Wie funktionieren HEPA-Filter?

"HEPA" oder "High Efficiency Particulate Air" gilt in der Welt der Luftreinigung weithin als der Goldstandard der Luftfilterung. Viele Verbraucher achten beim Kauf eines Luftreinigers auf die HEPA-Zertifizierung, weil sie eine Garantie für die Wirksamkeit ist, insbesondere wenn es um die Entfernung von Feinstaub aus der Raumluft geht. Was genau ist ein HEPA-Filter? Was ist die HEPA-Norm? Wie funktioniert er? Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

HEPA-H13-Filter - was sind sie?

Nach der Definition des NIOSH (United States National Institute for Occupational Safety and Health) entfernt ein HEPA-zertifizierter Filter 99,97 % der Partikel, die einen Durchmesser von 0,3 µm oder mehr haben¹. Ein Filter erhält die HEPA-Zertifizierung nur, wenn er diese Leistung in einem einzigen Durchgang erreicht. HEPA ist eine europäische Zertifizierung, die durch die europäischen Normen EN 1822 und EN ISO 29463 überwacht wird.

Damit ein Filter die HEPA-Zertifizierung erhält, muss er einen "DOP"-Test (Dispersed Oil Particulate) bestehen. Bei diesem Verfahren werden Ölpartikel (0,3 µm) verwendet, um die Filtrationsrate eines Geräts zu bewerten. Wenn das Gerät den Test besteht, wird es in eine der folgenden fünf Klassen von HEPA-Filtern eingeteilt:

• H10
• Filtrationsrate: 85%
• Lässt 15.000 Partikel von 0,1 Mikron pro Liter Luft durch
• H11
• Filtrationsrate: 95%
• Lässt 10.000 Partikel von 0,1 Mikron pro Liter Luft durch
• H12
• Filtrationsrate: 99.5%
• Lässt 500 Partikel von 0,1 Mikron pro Liter Luft durch
• H13 (wie in Eoleaf-Produkten verwendet)
• Filtrationsrate: 99.95%
• Lässt 50 Partikel von 0,1 Mikron pro Liter Luft durch
• H14
• Filtrationsrate: 99.995%
• Lässt 5 Partikel von 0,1 Mikron pro Liter Luft durch

Die Filter in den Eoleaf-Produkten sind ausschließlich HEPA-H13-Filter. Es gibt zwar etwas effizientere Filter wie den HEPA H14 (eine Steigerung der Wirksamkeit um 0,05 %) oder ULPA-Filter, aber diese Filter verlangsamen den Fluss der gereinigten Luft erheblich. Sie erschweren die schnelle und effiziente Absaugung von Tröpfchen und Aerosolen. Diese Filter werden nur im Krankenhausbereich (z. B. in Operationssälen) eingesetzt. Der geringfügige Gewinn an Effizienz geht auf Kosten einer wesentlich langsameren Luftbehandlung. Der verlangsamte Luftstrom macht sie im Allgemeinen kontraproduktiv.

HEPA-Filter werden seit Jahrzehnten in verschiedenen medizinischen Bereichen eingesetzt: in Labors, Operationssälen und Reinräumen. Heutzutage werden sie in unserem täglichen Leben für sehr viel mehr Zwecke eingesetzt: Man findet sie jetzt in einigen Staubsaugern und in Autos.

HEPA-zertifizierte Filter im Vergleich zu Filtern vom Typ "HEPA

Vorsicht für den Käufer! Im Internet oder auf Verpackungen von Luftreinigungsprodukten, die nicht HEPA-zertifiziert sind, taucht immer häufiger das Akronym HEPA auf. Sie können Formulierungen wie "HEPA-Typ" oder ähnliche finden. Leider sollen diese Produkte Kunden anlocken und ihnen vorgaukeln, dass ihre Filter die gleichen Fähigkeiten haben wie HEPA-zertifizierte Filter. Produkte vom Typ HEPA sind nicht von unabhängigen Organisationen zertifiziert worden, so dass ihre Effizienz im schlimmsten Fall verdächtig und im besten Fall nicht bestätigt ist.

Trotz der Tatsache, dass sie die europäische Norm EN1822 nicht erfüllen, können HEPA-Filter 99 % der Partikel mit einem Durchmesser von 0,2 µm oder mehr herausfiltern. Auch wenn dies auf den ersten Blick eine beeindruckende Zahl zu sein scheint, darf man nicht vergessen, dass HEPA-zertifizierte Filter noch viel kleinere Partikel bis hinunter zu einer Größe von 0,01 µm herausfiltern können. Es sind diese ultrafeinen und Nanopartikel, die für die menschliche Gesundheit besonders schädlich sind.

