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技術ガイド

HEPAフィルターの性能分析:風量・MPPS・圧力損失の関係

2026-11-10

HEPA性能は効率表示だけでは決まりません。粒径、運転風量、抵抗の関係を整理し、MPPS、ろ材通過風速、ファン電力を実際の仕様選定につなげます。

ポイント

  • 効率と圧力損失は、明示した同一風量・同一試験条件で比較します。
  • MPPSは最も透過しやすい粒径であり、HEPAが捕集できる最小粒径ではありません。
  • 正面の面風速と、展開した有効ろ材面積を通過する風速を区別します。
  • 圧力損失の計算では仮定を明示します。効率等級だけでは年間消費電力量を予測できません。

要旨:比較の前に運転点を定める

HEPAを適切に比較するには、粒子透過率、風量、圧力損失の三つを関連付ける必要があります。ある運転点での高い効率は、すべての使用条件を表しません。低い抵抗値も、その測定風量がなければ不十分です。本稿は公開技術文献とエネルギー計算例を用いた工学的レビューであり、Yidingの新規実験データを報告するものではありません。

重要なのは、設備が維持すべき風量で必要な粒子捕集性能を得られるかという点です。まず運転条件を定め、その後でろ材パック、枠の奥行き、ハウジングとの接続部を比較します。単独の効率値や別のカタログ運転点の圧力値だけによる購入判断を避けられます。

1. MPPSは効率の最小点であり、孔径の限界ではない

繊維状HEPAろ材は、単一の開口寸法を持つふるいではなく、複数の機構で粒子を捕集します。非常に小さい粒子では拡散が寄与し、粒径に応じてさえぎりや慣性の寄与も変化します。その結果、粒径別捕集効率の曲線には最小点が現れます。この粒径が最透過粒径MPPSです。小さい粒子ほど必ず捕集しにくいわけではありません。[1]

米国EPAのHEPA解説では、よく知られた0.3 µmが使われています。しかし、すべてのフィルター・試験条件で測定したMPPSをこの値で置き換えることはできません。[2] ローレンス・リバモア国立研究所の研究は、ろ材構造、エアロゾル密度、風速が最大透過粒径に影響すると述べています。[3] 調達時は粒径表示を一律の捕集限界とみなさず、効率に対応する試験方法と風量を確認します。

2. 効率と透過率を相補的に読む

一定の粒径区間について、CᵤとC_dを比較可能な上流・下流粒子濃度とします。透過率はP = C_d / Cᵤ、粒径別効率はη = 1 − Pです。100を掛ければ百分率になります。100%に近い効率の小さな差でも、下流濃度に大きな違いが生じ得ることを示す関係です。

例えば、効率99.95%なら透過率0.05%、99.995%なら0.005%となり、他条件が同じなら透過率には10倍の差があります。ただし室内清浄度が10倍改善するという意味ではありません。室内発生源、気流分布、設置部の漏れは別の変数です。注文には分類体系と規格版を記載します。ISO 29463-1:2024は関連試験規格とともに分類、試験要件、表示、記録を扱います。[4] 等級名と単一の効率値は完全な試験報告書の代用にはなりません。

3. 面風速とろ材通過風速を区別する

面風速は定義した正面面積を、ろ材通過風速は空気が通る展開後の有効ろ材面積を使います。どちらもv = Q / Aですが、分母が異なります。正面面積が枠を含むのか、有効開口だけなのかも明示します。定義が異なれば、同じ『風速』という表示でも比較できません。

純粋な計算例として、1800 m³/hは0.50 m³/sです。正面面積0.36 m²では面風速1.39 m/s、有効ろ材面積10 m²では平均ろ材通過風速0.050 m/sとなります。この面積は計算上の入力であり、Yiding製品の寸法・ろ材面積を示すものではありません。外形寸法が同じでもろ過条件の同等性は保証されません。パネル寸法や折数から推測せず、各構造の実際の定格風量での性能を求めます。

4. 圧力損失は同じ風量で比較する

圧力損失Δpは、対象部品の前後の圧力差です。比較では風量、測定範囲、フィルターの状態をそろえます。清浄時と粉じん負荷後の値を直接比較したり、フィルター単体の抵抗を末端ユニット全体の抵抗として扱ったりしないことが重要です。

見積時は設計風量での初期圧力損失と、使用可能範囲の風量―抵抗曲線を求め、設備の利用可能圧力と制御方式も記録します。固定回転数では追加抵抗によって風量が低下する場合があります。定風量制御では、能力の範囲内でファン出力が増える場合があります。ファン選定には部品データとシステム曲線の両方が必要です。[5] すべてのHEPAパックに一律の比例則や二乗則を適用せず、目的の範囲の測定曲線を使います。

5. 計算例:抵抗が消費電力量に与える影響

定常流での空気動力はQ × Δpです。これをファン、モーター、駆動系の適切な総合効率で割ると、対応する電力成分を概算できます。[5] 同じ一定風量で二つのフィルターを比較するには、ΔPₑ ≈ Q × δp / η_totalを使います。δpは圧力損失の差、Qの単位はm³/s、圧力はPa、効率は小数で、結果はWとなります。

