ข้อมูลวิชาการที่เกี่ยวข้องกับแผ่นกรองอากาศ Filter/HEPA Filter

1. ประสิทธิภาพการกรองจำแนกตามมาตรฐาน EN 1822 ของยุโรป ซึ่งแบ่งออกเป็นหลายระดับตามความสามารถในการดักจับอนุภาคที่มีขนาดเล็กที่สุดที่ทะลุผ่านเครื่องกรองได้ยากที่สุด แบ่งเป็น 3 กลุ่ม คือ

1.1. กลุ่ม EPA (Efficiency Particulate Air) เป็นกลุ่มที่มีประสิทธิภาพเบื้องต้น มักใช้ในเครื่องฟอกอากาศทั่วไปหรือในอุตสาหกรรมที่ไม่ต้องการความสะอาดระดับวิกฤต

· E10: กรองอนุภาคได้ ≥ 85%

· E11: กรองอนุภาคได้ ≥ 95%

· E12: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.5%

1.2. กลุ่ม HEPA (High-Efficiency Particulate Air) เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้ในโรงพยาบาล ห้องแล็บ หรือห้องปลอดเชื้อ (Cleanroom)

· H13: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.95% (ยอมให้อนุภาคผ่านได้เพียง 0.05%)

· H14: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.995%

1.3. กลุ่ม ULPA (Ultra-Low Penetration Air) เป็นระดับสูงสุดที่ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตเซมิคอนดักเตอร์หรือห้องปฏิบัติการทางชีวภาพขั้นสูง

· U15: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.9995%

· U16: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.99995%

· U17: กรองอนุภาคได้ ≥ 99.999995%

2. มาตรฐานฝั่งอเมริกา (ASHRAE / ASME)

2.1. ASHRAE (MERV 1-16): ใช้กับระบบแอร์อาคารทั่วไป (MERV 13 ขึ้นไปกรอง PM2.5 ได้ดี)

2.2. US HEPA: ต้องกรองได้ ≥ 99.97% (ต่างจากยุโรปเล็กน้อย)

2.3. ASME AG-1: มาตรฐานขั้นสูงสุดสำหรับ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ทนทานและเข้มงวดเป็นพิเศษ

3. มาตรฐานสากล (ISO): เน้นแบ่งตามขนาดฝุ่น PM เพื่อให้เข้าใจง่ายในระดับสากล

3.1. ISO 16890: แบ่งเป็นกลุ่ม ePM1, ePM2.5, ePM10 (วัดตาม % การดักจับฝุ่นแต่ละขนาด)

3.2. ISO 29463: มาตรฐานสากลสำหรับ HEPA/ULPA (ล้อตาม EN 1822 ของยุโรป)

4. วัสดุที่ใช้สังเคราะห์

แผ่นกรอง HEPA ส่วนใหญ่ในปัจจุบันไม่ได้สังเคราะห์มาจากวัสดุชนิดเดียว แต่เป็นการนำเส้นใยขนาดเล็กมาก
มาถักทอหรืออัดรวมกันจนเป็นโครงสร้างตาข่ายที่ซับซ้อน โดยวัสดุหลักที่นิยมใช้ ได้แก่

4.1. เส้นใยแก้ว (Borosilicate Glass Fibers)

· เส้นใยแก้วขนาดจิ๋ว (Micro-glass) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดไมครอน โดยนำเส้นใยมาเรียงตัวกันแบบไร้ทิศทาง แล้วอัดให้เป็นแผ่นคล้ายกระดาษ

· วัสดุมาตรฐานสำหรับแผ่นกรอง HEPA ระดับอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ

4.2. พอลิโพรพิลีน/โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Polypropylene – PP/ Polyethylene Terephthalate – PET)

· พลาสติกสังเคราะห์ที่นำมาผ่านกระบวนการ Melt-blown (การฉีดพลาสติกเหลวด้วยลมร้อนให้เป็นเส้นใยละเอียด)

· การเสริมประสิทธิภาพ: มักจะมีการอัดประจุไฟฟ้าสถิต เข้าไปในเส้นใย เพื่อช่วยดึงดูดฝุ่นละอองให้ติดกับแผ่นกรองได้ดีขึ้นโดยที่ไม่ต้องทำให้แผ่นกรองหนาจนเกินไป

· พบในเครื่องฟอกอากาศที่ใช้ในบ้านหรือหน้ากากอนามัยคุณภาพสูง

4.3. ePTFE (Expanded Polytetrafluoroethylene) เทคโนโลยีใหม่ที่ถูกนำมาใช้ทำแผ่นกรอง ULPA ในยุคปัจจุบัน โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมที่ต้องการความสะอาดสูงสุด

5. กลไกการจับอนุภาค (ตามรูปด้านล่าง)

