Schwebstoff-Filter – HEPA- ULPA- und SULPA-Filter zur Luftreinigung

Das Kürzel HEPA steht für „High Efficiency Particulate Air Filter“ und bedeutet Filter mit hoher Wirksamkeit gegen Teilchen in der Luft. ULPA heißt Ultra Low Penetration Air und ist, wie auch der Super ULPA-Filter eine Weiterentwicklung des HEPA-Filters mit noch besserer Partikelfilterung. Während HEPA-Filter in die Klassen H13 bis H14 einen Abscheidegrad mehr als 99,95 bzw. 99.995% haben, müssen ULPA-Filter in den Klassen U15 bis U17 besser als 99,9995 bis 99,999995% sein.

Einsatzgebiete der HEPA- und ULPA-Filter

Einsatzgebiete von Schwebstofffiltern sind z.B. die Raumfahrt, der medizinische Bereich, die Reinraumtechnik in Labors, aber auch die Reinigung von Raumluft, die durch Schadstoffe belastetet ist und zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führt. Nicht zuletzt Allergiker profitieren vom hohen Wirkungsgrad dieser Filter. Z.B. Luftreiniger, die mit Hepafiltern ausgestattet sind, bieten in geschlossenen Räumen, wie Zuhause, im Büro, in Aufenthaltsräumen oder am Arbeitsplatz gereinigte Atemluft für mehr gesundheitliches Wohlbefinden.

Wirkungsgrad der HEPA-Luftfilter

Moderne Hepa-Filter halten Partikel ab 0,1 Mikrometer (=100nm oder 0,0001mm) Größe zurück. Der Gesamtabscheidegrad liegt meist bei 99,97%, wodurch von 10.000 Partikeln in der Luft nur noch 3 übrig bleiben. Die Wirksamkeit eines HEPA-Filters liegt damit 3-4 mal höher als bei herkömmlichen Filtersystemen.

Aufbau des HEPA-Filters

Die Oberfläche ähnelt im Aussehen einem Papierfilter, ist aber aus besonders engmaschigem Gewebe aus Zellulose, synthetischen Fasern oder auch Glasfasern gefertigt. Teilweise werden bis zu 1000 Schichten des Filtergewebes übereinandergelegt und verbunden.

Welche Partikel werden gefiltert?

Das Filterspektrum für Partikel ist, bedingt durch die Dichte, breit und umfangreich. Grundsätzlich werden Feinstaub, Schwebstoffe und Kleinstpartikel sehr gut gefiltert, z.B. Tabakqualm, Rauch, Hausstaub, Pollen, Blütenstaub, Milbenallergene, Tierhaare, Schimmel, Sporen und Gerüche. Hepafilter können dadurch die belastete Raumluft fast zu 100 Prozent von Stäuben und Allergieauslösern befreien.

Aktivkohle-Filter zur Luftreinigung

Aktivkohle oder auch kurz A-Kohle (Carbo medicinalis, medizinische Kohle) ist eine feinkörnige Kohle mit großer innerer Oberfläche, die als Absorptionsmittel unter anderem in Chemie, Medizin, Wasser- und Abwasserbehandlung sowie Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt wird.

Aktivkohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff (meist >90%) mit hochporöser Struktur. Die Poren sind wie bei einem Schwamm untereinander verbunden. Die innere Oberfläche beträgt zwischen 300 und 2000 mµ/g Kohle. Die innere Oberfläche von 4 Gramm Aktivkohle entspricht ungefähr der Fläche eines Fußballfeldes. Die Dichte von Aktivkohle liegt im Bereich von 200 bis 600 kg/m³. Die Porengrößenverteilung der Mikroporen (<1nm), Mesoporen (1-25nm) und Makroporen (>25nm) bestimmt die Absorptionseigenschaften.

Aktivkohle wird aus pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder petrochemischen Stoffen hergestellt. Als Ausgangsmaterialien dienen dabei z.B. Holz, Torf, Nussschalen, Braun- oder Steinkohle bzw. Kunststoffe. Entsprechend wird sie auch als Pflanzenkohle bezeichnet.

