หลักการเลือกแผ่นกรองอากาศที่ถูกต้อง


ภาพที่1 แสดงกระบวนการกรองอากาศผ่านแผ่นกรองอากาศ 3 ชั้นตามรูปป ขั้นต้น(1) ขั้นกลาง(2) และขั้นสุดท้าย(3)

แผ่นกรองอากาศที่ดี ต้องประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆคือ มีประสิทธิภาพการกรองที่เหมาะสมกับการใช้งานตามลักษณะงานประเภทต่างๆ มีความสามารถในการกักเก็บฝุ่นได้สูง มีอัตราการไหลของลมสูง( Airflow rate) ในขณะเดียวกันก็ต้องมีความดันตกคร่อม (Pressure Drop) ที่ต่ำ เพื่ออายุการใช้งานที่นาน ดังนั้นในการเลือกแผ่นกรองอากาศที่ถูกต้องและเหมาะสมกับการใช้งานจึงต้องพิจารณาจากองค์ประกอบและตัวแปรที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มประสิทธิภาพของแผ่นกรองอากาศ
องค์ประกอบที่สำคัญในแผ่นกรองอากาศ
ปริมาณลม (Air Flow) เนื่องจากแผ่นกรองที่ดีจะต้องมีคุณสมบัติที่ยอมให้มีปริมาณลมที่ผ่านเส้นใยเนื้อกรองได้สูง ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เป็นลูกบาศ์ทเมตรต่อชั่วโมง (CMH= Cubic met per hour) โดยทั่วไปแล้วแผ่นกรองขั้นต้นและขั้นกลางสามารถยอมให้ปริมาณลมผ่านได้ถึง 3400 CMH ในขณะที่แผ่นกรองขั้นสุดท้ายจะอยู่ที่ 1200 CMH บางรุ่นที่มีการเพิ่มพื้นที่เนื้อกรองจะสามารถรับปริมาณลมได้ถึง 4250 CMH ทั้งนี้ทั้งนั้นก็ขึ้นอยู่กับ Pressure drop นั้นๆ
ประสิทธิภาพ (Efficiency) แบ่งเป็น 3 ประเภท
o ประสิทธิภาพเริ่มต้น (Initial Efficiency) เมื่อแผ่นกรองสะอาด
o ประสิทธิภาพเฉลี่ย (Average Efficiency) เป็นค่าประสิทธิภาพที่ใช้ในการกำหนดช่วงประสิทธิภาพของแผ่นกรองแต่ละชนิด (Specification)
o ประสิทธิภาพสุดท้าย (Final Efficiency) เป็นค่าที่บ่งบอกถึง ค่าประสิทธิภาพสุดท้ายที่แผ่นกรองสามารถกรองได้ หากมีการใช้งานเกินจุดนี้แผ่นกรองอากาศจะเริ่มตัน อัตราการไหลของอากาศจะเริ่มลดลง และ pressure drop จะสูงขึ้น

ความดันตกคร่อม (Pressure Drop) แผ่นกรองอากาศที่ดีและมีประสิทธิภาพสูงต้องมีค่าแรงต้านหรือความดันตกคร่อมที่ต่ำ ในการพัฒนาแผ่นกรองให้มีประสิทธิภาพสูงและมีค่าความดันตกคร่อมต่ำ
o ความดันตกคร่อมเริ่มต้น (Initial Pressure Drop) เป็นค่าความดันเริ่มต้นเมื่อแผ่นกรองอากาศสะอาด
o ความดันตกคร่อมเฉลี่ย (Average Pressure Drop) เป็นค่าที่ใช้ในการคำนวณการเลือกขนาดของพัดลม
o ความดันตกคร่อมสุดท้าย (Final Pressure Drop) เป็นค่าความดันสุดท้าย ที่สามารถบอกถึงจุดที่แผ่นกรองจะเริ่มตัน

