HEPA、粒徑與過濾效率

(以下內容含有個人猜測與判斷，如有錯誤，敬請見諒)

一般空氣清淨機消費市場與廣告文宣上，大家常會聽到 HEPA、0.3μm、99.97%、H10~H13 等一些宣傳名詞。

個人猜普遍認知...

1. True HEPA = 0.3μm 過濾效率 99.97%。
2. H10 對於 0.3μm 過濾效率 85%；H11 為 95%；H12 為 99.5%；H13 為 99.95%。
3. 有些人會說最易穿透粒徑 (MPPS) 是 0.3μm。粒徑大於或小於 0.3μm 的過濾效率不會輸在 0.3μm 下的過濾效率。

先依先前認知的內容來回應

1. 美國能源部的 HEPA 標準就是 0.3μm 過濾效率至少 99.97%，不需要前面加 True。
2. 老早 H10~H12 已經改成 E10~E12 (EPA)，分級以 MPPS 下的過濾效率做判斷，非固定在 0.3μm。
3. MPPS 多半不會是 0.3μm。

現在的認知...

1. 過去認知的像是 0.3μm 是濾網易穿透粒徑等內容 (應該是 0.1μm＜MPPS＜0.3μm)，大多是建立在使用無靜電駐極的濾材濾網上，如玻纖。這些內容很多並不適用於消費市場上常見的，有靜電駐極的 PP (或 PP+PET) 濾網。
2. 使用靜電駐極與薄膜的濾網，其 MPPS 會低於 0.1μm。這也表示 PP 濾網在 0.3μm 過濾效率達 99.97% 或 99.95% 時，在低於 0.1μm 下個人覺得有可能效率僅達 99.5% 或 95% 或更低。

以下開始敘述認知內容轉變過程...

前陣子愛否新風消費者報告影片中 13:24 位置所開始的「PM0.3 的幽靈」，內容提到在唐敏博士的論文，裏面表示當濾網面對 0.5μm 可以 95% 過濾效濾時，於 0.1μm 會衰退到 90%，0.02~0.03μm 下甚至會衰退到 70%，且風速越大衰退越明顯... 依圖表來看，這樣不就表示 MPPS 是在 0.02μm？！
(說實在的，第一次看沒特別注意到這個問題，是網友提醒才發覺的)
微博 爱否科技 - 新风消费者报告 | 爱否出品 (2019/6/7 12:33)

這與先前所認知的，最易穿透粒徑 (MPPS) 應該是 0.1~0.3μm 之間，或是一般人所認為的 MPPS 0.3μm 有很大的落差 @_@


一般人所認知的 HEPA 跟 MPPS 大概就像下面這 Blueair 的影片...
Blueair (SE) - HEPA Type vs True HEPA
YouTube - What Do the Different HEPA Standards Mean? - 3/5 (發布於 2017/9/19)

內容說美國 HEPA 標準，就是 0.3μm 的過濾效率要高於 99.97%，在美國的消費者會稱之為 True HEPA。Blueair 拍這影片挺好玩的，影片中只講 0.3μm，批評提其他粒徑的，結果自己 HEPASlient 只講 0.1μm...

還提到 MPPS 總是落在 0.3μm，粒徑大於或小於 0.3μm 的過濾效率都會高於在 0.3μm的... 這是錯的，詳情請看過去寫的,連結如下
Joey的奮鬥 - 看到兩篇有關空氣清淨機的資料 (2019/4/20)

基本上，本人過去認為所有濾網的 MPPS 是在 0.1~0.3μm 之間 (或 0.15~0.25μm 之間等不同說法)，但後面的內容將是要否定它...


先前在查 EN1822 資料時查到下面這一篇
ecmoptec.ru - Test of filter media according to EN 1822 (TSI Particle Seminars 2008) (PDF)
在第三頁中...
MPPS：
Typically between 0.05 and 0.3μm
Mechanical Media: 100 nm ＜ MPPS ＜ 300 nm
Electro-Static and Membrane: MPPS ＜ 100 nm

寫說一般 MPPS 在 0.05~0.3μm 之間，0.05μm？ 又更細小了些？

Mechanical Media 的 MPPS 在 0.1~0.3μm (100~300nm) 之間，是過去認知的範圍... 消化完後，個人判斷這是指沒有利用靜電吸附的玻纖或化纖濾材。

Electro-Static and Membrane 的 MPPS 為 ＜0.1μm... 靜電與薄膜？ 個人判斷是帶有靜電 (或靜電駐極) 濾網與 PTFE 薄膜 (或其他材質) 濾網。 Electro-Static 應該不是指靜電集塵，因為靜電集塵顆粒穿透性較強的範為是在 0.1~1.0μm，且這篇 TSI 寫的內容都在談 filter media，主要是要賣實施 EN1822 標準的濾網檢驗儀器吧。

過去看到這一篇不太瞭解的原因，是執行 EN1822 標準需要消除濾網靜電後才檢測，搞不太懂寫 Electro-Static 的 MPPS 是什麼意思...


