HEPA-Filterleistung: Analyse von Volumenstrom, MPPS und Druckverlust

Kurzfassung: zuerst den Betriebspunkt festlegen

Ein aussagekräftiger HEPA-Vergleich verbindet Partikeldurchdringung, Volumenstrom und Druckverlust. Ein hoher Abscheidegrad an einem Betriebspunkt beschreibt nicht alle möglichen Betriebsbedingungen. Ein niedriger Widerstandswert ist ohne zugehörigen Volumenstrom ebenfalls unvollständig. Dieser Beitrag entwickelt auf Grundlage veröffentlichter Filtrationsliteratur und einer beispielhaften Energieberechnung eine gemeinsame Betrachtung dieser Größen. Er ist eine technische Übersicht, kein Bericht über neue Yiding-Labormessungen.

Entscheidend ist, ob der ausgewählte Filter die geforderte Partikelleistung bei dem Volumenstrom liefert, den die Anlage aufrechterhalten muss. Erst danach sollten Medienpakete, Rahmentiefen und Gehäuseschnittstellen verglichen werden. So vermeidet man eine Beschaffung allein nach einem Prozentwert oder einem Druckverlust aus einem anderen Katalogbetriebspunkt.

1. MPPS ist ein Leistungsminimum, keine Porengrößengrenze

Faserförmige HEPA-Medien nutzen mehrere Abscheidemechanismen und wirken nicht wie ein Sieb mit einer einzigen definierten Öffnung. Diffusion unterstützt die Abscheidung sehr kleiner Partikel; Interzeption und Trägheit tragen je nach Partikelgröße unterschiedlich bei. Die daraus entstehende Fraktionsabscheidegradkurve besitzt ein Minimum. Die zugehörige Partikelgröße heißt MPPS. Kleinere Partikel sind daher nicht zwangsläufig schwieriger abzuscheiden. [1]

Der bekannte Wert von 0,3 µm erscheint in der HEPA-Erklärung der US-Umweltbehörde EPA. Er darf nicht automatisch die gemessene MPPS jedes Filters und jeder Prüfbedingung ersetzen. [2] Eine Arbeit des Lawrence Livermore National Laboratory nennt Medienaufbau, Aerosoldichte und Luftgeschwindigkeit als Einflussgrößen. [3] Für die Beschaffung sind deshalb Prüfverfahren und Prüfvolumenstrom zum angegebenen Abscheidegrad erforderlich, statt eine Partikelangabe als allgemeine Trenngrenze zu behandeln.

2. Abscheidegrad und Durchdringung gemeinsam lesen

Für ein definiertes Partikelgrößenintervall seien Cᵤ und C_d vergleichbare Konzentrationen vor und hinter dem Filter. Dann gilt für die Durchdringung P = C_d / Cᵤ und für den Fraktionsabscheidegrad η = 1 − P. Durch Multiplikation mit 100 erhält man Prozentwerte. Diese Beziehungen zeigen, weshalb kleine Änderungen nahe 100 % große Unterschiede der nachgeschalteten Konzentration bedeuten können.

Beispielsweise entsprechen 99,95 % Abscheidegrad einer Durchdringung von 0,05 %, während 99,995 % einer Durchdringung von 0,005 % entsprechen: ein Faktor zehn bei ansonsten identischen Bedingungen. Das bedeutet keine zehnfach bessere Raumreinheit. Quellen im Raum, Luftführung und Installationsleckagen sind weitere Größen. Klassifikationssystem und Ausgabe gehören in die Bestellung. ISO 29463-1:2024 behandelt mit den zugehörigen Prüfteilen Klassifikation, Prüfung, Kennzeichnung und Dokumentation. [4] Klasse und Einzelprozentwert ersetzen keinen vollständigen Prüfbericht.

3. Anström- und Mediengeschwindigkeit unterscheiden

Die Anströmgeschwindigkeit bezieht sich auf eine definierte Stirnfläche, die Mediengeschwindigkeit auf die wirksame entfaltete Fläche, durch die Luft strömt. Beide folgen v = Q / A, verwenden aber unterschiedliche Flächen. Geben Sie an, ob die Stirnfläche den Rahmen einschließt oder nur die freie Öffnung bezeichnet. Andernfalls können zwei Geschwindigkeiten unterschiedliche Bezugsgrößen haben.

Als reines Rechenbeispiel entsprechen 1800 m³/h einem Volumenstrom von 0,50 m³/s. Bei 0,36 m² angegebener Stirnfläche ergibt sich 1,39 m/s; bei 10 m² wirksamer Medienfläche beträgt die mittlere Mediengeschwindigkeit 0,050 m/s. Diese Flächen sind Rechenannahmen, keine Maß- oder Medienflächenangaben eines Yiding-Modells. Gleiche Außenmaße belegen daher keine gleichwertigen Filtrationsbedingungen. Fordern Sie die Leistung jeder vorgeschlagenen Bauweise beim tatsächlichen Nennvolumenstrom an, statt sie aus Panelgröße oder Faltenzahl abzuleiten.

