مرشح هواء عالي الكفاءة

مرشح الهواء عالي الكفاءة HEPA (/ˈhɛpə / ، مرشح هواء الجسيمات عالي الكفاءة ) ، ^[1] والمعروف أيضًا باسم مرشح امتصاص الجسيمات عالي الكفاءة ^{[ بحاجة لمصدر ]} ومرشح احتجاز الجسيمات عالي الكفاءة ، ^[2] هو معيار كفاءة لمرشحات الهواء . ^[3]

يجب أن تلبي المرشحات التي تلبي معيار HEPA مستويات معينة من الكفاءة. تتطلب المعايير الشائعة أن يزيل مرشح الهواء HEPA - من الهواء الذي يمر عبره - ما لا يقل عن 99.95٪ ( ISO ، المعيار الأوروبي) ^{[4] [5]} أو 99.97٪ ( ASME ، وزارة الطاقة الأمريكية ) ^{[6] [7]} من الجسيمات التي يبلغ قطرها 0.3  ميكرومتر ، مع زيادة كفاءة الترشيح لأقطار الجسيمات الأقل من 0.3 ميكرومتر والأكبر من ذلك. [ ^8] تلتقط مرشحات HEPA حبوب اللقاح والأوساخ والغبار والرطوبة والبكتيريا (0.2-2.0 ميكرومتر) والفيروسات (0.02-0.3 ميكرومتر) والهباء الجوي السائل دون الميكرون (0.02-0.5 ميكرومتر). ^{[9] [10] [11]} يتم التقاط بعض الكائنات الحية الدقيقة ، على سبيل المثال، Aspergillus niger و Penicillium citrinum و Staphylococcus epidermidis و Bacillus subtilis بواسطة مرشحات HEPA باستخدام الأكسدة الضوئية (PCO). كما أن مرشح HEPA قادر على التقاط بعض الفيروسات والبكتيريا التي يبلغ حجمها ≤0.3 ميكرومتر. [12] كما أن مرشح HEPA قادر على التقاط غبار الأرضية الذي يحتوي على البكتيريا والكلوستريديا والعصيات . [ 13 ^] تم تسويق HEPA تجاريًا في ^{الخمسينيات} من القرن الماضي، وأصبح المصطلح الأصلي علامة تجارية مسجلة ثم علامة تجارية عامة لمرشحات عالية الكفاءة. ^[14] تُستخدم مرشحات HEPA في التطبيقات التي تتطلب التحكم في التلوث ، مثل تصنيع محركات الأقراص الصلبة والأجهزة الطبية وأشباه الموصلات والمنتجات النووية والغذائية والصيدلانية، وكذلك في المستشفيات ^[15] والمنازل والمركبات.

تتكون مرشحات HEPA من حصيرة من الألياف المرتبة عشوائيًا . ^[16] تتكون الألياف عادةً من البولي بروبلين أو الألياف الزجاجية بأقطار تتراوح بين 0.5 و 2.0 ميكرومتر. في معظم الأحيان، تتكون هذه المرشحات من حزم متشابكة من الألياف الدقيقة . تخلق هذه الألياف مسارًا ملتويًا ضيقًا يمر من خلاله الهواء. عندما تمر أكبر الجسيمات عبر هذا المسار، تتصرف حزم الألياف مثل منخل المطبخ الذي يمنع الجسيمات فعليًا من المرور. ومع ذلك، عندما تمر الجسيمات الأصغر مع الهواء، ومع التواء الهواء وانعطافه، لا تستطيع الجسيمات الأصغر مواكبة حركة الهواء وبالتالي تصطدم بالألياف. تتمتع أصغر الجسيمات بقصور ذاتي ضئيل للغاية وتتحرك بشكل عشوائي نتيجة للتصادمات مع جزيئات الهواء الفردية ( الحركة البراونية ). وبسبب حركتها، ينتهي بها الأمر بالاصطدام بالألياف. ^[17] العوامل الرئيسية التي تؤثر على وظائفها هي قطر الألياف وسمك المرشح وسرعة الوجه هي سرعة الهواء المقاسة عند مدخل أو مخرج نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). يتم قياس سرعة الوجه بوحدة م/ث ويمكن حسابها على أنها معدل التدفق الحجمي (م ³ /ث) مقسومًا على مساحة الوجه (م ² ). عادةً ما تكون المساحة الهوائية بين ألياف مرشح HEPA أكبر بكثير من 0.3 ميكرومتر. مرشحات HEPA بمستوى عالٍ جدًا لأصغر الجسيمات. على عكس المناخل أو مرشحات الأغشية ، حيث يمكن للجسيمات الأصغر من الفتحات أو المسام أن تمر من خلالها، تم تصميم مرشحات HEPA لاستهداف مجموعة من أحجام الجسيمات. يتم حبس هذه الجسيمات (تلتصق بالألياف) من خلال مجموعة من الآليات الثلاث التالية:

