Ürünler/Sistemler

Hava, %21’i Oksijen, %78’i Azot, %1’i Argon ve çok az miktarda diğer gazlardan oluşan bir gaz karışımıdır. Şekilde görüldüğü üzere, soluduğumuz hava; doğa, insanlar ve endüstriyel prosesler sonucu oluşan madde taneciklerini ve gazları da içermektedir. Bunlar içerisinden dikkat etmemiz gereken tanecik ve gazlar; sağlığımıza, konforumuza, yaşadığımız alanlara ve ürettiğimiz ürünlere zarar verenleridir.

     a) Çeşitli gazlar, su buharı, karbon dioksit, metan, karbon monoksit, ozon, amonyak, azot oksitler ve hidrojen sülfür.

     Kaynağından bağımsız olarak, havada bulunan kirleticiler; gaz veya taneciklerden oluşabilir.

Tanecikler

Tanecikler, havada asılı katı ve sıvı parçacıklardır.
İlişikteki şekil taneciklerin boyutlarını bir insanın saç teli ve diğer cisimlerin boyutları ile karşılaştırarak, gözümüzde canlandırmamıza yardımcı olmaktadır.

Tanecik Kirlenmesinin Ölçülmesi 

ASHRAE ve filtre üreticileri gibi özel kuruluşların sponsorluğunda yapılan çalışmalar, atmosferdeki parçacıkların yüzdesel dağılımının, büyük oranda ölçüm metoduna bağlı olduğunu göstermiştir. Atmosferdeki tanecik boyutu dağılımını gösteren ilişikteki şekil, tanecik boyut dağılımı ve ölçüm metodu arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Örneğin, 1.0 mikrondan küçük tanecikler, tüm atmosferik toz parçacıklarının ağırlık olarak %3’ünü oluşturmaktayken, sayısal olarak ise %98.5 ‘ini oluşturmaktadır. Diğer yandan, 5.0 ile 1.0 mikron arasında boyutlara sahip atmosferik toz tanecikleri, ağırlık bazında %52 oranında iken, sayı bazında % 0.175 oranındadır. Filtre seçiminde atmosferdeki taneciklerin büyük bir kısmının 1 mikron çapından küçük olduğuna dikkat edilmelidir.

Havadaki Gazlar 

Atmosferde bulunan gazların dışında, bulunduğumuz yere bağlı olarak soluduğumuz havada, değişik oran ve karışımlarda çeşitli gazlar mevcuttur. Bu gazların çoğunun bize hoş gelen (güllerden gelen hoş kokular) veya hoş gelmeyen (çürümüş yumurtadan gelen hidrojen sülfür) kokuları vardır. Bu gazların birçoğu korozif veya zehirli olsa da, adsorpsiyon prensibi ile çalışan ve bu tehlikeli gazların birçoğunu yakalayabilen filtreler bulunmaktadır.

Filtrelerin, tozları yakalanmasını sağlayan farklı etkiler vardır. Bunlar;

• Elek Etkisi
• Atalet Etkisi
• Yakalanma Etkisi
• Difüzyon Etkisi
•  

Elek Etkisi : En basit mekanizma olarak tanımlanabilen elek tipi filtrasyon etkisinde şekilde görüldüğü gibi çapı filtre elemanı olarak kullanılan iki elyaf iplikçiğinin arasındaki açıklıktan daha büyük olan taneciklerin tutulması olayıdır. 

Atalet Etkisi : Akım iplikçiklerinin önüne bir filtre elyafı çıktığı zaman onun etrafında paralelliklerini bozmadan dönerek yollarına devam ederler. Ancak akış içinde sürüklenen tanecikler ataletleri dolayısıyla filtre elyafı etrafında dönemeyerek, elyafa çarpıp onun yüzeyine yapışırlar. Bu etki hava hızının artması, tanecik çapının büyümesi ve elyaf çapının küçülmesi ile artar.