4. Druckverlust bei gleichem Volumenstrom vergleichen

Der Druckverlust Δp ist die Druckdifferenz über dem definierten Bauteil. Für einen Vergleich müssen Volumenstrom, Messgrenzen und Filterzustand übereinstimmen. Ein Neufilterwert ist nicht unmittelbar mit einem beladenen Filter vergleichbar; der Widerstand des Filters allein beschreibt nicht das komplette Endmodul.

Fordern Sie den Anfangsdruckverlust beim Auslegungsvolumenstrom und die nutzbare Volumenstrom-Widerstands-Kennlinie an. Dokumentieren Sie verfügbaren Anlagendruck und Regelungsart. Bei fester Drehzahl kann zusätzlicher Widerstand den Volumenstrom verringern. Eine Konstantvolumenstromregelung kann stattdessen die Ventilatorleistung innerhalb ihrer Grenzen erhöhen. Die Auswahl benötigt somit Anlagenkennlinie und Bauteildaten. [5] Eine allgemeine lineare oder quadratische Hochrechnung gilt nicht für jedes HEPA-Paket; maßgeblich ist die gemessene Kennlinie im vorgesehenen Bereich.

5. Rechenbeispiel: energetische Wirkung des Widerstands

Bei stationärem Volumenstrom beträgt die Luftleistung Q × Δp. Dividiert durch einen geeigneten Gesamtwirkungsgrad von Ventilator, Motor und Antrieb ergibt sich näherungsweise der elektrische Leistungsanteil. [5] Für zwei Filter bei gleichem konstant gehaltenem Volumenstrom gilt ΔPₑ ≈ Q × δp / η_total. Dabei ist δp die Druckverlustdifferenz. Q wird in m³/s, Druck in Pa und der Wirkungsgrad als Dezimalzahl eingesetzt; das Ergebnis ist in Watt.

Angenommen werden Q = 1800 m³/h = 0,50 m³/s, eine dauerhaft gleiche Druckverlustdifferenz von 100 Pa, η_total = 0,60 und 4000 Betriebsstunden. Daraus folgen etwa 83 W beziehungsweise 333 kWh über diesen Zeitraum. Dies sind Szenarioannahmen, keine gemessene Produkteinsparung. Ändert sich der Widerstand durch Beladung, muss dies zeitabhängig berücksichtigt werden. Änderungen von Wirkungsgrad und Volumenstrom ändern ebenfalls das Ergebnis. Weder ein geringerer Anfangsdruckverlust noch eine höhere HEPA-Klasse allein bestimmen den Jahresverbrauch.

Nur Rechenbeispiel: 0,50 × 100 / 0,60 = 83,3 W; 83,3 × 4000 / 1000 ≈ 333 kWh. Beide Varianten erfüllen annahmegemäß dieselbe Filtrationsaufgabe.

6. Vergleichsmatrix für technische Angebote

Die Matrix macht Angebote vergleichbar. Sie benennt die erforderlichen Nachweise, keine universellen Volumenströme, Druckgrenzen oder Standzeiten. Bauteilleistung und Abnahme der installierten Anlage bleiben getrennte Kriterien.

7. Filterklasse und Einbauleistung getrennt bewerten

Die Werksklassifikation beschreibt den Filter nach dem festgelegten Prüfverfahren. Die Einbauleistung hängt zusätzlich von Gehäuse, Dichtungen, Handhabung und Luftführung ab. ISO 14644-3 behandelt Reinraum-Leistungsprüfungen; ein geeigneter Prüfplan ist für die Anlage und ihren Betriebszustand festzulegen. [6] Das ist eine andere Aufgabe als die Auswahl einer Medien-Effizienzklasse.

Beim Austausch sollten Angebot, Zeichnung, Kennzeichnung des gelieferten Filters und Abnahmeunterlagen rückverfolgbar zusammenpassen. Bei Neuanlagen sind Volumenstrommessung und Einbauprüfungen vor der Beschaffung zu vereinbaren. Daraus entsteht eine Nachweiskette: definierte Aufgabe, dokumentierte Auswahl, korrekter Einbau und überprüfte Betriebsbedingungen. Kein einzelner Katalogprozentwert ersetzt diese Schritte.

8. Aus der Analyse eine Yiding-Anfrage erstellen

Yidings Produktfamilien AR302 Mini-Pleat und AR303 V-Bank bieten verschiedene Bauformen für HEPA-Anforderungen. Wählen Sie die Bauform nach Einbauraum und Betriebsaufgabe; der Name allein belegt keine Gleichwertigkeit. Benötigt werden tatsächliche Breite × Höhe × Tiefe in mm, Klasse und Norm, Auslegungsvolumenstrom in m³/h, zulässiger Anfangsdruckverlust in Pa, Gehäuse- und Dichtungsdetails, Betriebsbedingungen und Menge.

Das Angebot sollte die ausgewählte Konfiguration und ihre Leistungsgrundlage benennen. Beim Vergleich mit einem vorhandenen Filter helfen Kennzeichnung, Zeichnung und verfügbarer Prüfbericht. So lassen sich Maße, Medium, Rahmen und Dichtung unter vergleichbaren Bedingungen besprechen.