1. الانتشار؛ يتم التقاط الجسيمات التي يقل حجمها عن 0.3 ميكرومتر عن طريق الانتشار في مرشح HEPA. هذه الآلية هي نتيجة لاصطدام جزيئات الغاز بأصغر الجسيمات، وخاصة تلك التي يقل قطرها عن 0.1 ميكرومتر. يتم نفخ الجسيمات الصغيرة أو ارتدادها بشكل فعال وتصادمها بألياف وسائط الترشيح. هذا السلوك مشابه للحركة البراونية ويزيد من احتمالية توقف الجسيم إما عن طريق الاعتراض أو الاصطدام؛ تصبح هذه الآلية مهيمنة عند تدفق الهواء المنخفض .
2. الاعتراض؛ حيث تأتي الجسيمات التي تتبع خط التدفق في تيار الهواء ضمن دائرة نصف قطرها واحدة من الألياف وتلتصق بها. ويتم التقاط الجسيمات متوسطة الحجم من خلال هذه العملية.
3. الاصطدام؛ حيث لا تتمكن الجسيمات الأكبر من تجنب الألياف من خلال اتباع الخطوط المنحنية لتيار الهواء وتضطر إلى الاندماج في أحدها مباشرة؛ ويزداد هذا التأثير مع انخفاض فصل الألياف وزيادة سرعة تدفق الهواء.

تسود عملية الانتشار أسفل حجم الجسيمات الذي يبلغ قطره 0.1 ميكرومتر، بينما تسود عملية الاصطدام والاعتراض فوق 0.4 ميكرومتر. ^[18] وفي المنتصف، بالقرب من حجم الجسيمات الأكثر اختراقًا (MPPS) 0.21 ميكرومتر، يكون كل من الانتشار والاعتراض غير فعالين نسبيًا. ^[19] ولأن هذه هي أضعف نقطة في أداء المرشح، تستخدم مواصفات HEPA الاحتفاظ بالجسيمات بالقرب من هذا الحجم (0.3 ميكرومتر) لتصنيف المرشح. ^[18] ومع ذلك، من الممكن أن لا تتمتع الجسيمات الأصغر من MPPS بكفاءة ترشيح أكبر من MPPS. ويرجع هذا إلى حقيقة أن هذه الجسيمات يمكن أن تعمل كمواقع نووية للتكثيف في الغالب وتشكل جسيمات بالقرب من MPPS. ^[19]

تم تصميم مرشحات HEPA لإيقاف الجسيمات الدقيقة للغاية بشكل فعال، لكنها لا تقوم بتصفية الغازات وجزيئات الروائح . تتطلب الظروف التي تتطلب ترشيح المركبات العضوية المتطايرة أو الأبخرة الكيميائية أو روائح السجائر أو الحيوانات الأليفة أو انتفاخ البطن استخدام الكربون المنشط (الفحم) أو نوع آخر من المرشحات بدلاً من أو بالإضافة إلى مرشح HEPA. ^[20] تُعرف مرشحات القماش الكربوني، التي يُزعم أنها أكثر كفاءة بعدة مرات من شكل الكربون المنشط الحبيبي في امتصاص الملوثات الغازية ، باسم مرشحات امتصاص الغاز عالية الكفاءة (HEGA) وقد طورتها في الأصل القوات المسلحة البريطانية كوسيلة دفاع ضد الحرب الكيميائية . ^{[21] [22]}

