HEPA filter คืออะไร ทำงานยังไง

คำว่า ‘HEPA filter’ อาจเป็นสิ่งที่ดูซับซ้อน คำว่า HEPA ย่อมาจากอะไรHEPA filter ทำมาจากอะไร และอะไรกันแน่ที่ทำให้มันเป็นแผ่นกรองHEPA

HEPA filter คืออะไร

HEPA filter ย่อมาจาก ‘high-efficiency particulate air’ มันอาจฟังดูแล้วซับซ้อน แต่จริงๆแผ่นกรองHEPA ก็ไม่ใช่สิ่งที่วิเศษอะไร พวกมันถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อช่วงประมาณปี 1940 เมื่อนักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาระเบิดอะตอมและพวกเขาได้สร้างเสื่อไฟเบอร์ขึ้นมาแบบไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งมันทำมาจากทั้งกระจกและวัตถุดิบสังเคราะห์ ซึ่งวัตถุดิบสังเคราะห์นั้นมักจะถูกใช้ในแผ่นกรองอากาศมีลักษณะคล้ายกับสิ่งที่ใช้ทำให้เสื้อเชิ้ตแห้งไวนั่นเอง

ในทางกลับกัน แผ่นกรองอากาศไฟเบอร์กลาสนั้นทำมาจากแก้วหรือกระจก ซึ่งมันก็หมายความว่าทำมาจากพวก ซิลิก้า, อลูมิเนียม, แคลเซียมออกไซด์, บอรอนออกไซด์, แม๊กนีเซียมออกไซด์หรือโซเดียมออกไซด์

สิ่งที่สำคัญเกี่ยวกับแผ่นกรองHEPA คือมันมีประสิทธิภาพอย่างมากในการดักจับอนุภาคทุกขนาด มันสามารถดักจับเชื้อไวรัส, แบคทีเรีย, เกสร, PM2.5, สารก่อภูมิแพ้ ฯลฯ ซึ่งแผ่นกรองHEPAเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในส่วนประกอบของเครื่องฟอกอากาศ

เพื่อที่จะเห็นภาพว่าเสื่อไฟเบอร์มีหน้าตาเป็นอย่างไร นี่คือภาพซูมของแผ่นกรองHEPA filter ของ Smart Airที่ทำขึ้นเพื่อเครื่องฟอกอากาศ The Sqair พร้อมกับรูปของอนุภาคขนาดนาโนที่ถ่ายโดยกล้องจุลทรรศน์

เป็นแผ่นกรอง HEPA filter ได้ยังไง

โอเค แผ่นกรองHEPA ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงประมาณปี 1940และมันไม่ใช่สิ่งที่วิเศษ ดังนั้นอะไรล่ะที่ทำให้แผ่นกรองเก่าๆเป็นแผ่นกรองHEPA ปรากฎว่าการใช้คำว่า “HEPA” มันมีกฏการใช้ที่เข้มงวดอยู่ ในทวีปยุโรป แผ่นกรองHEPA ต้องสามารถกำจัดอนุภาคได้ถึง 99.95% (มาตรฐานISO) แต่ในสหรัฐอเมริกาพวกมันต้องกำจัดอนุภาคได้มากถึง 99.97% 

มาตรฐาน	อัตราการกรองของ MPPS
ISO / European (ISO29463 / EN 1822)	≥ 99.95%
US Standard (MIL-STD-282)	≥ 99.97%

เมื่อปฏิบัติตามมาตรฐานISOหรือกฏของทวีปยุโรป แผ่นกรองที่สามารถดักจับอนุภาคได้มากกว่าหรือเท่ากับ85%แต่น้อยกว่า99.95%จะเรียกว่า “แผ่นกรองEPA” หรือ ‘efficient particulate air filter’ ซึ่งแผ่นกรองเหล่านี้ไม่ได้ผ่านเกณฑ์พิจารณาเป็น “แผ่นกรอง HEPA”

ในทางกลับกัน แผ่นกรองที่ผ่านมาตรฐานของ “แผ่นกรองHEPA” และสามารถดักจับอนุภาคได้มากกว่า 99.999%นั้นจะเรียกว่า ‘แผ่นกรองULPA’ หรือ ‘ultra low penetration air filter’

ประเภทแผ่นกรอง	อัตราการกรอง
EPA (efficient particulate air filter)	85% – 99.95%
HEPA (high efficiency particulate air filter)	99.95% – 99.999%
ULPA (ultra low penetration air filter)	≥99.999%

แล้ว “อนุภาค” หมายถึงอะไร หมายถึงอนุภาคทุกอย่าง หรือขนาดของอนุภาคกันแน่ ปรากฎว่า HEPAได้ถูกทดสอบกับ “ขนาดอนุภาคที่แทรกซึมได้มากที่สุด” (MPPS) – เดี๋ยวเราค่อยมาดูเรื่องนี้กัน

