HEPA Filtreler

Prof. Dr. F. Taner Özkaynak

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.

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.

IEST tarafından önerilen HEPA filtrelerle ilgili standartlar şunlardır:

• IEST-RP-CC001.3: HEPA ve ULPA Filtreleri

Bu standart, HEPA ve ULPA filtrelerin terimlerini, sınıflandırmalarını, üretimde kullanılan malzemelerin tanımlarını, test ekipmanlarını ve işaretleme yöntemlerini açıklar.

• IEST-RP-CC034.1: HEPA ve ULPA Filtreler için Sızıntı Testleri

Bu standart, HEPA ve ULPA filtrelerin sızıntı testleri için yöntemleri, test koşullarını, aerosol oluşturma, aerosol tespit yöntemlerini (fotometreler veya parçacık sayıcılar) ve test yöntemlerini açıklar.

• IEST-RP-CC021.1: HEPA ve ULPA Filtre Ortamının Test Edilmesi

Bu standart, HEPA ve ULPA filtrelerin üretiminde kullanılan kağıt veya sentetik malzemeler için basınç düşümü, verimlilik, kalınlık, dayanıklılık, uzama, sertlik ve yüksek sıcaklıklarda ağırlık kaybı gibi testlerin yöntemlerini, ayrıca raporlama tekniklerini açıklar.

• IEST-RP-CC007.1: ULPA Filtrelerin Test Edilmesi

Bu standart, parçacık sayıcılar kullanılarak ULPA filtrelerin verimlilik testlerinin yöntemlerini açıklar.

Sonuç olarak, IEST tarafından tanımlanan HEPA ve ULPA filtreler ile önerilen test yöntemleri Tablo-1’de gösterilmiştir.

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.

CEN tarafından yayınlanan EN 1822 standardı 5 bölümden oluşur ve şunlardır:

• EN 1822-1 Sınıflandırma, Performans Testi ve İşaretleme
• EN 1822-2 Aerosol Üretimi, Ölçüm Cihazları, Parçacık Sayımı
• EN 1822-3 Filtre Malzemesinin Test Edilmesi
• EN 1822-4 Filtre Elemanlarında Sızıntının Tespiti
• EN 1822-5 Filtre Elemanlarının Verimliliğinin Belirlenmesi

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.

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.

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.

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. Daha sonrasında İ.T.Ü. Makina Fakültesinde kısmi statüde öğretim üyeliğini sürdürürken Tetisan Ltd.şirketinde yöneticilik yapmıştır. Prof.Dr.F.Taner ÖZKAYNAK’ ın çeşitli konularda yayınlanmış 35’ i aşkın makale ve kitabı bulunmaktadır. Ulpatek Filtre’nin de kurucularından olup 20 Ekim 2011 tarihinde vefat etmiştir.

F.Taner ÖZKAYNAK,