Q = 1800 m³/h = 0.50 m³/s、持続する抵抗差100 Pa、η_total = 0.60、運転4000時間を仮定すると、差は約83 W、期間中の電力量差は約333 kWhです。これは設定した条件による例であり、製品の実測省エネ量ではありません。粉じん負荷で抵抗が変化すれば時間ごとの計算が必要です。ファン効率や実風量が変わる場合も結果は変わります。初期抵抗の低さやHEPA等級の高さだけでは年間消費電力量は決まりません。

計算例のみ:0.50 × 100 / 0.60 = 83.3 W、83.3 × 4000 / 1000 ≈ 333 kWh。両案が同じろ過要求を満たすことを仮定しています。

6. 技術見積を比較するための表

次の表は提案を同じ基準で比較するためのものです。選定の根拠を整理するもので、共通の風量、圧力限界、寿命を規定するものではありません。部品性能と設置後のシステム受入確認を分けて扱います。

合意した運転条件に対するHEPA比較の枠組み
比較項目求める情報読み方
粒子捕集性能等級、規格版、試験風量、試験報告書効率を試験条件と併せて読む。
風量設計風量(m³/h)と許容運転範囲型番だけでなく実際の運転条件を確認する。
抵抗同一風量での初期Δp(Pa)と性能曲線測定範囲とフィルター状態をそろえる。
形状寸法実寸法(mm)、有効開口、接続部図面取付適合性と有効ろ材面積を区別する。
使用中の評価圧差の推移、風量確認、合意した交換条件初期の単一測定値では寿命を予測できない。
受入確認工場書類と適用される設置後の検査効率報告書だけではハウジングの完全性を証明できない。

7. フィルター分類と設置性能を分ける

工場分類は規定の方法で試験したフィルターを表します。設置後の性能はハウジング、シール、取扱い、気流配置にも左右されます。ISO 14644-3はクリーンルーム性能試験を扱い、設備と運転状態に合った試験計画を選ぶ必要があります。[6] これはろ材の効率等級を選ぶこととは別の課題です。

交換時は見積、図面、納入フィルター識別、受入書類の追跡性を保ちます。新設時は風量測定と設置検査を調達前に合意します。運転条件の定義、選定記録、正しい設置、運転確認という根拠の連鎖が必要です。カタログの単一百分率ではこの手順を置き換えられません。

8. 分析結果をYidingへの照会にまとめる

YidingのAR302ミニプリーツとAR303 Vバンクは、HEPA要求を検討するための異なる構造です。設置空間と運転条件を定めてから構造を選びます。構造名だけでは同等性は決まりません。実際の幅 × 高さ × 奥行き(mm)、等級・規格、設計風量(m³/h)、許容初期圧力損失(Pa)、ハウジング・シールの詳細、使用条件、数量をお送りください。

見積には選定構成と性能の根拠を求めます。既設品との比較ではラベル、図面、利用可能な報告書も含めてください。同じ条件に基づき、寸法、ろ材、枠、シールの選択を具体的に検討できます。

よくある質問

0.3 µmはHEPAが捕集できる最小粒径ですか?

いいえ。孔径による捕集限界ではありません。効率は粒径により変わり、MPPSは定めた試験条件で最も捕集効率が低い粒径です。

同じHEPA等級でも圧力損失は異なりますか?

はい。等級は試験条件に基づく粒子性能を示します。圧力損失は同じ風量・測定範囲で別途比較します。

ろ材面積が大きければ必ず優れたフィルターですか?

いいえ。有効面積はろ材通過風速に関係しますが、完成フィルターの効率、抵抗、形状、設置適合性も評価する必要があります。

333 kWhの例はYiding製品の数値ですか?

いいえ。風量、抵抗差、効率、運転時間を明示した計算例です。製品別の推定には選定構成と運転プロファイルが必要です。

参考文献

  1. ASHRAE. 2020 Handbook—HVAC Systems and Equipment, Chapter 29: Air Cleaners for Particulate Contaminants. handbook.ashrae.org/handbooks/S20/SI/s20_ch29/s20_ch29_si.aspx
  2. U.S. Environmental Protection Agency. What is a HEPA filter? epa.gov/indoor-air-quality-iaq/what-hepa-filter
  3. da Roza, R. A. (1982). Particle Size for Greatest Penetration of HEPA Filters—and Their True Efficiency. Lawrence Livermore National Laboratory; NTIS record DE83008439. ntrl.ntis.gov/NTRL/dashboard/searchResults/titleDetail/DE83008439.xhtml
  4. ISO 29463-1:2024. High efficiency filters and filter media for removing particles in air—Part 1: Classification, performance, testing and marking. iso.org/standard/84367.html
  5. U.S. Department of Energy and AMCA International. Improving Fan System Performance: A Sourcebook for Industry. Fan performance curves and system operating conditions. energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/fan_sourcebook.pdf
  6. ISO 14644-3:2019. Cleanrooms and associated controlled environments—Part 3: Test methods; corrected version 2020-06. iso.org/standard/60598.html
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