Entlarvung des 0,3 μm-Mythos

Sie werden Artikel und Blogs finden, in denen behauptet wird, dass HEPA-Filter keine Partikel herausfiltern, die kleiner als 0,3 Mikrometer (μm). Diese falsche Behauptung ist aufgrund mangelnder Forschung und eines grundlegenden Missverständnisses der Funktionsweise von HEPA-Filtern verbreitet worden. Lassen Sie uns dazu beitragen, die Sache richtig zu stellen.

Die Mindesteffizienzwerte (MERV) beziehen sich auf die Fähigkeit eines Filters, größere Partikel zwischen 0,3 und 10 µm abzufangen. Je höher der MERV-Wert ist, desto besser kann der Filter bestimmte Partikel abfangen, wie die folgende Tabelle zeigt. Die europäische HEPA-Norm verwendet 0,3 μm Partikel als Referenz für ihre Zertifizierungsverfahren, um die Wirksamkeit der zu prüfenden Geräte zu messen. Sie verwendet 0,3 μm als Prüfgröße, weil Partikel dieser Größe am schwierigsten zu filtern sind (bezeichnet als MPPS, "die am stärksten durchdringende Partikelgröße")². Obwohl es kontraintuitiv erscheinen mag, sind Partikel von 0,3 μm sind tatsächlich schwerer zu filtern als kleinere Partikel. Dafür gibt es eine einfache Erklärung (mehr dazu weiter unten im Abschnitt "Wie funktioniert ein HEPA-Filter?"): Diese Partikel sind klein genug, um die Maschen der meisten Filter zu durchdringen, aber immer noch groß genug, um aufgrund der Geschwindigkeit (die proportional zur Masse ist) durch den Filter zu gelangen. Eine perfekte Kombination. Zum Vergleich: 0,3 Mikrometer sind etwa 300 Mal kleiner als der Durchmesser einer einzelnen menschlichen Haarsträhne.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die europäische Norm EN 1822 ihre Tests zu Recht auf die Größe von 0,3 μm stützt, und zwar nicht, weil dies die Mindestfiltrationsgröße ist, sondern weil es sich um die am schwierigsten zu filternde Größe handelt. Somit ist gewährleistet, dass diese Norm die Mindesteffizienz auf der Grundlage des schlimmstmöglichen Szenarios prüft und bescheinigt.

Quelle ³

Eine von der NASA im Jahr 2016 durchgeführte Studie zeigte, dass HEPA-Filter sehr effektiv beim Auffangen von Partikeln vieler Größen sind. Sie fangen einen hohen Prozentsatz von Nanopartikeln sowie Partikel größer als 0,3 μm, von den größten Partikeln bis hinunter zu einer Größe von 0,01 μm⁴.

Außerdem sind HEPA-zertifizierte Filter zertifiziert, d. h. sie wurden von Dritten getestet, um ihre Wirksamkeit zu gewährleisten. Dies ist bei "HEPA-Filtern" nur sehr selten der Fall.

Welche Arten von Verschmutzung filtern HEPA-Filter heraus?

HEPA-Filter sind dafür bekannt, dass sie eine Vielzahl von Luftschadstoffen, insbesondere Partikel und biologische Verunreinigungen, herausfiltern. Diese hochwertigen Filter sind in der Lage, alle folgenden Partikel zu filtern Feinstaub (bis zu PM0,01), Krankheitserreger (Bakterien, Viren, Schimmelpilze und Sporen), und Allergene (Pollen, Hausstaubmilben).

Es gibt eine Vielzahl von Studien, die sich mit der Wirksamkeit von HEPA-Filtern befassen. Eine Studie ergab, dass in Gegenwart von brennenden Kerzen und Weihrauch beide Quellen von Feinstaub (auch bekannt als PM oder Feinstaubbelastung), die PM-Konzentration durch den Einsatz eines HEPA-Filters drastisch reduziert wird. Die Studie empfiehlt die Verwendung von HEPA-Filtern zur Abwehr der negativen gesundheitlichen Auswirkungen von PM (wie Atemwegserkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und verschiedene Krebsarten), insbesondere PM2,5⁵.

Eine andere Studie unterstreicht die Vorteile der Entfernung von Allergenen und Feinstaub aus der Innenraumluft als Mittel zur Verringerung durch Luftverschmutzung bedingte chronische Krankheiten Symptome, insbesondere Asthma und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Studie geht sogar noch weiter und legt nahe, dass die Verwendung eines Luftreinigers mit HEPA-Filter das Fortschreiten von Krankheiten in allen Altersgruppen verhindern kann⁶.

