DIN EN 1822: Prüfnorm für Qualitätssicherung von Hochleistungsfiltern
Qualitätssicherung der EPA, HEPA und ULPA Filter
Die europäische Filterprüfnorm ist die wichtigste Grundlage für die Prüfung und Klassifizierung von Absolutfiltern. Die Norm basiert auf modernster Partikelmesstechnik und zugelassenen Verfahren zur Bestimmung der Wirkungsgrade. Sie besteht aus fünf Teilen. Der Filter wird anhand der Ergebnisse aus den Abschnitten 4 (lokale Ableitung) und 5 (integrale Ableitung) der jeweiligen Filterklasse zugeordnet.
Für Filter der Klassen H13 und höher wird ein individueller Prüfbericht und eine Seriennummer erstellt. Daher kann jedem Filter ab H13 ein eigener individueller Test zugeordnet werden. Eine Einzelprüfung der EPA-Filter ist nach der Norm nicht erforderlich und mit dem beschriebenen Prüfverfahren möglich. EPA-Filter werden im Rahmen der Stichprobenprüfung geprüft, wobei die Abscheidung als Mittelwert aus einzelnen, stichprobenartigen Messungen ermittelt wird.
Teil 1: Klassifikation, Leistungsprüfung und Kennzeichnung
Im ersten Teil der Norm werden Filter entsprechend ihrer Filtrationsleistung auf Grundlage des Abscheide- oder der Durchlassgrades in drei Gruppen eingeteilt:
- Gruppe E: EPA – EPA-Filter (Hochleistungspartikelfilter, bzw. Efficient Particulate Air)
- Gruppe H: HEPA - Filter (Schwebstofffilter, bzw. High Efficiency Particulate Air)
- Gruppe U: ULPA – ULPA-Filter (Hochleistungs-Schwebstofffilter, bzw. Ultra Low Particulate Air)
Innerhalb dieser Gruppen existiert eine weitere Unterteilung, welche das Filter bzgl. seiner Leistung konkreter beschreibt. Diese ergibt sich wie folgt:
| Filterklasse | Integraler Wert | Lokaler Wert | ||
|---|---|---|---|---|
| Wirkungsgrad (%) | Penetration (%) | Wirkungsgrad (%) | 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 |
Teil 2: Aerosolerzeugung, Messgeräte, Partikelzählstatistik
Der folgende zweite Teil der Norm liefert wichtige Vorgaben bzgl. des Prüfaerosols und zur anschließenden Messung und Partikelzählung. Um einheitliche Standards bei der Vermessung von Filtrationsleistungen zu gewährleisten, dürfen nur bestimmte Prüfaerosole verwendet werden. MANN+HUMMEL verwendet dabei DEHS als Prüfaerosol gemäß DIN EN 1822-2.
Neben der Art des Aerosols ist sicher zu stellen, dass die Partikelproduktionsrate hinreichend groß ist, damit statistisch zulässige Messergebnisse ermittelt werden können.
Damit alle nötigen Informationen zum Testlauf vorhanden sind, werden für die gesamte Messreihe Größen, wie der Druck, der Druckverlust über das Filter, die Temperatur, die Feuchte und vor allem die Konzentration aufgezeichnet.
Letztendlich entscheidend für die Filterklasse ist jedoch der Abscheidegrad des Filters. Dieser wird während der Prüfung über einen Partikelzähler ermittelt.
Teil 3: Prüfung des planen Filtermediums
Die Prüfung des planen Filtermediums ist maßgeblich, um den Fraktionsabscheidegrad durch ein Partikelzählverfahren zu ermitteln. Aus diesem Messwert kann wiederum die Fraktionsabscheidegradkurve für das geprüfte Filtermedium gewonnen werden.
Im Detail wird dazu eine Probe des Filtermediums plan in die Prüffilteraufnahme eingespannt und mit dem Prüfluftstrom entsprechend der vorgegebenen Filtermediengeschwindigkeit durchströmt. Anschließend wird das generierte Prüfaerosol im Einlauf dem Prüfluststrom zugeführt, sodass ein homogenes Gemisch entsteht.
Zur Bestimmung des Abscheidegrades werden dann anström- und abströmseitig Teilströme mittels Sonden entnommen und die Konzentrationen für verschiedene Partikelgrößen aufgezeichnet. Aus diesen Messungen kann dann die Fraktionsabscheidegradkurve bestimmt werden.