HEPA Filter; Pore Size 0.3 ไมครอน, ULPA Filter; Pore Size 0.1 ไมครอน

1. Straining: เป็นการกรองอนุภาคขนาดใหญ่กว่า 0.3 ไมครอน โดยอนุภาคขนาดใหญ่ไม่สามารถลอดผ่านรูโดยตรง และติดอยู่บริเวณด้านหน้า

2. Impingement/Inertia: อนุภาคที่มีมวลจะเคลื่อนที่ตามกระแสลม ไม่สามารถหักเหไปตามเส้นใยที่คดเคี้ยว ทำให้เกิดการชน ติดอยู่ด้านใน

3. Diffusion: อนุภาคขนาดเล็กมาก (< 0.1 ไมครอน) เคลื่อนที่ทุกทิศทางแบบ Browniam Motion อนุภาคชนกัน จนไปชนกับเส้นใยติดอยู่ภายใน

สรุป:

– แผ่นกรองที่มีขนาดของ Pore Size 0.3 และ 0.1 ไมครอน สามารถดักจับอนุภาคขนาดใหญ่กว่า 0.3 ไมครอน ได้ทั้งคู่

– แผ่นกรองที่มีขนาดของ Pore Size 0.3 ไมครอน สามารถจับอนุภาคหรือไวรัสขนาดเล็ก (< 0.1 µm) ได้ ถ้าแผ่นกรองมีความหนา และเส้นใยมีความคดเคี้ยว

– ในขณะที่แผ่นกรองที่มีขนาดของ Pore Size 0.1 ไมครอน แต่เส้นใยไม่มีความคดเคี้ยว เพราะบางมากก็จะ ไม่สามารถจับอนุภาคหรือไวรัสขนาดเล็ก (< 0.1 µm) ได้

ข้อสังเกตุ:

1. ผู้ผลิตใช้คำว่า VEPA (Very High Efficiency Particulate Air Filter) 0.1 ไมครอน ซึ่งไม่ใช่คำศัพท์ตามมาตรฐาน

2. ผู้ผลิตที่ได้มาตรฐาน จะใช้แผ่นกรองที่มีขนาด Pore Size 0.3 ไมครอน ก็เพียงพอต่อการดักจับอนุภาคขนาดเล็กหรือไวรัส

3. แผ่นกรองที่มีขนาด Pore Size 0.1 ไมครอน และมีความคดเคี้ยวจริง จะต้องใช้ Blower ขนาดใหญ่ เพราะ Pressure Drop สูงมาก ทำให้ตัวเครื่องมีขนาดใหญ่ ต้นทุนสูงมาก และเสียงดัง ซึ่งไม่มีผู้ผลิตที่มีมาตรฐานผลิตเครื่องมาจำหน่าย ยกเว้น อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

6. หลักการและขีดจำกัด; การกำจัดอนุภาคในระบบตัวเติมประจุทั้งระบบแผ่นกรอง และตัวรวบรวมฝุ่นไฟฟ้าสถิตย์

6.1. แผ่นกรองแบบมีประจุไฟฟ้า (Electrostatic Filter)

· หลักการ: ใช้แผ่นสังเคราะห์ที่มี ประจุไฟฟ้าในตัว ดึงดูดฝุ่นที่มีประจุตรงข้ามให้มาติดตัวแผ่นกรอง

· จุดเด่น: แผ่นบาง ลมผ่านง่าย กรองฝุ่นละเอียดได้ดีมาก

· ขีดจำกัด: ประจุจะ เสื่อมสภาพ ตามความชื้นและปริมาณฝุ่นที่เกาะ ทำให้ต้องเปลี่ยนบ่อย เพราะล้างไม่ได้

6.2. แบบตัวรวบรวม (Electrostatic Precipitator – ESP)

· หลักการ: 1. Ionizer: ยิงกระแสไฟใส่ฝุ่นให้เป็นประจุบวก

2. Collector: ใช้แผ่นโลหะสร้างประจุลบดึงดูดประจุบวกมาติด

· จุดเด่น: ล้างทำความสะอาดได้ ไม่ต้องเปลี่ยนแผ่นบ่อย ลมไหลผ่านสะดวกมาก

· ขีดจำกัด: อาจเกิด ก๊าซโอโซน และประสิทธิภาพจะตกไปเรื่อย ๆ เพราะแผ่นโลหะเมื่อดูดจับประจุเต็มต้องถอดมาล้าง

7. ระบบทำลายจุลชีพ เช่น UV, Ozone, Plasma; ระบบนี้ยังอันตราย เนื่องจากยังคงมีซากตกค้าง ไม่ได้หมายถึงตัวเชื้อโรคที่ตายแล้วเพียงอย่างเดียว แต่รวมถึงผลลัพธ์ By-products ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีในอากาศด้วย สรุปสาเหตุหลัก ดังนี้

7.1. การเกิดสารก่อมลพิษใหม่ (Secondary Pollutants)

