HEPA-Filter: Luftreinigung auf höchstem Niveau

HEPA-Filter stellen das Maß der Dinge dar, wenn die mechanische Reinigung von Luft gefragt ist. Die Abkürzung HEPA steht dabei für „High Efficiency Particulate Air“, jedoch sind auch leicht abweichende Bezeichnungen zu finden. Im Kern bedeutet die Übersetzung des Begriffes HEPA-Filter in etwa „Luftfilter mit hoher Wirksamkeit gegen Teilchen“.

Die ursprünglich in den 40er Jahren entwickelte Filtertechnik wird heute überall dort eingesetzt, wo die Luft von kleinsten Schwebeteilchen gereinigt werden soll. Man findet sie u.a. in

• Operationssälen
• Intensivstationen
• Reinräumen
• Staubsaugern
• Luftreinigern

Aufbau von HEPA-Filtern

HEPA-Filter werden aus Zellulose, Glasfasern oder anderen synthetischen Materialien gefertigt. Die zunächst sehr dünnen Filterschichten werden in mehreren Lagen übereinander gebracht, um eine möglichst große Filterfläche auf einem möglichst engen Raum zu bieten.

Damit die zu reinigende Luft eine möglichst große Fläche durch- bzw. an ihr vorbeiströmt, werden die einzelnen Filtermatten gefaltet und in einen Filterrahmen gespannt.

Je nach dem verwendeten Material kann ein HEPA-Filter ausgewaschen und wiederverwendet werden.

Funktionsweise eines HEPA-Filters

Die Funktionsweise eines HEPA-Filters beruht auf einem engmaschigen Fasernetz, das Partikel wirksam filtert. Im Gegensatz zu einem Sieb, dessen Maschen gleichmäßig angeordnet sind, ist die Anordnung der Fasern im Filternetz unregelmäßig, so dass es zwischen den einzelnen Fasern große und kleine Abstände gibt. Da HEPA-Filter jedoch nicht wie ein Sieb arbeiten, ist die unregelmäßige Struktur kein Nachteil.

Die Funktionsweise eines Siebs basiert darauf, dass die Maschen alle gleich groß sind und nur solche Partikel durchlassen, die kleiner als die Maschen sind. Größere Partikel werden „ausgesiebt“.

HEPA-Filter befreien die Luft aber von Teilchen, die deutlich kleiner sind, als die Zwischenräume zwischen den Fasern. Die Filterung erfolgt beim Vorbeiströmen der Luft am Fasernetz. Dabei werden folgenden Wirkweisen genutzt:

Sperreffekt

HEPA-Filter: Sperreffekt

Kleine Partikel folgen aufgrund ihrer geringen Masse dem Luftstrom, der sich um die Fasern herumbewegt. Geraten die Partikel dabei zu nah an eine Faser, werden sie aufgrund von Adhäsionskräften angezogen und bleiben an der Faser haften.

Trägheitseffekt

HEPA-Filter: Trägheitseffekt

Größere Partikel haben eine höhere Masse und damit eine höhere Trägheit. Ändert der Luftstrom plötzlich seine Richtung, weil er um eine Faser herumführt, sorgt die Trägheit des Partikels dafür, dass er seine Richtung nahezu unverändert beibehält und dabei gegen die Faser prallt. Auch hier sorgen Adhäsionskräfte für das Anhaften des Partikels.

Diffusionseffekt

HEPA-Filter: Diffusionseffekt

Die kleinsten Partikel sind derart klein, dass ihre Bewegung durch das Zusammenstoßen mit anderen Gasmolekülen beeinflusst wird. Durch das ständige Zusammenstoßen und Abprallen folgen Sie dem Luftstrom nicht gleichmäßig, sondern werden wie die Kugel in einem Flipperspiel ständig abgelenkt. Dieses als Brownsche Bewegung benannte Phänomen führt dazu, dass die Partikel über kurz oder lang mit dem Filtermaterial in Kontakt kommen und an den Fasern haften bleiben.

Normung von Filtern

In Europa sind Filter genormt und werden in die Filterklassen 1-17 eingeordnet. Dabei gibt eine hohe Zahl auch ein hohes Filtervermögen kleinster Teilchen an. HEPA-Filter fallen in die Filterklasse 13 bzw. 14.

Die folgende Tabelle zeigt die erforderlichen Filterkennzahlen gemessen an Partikeln zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometern:

Mit diesen Daten wird erkennbar, dass HEPA-Filter einen Großteil der

• Bakterien (0,6 – 1,0 Mikrometer)
• Feinstaub (0,1 – 10 Mikrometer)
• Pollen (10 – 100 Mikrometer)

aus der Luft filtert. Hausstaub ist aufgrund seiner Größe bereits im Vorfilter abgeschieden worden. Viren sind aufgrund ihrer geringen Größe von nur 10-440nm kein Ziel des HEPA-Filters. Hier helfen andere Filteransätze.

Die Tabelle zeigt jedoch, wie unglaublich viele Teilchen von den Filtern auf der Luft entfernt werden. Von 100.000 Teilchen kommen bei einem H14-Filter nur 5 Teilchen durch. Diese Zahlen verdeutlichen, welchen Vorteil die Nutzung von HEPA-Filtern in Bezug auf die Reduzierung von Luftschadstoffen haben.