Yakalanma Etkisi : Tanecik çapı çok küçük ise tanecik hava ile beraber elyaf iplikçiği etrafında bir yörünge takip edebilir. Ancak bu yörünge taneciğin elyaf etrafındaki hareketinde, elyafa tanecik yarı çapından daha yakın bir yerden geçiyorsa, tanecik elyaf tarafından yakalanır ve elyafa yapışır. Tanecik çapı artıp, elyaf çapı ve elyaf iplikçikleri arasındaki mesafe azaldıkça bu etki artar. Bir filtre elyafı içinde, tutulmak istenen tanecik çapına yakın ne kadar küçük çaplı filtre elyafı varsa bu yakalama etkisi de o derece kuvvetli olur. 

  
Difüzyon Etkisi : Tanecik çapının 1μm’den daha küçük olması halinde, taneciklerle çarpışan gaz molekülleri onların düzensiz hareket etmelerine neden olabilmektedir. Gaz moleküllerinin Brownian hareketi denen bu davranışları sonucu filtre elyafı ile çarpışan tanecikler onlara yapışabilmektedir. Bu etki hava hızı, tanecik çapı ve elyaf çapı küçüldükçe artmaktadır.

Bir filtrenin toplam verimi bu dört filtrasyon etkisinin toplamından oluştuğu için, toplam verimin belli koşullar altında, belli bir minimum değeri olacaktır. Büyüyen tanecik boyutu ile yakalanma ve atalet etkileri artarken, difüzyon etkisi ise azalmaktadır. Bu da, bir filtrede yakalanması en zor olan belirli bir tanecik boyutunun varlığına işaret etmektedir (MPPS). Şekilde cam yünü elyafından yapılmış hassas bir filtrede, bütün bu mekanizmaların verim üzerindeki etkisi ile toplam verimin tanecik çapına göre değişimi görülmektedir. Buradan 0.15 - 0.3 μm çapındaki taneciklerin tutulması en zor olan tanecikler olduğu görülür.

Referans: NAFA Guide to Air Filtration

Filtre testlerinin yapılması ile ilgili var olan iki ana kaynak; ABD standartları (ASHRAE, IEST; MIL) ve Avrupa standartlarıdır (CEN; EN779 ve EN1822). ASHRAE, kaba filtreler için, ağırlık bazlı “Ortalama Ağırlık Yakalama” verimini kullanırken, hassas filtreler için kirlenme bazlı “Ortalama Atmosferik Toz Lekesi Verimi” ni kullanmaktadır. Diğer yandan EN779 : 2000 ‘de hem kaba hem de hassas filtreler, içerisinde DEHS (veya eşdeğer) taneciği bulunan hava ile beslenerek, filtrenin iki tarafındaki optik tanecik sayaçları aracılığıyla, veriminin ölçülmesi yöntemini kullanmaktadır.

Tarama Testi

The leakage test serves to test the filter element for local penetration values which exceed permissible levels (see EN 1822-1). For leakage testing the test filter is installed in the mounting assembly and subjected to a test air flow corresponding to the nominal air flow rate. After measuring the pressure drop at the nominal volume flow rate, the filter is purged and the test aerosol produced by the aerosol generator is mixed with the prepared test air along a mixing duct so that it is spread homogeneously over the cross-section of the duct.

The particle flow rate on the downstream side of the test filter is smaller than the particle flow rate reaching the filter on the upstream side by the factor mean penetration.

The manufacturing irregularities of the filter material or leaks lead to a variation of the particle flow rate over the filter face area. In addition, leaks at the boundary areas and within the components of the test filter (sealant, filter frame, seal of the filter mounting assembly) can lead locally to an increase in the particle flow rate on the downstream side of the test filter.

For the leakage test, the particle flow distribution shall be determined on the downstream side of the filter in order to check where the limit values are exceeded. The coordinates of these positions shall be recorded. 

The scanning tracks shall also cover the area of the filter frame, the corners, the sealant between filter frame and the gasket so that possible leaks in these areas can also be detected. It is advisable to scan filters for leaks with their original gasket mounted and in the same mounting position and air flow direction as they are installed on site.