ชนิดของแผ่นกรองอากาศ HEPA

E10 HEPA Filter กรองฝุ่นละอองได้ 85% (ฝุ่นละอองมีโอกาสผ่านแผ่นกรองออกไปได้ 15%)
E11 HEPA Filter กรองฝุ่นละอองได้ 95% (ฝุ่นละอองมีโอกาสผ่านแผ่นกรองออกไปได้ 5%)
H12 HEPA Filter กรองฝุ่นละอองได้ 99.5% (ฝุ่นละอองมีโอกาสผ่านแผ่นกรองออกไปได้ 0.5%)
H13 HEPA Filter กรองฝุ่นละอองได้ 99.95% (ฝุ่นละอองมีโอกาสผ่านแผ่นกรองออกไปได้ 0.05%)
H14 HEPA Filter กรองฝุ่นละอองได้ 99.995% (ฝุ่นละอองมีโอกาสผ่านแผ่นกรองออกไปได้ 0.005%)

แผ่นกรองHEPA filter ทำงานอย่างไร

คำตอบสำหรับคำถามนี้เป็นอะไรที่น่าพึงพอใจอย่างยิ่งกับแผ่นกรองHEPA คนส่วนมากอาจคิดแบบตรงไปตรงมาว่าแผ่นกรองHEPA ทำงานเหมือนตาข่าย แบบนี้

หากอนุภาคขนาดเล็กกว่ารูในตาข่าย มันก็จะผ่านไปได้ ก็เป็นเหตุผลดี

ข้อ 1: อนุภาคขนาดใหญ่

ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับอนุภาคขนาดใหญ่อาจเป็นสิ่งที่ถูกต้อง แต่คำว่า “ใหญ่” ที่เราพูดถึงคือใหญ่กว่า 1 ไมครอน ในการเปรียบเทียบง่ายๆได้ก็คือ เส้นผมของมนุษย์จะมีขนาดกว้างประมาณ 50 ไมครอน ดังนั้น 1ไมครอนที่พูดถึงก็มีขนาดเล็กมาก

แต่อนุภาคที่ “ใหญ่” เหล่านี้จะลอยไปติดอยู่ที่แผ่นกรองHEPA เพราะมันใหญ่เกินกว่าจะผ่านไปได้ ดังนั้นมันจึงยังติดอยู่ นักวิทยาศาสตร์มีชื่อในการเรียกมันเมื่ออนุภาคติดอยู่ระหว่างไฟเบอร์ทั้งสองอันว่า “ความตึง”

ข้อ 2 : อนุภาคขนาดเล็ก

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 1ไมครอนล่ะ ลองมามองขนาดของอนุภาคต่อไปที่ 0.3-1ไมครอน หรือเรากำลังพูดถึงขนาดของแบคทีเรียนั่นเอง

อนุภาคขนาดนี้สามารถอยู่ระหว่างช่องว่างของไฟเบอร์ได้อย่างพอดี แต่มันมีปัญหาตรงที่ พวกมันพยายามที่จะลอยตามอากาศที่อยู่รอบๆไฟเบอร์ของแผ่นกรอง HEPA และพวกมันมีขนาดค่อนข้างหนัก ดังนั้น บางอันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วพอและสุดท้ายก็จะมาติดอยู่บนแผ่นกรอง นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่า “การสกัดกั้น”

ข้อ 3 : อนุภาคขนาดเล็กมาก

โอเค ดังนั้นอนุภาคขนาดที่เล็กลงมาอีกล่ะ สำหรับอนุภาคเหล่านี้ (เล็กกว่า0.3ไมครอน) ทำให้วิทยาศาสตร์ดูแปลกขึ้นไปอีก เพราะว่าพวกมันสามารถเด้งไปมารอบๆได้เมื่อพวกมันสัมผัสกับโมเลกุลก๊าซ (ที่เรียกว่า Brownian Motion) ดังนั้นการเคลื่อนที่ของมันจะมีแพทเทิร์นแบบเลี้ยวไปมา

อนุภาคเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนสามารถทะลุผ่านแผ่นกรองได้อย่างพอดี แต่น่าเสียดาย (สำหรับอิสระของมัน) และน่ายินดี (ต่อปอดของพวกเรา) มันไม่สามารถลอยเป็นเส้นตรงได้ เนื่องจากพวกมันลอยแบบเลี้ยวไปมา มันก็มักจะจบลงด้วยการที่ลอยไปไฟเบอร์และติดอยู่บนนั้น นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่า “การกระจาย”

