99.9999% |
Bộ lọc HEPA được thiết kế ban đầu vào những năm 1940 và sử dụng trong dự án Manhattan để ngăn chặn sự lây lan của các chất gây ô nhiễm phóng xạ trong không khí. Nó được thương mại hóa vào những năm 1950, đăng ký nhãn hiệu cho bộ lọc hiệu quả cao. Trong những thập kỷ sau bộ lọc được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng không khí trong các ngành công nghệ cao khác nhau: hàng không vũ trụ, chế biến dược phẩm, bệnh viện, chăm sóc sức khỏe, nhiên liệu hạt nhân, năng lượng hạt nhân ...