In order to measure the downstream particle flow distribution, a probe with defined geometry shall be used on the downstream side to take a specified partial flow as sample. From this partial flow, a sample volume flow rate shall be led to a particle counter which counts the particles and displays the results as a function of time. During the testing, the probe moves at a defined speed in touching or overlapping tracks without gaps close to the downstream side of the filter element. The measuring period for the downstream particle flow distribution can be shortened by using several measuring systems (partial flow extractors/particle counters) operating in parallel. The measurement of the coordinates of the probe, a defined probe speed, and measurement of the particle flow rate at sufficiently short intervals allow the localisation of leaks. In a further test step, the local penetration shall be measured at this position using a stationary probe.

The leakage tests shall always be conducted using MPPS particles (see EN 1822-3), except for filters with Membrane medium as per Annex E of this standard. The size distribution of the aerosol particles can be checked using a particle size analysis system (for example a differential mobility particle sizer, DMPS).

The leakage testing can be carried out using either a monodisperse or polydisperse test aerosol. It shall be ensured that the median particle diameter corresponds to the MPPS particle diameter, at which the filter medium has its minimum efficiency. When testing with a monodisperse aerosol, the total particle counting method can be used with a condensation nucleus counter (CNC) or an optical particle counter (OPC; e.g. a laser particle counter).

When using a polydisperse aerosol, an optical particle counter shall be used which counts the particles and measures their size distribution.

If scan testing is carried out as an automatic procedure it also allows determination of the mean efficiency of the test filter from the measurement of the particle concentration. The mean particle concentration on the downstream side is calculated from the total particle number counted while the probe traverses the passage area. The reference volume is the volume of air analyzed by the particle counter over this period of time. The particle concentration on the upstream side of the test filter shall be measured at a representative position on the duct cross-section. This method for determining the integral efficiency is equivalent to the method with fixed probes specified in EN 1822-5.

Reference
   1- NAFA Guide to Air Filtration

TEMİZ ODALARDA KULLANILAN HEPA FİLTRELER VE BUNLARLA İLGİLİ TEST STANDARTLARI

Prof.Dr.F.Taner ÖZKAYNAK

Liseyi Robert Academy’ de okuduktan sonra 1971’ de İ.T.Ü.’ de Y.Makina Mühendisi, 1974’ de A.B.D. Lehigh Üniversitesinde Doktor, 1981’ de Doçent, 1995’ de İ.T.Ü. Makina Fakültesinde Profesör olmuştur. Öğretim üyeliği yanı sıra A.B.D.’ de General Elektrik (GE), Amerikan Atom Enerjisi (AEC) ve Enerji Araştırma Merkezi (ERC) gibi kuruluşların çeşitli projelerinde görev almıştır. Endüstriyel ve temiz oda klima sistemleri, kurutma, ısı geri kazanım, baca gazı temizleme, pnömatik transport, arıtma gibi çeşitli konularda proje ve taahhütleri yönetmiştir. Halen İ.T.Ü. Makina Fakültesinde kısmi statüde öğretim üyeliğini sürdürürken Tetisan Ltd.şirketinde yöneticilik yapmaktadır. Evli ve iki çocuğu olan Prof.Dr.F.Taner ÖZKAYNAK’ ın çeşitli konularda yayınlanmış 35’ i aşkın makale ve kitabı bulunmaktadır.

ÖZET

Temiz odalarda klima sistemlerinde kullanılan HEPA filtrelerin ilaç, gıda ve hastanelerdeki kullanımları her geçen gün artmaktadır. HEPA filtreler ile ilgili Avrupa Birliği ülkelerinin bağlı olduğu CEN (European Committee for Standardization) tarafından yayınlanan EN 1822 standartları ile A.B.D. menşeli IEST (Institute of Environmental Sciences and Technology) tarafından yayınlanan standartlar bulunmaktadır. Her iki standartta verim tanımları ile verim ölçme yöntemleri birbirinden farklılıklar göstermektedir. IEST standardına göre verim 0.3 µm tanecik çapında tanımlanırken EN 1822’ de MPPS (Most Penetrating Particle Size) yani yakalanması en zor tanecik çapı esas alınmaktadır. Filtre testleri için IEST fotometre ve tanecik sayıcıları tavsiye ederken EN 1822’ de sadece tanecik sayıcılar önerilmektedir.