นี่คือการดักจับทั้ง 3 แบบ ทำงาน:

และนี่คือการทำงานที่แตกต่างกันทั้ง 3 แบบ สำหรับขนาดอนุภาคที่ต่างกัน ความตึงและการชนดักจับอนุภาคขนาดใหญ่ การสกัดดักจับอนุภาคขนาดกลางและการกระจายดักจับอนุภาคขนาดเล็กที่สุด

อนุภาคไหนทะลุแผ่นกรอง HEPA ได้ง่ายที่สุด

แผ่นกรอง HEPAสามารถกรองอนุภาคขนาดใหญ่กว่าได้หรือไม่ คำตอบคือ ได้ แต่ไม่เร็วนัก คุณได้สังเกตุจุดที่ตกลงมาในกราฟข้างบนไหม มันเกิดขึ้นเพราะว่าการกระจายทำงานได้ดีมากเมื่อขนาดอนุภาคเล็กกว่า 0.3 ไมครอน ความตึงและวิธีการอื่นๆจะทำงานได้ดีเมื่อเจออนุภาคขนาดใหญ่กว่า 0.3 ไมครอน

และเมื่อวิธีการทั้ง2นั้นมารวมกันก็จะทำให้มีความยากมากที่สุดในการดักจับขนาดอนุภาคนั้น พูดง่ายๆก็คือ เพราะว่ามันไม่เล็กจนการกระจายจะสามารถดักจับอย่างเต็มที่แต่มันก็ไม่ใหญ่พอที่จะใช้การตึงในการดักจับ จริงๆมันก็คือ “จุดอ่อน” ของแผ่นกรองHEPA นั่นเอง จุดที่ตกลงมาในกราฟนี้เรียกว่า ขนาดอนุภาคที่แทรกซึมได้มากที่สุด

จุดที่ตกลงมาในกราฟนั้นมักจะเกิดขี้นช่วงของอนุภาคขนาด 0.3 ไมครอน นั่นก็คือเหตุผลที่ว่าทำไมคนถึงพูดถึงอนุภาค 0.3 ไมครอนตลอดเวลา

แผ่นกรอง HEPA ดักจับอนุภาคขนาดนาโนได้

ลองดูเส้นที่สูงขึ้นไปทางซ้ายของจุดที่ตกลงมาในกราฟ

นั่นเรียกว่า Brownian Motion และการกระจาย การกระจายมีประสิทธิภาพอย่างมากในการดักจับอนุภาคนาโน ซึ่งนั่นก็หมายความว่าแผ่นกรองHEPA ก็มีประสิทธิภาพอย่างมากในการดักจับอนุภาคนาโนเช่นกัน

อ่านต่อเพิ่มเติม: แผ่นกรอง HEPA สามารถดักจับเชื้อไวรัสโคโรน่าได้หรือไม่

แผ่นกรอง HEPA สามารถดักจับก๊าซและ VOC ได้หรือไม่

เนื่องจากว่าแผ่นกรองHEPA มีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาคนาโนได้ดีมาก มันก็เป็นเหตุเป็นผลที่มันจะสามารถดักจับVOC และก๊าซอื่นๆได้เช่นกัน แต่น่าเสียดายที่มันใช้ไม่ได้กับเคสนี้ เพราะว่าก๊าซไม่ใช่อนุภาค พวกมันเคลื่อนที่และมีนิสัยแตกต่างกันไปในอากาศ ดังนั้นคุณจำเป็นต้องใช้แผ่นกรองคาร์บอนในการดักจับVOCและก๊าซ

อ่านต่อเพิ่มเติม: เราควรใช้แผ่นกรองอะไรบ้างในการป้องกันตัวเองจากมลพิษ

ดูแลรักษาแผ่นกรอง HEPA อย่างไร ทำความสะอาดได้หรือไม่

การทำความสะอาดแผ่นกรอง HEPA ด้วยการล้าง การดูดฝุ่นหรือการตีเอาฝุ่นออกไม่ใช่สิ่งที่แนะนำเท่าใด เนื่องจากว่ามันอาจเป็นการทำลายไฟเบอร์ของแผ่นกรอง แต่อย่างไรก็ตาม Smart Air ได้ทำการทดสอบล้างแผ่นกรอง HEPAในแลปไว้แล้ว สามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอันตรายในการทำความสะอาดแผ่นกรองHEPAของคุณได้ที่นี่

เราแนะนำให้ตรวจเช็กแผ่นกรอง HEPA ของคุณเป็นประจำ ถ้าแผ่นกรองเปลี่ยนสีจากสีขาวเป็นสีดำทั่วทั้งแผ่นแปลว่าถึงเวลาที่ควรเปลี่ยนแผ่นกรองแล้ว