Mechanical Media
H&V NanoWave
非玻纖又無靜電駐極的 H&V NanoWave 濾網，有使用於暖通空調或初中效濾網上。消費市場個人唯一有看到用這濾網的，就是豹米新風機 F16，做為初效濾網。
hollingsworth-vose.com - NanoWave for HVAC (PDF)
>only mechanical filtration provides constant filtration efficiency and guaranteed protection to people and processes over a filter’s life.
搜狐 大家測 - 新风，新居，新呼吸——豹米F16壁挂式新风评测 (2018/2/15)
>初滤采用的是获得过IDEA奖（美国工业设计协会设立，与IF和红点齐名的设计奖）的NanoWave材料，据称具有超高集尘容量

用 mechanical filtration 有查到水族箱的過濾
FishLab - Mechanical Filtration: The Most Common Type of Aquarium Filter (2019/4/29)
用來與生物及化學過濾做區別。

TCTA 中華潔淨技術協會 - 暖通行业现状及H&V滤材解决方案 (PDF) (2016/12/12)
裏面提到 F7 的熔噴不織布 (應該有帶靜電) 的效率下降快，12 天後 PM2.5 效率從 70% 降到 32%。
EN779:2012 標準有 0.4μm 的最低效率測試，測試前濾網需要用 IPA (異丙醇) 消除靜電，才能檢測最低效率值。消靜電後對於熔噴不織布的 PM2.5 過濾效率影響很大。
NanoWave 為機械過濾、高容塵量、100% 化纖材料，環保且回收成本低，濾材不帶任何靜電。

Industrial Fabrics Association International - H&V’s NanoWave honored with prestigious IDEA13 achievement award (2013/4/30)
>A green product, NanoWave is composed of one polymer and can be incinerated to regain energy.
環保就是回收燒掉轉化成能量 (發電) @_@

hollingsworth-vose.com - PM2.5 & PM1 Health Impact and Importance of changing standards in HVAC filtration (PDF) (2013/5/29)
ASHRAE 52.2 是採用 KCI 放電 (消除靜電)，與 EN779 使用異丙醇不同，較溫和且對效率影響小。

佳工网 - 平衡新型合成过滤介质的能效和静电问题 (2012/9/24)
>超细KCI处理（ASHRAE 52.2附录J）
>将超细氯化钾颗粒（直径大约为40纳米）堆积在摺叠式过滤器上。同时，不断测试KCl（在0.3到10 微米之间）的清除效率，直到报告出现最小效率为止。在该调整步骤期间，未发现压降有任何增大。
>使用该放电方法，被测试过滤器对于小颗粒的过滤效率明显下降。这表明依然残存在纤维上的表面电荷已经由于碰撞KCl纳米颗粒而变得不活泼。

filtersales.com - Viskon-Aire The Revolution Pocket Filter (PDF)
使用 NanoWave 的 MERV13、MERV14 等級過濾袋。

採用玻纖濾網的 IQAir HealthPro 250 (在美國為 HealthPro Plus)，濾網的 MPPS 為 0.22µm 或 0.16µm (依風量不同)。

智淵科技 - 技術規格: IQAir® HealthPro® 250 (PDF)

>HEPA H13等級 (MPPS efficiency: ≥ 99.95% @ 0.22 µm 的風速值≤ 190 m³/h)

>HEPA H12等級 (MPPS efficiency: ≥ 99.50% @ 0.16 µm 的風速值≤ 475 m³/h)

IQAir - HealthPro Series Tech Specs

>HyperHEPA class H13 - MPPS efficiency: ≥ 99.95% @ 0.22 microns at airflow rate ≤ 112 cfm (190 m³h)

>HyperHEPA class H12 - MPPS efficiency: ≥ 99.50% @ 0.16 microns at airflow rate ≤ 280 cfm (475 m³h)

Electro-Static
猜測應該不是指靜電集塵，因為易穿透粒徑跟 TSI 文章內不太一樣。

靜電集塵
國立中山大學環境工程研究所 - 空氣污染控制與設計 (PDF)
第 99 頁提到，對於 1μm 以上有高集塵效率；對於 0.1~1μm 之粒狀污染物，因荷電困難，故不易去除。

國立臺北科技大學 機構典藏平台 - 膠結特性對靜電集塵器收集效率影響之研究
>一般性能佳的靜電集塵器對質量收集效率可高達99%，但對於次微米（0.1-1.0μm）粒徑其微粒穿透效率明顯的較高。

nctu.edu.tw - 奈米微粒的充電及靜電沈降效率的提升 (PDF)
>使得電力移動性在 0.1μm~1μm的範圍最低而呈現一個 U 形的收集效率曲線(Hinds, 1999)。
>Yoo et al.(1997)發現當微粒粒徑小於 0.03 μm 時，因為 ESP 內部的局部充電效應，使去除效率隨粒徑變小而降低。
粒徑 ＞0.03μm 時，過濾效率也會降低。