ความสามารถในการกักเก็บฝุ่น (Dust Holding Capacity: DHC)
เป็นค่าที่บ่งบอกถึงปริมาณการกักเก็บฝุ่นของเนื้อกรอง มีหน่วยเป็น กรัม (g) หรือ กิโลกรัม (kg) ค่า DHC สามารถบอกถึงอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศแต่ละชนิดได้เมื่อเปรียบเทียบที่ปริมาณความสามารถในการกักเก็บฝุ่น เช่น ในสภาวะแวดล้อมเดียวกัน แผ่นกรองที่มีค่า DHC มากกว่าจะมีอายุการใช้งานได้นานกว่าแผ่นกรองที่มีค่า DHC ที่น้อยกว่า
อายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศ ในการเลือกแผ่นกรองอากาศต้องคำนึงถึงอายุการใช้งานของแผ่นกรองว่ามีอายุการใช้งานได้นานแค่ไหน โดยทั่วไปแล้ว ผู้ผลิตจะมีการกำหนดอายุการใช้งานตามประสิทธิภาพของแผ่นกรอง
o แผ่นกรองขั้นต้นที่มีประสิทธิภาพ 25-30% มีอายุการใช้งานอยุ่ที่ 3-6 เดือน
o แผ่นกรองขั้นกลางที่มีประสิทธิภาพ 45-95%มีอายุการใช้งานอยุ่ที่ 3-6 เดือน
o แผ่นกรองขั้นสุดท้ายที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 98% มีอายุการใช้งาน 6-12 เดือน
อย่างไรก็ตามอายุการใช้งานของแผ่นกรองยังขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม ปริมาณฝุ่นและการบำรุงรักษา หากมีการเปลี่ยนแผ่นกรองขั้นต้นและขั้นกลางจะช่วยยืดระยะการใช้งานของแผ่นกรองละเอียดได้นานขึ้นมากกว่า 1 ปี
ความเร็วลมที่ไหลผ่านแผ่นกรองอากาศ (Air Velocity: m/s) ความเร็วลมจะมีผลต่อประสิทธิภาพการกรองฝุ่นของเนื้อกรองจากหลักการกรองอากาศ
o กระบวนการกรองฝุ่นหยาบ: Straining, Inertia
o กระบวนการกรองฝุ่นละเอียด: Interception, Diffusion


ภาพที่ 3 แสดงกระบวนการกรอง
ภาพที่2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการกรองและขนาดของฝุ่นที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการกรองฝุ่น

การเลือกใช้แผ่นกรองอากาศที่เหมาะสมกับความเร็วลมเป็นสิ่งที่สำคัญในการรักษาประสิทธิภาพของการกรอง เนื่องจากในกระบวนการกรองแบบต่างๆมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วลมที่ใช้ เช่น ในการกรองอากาศของแผ่นกรองละเอียดแบบ HEPA ที่มีประสิทธิภาพการกรองที่ 99.999% กรองฝุ่นขนาด 0.3 ไมครอน ซึ่งเป็นฝุ่นละเอียดและมีกระบวนการดักจับฝุ่นแบบ Diffusion effect ที่ต้องใช้ความเร็วลมต่ำๆ ทำให้โอกาสที่อนุภาคฝุ่นขนาดเล็กจะเกาะติดบนเส้นใยของเนื้อกรองได้สูงและส่งผลให้ประสิทธิภาพในการกรองเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ปัจจัยอย่างอื่นในการเลือกความเร็วลมไม่เหมาะสมอาจส่งผลกระทบต่อเนื้อกรอง แรงลมสูงอาจทำให้เนื้อกรองมีผลต่อเนื้อกรองแตกหรือรั่วได้

พื้นที่เนื้อกรองอากาศ (Media Area)
พื้นที่เนื้อกรอง หน่วยเป็นตารางเมตร (m2) พื้นที่ของเนื้อกรองอากาศมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการกรองเป็นอย่างมาก เนื่องจากแผ่นกรองที่ดีต้องมีประสิทธิภาพในการกรองฝุ่นที่สูง ซึ่งต้องมีพื้นที่เนื้อกรองมากนั่นเอง ในการเพิ่มพื้นที่เนื้อกรองสามารถเพิ่มโดยการเพิ่มจำนวนจีบ (pleat) ของแผ่นกรองให้มีปริมาณมากขึ้น จะช่วยเพิ่มเนื้อกรองให้กับแผ่นกรองทำให้เพิ่มความสามารถในการกักเก็บฝุ่นได้ในปริมาณมาก ดังนั้นการพิจารณาแผ่นกรองจากพื้นที่เนื้อกรองจึงเป็นสิ่งที่ต้องคำนึงถึง

