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Standard EN 1822 – Una guida ai test dei filtri HEPA/ULPA

Lo standard EN 1822 offre una guida ai test “in situ” dei filtri HEPA/ULPA.

Quando venne introdotto, il nuovo standard EN 1822 costituì un passo importante verso il miglioramento della tecnologia delle camere bianche in Europa.
Le 5 parti della norma definiscono le caratteristiche salienti per i filtri HEPA e ULPA: classificazione, prove di prestazione, ricerca delle perdite, e determinazione della efficienza di cattura del particolato.
È altresì possibile ottenere misure ripetibili per i parametri di maggior interesse: caduta di pressione alla portata nominale del filtro ed efficienza di cattura al minimo valore di efficienza.
Il pregio principale della norma è stato quello di aver sostituito, in un unico standard, una molteplicità di metodi distinti che generavano confusione nel determinare l’efficienza dei filtri.

Per molti utilizzatori di questo tipo di filtri, è importante verificare l’integrità e l’applicabilità dei filtri HEPA/ULPA relativamente alle effettive condizioni di utilizzo.
Ad esempio, mentre in settori quali la microelettronica e la produzione alimentare i test “in situ” vengono effettuati allo scopo di assicurare il livello desiderato di qualità del prodotto, in settori quali quello dell’industria farmaceutica, i test sono obbligatori per legge allo scopo di evitare qualsiasi tipo di danno per la salute umana.
In molti casi è stato verificato che gli utilizzatori di questi filtri non possiedono le informazioni sufficienti su come effettuare i test “in situ” o su come riadattare i valori di alcuni parametri forniti dal produttore del filtro, rispetto alle effettive condizioni di esercizio.


Le prove dei filtri HEPA/ULPA nel laboratorio del produttore

Le prestazioni di un filtro HEPA/ULPA vengono determinate attraverso specifici test predisposti appositamente per questo tipo di filtri e definiti nella norma EN 1822.
I test principali sono:

  • caduta di pressione alla portata d’aria nominale;
  • efficienza di cattura complessiva (integrale) relativa alla dimensione delle particelle con maggior penetrazione (MPPS = dimensione della particella più penetrante, most penetrating particle size) alla portata d’aria nominale;
  • efficienza di cattura locale relativa alla dimensione delle particelle con maggior penetrazione (MPPS) alla portata d’aria nominale;
  • assenza di perdite (cfr. valori della Classe H13)

.

I risultati dei test sono utilizzati per classificare i filtri dalla classe H10 alla U17 (vedi Tabella).

  Integral Value Local Value
 Filter Class  Collection Efficiency % Penetration %  Collection Efficiency % Penetration %
E10 85 15
E11 95 5
E12 99,5 0,5
H13 99,95 0,05 99,75 0,25
H14 99,995 0,005 99,975 0,025
U15 99,9995 0,0005 99,9975 0,0025
U16 99,99995 0,00005 99,99975 0,00025
U17 99,999995 0,000005 99,9999 0,0001

La nuova norma EN 1822 sostituisce tutti gli standard nazionali quali ad es. la BS 3928 (inglese), la DIN 24184 (tedesca) o l’AFNOR NF X44-013 (francese).
Tra le maggiori innovazioni della norma, si annoverano l’uso di una moderna tecnologia per il conteggio particellare e le procedure per la determinazione dell’efficienza minima di cattura.
Tutte le misure vengono effettuate con il filtro nuovo e alle condizioni di portata d’aria nominale, che deve sempre essere specificata.
In Figura 1 si può osservare un tipico risultato di un test.

risultato test efficienza minima di cattura Filtri HEPA/ULPA secondo Standard EN 1822

Il filtro testato viene scansionato per mezzo di ugelli mobili che spruzzano localmente aerosol, spostandosi su tutta la superficie; apposite sonde effettuano i rilievi locali di efficienza che poi vengono riportati sul grafico finale.
La determinazione della efficienza minima di raccolta e della MPPS sono le operazioni più difficili, da un punto di vista metodologico.
Per i filtri di Classe H13 e H14, la norma prevede un test alternativo chiamato “oil thread test” che viene eseguito durante il test per le perdite (in questo caso non viene eseguita la scansione).
Per i filtri di Classe U15, la determinazione delle efficienze di raccolta locali (scan test) è obbligatoria.
Spesso, uno scan test di questo tipo è gradito – da parte degli utilizzatori e dei fabbricanti – anche per i filtri di Classe H14.

Ci sono delle specifiche condizioni che devono essere raggiunte per poter ottenere risultati significativi da queste sofisticate operazioni di misura.
Generalmente tali condizioni sono relative ad un continuo monitoraggio della portata d’aria, del profilo della velocità dell’aria sulla faccia anteriore del filtro (che deve sempre risultare uniforme), della concentrazione del particolato di prova (che deve essere mantenuta costante nel tempo).
Per ragioni statistiche, deve essere mantenuta una concentrazione sufficiente di gas filtrato (a valle del filtro), al fine di avere un numero elevato di eventi che possano essere rilevati dal contatore particellare.
Ciò è strettamente legato alla concentrazione di gas di prova (a monte del filtro), che deve essere conseguentemente elevata.
Per contro, va definita una fase di diluizione di questo gas, quando inviato alla strumentazione di analisi (contatori a nuclei di condensazione o contatori laser di particolato), affinché possa rientrare nei limiti di rilevazione dello strumento.