Standards for HEPA Filter Used in Clean Rooms

ABSTRACT
Usage of HEPA filters in cleanrooms is increasing rapidly, especially in the applications concerning food processing, pharmaceutical plants and hospitals. Basically there are two independent standards concerning the HEPA filters; CEN standards used in Europe and IEST Recommended Practices used in the United States. The filter efficiency is defined at 0.3 µm particle size for HEPA filters in IEST standards. In contrast, EN-1822 defines the filter efficiency at MPPS’s (Most Penetrating Particle Size). The filter test methods also differs in these two standards. IEST recommends particle counters and photometers for filter tests, while EN 1822 requires particle counters.

1. GİRİŞ
Avrupa Birliği ülkelerinde kullanılan CEN’ (European Committee for Standardization) in yayınladığı EN779 ve EN1822 standartlarına göre hava filtreleri Kaba (G1, G2, G3, G4) Hassas (F5, F6, F7, F8, F9), Yüksek verimli-HEPA (H10, H11, H12, H13, H14) ve Ultra yüksek verimli-ULPA (U15, U16, U17) şeklinde gruplandırılmıştır. Bilindiği gibi G ve F tipi filtreler normal konfor uygulamalarında ve yüksek verimli filtreleri koruma amaçlı olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada temiz odalarda kullanılan yüksek verimli filtreler, yani HEPA filtrelerle ilgili standartlar incelenecektir.

Bütün dünyada olduğu gibi yurdumuzda da temiz oda veya temiz ortam uygulamaları sürekli olarak artmaktadır. İlaç sektöründeki globalleşme sonucu üretilen ürünlerin pazarlanabilmesi için üretimlerin mevcut standartlara uygun ortamlarda imal edilmesi temiz oda uygulamalarını yaygınlaştırmaktadır. Daha önceleri GMP kurallarına göre sadece A, B, C Klas ortamlarda kullanılan HEPA (High Efficiency Particulate Air) filtreler son yıllarda bazı ilaç firmaları tarafından D Klas odalarda da standart olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Gıda sektöründe gıdaların konduğu kapların imalatından başlayarak, dolum mahallerinde ve paketleme esnasında temiz oda veya temiz ortamlar yaratılarak sağlıklı gıdalar üretilmekte ve ürünlerin raf ömrü arttırılmaktadır. Bu amaca uygun olarak da HEPA filtreler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Hastanelerde ameliyathaneler, yoğun bakım ve yanık tedavi odalarında hava kalitesinin ne kadar önemli olduğu artık herkes tarafından kabul edilen bir gerçektir ve bu mahaller de bir temiz oda gibi tasarımlanarak HEPA filtrelerin kullanıldığı klima sistemlerinden faydalanılmaktadır. Yurdumuzda da bu tip uygulamalar yavaş yavaş standart hale gelmekteyken Avrupa’ da da DIN 1946/4’ ün yerine hazırlanan standartlarda hastanelerdeki temiz ortam alanları arttırılmakta ve HEPA filtre kullanım sahaları genişlemektedir.

HEPA ve ULPA (Ultra Low Penetration Air) filtreler için bütün dünyada kabul görmüş ve en yaygın kullanılan iki adet test standardı bulunmaktadır. Bunlar A.B.D.’ de kullanılan IEST (Institute of Environmental Sciences and Technology)’ nin yayınladığı tavsiye şeklindeki standartlar ile Avrupa’ da kullanılan CEN’ in yayınladığı EN standartlarıdır.