يمكن استخدام مرشح كيس HEPA جنبًا إلى جنب مع مرشح مسبق (عادةً ما يكون منشطًا بالكربون) لإطالة عمر استخدام مرشح HEPA الأكثر تكلفة. ^[23] في مثل هذا الإعداد، تتكون المرحلة الأولى في عملية الترشيح من مرشح مسبق يزيل معظم جزيئات الغبار والشعر والجسيمات PM10 وحبوب اللقاح الأكبر حجمًا من الهواء. يزيل مرشح HEPA عالي الجودة في المرحلة الثانية الجزيئات الدقيقة التي تهرب من المرشح المسبق. هذا شائع في وحدات معالجة الهواء . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

مرشحات HEPA، كما هو محدد في معيار وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) الذي تتبناه معظم الصناعات الأمريكية، تزيل ما لا يقل عن 99.97٪ من الهباء الجوي الذي يبلغ قطره 0.3 ميكرومتر (μm). ^[24] عادة ما يتم تحديد الحد الأدنى لمقاومة المرشح لتدفق الهواء، أو انخفاض الضغط ، عند حوالي 300 باسكال (0.044 رطل / بوصة مربعة) عند معدل التدفق الحجمي الاسمي . ^[7]

المواصفات المستخدمة في الاتحاد الأوروبي : المعيار الأوروبي EN 1822-1:2019، والذي اشتق منه ISO 29463، ^[4] يحدد عدة فئات من المرشحات من خلال احتفاظها بحجم الجسيمات الأكثر اختراقًا (MPPS): مرشحات الهواء الجزيئية الفعالة (EPA)، ومرشحات الهواء الجزيئية عالية الكفاءة (HEPA)، ومرشحات الهواء الجزيئية المنخفضة للغاية (ULPA). تسمى الكفاءة المتوسطة للمرشح "الإجمالية"، وتسمى الكفاءة عند نقطة معينة "المحلية": ^[4]

كفاءة	EN 1822	ايزو 29463	الاحتفاظ (المتوسط)	الاحتفاظ (البقعة)
وكالة حماية البيئة	ه10	—	≥ 85%	—
	ه11	ايزو 15 ايزو 20 ايزو	≥ 95% ≥ 99%	—
	ه12	ايزو 25 ايزو 30 ايزو	≥ 99.5% ≥ 99.9%	—
مرشح هواء عالي الكفاءة	ح13	ايزو 35 اتش ايزو 40 اتش	≥ 99.95% ≥ 99.99%	≥ 99.75% ≥ 99.95%
	ح14	ISO 45 H و ISO 50 U	≥ 99.995% ≥ 99.999%	≥ 99.975% ≥ 99.995%
أولبا	تحت 15 سنة	ايزو 55 يو ايزو 60 يو	≥ 99.9995% ≥ 99.9999%	≥ 99.9975% ≥ 99.9995%
	تحت 16 سنة	ايزو 65 يو ايزو 70 يو	≥ 99.99995% ≥ 99.99999%	≥ 99.99975% ≥ 99.9999%
	تحت 17 سنة	ايزو 75 يو	≥ 99.999995%	≥ 99.9999%

انظر أيضًا الفئات المختلفة لمرشحات الهواء للمقارنة.