Haltbarkeit von HEPA-Filtern

HEPA-Filter gehören zu den Verbrauchsmaterialien, da sich in ihnen mit der Zeit die gefilterten Partikel ansammeln, den Filter somit verstopfen und die Leistung mit der Zeit entsprechend abnimmt. Vor diesem Hintergrund ist es notwendig, den Filter von Zeit zu Zeit zu reinigen bzw. zu wechseln, um eine effiziente Luftreinigung wieder herzustellen. Leider lässt sich die Frage nach der Haltbarkeit eines HEPA-Filters nicht eindeutig beantworten, denn sie hängt stark von der Filterqualität, der Wiederverwendung, dem Verschmutzungsgrad der Luft und der Laufdauer ab.

Luftreiniger, die im Regelbetrieb und bei einer durchschnittlichen Partikelbelastung betrieben werden, ist die Haltbarkeit eines HEPA-Filters auf 6 bis 12 Monate ausgelegt. Genaue Angaben können der Betriebsanleitung entnommen werden. Zusätzlich verfügen viele Geräte über einen Sensor, der anhand der Strömungsgeschwindigkeit der Luft auf den Verschmutzungsgrad des Filters schließt und den Zeitpunkt für einen Wechsel anzeigt.

Reinigen von HEPA-Filtern

Neben den Kosten für die Anschaffung eines Luftreinigers, fallen in der Regel auch Folgekosten für Filterwechsel an. Was liegt da näher, als Filter zu konstruieren, die ausgewaschen und wiederverwendet werden können. Und in der Tat gibt es zahlreiche Hersteller, die solche wiederverwendbaren HEPA-Filter anbieten.

• Je nach Größe des HEPA-Filters sollte zunächst oberflächig und leicht anhaftender Staub entfernt werden. Um nicht selbst mit eine Wolke der Partikel in Kontakt zu kommen, die Sie eigentlich nicht einatmen wollte, eignet es sich, den Filter in einen Plastikbeutel zu stecken, diesen zu verschließen und den Filter leicht auszuklopfen.
• Lassen Sie den Staub sich setzen, bevor Sie den Beutel öffnen und den Filter vorsichtig entfernen, damit die Partikel nicht unnötig aufgewirbelt werden.
• Spülen Sie den Filter unter laufendem Wasser vorsichtig aus. Vor dem Gebrauch einer Bürste sollten Sie unbedingt die Herstellerangaben beachten. Empfindliche Filter können durch die Bürste beschädigt werden. Andere Hersteller empfehlen nur das Abbürsten mit einer (meist mitgelieferten) Bürste und raten von der Reinigung mit Wasser ab.

  Auch den Zusatz von Seife bei der Reinigung sollten Sie durch einen Blick in die Angaben des Herstellers absichern.

• Nach der Reinigung unter ist penibel darauf zu achten, dass der Filter gut abtrocknet. Selbst bei gründlicher Reinigung werden Sie nie alle Partikel auf dem Filter entfernen können. Entsprechend hoch ist die Zahl der Sporen im Filter. Feuchtigkeit und weiteres organisches Material sind ein idealer Nährboden für Sporen und das Wachstum von Schimmelpilze. Setzen Sie den Filter nicht wieder ein, bevor er nicht vollständig trocken ist.

Dem Vorteil der Kostenersparnis können jedoch andere Aspekte gegenübergestellt werden, die für die Verwendung eines Einweg-Filters sprechen.

Sinkende Reinigungsleistung

Selbst bei einem auswaschbaren Filter wird irgendwann der Punkt erreicht, an welchem der Filter nicht mehr die gewohnte Leistung bringt. Der Grund liegt in der nicht zu 100% erreichbaren Reinigung des Filters. Beim Auswaschen wird ein Teil der Partikel aus dem Filter gespült, ein anderer Teil verbleibt im Filter und sammelt sich in Ecken und Winkeln. Gerade wenn das Filtermaterial gefaltet ist, ist die Reinigung dieser Kanten von besonderer Bedeutung. Dennoch wird sich mit der Zeit immer mehr Schmutz im Filter sammeln, der nicht mehr ausgespült werden kann.

Wiederverwendbare HEPA-Filter sind demnach genauso ein Verbrauchsmaterial, das ebenso wie Einweg-Filter irgendwann „verbraucht“ ist. Der Unterschied liegt im Wesentlichen in der Lebensdauer eines solchen Filters.

Kostenvergleich

Dass auswaschbare Filter keine unbegrenzte Lebenszeit haben, sollte schon dann deutlich werden, wenn solche Filter als Ersatzteil vom Hersteller angeboten werden. Verglichen mit Einweg-Filtern ist die Anschaffung eines wiederverwendbaren Filters aber meist teurer. Je nach Einsatzdauer, Verschmutzungsgrad und Folgekosten lohnt es sich gegenzurechnen, ab wann eine Ersparnis wirklich zu erwarten ist.

Einweg- oder wiederwendbare Filter?

Haben Sie die Wahl zwischen Einweg-Filtern und solchen, die ausgewaschen wiederverwendet werden können, so sollten Sie die Einweg-Modellen vorziehen. Die Reinigung der auswaschbaren Filter ist häufig nicht mit „Einfach unter den Wasserhahn halten“ erledigt, sondern bedarf Zeit und Sorgfalt. Um die Trockenzeit zu überbrücken, wird in der Regel häufig ein zweiter Filter angeschafft, der dann im Wechselbetrieb genutzt wird. Auch diesen Kostenfaktor lohnt es zu berücksichtigen.

Vergleichen Sie den Einweg-Filter wie ein Papiertaschentuch: Im Vergleich zum Stofftaschentuch preiswerter und jedesmal das gute, saubere Gefühl ein hygienisches Taschentuch zu benutzen.