經濟部中小企業處 - 空氣污染物控制設備之評估與選用
於 6.4.2 第 72 頁有提到...
「靜電集塵機最難收集者為直徑 0.1 至 1.0 微米大小之粒子，尤其是 0.2 至 0.4 微米間為最。」
靜電集塵的 MPPS 為 0.2~0.4μm。

建环视界 - 粉尘浓度与粒径对静电除尘效率的影响
>直径在0.1~1μm之间的粉尘是电除尘器最难捕集的范围，捕集效率最低的是0.2~0.4μm的粉尘，原因是电场荷电到扩散荷电在这个粒径区间的作用都较弱，从而使粒子不能充分有效地获得电荷。


靜電與靜電駐極
3M Taiwan - 靜電駐極技術

3M Technical Data Bulletin - Respiratory Protection for Airborne Exposures to Biohazards (PDF)
> Filters that use electrostatic attraction may have a MPPS shifted to a slightly smaller size range.
>While there was variability between different samples of the same model respirator, and between different models, the MPPS included particles with a diameter between 0.04 and 0.1 μm.
用靜電吸引的濾網 MPPS 會是比較小的粒徑範圍，大約落在 0.04~0.1μm 之間。

semanticscholar.org - Filter Performance Degradation of Electrostatic N95 and P100 Filtering Facepiece Respirators by Dioctyl Phthalate Aerosol Loading (PDF)
>N-series respirator filter media contain electrostatic charge and show a most penetrating particle size (MPPS) in the ~50 nm size range [2-4]. The electrostatic charge in filter media shifts the MPPS to ＜100 nm size range from the ＞100 nm range for mechanical filters [5].
靜電駐極濾材的 MPPS 粒徑是小於 100nm (0.1μm)，不同於機械濾網是大於 100nm。


Membrane
PTFE、ePTFE 或其他材質。ePTFE (膨體聚四氟乙烯) 是 expanded PTFE，說是 PTFE 經伸拉等特殊加工，具多孔性。

苏州优可发新材料科技有限公司 - PTFE空气过滤膜基本常识 (2018/5/24)

用 PTFE 薄膜濾網製作的 U16 ULPA
www.crnordic.com - AFF MegaCel (PDF)
說明有寫依 EN1822 標準，但沒把 MPPS 大小寫出來。

AAF中国 - MEGAcel® eFRM
AAF e-PTFE 的 MPPS 在 20-100nm (0.02~0.1μm) 之間。裏面也提到玻纖容易變形或破損。

每日頭條 - SX-MPPS1220：助力高效過濾器效率品質，打造潔凈空氣凈化空間 (2018/11/23)
>不同的濾芯有不同的MPPS穿透粒徑比如：玻纖（MPPS約0.1-0.25um）、PTFE（MPPS約0.07um）。

每日頭條 - 空氣過濾濾料那麼多，為什麼遠大偏偏選擇了PTFE？ (2017/8/9)
>PTFE的最易穿透粒徑（可過濾的最小粉塵直徑）約為0.075微米，玻璃纖維濾料約為0.14微米。

Triple Air Technology - Series of BS EN1822:2010 standards
>Membrane media have a MPPS below 0.1 m.
>PTFE membrane media has a MPPS of 0.07 m (70 nanometre).
薄膜 MPPS 低於 100nm (0.1μm)，PTFE 薄膜 MPPS 為 70nm (0.07μm)。

IEEE Xplore - Airborne nanoparticle filtration in semiconductor manufacturing CFM: Contamination free manufacturing
>the MPPS for PTFE membranes was in the range of 50 to 90 nm, well below the traditionally accepted range observed for GF based HEPA & ULPA filters (100–300 nm) and as outlined by the EN1822 standard.
PTFE 薄膜的 MPPS 在 0.05~0.09μm 之間；玻纖的 HEPA/ULPA 則是在 0.1~0.3μm。

CLEANROOM TECHNOLOGY - Sustainable air filtration performance (2012/10/2)
>At the same time, the overall filtration efficiency for ePTFE membrane media has proved to be higher than for wet laid media with a Most Penetrating Particle Size (MPPS) typically between 0.06µm and 0.08µm (versus 0.10–0.25µm for wet laid media)
ePTFE 薄膜濾材的 MPPS 在 0.06~0.08μm 之間。

TCTA 中華潔淨技術協會 - Hepa / Ulpa µ-Glass Filtration Media vs. ePTFE Membranes by Hollingsworth & Vose (PDF) (2016/12/12)
ePTFE HEPA 穩定度還有整體過濾效率輸玻纖 HEPA，且成本較高。

CDC.gov - Filter Pore Size and Aerosol Sample Collection (PDF)