بالنسبة لأجهزة التنفس الصناعي ، تعرف MSHA و NIOSH مرشحات HEPA بأنها مرشحات تحجب ≥ 99.97% من جزيئات DOP التي يبلغ حجمها 0.3 ميكرون ، وفقًا لـ 30 CFR 11 و42 CFR 84. ومنذ التحول إلى 42 CFR 84 في عام 1995، تم إيقاف استخدام مصطلح HEPA باستثناء أجهزة التنفس الصناعي التي تعمل بالطاقة لتنقية الهواء . ^[25]

تستخدم بعض الشركات مصطلح تسويقي يُعرف باسم "True HEPA" لمنح المستهلكين ضمانًا بأن مرشحات الهواء الخاصة بهم تلبي معيار HEPA، على الرغم من أن هذا المصطلح ليس له معنى قانوني أو علمي. ^[26] المنتجات التي يتم تسويقها على أنها "من نوع HEPA" أو "مثل HEPA" أو "على غرار HEPA" أو "99% HEPA" لا تلبي معيار HEPA وقد لا يتم اختبارها في مختبرات مستقلة. على الرغم من أن مثل هذه المرشحات قد تقترب بشكل معقول من معايير HEPA، إلا أن البعض الآخر لا يفي بالغرض بشكل كبير. ^[27]

بشكل عام (مع مراعاة بعض الاختلافات اعتمادًا على عوامل مثل معدل تدفق الهواء، والخصائص الفيزيائية للجسيمات التي يتم ترشيحها، بالإضافة إلى التفاصيل الهندسية لتصميم نظام الترشيح بالكامل وليس فقط خصائص وسائط الترشيح)، تواجه مرشحات HEPA أكبر صعوبة في التقاط الجسيمات في نطاق الحجم من 0.15 إلى 0.2 ميكرومتر. ^[28] تعمل ترشيح HEPA بوسائل ميكانيكية، على عكس تقنيات المعالجة الأيونية والأوزونية ، والتي تستخدم الأيونات السالبة وغاز الأوزون على التوالي. لذا، فإن احتمالية التسبب في آثار جانبية رئوية مثل الربو ^[29] والحساسية أقل بكثير مع أجهزة تنقية الهواء عالية الكفاءة. [ ^30]

لضمان عمل مرشح HEPA بكفاءة، يجب فحص المرشحات وتغييرها كل ستة أشهر على الأقل في البيئات التجارية. في البيئات السكنية، واعتمادًا على جودة الهواء المحيط بشكل عام، يمكن تغيير هذه المرشحات كل عامين إلى ثلاثة أعوام. سيؤدي الفشل في تغيير مرشح HEPA في الوقت المناسب إلى إجهاد الجهاز أو النظام وعدم إزالة الجسيمات من الهواء بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، واعتمادًا على مواد الحشوة المختارة في تصميم النظام، يمكن أن يؤدي مرشح HEPA المسدود إلى تجاوز واسع النطاق لتدفق الهواء حول المرشح. ^[31]

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ( يونيو 2024 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

تعتبر مرشحات الهواء عالية الكفاءة (HEPA) بالغة الأهمية في منع انتشار الكائنات الحية البكتيرية والفيروسية المحمولة جوًا، وبالتالي العدوى . عادةً، تتضمن أنظمة ترشيح الهواء عالية الكفاءة (HEPA) للاستخدام الطبي أيضًا وحدات أو ألواحًا من الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة مع طلاء مضاد للميكروبات لقتل البكتيريا والفيروسات الحية المحاصرة بواسطة وسائط الترشيح. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تتمتع بعض وحدات HEPA ذات التصنيف الأعلى بكفاءة تصل إلى 99.995%، مما يضمن مستوى عالٍ جدًا من الحماية ضد انتقال الأمراض المحمولة جوًا . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

هذا القسم يحتاج إلى التوسعة ، يمكنك المساعدة بإضافة المزيد إليه. ( يونيو 2024 )