2. IEST STANDARTLARI
IEST’ nin tavsiye ettiği uygulamalar içinde HEPA filtreler ile ilgili standartlar şunlardır.

- IEST-RP-CC001.3 HEPA ve ULPA Filtreler
Burada terimler, tanımlar, HEPA ve ULPA filtrelerin klasifikasyonu, imalatta kullanılan malzemelerin tanımlanması, test aletleri ve markalama yöntemleri anlatılmaktadır.

- IEST-RP-CC034.1 HEPA ve ULPA Filtre Kaçak Testleri
Burada HEPA ve ULPA filtreler için kaçak testi yöntemleri, test şartları, aerosol üretimi, aerosolun algılanması (fotometre veya partikül sayıcılar) ve test metotları anlatılmaktadır.

- IEST-RP-CC021.1 HEPA ve ULPA Filtre Elyafının Testi
Burada HEPA ve ULPA filtre imalinde kullanılan kağıt veya sentetik malzemelerin basınç düşümü, verim, kalınlık, mukavemet, uzama, sertlik, yüksek sıcaklıklarda ağırlık kaybı gibi testlerinin yapılma yöntemleri ile raporlama teknikleri anlatılmaktadır.

- IEST-RP-CC007.1 ULPA Filtrelerin Testi
Burada ULPA filtrelerin tanecik sayıcılar kullanılarak verim testi yapılma yöntemleri anlatılmaktadır.

 

Yukarıdaki tablodan da görülebileceği gibi HEPA filtreler belirli bir tanecik çapındaki (0,3 µm) verimleri ile tanımlanırken ULPA filtrelerde bu çap daha küçük ve bir aralık olarak (0.1 – 0.2 µm) verilmektedir. Ayrıca HEPA filtrelerin sızdırmazlık testleri fotometre yardımıyla yapılabilirken, daha hassas filtreler (ULPA) tanecik sayıcılar ile test edilebilmektedir.

3. EN 1822 STANDARDI
CEN’ in yayınlandığı EN-1882 standardı 5 kısımdan oluşmaktadır. Bunlar sırasıyla şunlardır :

- EN 1822-1 Klasifikasyon, Performans Testi Ve Markalama
- EN 1822-2 Aerosol Üretimi, Ölçme Aletleri, Tanecik Sayımı
- EN 1822-3 Filtre Elyafının Test Edilmesi
- EN 1822-4 Filtre Elemanında Sızdırmazlığın Tespiti
- EN 1822-5 Filtre Elemanının Verim Tespiti

4. STANDARTLAR ARASINDAKİ FARKLAR
Burada IEST’ den farklı olarak sabit bir tanecik çapı yerine verim için tanımlanan MMPS, (Most Penetrating Particle Size) en zor yakalanabilen tanecik çapını ifade etmektedir. Bilindiği gibi HEPA ve ULPA filtrelerde 4 ayrı filtrasyon mekanizması yani elek, yakalama, atalet ve difüzyon mekanizmaları farklı fiziksel kurallara göre tanecikleri yakalamaktadır. Tanecik çapının artması atalet ve yakalama etkisini arttırırken difüzyon etkisini azaltır. Bu nedenle Şekil-1’ den de görülebileceği gibi bir filtre elyafında ve seçilen bir hız için tutulması en zor olan yani verimin minimum olduğu bir tanecik çapı bulunur (MPPS).

Şekil – 1
Çeşitli filtrasyon mekanizmalarının tanecik çapına göre verime etkisi ve MPPS.

Tablo-2’ de tanımlanan penetrasyon terimi filtreden sonraki tanecik konsantrasyonunun filtreden öncekine oranını (1-verim) ifade etmektedir.

EN 1822’ ye göre HEPA ve ULPA filtreler için birbirinden bağımsız 3 farklı test bulunmaktadır.

1) Filtre Elyafının Verim Testi
Genellikle filtre malzemesi üreten firmalar tarafından elyafın kullanılacağı alın hızında ve MPPS’ de yapılan bir verim testidir.