Eine letzte Studie, die von der französischen Regierung während der COVID-Pandemie finanziert wurde, bestätigte die Wirksamkeit von Luftreinigern mit HEPA-Filter bei der Beseitigung von COVID aus der Luft mit einer Effizienz von 99,9 %⁷.

Grenzen des HEPA-Filters

Obwohl HEPA-Filter hervorragend geeignet sind, um eine Vielzahl von Feinstaubpartikeln abzufangen, sind sie keine perfekten Komplettlösungen. Sie sind nicht in der Lage, Folgendes zu entfernen flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu entfernen, da diese an den Fasermaterialien des Filters abprallen. Sie sind auch nicht in der Lage, folgendes zu entfernen bodennahes Ozon aus der Luft zu entfernen, da Ozon ein sehr kleines und einfaches Molekül ist, das nicht an den HEPA-Fasern haftet. Und schließlich können sie zwar Keime auffangen, aber nicht abtöten, da sie keine sterilisierenden Eigenschaften besitzen. Aus diesem Grund ist es wichtig, ein Gerät zu kaufen, das verschiedene Filtertechnologien kombiniert, darunter auch einen HEPA-Filter.

Bei Eoleaf enthalten unsere Filter 8 verschiedene Reinigungstechnologien. Wir verwenden eine innovative Mehrschichttechnologie, die so konzipiert ist, dass jede Schicht die Schwächen der vorherigen Schicht ausgleichen kann. Dies gewährleistet ein sehr breites Wirkungsspektrum gegen alle Formen der Verschmutzung. Wir verwenden mehrere Technologien zur Bekämpfung von VOCs und Ozon (insbesondere unsere Aktivkohlefilter und Photokatalyse-Technologie) sowie Keime (UVC-Entkeimung).

Wie funktioniert ein HEPA-Filter?

HEPA-Filter haben eine ähnliche Zusammensetzung wie FFP2-Masken mit ihren verschiedenen, miteinander vermischten Naturfasern. FFP2-Masken filtern mindestens 94 % der Aerosole sowie Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,6 μm (mit einer Schwankungsbreite von 0,1 bis 1 μm). Daher bieten HEPA-H13-Filter eine deutlich bessere Filtration als eine FFP2-Maske.

HEPA-Filter können Partikel mit vier verschiedenen Filtrationsmechanismen abfangen:

1. Trägheitsabscheidung
• Die Fasern des Filters nehmen Partikel und Tröpfchen auf, die groß genug sind, vor allem solche, die größer als 1μm.
• Diese größeren Luftpartikel setzen sich direkt in den Fasern des Filters fest.
2. Direktes Abfangen
• Die Van-der-Waals-Kraft, auch bekannt als intermolekulare Anziehungskraft, fängt Partikel und Tröpfchen ab, die größer als 0,1 μm.
• Diese Partikel passieren den Filter, während sie vom Luftreiniger angesaugt werden, und bleiben an den Fasern des Filters hängen.
3. Brownsche Diffusion
• Partikel mit einer Größe von weniger als 0,1 μm (wie Aerosole), die zu den kleinsten bekannten Partikeln gehören, haben eine so genannte Brownsche Flugbahn (ein zufälliges Bewegungsmuster).
• Dadurch lassen sie sich leicht durch die Van-der-Waals-Kraft einfangen, wenn sie auf die Fasern des Filters treffen.
• In einem HEPA-Filter werden die Moleküle, die kleiner als 0,1 Mikrometer sind, abgebremst, wenn sie miteinander kollidieren.
• Durch die Brownsche Diffusion verlängert sich die Zeit, die die Moleküle für den Durchgang durch den Filter benötigen, weiter, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie aufgefangen werden.
4. Elektrostatische Kräfte
• Hierbei handelt es sich um Anziehungskräfte, die virale Aerosole zu den Filterfasern ziehen, wo sie dann durch die oben genannten Mechanismen aufgefangen werden.

Es ist erwähnenswert, dass die Eoleaf-Luftreiniger zusätzlich zu ihren HEPA-H13-Filtern mit Vorfiltern ausgestattet sind, wie unten dargestellt. Vorfilter fangen größere Partikel ab, bevor die anderen Filtertechnologien in Aktion treten, und sorgen so für eine längere Lebensdauer des Filters Ihres Luftreinigers.

Wartung eines funktionellen, effizienten Luftreinigers mit Eoleaf

Als Experten für Luftreinigung wissen wir genau, dass die Produkte auf dem heutigen Luftreinigungsmarkt in Bezug auf Qualität und somit auch Preis variieren können. Bei der Entwicklung unserer Produkte haben wir in jeder Phase des Entwicklungsprozesses auf hohe Qualität und Effizienz geachtet.