Es fällt sofort auf, dass die Kurve für eine bestimmte Partikelgröße ein Minimum bezüglich des Abscheidegrades aufweist: dieser kritische Punkt wird mit MPPS bezeichnet. Dies steht für Most Penetrating Particle Size - also der Punkt, an dem die meisten Partikel durch das Filter hindurchstoßen.
Zwar wird ein fertiges Filter im Betrieb niemals aus nur einer planen Schicht bestehen, jedoch ist die gewonnene Kenntnis über den Punkt des Abscheidegradminimums relevant für die weiteren Messungen eines handelsüblichen Filters.
Teil 4: Leckprüfung des Filterelements
Die Leckprüfung dient der Überprüfung des Filterelements auf lokal unzulässig hohe Durchlassgrade.
Beim sogenannten Scan-Verfahren wird das gefertigte Filter in die Filteraufnahme eingespannt und bei Nennvolumenstrom von der Prüfluft und dem Prüfaerosol durchströmt. Dabei erfolgt die Messung im Abscheidegradminimum des Filtermediums (MPPS).
Unter Beachtung der DIN EN 1822-2 wird mit einer Sonde die gesamte Abströmseite des Filters abgefahren. Währenddessen zeichnet ein Computer die Koordinaten, die Geschwindigkeit sowie den gemessenen Partikelstrom der Sonde auf, sodass mögliche Leckstellen eindeutig verortet werden können. Ein besonderes Augenmerk erfahren dabei die Grenzflächen des Filters, da an den Kanten zwischen Filter und Rahmen, an Dichtungen oder an Ecken erwartungsgemäß die meisten Lecks entdeckt werden.
Um Messungenauigkeiten ausschließen zu können, werden Stellen mit besonders hohen Durchlassgraden im Anschluss nochmals mit einer feststehenden Sonde geprüft. Falls kein gemessener lokaler Durchlassgrad den zulässigen Maximalwert überschreitet, gilt das Filter als leckfrei.
Die bei MANN+HUMMEL durchgeführten Messungen erfolgen vollautomatisch, so dass während der Messung der mittlere Abscheidegrad des Filters bestimmt werden kann. Mit diesem Wert wird die zugehörige Filterklasse bei verwendetem Volumenstrom nach DIN EN 1822-1 bestimmt.
Teil 5: Abscheidegradprüfung des Filterelements
Während dieser Prüfung wird der Abscheidegrad des Filters bestimmt. Dazu wird das Filter in die Filteraufnahme eingespannt und bei Nennvolumenstrom von der Prüfluft und vom Prüfaerosol durchströmt.
Auch diese Prüfung findet immer bei der Partikelgröße im Abscheidegradminimum des Filtermediums statt (MPPS – siehe DIN EN 1822-3), um eine Abschätzung zur sicheren Seite zu gewährleisten.
Wie im vorherigen Abschnitt erklärt, wird die Abströmseite des Filters mit einer Sonde lückenlos abgefahren. Während des sogenannten Scan-Verfahrens werden auf der Abströmseite Partikel mit der Sonde entnommen und einem Partikelzähler zugeführt, welcher die einzelnen Partikel wiederum aufsummiert. Setzt man anschließend die abströmseitig gemessenen Partikel mit den zugeführten Partikel auf der Anströmseite ins Verhältnis, kann der Abscheidegrad bestimmt werden. Dieser ist wiederum ein Maß für die Effizienz des Filters.
Der daraus resultierende minimale Abscheidegrad bildet die Grundlage für die Klassifizierung nach DIN EN 1822-1.
Alternative zur Dichtheitsprüfung (H13 /H14)
Eine schnelle und kostengünstige Prüfung zur Dichtheit des Filters ist der Leckagetest mit Prüfaerosol. Hierbei wird das Filter in einem dunklen Prüfraum vor schwarzem Hintergrund positioniert. Mit Hilfe eines geeigneten Prüfaerosols (bei MANN+HUMMEL ein Triglykolgemisch) wird ein feinpartikuläres Aerosol erzeugt und einseitige auf das Filter aufgebracht. Auf der andern Seite erfolgt die visuelle Prüfung auf Leckagen mit Hilfe über dem Filter angeordneten hellen Lichtquellen, die aufsteigende Aerosolfahnen gegen den dunklen Hintergrund hervorheben. Mit dieser Methode sind Leckagen an Dichtung, Rahmen und auch Filtermedium leicht detektierbar. Eine Bestimmung der Filtereffizienz ist nicht möglich.