Die Herstellung geschieht im Allgemeinen durch Dehydrierung mit geeigneten Stoffen (Zinkchlorid, Phosphorsäure) bei 500-900 °C oder durch trockene Destillation. Die so erhaltene Rohaktivkohle wird anschließend oxidativ aktiviert bei 700-1000 °C mit Wasserdampf, Kohlendioxid oder mit Luft.

Aktivkohlefilter in Luftreinigern

Der Aktivkohlefilter in einem Luftreiniger besteht meist aus einer dicken, dunklen Matte und kann mit dem Fotokatalysatorfilter kombiniert sein. Über die poröse Oberfläche werden Moleküle organischer oder chemischer Herkunft (Ausdünstungen von Textilien und Möbeln) absorbiert. Dies dient zur Eliminierung von Gerüchen, Ausgasungen und gasförmigen Schadstoffen.

Fotokatalysator-Filter zur Luftreinigung

Hauptbestandteil des Filters ist Titandioxid (TiO2), dessen fotokatalytischer Effekt seit längerer Zeit bekannt ist. Unter Einwirkung von UV-Licht entsteht eine chemische Reaktion (Redoxreaktion) und als Ergebnis eine Substanz (OH-Radikale), die in der Lage ist, organische Verbindungen, wie z.B.Bakterien und sogar Viren unschädlich zu machen.

Wirkung der Fotokatalyse

Der Effekt der Fotokatalyse ist in etwa mit einer Wärmebehandlung vergleichbar und wird bei der Reinigung von belastetem Wasser bereits genutzt. Außerdem sind spezielle Wandfarben sowie Beschichtungen für Bauteile, z.B. Glas mit einem gewissen Selbstreinigungseffekt entwickelt worden.

Fotokatalysator-Filter in Luftreinigern

Dieser Filter ist oft mit dem Aktivkohlefilter kombiniert. Damit werden nicht nur Staub- und Geruchspartikel, Keime und Bakterien sondern auch Krankheitsviren eliminiert. Das Filtermedium ist hochwirksam und bietet eine lange Filterstandzeit.

UV-Filter-Funktion

Vielleicht ist das Wort UV-Filter ein bisschen irreführend, da der Filter nicht gegen UV, sondern mittels UV-Strahlung wirkt.

Die Sonne ist das Vorbild

Die desinfizierende Wirkung von UV-Strahlung ist seit den Anfangstagen der biologischen und physikalischen Erforschung von Lichtwellen bekannt. Ultraviolette Strahlung (z.B. von der Sonne) ist ein bewährtes Mittel zum desinfizieren von Wasser, Luft oder festen Oberflächen, die mikrobiell kontaminiert sind. Man unterscheidet drei Formen der UV-Strahlung: UV-A, UV-B und UV-C. Zwar kommen alle drei Typen im Sonnenlicht vor, aber i.d.R. kommt nur UV-A- und UV-B-Strahlung auf der Erde an, während UV-C-Strahlen von der Ozonschicht in der Stratosphäre absorbiert werden.

Wirkung der UV-Strahlen

Diese kurzwellige UV-C-Strahlung ist sehr energiereich und lässt sich mit Hilfe von UV-Lampen, die mit Quecksilberdampf gefüllt sind, erzeugen, insbesondere die Strahlen der Wellenlänge 253,7 nm, die besonders desinfizierend wirken. Solche Wellenlängen bewirken eine sehr schnelle photochemische Zersetzung der Grundelemente einer DNS (Desoxyribonukleinsäure) im Zellkern oder RNS (Ribonukleinsäure) von Viren, so dass es bei ausreichender Bestrahlungsdosis zu einer Abtötung und lnaktivierung von Keimen, Bakterien und Viren kommt. Dieses Desinfektionsverfahren ist überaus umweltfreundlich und kostengünstig, da zu seiner Durchführung neben einer UV-Lampe nur sehr geringe elektrische Energie benötigt wird.