Ein Beispiel: Viele Hersteller geben dem Verbraucher nur Informationen über die theoretische Effizienz des Filters eines Luftreinigers, nicht aber über die Effizienz des gesamten Geräts. Bei preiswerteren Luftreinigern kann die Luft häufig durch kleine Lücken zwischen Filter und Gerät entweichen. Dabei handelt es sich um einen Herstellungsfehler: Folglich gelangt nicht die gesamte Luft durch die Fasern des HEPA-Filters, und ein Teil der Luft entweicht durch den kleinen Spalt, ohne gefiltert worden zu sein.

Die Effizienz eines Luftreinigers hängt also stark davon ab, wie der HEPA-Filter integriert ist und wie gut das Gerät gebaut ist. Bei Eoleaf stellen wir sicher, dass es während des Herstellungsprozesses keine Lecks zwischen dem Filter und seinem Gehäuse und auch keine Lecks zwischen dem Gehäuse und dem Luftreiniger selbst gibt.

Auswechseln der Filter

Das regelmäßige Auswechseln der Filter kann nicht hoch genug eingeschätzt werden! Wenn der Luftreiniger nicht regelmäßig gewartet wird, verliert er seine Wirksamkeit und kann selbst zu einer Quelle der Luftverschmutzung werden. Ein Filter, der mit Schadstoffen gesättigt ist, kann und wird Sie nicht vor Luftverschmutzung schützen. Außerdem kann er Verunreinigungen an die Umgebungsluft abgeben.

Im Folgenden finden Sie einige Tipps, wie Sie Ihre Filter pflegen und Ihr Gerät in optimalem Zustand halten können:

• Ihr Vorfilter muss in der Regel einmal im Monat gereinigt werden.
• Ihr Filter muss mindestens einmal im Jahr ausgetauscht werden. Der Eoleaf verfügt über einen Mehrschichtfilter, so dass nur ein einfacher Filterwechsel pro Jahr erforderlich ist.
• Schützen Sie sich beim Filterwechsel, da sich die Schadstoffe leicht verteilen! Tragen Sie beim Filterwechsel eine Maske und Handschuhe und waschen Sie sich nach dem Wechsel die Hände.
• Es wird empfohlen, dass Personen, die sehr empfindlich auf Allergene reagieren, und Asthmatiker nicht mit Filtern hantieren.

Ressourcen

¹ Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention. (1996, Januar). NIOSH-Leitfaden für die Auswahl und Verwendung von Atemschutzgeräten mit Partikeln.. Nationales Institut für Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz (NIOSH). https://www.cdc.gov/niosh/docs/96-101/default.html

² Echter Hepa-Filter vs. HEPA-Filter: Was ist der Unterschied? Sanalife. (2022, 2. September). https://www.sanalifewellness.com/blog/true-hepa-vs-hepa-filter-whats-the-difference

³ ISO-Aire Luftreiniger. (2023). Was ist ein Merv-Luftreinigungsfilter und wie ist er mit einem HEPA-Filter zu vergleichen?. ISO. https://www.iso-aire.com/blog/what-is-a-merv-rating-and-how-does-it-compare-to-hepa

⁴ Perry, Jay & Agui, Juan & Vijayakumar, Ra. (2016). Entfernung von Submikron- und Nanopartikeln durch HEPA-bewertete Medienfilter und gepackte Betten aus körnigen Materialien.

⁵ Dubey, S., Rohra, H., & Taneja, A. (2021). Bewertung der Wirksamkeit von Luftreinigern (HEPA) zur Kontrolle der Partikelverschmutzung in Innenräumen. Heliyon ., 7(9). https://www.cell.com/heliyon/fulltext/S2405-8440(21)02079-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS240584402102079X%3Fshowall%3Dtrue

⁶ Vijayan VK, Paramesh H, Salvi SS, Dalal AA. Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen - Der Vorteil von Luftfiltern. Lung India. 2015 Sep-Oct;32(5):473-9. doi: 10.4103/0970-2113.164174. Erratum in: Lung India. 2016 Nov-Dec;33(6):705. PMID: 26628762; PMCID: PMC4587002.

⁷ Mazzola, D. (2021, March 15). Covid : L'efficacité des purificateurs d'air contre le sars-cov-2 validée par une étude Lyonnaise. France 3 Auvergne-Rhône-Alpes. https://france3-regions. francetvinfo.fr/auvergne-rhone-alpes/covid-l-efficacite-des-purificateurs-d-air-contre-le-sars-cov-2-validee-par-une-etude-lyonnaise-1999534.html