تستخدم العديد من المكانس الكهربائية أيضًا مرشحات HEPA كجزء من أنظمة الترشيح الخاصة بها. وهذا مفيد لمرضى الربو والحساسية، لأن مرشح HEPA يحبس الجسيمات الدقيقة (مثل حبوب اللقاح وبراز عث الغبار المنزلي ) التي تسبب أعراض الحساسية والربو. لكي يكون مرشح HEPA في المكنسة الكهربائية فعالاً، يجب تصميم المكنسة الكهربائية بحيث يتم طرد كل الهواء المسحوب إلى الجهاز من خلال المرشح، مع عدم تسرب أي هواء عبره. يُشار إلى هذا غالبًا باسم "HEPA المختوم" أو في بعض الأحيان "HEPA الحقيقي" الأكثر غموضًا. قد تحتوي المكانس الكهربائية التي تحمل علامة "HEPA" ببساطة على مرشح HEPA، ولكن ليس كل الهواء يمر من خلاله بالضرورة. أخيرًا، تستخدم مرشحات المكنسة الكهربائية التي يتم تسويقها على أنها "شبيهة بـ HEPA" عادةً مرشحًا مشابهًا لـ HEPA، ولكن بدون كفاءة الترشيح. نظرًا للكثافة الإضافية لمرشح HEPA الحقيقي، تتطلب المكانس الكهربائية HEPA محركات أكثر قوة لتوفير قوة تنظيف كافية. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تدعي بعض الطرز الأحدث أنها أفضل من الطرز السابقة مع تضمين مرشحات "قابلة للغسل". بشكل عام، مرشحات HEPA الحقيقية القابلة للغسل باهظة الثمن. يمكن لمرشح HEPA عالي الجودة حبس 99.97٪ من جزيئات الغبار التي يبلغ قطرها 0.3 ميكرون. للمقارنة، يبلغ قطر شعرة الإنسان حوالي 50 إلى 150 ميكرون. لذا، فإن مرشح HEPA الحقيقي يحبس بفعالية جزيئات أصغر بعدة مئات المرات من عرض شعرة الإنسان. ^[32] يزعم بعض المصنّعين معايير مرشح مثل "HEPA 4"، دون توضيح المعنى الكامن وراءها. ^{[ بحاجة لمصدر ]} يشير هذا إلى تصنيف قيمة تقرير الكفاءة الدنيا (MERV). ^{[ بحاجة لمصدر ]} تُستخدم هذه التصنيفات لتقييم قدرة مرشح منظف الهواء على إزالة الغبار من الهواء أثناء مروره عبر المرشح. MERV هو معيار يستخدم لقياس الكفاءة الكلية للمرشح. يتراوح مقياس MERV من 1 إلى 16، ويقيس قدرة المرشح على إزالة الجسيمات التي يتراوح حجمها من 10 إلى 0.3 ميكرومتر. لا تقوم المرشحات ذات التصنيفات الأعلى بإزالة المزيد من الجسيمات من الهواء فحسب، بل إنها تزيل أيضًا الجسيمات الأصغر حجمًا.

التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ^[33] هي تقنية تستخدم مرشحات الهواء، مثل مرشحات HEPA، لإزالة الملوثات من الهواء سواء في الداخل أو في المركبات. تشمل الملوثات الدخان والفيروسات والمساحيق وما إلى ذلك، ويمكن أن تنشأ إما في الخارج أو في الداخل. يتم استخدام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لتوفير الراحة البيئية وفي المدن الملوثة للحفاظ على الصحة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تستخدم الطائرات الحديثة مرشحات HEPA للحد من انتشار مسببات الأمراض المحمولة جوًا في الهواء المعاد تدويره. أعرب النقاد عن قلقهم بشأن فعالية وحالة إصلاح أنظمة ترشيح الهواء، لأنهم يعتقدون أن الكثير من الهواء في مقصورة الطائرة يتم إعادة تدويره. في الواقع، يتم جلب كل الهواء تقريبًا في الطائرة المضغوطة من الخارج، ويتم تدويره عبر المقصورة ثم يتم استنفاده من خلال صمامات التدفق في الجزء الخلفي من الطائرة. ^[34] يمر حوالي 40 بالمائة من هواء المقصورة عبر مرشح HEPA وتأتي النسبة الأخرى البالغة 60 بالمائة من خارج الطائرة. تحجب مرشحات الهواء المعتمدة وتلتقط 99.97 بالمائة من الجسيمات المحمولة جوًا. ^[35]

في عام 2016، أُعلن أن طراز Tesla Model X سيحتوي على أول مرشح هواء عالي الكفاءة في العالم في سيارة Tesla. ^[36] بعد إصدار طراز Model X، قامت Tesla بتحديث طراز Model S ليحتوي أيضًا على مرشح هواء عالي الكفاءة اختياري. ^[37]