การคำนวณพื้นที่เนื้อกรอง
แผ่นกรองแบบถุง (Pocket Filter) 8 ถุง
ขนาด(กว้าง x ยาว x ความลึก): 592x592x534

พื้นที่เนื้อกรอง = กว้าง x ยาว x จำนวนถุง x 2
= 592 x 534 x 8 x 2
= 5.05 m2
ดังนั้นการเข้าใจถึงความสำคัญของเนื้อกรองและเข้าใจหลักการคำนวณหาพื้นที่เนื้อกรอง จะช่วยให้การเลือกแผ่นกรองที่ดีและมีประสิทธิภาพได้ง่ายขึ้น

มาตรฐานการตรวจสอบและรองรับแผ่นกรองอากาศ
แผ่นกรองอากาศที่ดีต้องผ่านมาตรฐานการทดสอบว่าเป็นไปตามมารตฐานที่กำหนด ตามตัวแปรต่างๆเช่น มีประสิทธิภาพในการจับฝุ่นที่อนุภาคต่างๆ (Efficiency), มีค่าความดันตกคร่อมเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด (Pressure drop), อัตราการไหลของลม (Air flow rate)
มาตรฐาน EN779:2012
มาตรฐานยุโรปที่มีกระบวนการทดสอบเครื่องมือและ class ของแผ่นกรอง โดยมีการแบ่งกลุ่มมาตรฐานของแผ่นกรองตามขนาดของฝุ่นที่ใช้ในการทดสอบและประสิทธิภาพที่ดักจับฝุ่นได้ ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ดั้งนี้
o แผ่นชั้นต้น G1-G4 ประสิทธิภาพ 50-90% ความดันตกค่อมสุดท้ายที่ 250 Pa
o แผ่นชั้นกลาง M5-M6 ประสิทธิภาพ 40-90% ที่ 0.4 ไมครอน ความดันตกค่อมสุดท้ายที่ 450 Pa
o แผ่นชั้นสุดท้าย F7-F9 ประสิทธิภาพ 40-95% ที่ 0.4 ไมครอน ความดันตกค่อมสุดท้ายที่ 450 Pa
ตารางที่ 1 แสดงการแบ่ง class ของเป็นกรองตามมาตฐาน EN779:2012

มาตรฐาน EN1822:2009

มาตรฐานในการทดสอบแผ่นกรองที่มีประสิทธิภาพสูง EPA (Efficiency Particulate Air Filters), HEPA (High Efficiency Particulate Air Filters) และ ULPA (Ultra Low Penetration Air Filters) มีการทดสอบที่ฝุ่นอนุภาคขนาดเล็กที่ 0.1-0.3 ไมครอน หรือ MPPS (Most Penetration Particle Size) มีการแบ่งระดับ Class ของแผ่นกรองตามค่า ประสิทธิภาพเฉลีย (Average Efficiency)และค่าความสามารถในการแทรกผ่าน (Penetration) นอกจากนี้มีการทอสอบค่า Local efficiency และค่า Penetration โดยทดสอบการรั่วแบบสุ่มหาจุดรั่ว (Local efficiency) และทดสอบการรั่วทั่วหน้าแผ่นกรองด้วยการ Scan และรายงานเป็นค่าเฉลี่ย

ตารางที่ 2 แสดงการแบ่ง class ของเป็นกรองตามมาตฐาน EN1882:2009

มาตรฐาน EN ISO14644
มาตรฐานควบคุมห้องสะอาด หรือ Cleanroom เป็นห้องที่มีระบบอากาศแบบพิเศษ เพื่อควบคุมปริมาณฝุ่นในอากาศไม่ให้เกินกว่ามาตรฐานที่กำหนด ซึ่งห้องสะอาดนิยมใช้กันในวงการที่ต้องมีกการระมัดระวังเรื่องฝุ่นหรือเชื้อโรคเป็นพิเศษ เช่น โรงพยาบาล, โรงงานอุตสาหกรรมประเภทอาหารและยา, โรงงานผลิตชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิกส์ ซึ่งมาตรฐานห้องสะอาดที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันคือ มาตรฐาน ISO14644 ซึ่งเป็นมาตรฐานสากล มีชื่อภาษาอังกฤษว่า Cleanrooms and associated controlled environments
ตารางที่ 3 แสดงการแบ่ง class ของเป็นกรองตามมาตฐาน EN ISO14644