2) Filtre Kaçak Testi
Tanecik sayıcılar kullanılarak MPPS’ de yapılan bir testtir. Ancak H13 ve H14 filtrelerde bu teste alternatif olarak yağ dumanı kaçak testi de uygulanabilir.

3) MPPS’ de filtre verim testi
Filtrenin toplam verimi sabit bir sonda ve buna bağlı bir tanecik sayıcı ile veya bütün filtre yüzeyi taranarak bulunmasıdır.

Yapılan bu testler sonucu Tablo-2’ ye göre filtreler klasifiye edilir.

IEST ile CEN standardının diğer bir farkı da sızdırmazlık testlerinde kullanılan yöntemdir. Tablo-1’ den görülebileceği gibi IEST filtre tipine göre fotometre ve tanecik sayıcıların kullanılmasını önerirken, EN1822 sadece tanecik sayıcıları veya diferansiyel hareketlilik tanecik sayıcılarını (DMPS) önermekte fotometreyi önermemektedir.

Ayrıca EN1822 yüzey taranarak sızdırmazlık testi yapılırken, aynı değerler kullanılarak filtre veriminin bulunmasına da imkan tanımaktadır. Sızdırmazlık ile verimin beraber saptandığı bir yöntem IEST’ de bulunmamaktadır.

IEST’ de tanımlanan A, B, C, D, E, F tipi filtrelerin EN-1822’ deki karşılıklarını tam olarak bulmak oldukça zordur. MPPS ve verim hıza göre değiştiğinden, hız önemli bir etken olmaktadır. Örneğin belirli bir hız değerinde EN1822’ ye göre H14 olan bir filtrenin IEST’ deki karşıtı C iken, hız arttığında filtre EN 1822’ ye göre H13 özelliklerini sağlarken, IEST’ ye göre hala C Klas filtre özelliklerini sağlayabilmektedir.

Söz konusu standartların dışında ayrıca denetleyici kuruluşların da özel istekleri olabilmektedir. Örneğin A.B.D.’ de bu konudaki en tanınmış kuruluş olan FDA (Federal Drug Administration) yani Ulusal İlaç İdaresi HEPA filtrelerin kullanım mahallerinde yapılacak sızdırmazlık testlerinde sadece fotometrelerin kullanımına izin vermektedir. Ayrıca steril sahalarda yapılacak testlerde katı taneciklerin kullanılmasını da müsaade etmemektedir.

Genel olarak verim ve sızdırmazlık dışında HEPA filtrelerden istenen özellikler arasında basınç kaybının az olması, yüzey boyunca hızın düzgün dağılması, yapım sırasında kullanılan malzemelerden kaynaklanabilecek gaz çıkarmaması, kolay takılıp çıkarılabilmesi, uzun ömür, neme dayanıklılık gibi özellikler sayılabilir.

5. KAYNAKÇA
[1] ÖZKAYNAK F.T., “Temiz Oda Tasarımı ve Klima Sistemleri”, Tetisan Teknik Yayınları, 2001.

[2] IEST, “IEST-RP-CC001.3 HEPA and ULPA Filters”, 2003.

[3] IEST, “IEST-RP-CC034.1 HEPA and ULPA Filter Leak Tests”, 2003.

[4] IEST, “IEST-RP-CC021.1 Testing HEPA and ULPA Filter Media”, 2002.

[5] IEST, “IEST-RP-CC007.1 Testing ULPA Filters”, 2002.

[6] CEN, “EN 1822-1 Classification, Performance Testing Marking”, 1998.

[7] CEN, “EN 1822-2 Aerosol Production, Measuring Equipment, Particle Counting Statistics”, 1998.

[8] CEN, “EN 1822-3 Testing Flat Sheet Filter Media”, 1998.

[9] CEN, “EN 1822-4 Determining Leakage of Filter Elements (Scan Method), 2001.

[10] CEN, “EN 1822-5 Determining the Efficiency of Filter Elements”, 2000.