وُلدت فكرة تطوير مرشح الهواء عالي الكفاءة من أقنعة الغاز التي ارتداها الجنود الذين قاتلوا في الحرب العالمية الثانية. حيث كان لقطعة ورق تم إدخالها في قناع غاز ألماني كفاءة عالية بشكل ملحوظ في التقاط الدخان الكيميائي. وقد قام فيلق الكيمياء بالجيش البريطاني بتقليد ذلك وبدأ في تصنيعه بكميات كبيرة لأقنعة الغاز الخدمية الخاصة بهم. كانوا بحاجة إلى حل آخر للمقرات العملياتية، حيث كانت أقنعة الغاز الفردية غير عملية. طور فيلق الكيمياء بالجيش وحدة نفخ وتنقية هواء ميكانيكية مشتركة، والتي تضمنت ورق السليلوز والأسبستوس في شكل مطوي بعمق مع فواصل بين الطيات. وقد تمت الإشارة إليه باسم مرشح الهواء "المطلق" وأرست الأساس لمزيد من الأبحاث القادمة في تطوير مرشح الهواء عالي الكفاءة. ^[38]

تم تصميم المرحلة التالية من مرشح HEPA في أربعينيات القرن العشرين وتم استخدامها في مشروع مانهاتن لمنع انتشار الملوثات المشعة المحمولة جوًا . [ ^39] احتاجت هيئة الكيمياء بالجيش الأمريكي ولجنة أبحاث الدفاع الوطني إلى تطوير مرشح مناسب لإزالة المواد المشعة من الهواء. طلبت هيئة الكيمياء بالجيش من الحائز على جائزة نوبل إيرفينج لانجموير أن يوصي بطرق اختبار المرشح وتوصيات عامة أخرى لإنشاء المادة لتصفية هذه الجسيمات المشعة. حدد أن الجسيمات بحجم 0.3 ميكرون هي "الحجم الأكثر اختراقًا" - الأكثر صعوبة وإثارة للقلق. ^[40]

تم تسويقه تجاريًا في الخمسينيات من القرن العشرين، وأصبح المصطلح الأصلي علامة تجارية مسجلة ثم علامة تجارية عامة لمرشحات عالية الكفاءة. ^[14]

على مدى العقود من الزمن، تطورت المرشحات لتلبية المتطلبات المتزايدة لجودة الهواء في مختلف الصناعات ذات التكنولوجيا العالية، مثل صناعة الطيران، وصناعة الأدوية، والمستشفيات، والرعاية الصحية، والوقود النووي، والطاقة النووية، وتصنيع الدوائر المتكاملة . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

• جهاز تنقية الهواء  – جهاز يقوم بإزالة الملوثات من الهواء في الغرفة
• معدل توصيل الهواء النظيف  – قياس فعالية الترشيح
• غرفة نظيفة  – غرفة خالية من الغبار للبحث أو الإنتاج
• جهاز ترسيب كهروستاتيكي  – جهاز ترشيح – يحبس الجسيمات ذات الجهد العالي
• مكنسة كهربائية مضادة للحساسية – مكنسة كهربائية مزودة بفلتر هواء عالي الكفاءة
• قيمة تقرير الكفاءة الدنيا  – مقياس قياس فعالية مرشحات الهواء (MERV)
• جهاز التنفس الصناعي  – جهاز يتم ارتداؤه لحماية المستخدم من استنشاق الملوثات
• ULPA – يزيل 99.999% من الغبار وحبوب اللقاح والعفن والبكتيريا والجزيئات الأكبر من 120 نانومتر (0.12 ميكرومتر)
• التطهير بالأشعة فوق البنفسجية  – طريقة التطهير باستخدام الأشعة فوق البنفسجية
• صندوق كورسي-روزنتال

• ملاحظة تطبيق TSI ITI-041: آليات الترشيح للمرشحات الليفية عالية الكفاءة