Die Entkeimung durch ultraviolette Strahlen (UV) hat vor der Entkeimung mit Chlor oder anderen Halogenen eine Reihe von Vorteilen: Das Verfahren arbeitet ohne chemische Zusätze und die Zusammensetzung des zu reinigenden Stoffes wird nicht verändert. Deshalb entsteht auch keinerlei Beeinträchtigung des Geschmacks oder Geruchs. So behält z.B. Wasser seine natürlichen Eigenschaften. Eine Überdosierung wie bei chemischen Verfahren ist nicht möglich.

UV-Filter im Luftreiniger

Viele Luftreiniger besitzen neben mechanischen Filtern auch eine zuschaltbare UV-Lampe, die eine zusätzliche Entkeimung bewirkt. Eine Gefährdung für Mensch und Tier besteht nicht, da es sich hier um Lichtstrahlung handelt, die aus dem Gehäuse des Luftreinigers niemals austritt.

Ionisator

Luftionen in der Natur

Bereits im Jahr 1777 entdeckte der Forscher Bertholon, dass der Mensch von atmosphärischer Luft umgeben ist und sich Ionen direkt auf das Körpersystem des Menschen auswirken. Über 100 Jahre später wurde die Existenz kleiner, messbarer Schwebeteilchen in der Luft entdeckt, die dann als „Atmosphärische Ionen“ bezeichnet wurden. Ionen sind ein natürlicher Bestandteil unserer Atemluft und haben Einfluss auf die Sauerstoffverwertung unseres Körpers. Negativ geladener Sauerstoff beschleunigt den Übergang aus der Lunge ins Blut. Beim Absinken des natürlichen Anteils an Luftionen in unserer Atemluft kann der Über die Lunge aufgenommene Sauerstoff nicht optimal verwertet werden. Besonders in Ballungsgebieten und Großstädten wird durch die Schadstoffbelastung und Feinstaubkonzentration ein Absinken des Ionenanteils beobachtet.

Wo entstehen natürliche Ionen?

Die Natur produziert vermehrt negative Ionen in den Küstengebieten, Wäldern, an Wasserfällen oder auch während eines Gewitters durch Blitze. Wir Menschen empfinden diese Luft dann als besonders frisch und angenehm. Für unser Wohlempfinden ist die Wechselwirkung zwischen positiven und negativen Ionen ausschlaggebend. In der Atmosphäre entstehen durch solare Strahlen und in Form von energiereichen Partikeln negativ geladene Ionen. Die Anzahl der natürlichen Negativionen in unserer Atemluft wird durch Schadstoffe neutralisiert. Die Konzentration von negativen Ionen in Küstengebieten (an der See, am Meer) beträgt ca. 3000 – 4000 Negativ-Ionen pro Kubikzentimeter. In der Büroluft können deutlich unter 100 Negativ-Ionen pro Kubikzentimeter gemessen werden. Bei abnehmender Luftqualität ist unser Immunsystem geschwächt, gesundheitliche Beschwerden nehmen zu und unser Körper wird mehr belastet. Dies ist auch ein Grund dafür, warum ein Aufenthalt an Meer oder Küste bei Atemwegserkrankungen empfohlen wird.

Wirkung der Ionisation

Die Relevanz der Ionenkonzentration in der Raumluft auf die Qualität unseres Raumklimas ist nicht umstritten. Ein hoher Anteil an negativ geladenen Ionen in unserer Atemluft hat eine nachweisbar positive Wirkung auf das psychisch – physische Gleichgewicht des Menschen. Sie wirken anregend auf das Herz- und Kreislaufsystem, aber auch entspannend auf unser Nervensystem.

Ionisierte Luft wird auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, zum Beispiel bei der Pasteurisierung von Getränken, wobei vor der Abfüllung die Flasche mit ionisierter Luft ausgeblasen wird, um Mikroorganismen abzutöten. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die industrielle Sterilisation z.B. von medizinischen Einwegartikeln, wo ionisierende Strahlung benutzt wird.

Ionisator im Luftreiniger

Durch den Ionisator werden im Luftreiniger Millionen von negativ geladenen Ionen produziert und in die Raumluft abgegeben. Durch die Luftumwälzung der Geräte werden die Ionen dann im gesamten Raumvolumen verteilt.