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Evoluzione della Norma EN 1822

La norma europea EN 1822 “Filtri per aria ad alta efficienza (EPA, HEPA e ULPA) si applica ai filtri per aria ad alta ed altissima efficienza e a bassissima penetrazione (EPA, HEPA e ULPA), utilizzati nel campo della ventilazione e del condizionamento dell’aria, come pure in processi tecnologici quali la tecnologia delle camere bianche o dell’industria farmaceutica. Essa stabilisce un procedimento per la determinazione dell’efficienza sulla base di un metodo di conteggio delle particelle per mezzo di un aerosol liquido (o in alternativa solido) di prova e permette di classificare questi filtri, in modo normalizzato, in funzione della loro efficienza (fonte UNI Ente Italiano di Normazione).

La prima stesura è del 1998, revisionata nel 2009; quest’ultima versione è diversa dalla precedente in quanto comprende i seguenti elementi:

  • un test alternativo per la valutazione delle perdite dei filtri del Gruppo H, diversi dai pannelli;
  • un test alternativo che utilizza un aerosol solido anziché liquido;
  • un metodo di valutazione e classificazione dei filtri con mezzo filtrante di tipo membrana;
  • un metodo di valutazione e classificazione dei filtri con mezzo filtrante di tipo sintetico.

La differenza principale è relativa alla classificazione dei filtri H10 – H12, che sono stati rinominati E10 – E12 per specificare meglio la differenza tra Filtri Efficienti (EPA, anche detti “filtri semi-assoluti”), per i quali non è richiesto il test sulle perdite, e Filtri ad Alta Efficienza (HEPA, anche detti “filtri assoluti”). I filtri ULPA sono quelli definiti a bassissima penetrazione.

La norma è suddivisa in cinque paragrafi, ognuno dei quali analizza una parte della problematica, ne traccia i confini e stabilisce le regole.

  1. Classificazione, prove di prestazione, marcatura
  2. Produzione di aerosol, apparecchiature di misura, statistica del conteggio delle particelle
  3. Prove sul foglio piano di materiale filtrante
  4. Determinazione di perdite in elementi filtranti (metodo a scansione)
  5. Determinazione dell’efficienza di elementi filtranti

In sintesi, la norma EN 1822 prevede delle metodologie per:

A) valutare l’efficienza del mezzo filtrante. Verificato che ogni mezzo filtrante presenta un punto di massima penetrazione (o minor efficienza) relativamente ad una specifica dimensione delle particelle di prova (che può variare in funzione della velocità di attraversamento del flusso, della densità del mezzo filtrante e del diametro delle fibre costituenti il mezzo stesso), si è stato stabilito di certificare ogni filtro sulla base di questo punto critico. Operativamente, attraverso l’utilizzo di un contatore particellare si determina il numero e le dimensioni delle particelle trattenute dal filtro, successivamente dall’elaborazione di tali dati si può determinare la dimensione delle particelle per la quale l’efficienza del mezzo è minima. Tale dimensione è nota come MPPS, acronimo inglese per “dimensioni delle particelle più penetranti”.

B) verificare le perdite dell’elemento filtrante. Tale test viene eseguito con una sonda che produce aerosol la quale può essere spostata su tutta la superficie del filtro in modo tale da raccogliere una serie di dati sull’efficienza locale che verranno poi utilizzati per determinare l’efficienza complessiva; in questo modo è anche possibile determinare il tasso di perdita su un’area specifica del filtro. Il calcolo dell’efficienza complessiva è spesso definito come valore integrale, mentre il tasso di perdita viene definito come valore locale.

C) determinare l’efficienza integrale dell’elemento filtrante. In prima istanza viene misurata la perdita di carico del filtro ad una portata volumetrica d’aria corrispondente alla portata nominale, successivamente – mediante un generatore di aerosol – si determina l’efficienza del filtro in corrispondenza delle particelle MPPS. In base al valore di tale efficienza si procede alla classificazione secondo la tabella sotto riportata. (fonte General Filter)

La tabella seguente mostra le varie classificazioni di filtri ad alta efficienza:

Classe filtro Valore Integrale Valore locale
Efficienza (%) Penetrazione (%) Efficienza (%) Penetrazione (%)
E10 ≥ 85 ≤ 15
E11 ≥ 95 ≤ 5
E12 ≥ 99,5 ≤ 0,5
H13 ≥ 99,95 ≤ 0,05 ≥ 99,75 ≤ 0,25
H14 ≥ 99,995 ≤ 0,005 ≥ 99,975 ≤ 0,025
U15 ≥ 99,9995 ≤ 0,0005 ≥ 99,9975 ≤ 0,0025
U16 ≥ 99,99995 ≤ 0,00005 ≥ 99,99975 ≤ 0,00025
U17 ≥ 99,999995 ≤ 0,000005 ≥ 99,9999 ≤ 0,0001

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