· เมื่อ Ozone หรือ Plasma ทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่มีอยู่ทั่วไปในอาคาร เช่น กลิ่นสี, น้ำยาทำความสะอาด จะเกิดการแตกตัวและรวมตัวของไอสารเคมีทำให้โครงสร้างสารเคมีเป้าหมายหมดฤทธิ์ หรืออาจกลายเป็นสารต่อไปที่มีอันตรายมากกว่าเดิม

7.2 ซากจุลชีพที่เป็นสารก่อภูมิแพ้ (Endotoxins)

· การฆ่าเชื้อด้วย UV หรือ Ozone อาจทำให้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแตกออก แต่สารพิษภายในเซลล์ (Endotoxins) ยังคงอยู่ แม้เชื้อจะตายและแบ่งตัวไม่ได้ แต่ซากของมันยังสามารถกระตุ้นให้เกิดอาการภูมิแพ้ หอบหืด หรือการอักเสบในระบบทางเดินหายใจได้หากสูดดมเข้าไป

7.3 การกัดกร่อนวัสดุ (Material Degradation)

· Ozone และ Plasma: มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (Oxidation) ทำให้พลาสติก ยาง หรือฉนวนสายไฟในระบบแอร์เสื่อมสภาพเร็วขึ้น ซึ่งอาจปล่อยฝุ่นผงเคมีออกมาปนเปื้อนในอากาศเพิ่ม

7.4 สารตกค้างจากตัวระบบเอง

· Ozone: หากระบบควบคุมไม่ดี โอโซนที่เหลือค้างจะกัดกร่อนเนื้อเยื่อปอดมนุษย์โดยตรง

· UV: หากใช้หลอด Mercury Vapor แล้วหลอดแตก จะมีสารปรอทตกค้างในระบบระบายอากาศ

7.5 พลาสม่า (Plasma) คือ สถานะที่ 4 ของสสาร นอกเหนือจากของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โดยคือก๊าซที่มีประจุไฟฟ้า (Ionized Gas)

8. ระบบกำจัดไอสารเคมี (Gas & Solvent), สารก่อมะเร็ง และกลิ่นรุนแรง ทำไมต้องใช้ Activated Charcoal หรือ Impregnated Activated Charcoal

8.1. ดักจับก๊าซที่ HEPA ทำไม่ได้: แผ่นกรองฝุ่น (HEPA) กรองได้เฉพาะอนุภาคแต่ถ่านกัมมันต์ใช้ดักจับ โมเลกุลก๊าซ และไอระเหยสารเคมีที่มีขนาดเล็กเกินกว่าเส้นใยจะดักจับได้

8.2. พื้นที่ผิวสัมผัสมหาศาล: ถ่านถูกกระตุ้นให้มีรูพรุนจิ๋วจำนวนมาก ทำให้มีพื้นที่ในการดูดซับกลิ่นและสารพิษได้มหาศาล

8.3. การดูดซับทางกายภาพ (Adsorption): ใช้แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล ดึงเอาสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs), กลิ่นสี, กลิ่นควัน และตัวทำละลาย (Solvent) ให้มาติดค้างอยู่ในรูพรุนของถ่าน

8.4. การจัดการสารก่อมะเร็งเฉพาะทาง (Impregnated): เนื่องจากถ่านกัมมันต์มีขีดจำกัด ไม่สามารถดูดซับโมเลกุลที่เล็กกว่า 30 เช่น NH3 ทำให้ต้องผสมสารที่สามารถกำจัดโดยการทำปฏิกิริยา เช่น KMnO4

9. ความแตกต่างของเครื่องฟอกอากาศชนิด Scientific Grade, Semi-Scientific Grade and Commercial Grade: ประเภทใดออกแบบมาเพื่อใช้งานในบ้านเรือน, ออฟฟิศ, หน่วยงานทางวิทยาศาสตร์, อุตสาหกรรม และโรงพยาบาล

สถานที่ เกรดที่เหมาะสม เหตุผลหลัก

บ้านเรือน / ห้องนอน Commercial เน้นเงียบ สวยงาม และกรอง PM 2.5 ได้ในระดับที่ไม่มาก

ออฟฟิศ / ร้านค้า Commercial / Semi-Sci เน้นปริมาณลม (Airflow) และความคุ้มค่า

โรงพยาบาล (ทั่วไป) Scientific เน้นการลดเชื้อโรคในอากาศ (Airborne) และความทนทาน

หน่วยงานวิจัย / ห้องแล็บ Scientific ต้อง ป้องกันการปนเปื้อนของตัวอย่างและไอสารเคมี

อุตสาหกรรม / ห้องผ่าตัด Scientific ต้อง ควบคุมอนุภาคขนาดเล็กมากและทนทานสูงสุด

10. ข้อแนะนำในการป้องกันและดูแลสุขภาพจากสถานการณ์ฝุ่นละออง PM2.5

ตามที่ในช่วงนี้เกิดสถานการณ์ฝุ่น (PM2.5) มีค่าเกินมาตรฐานในหลายพื้นที่ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพ โดยเฉพาะระบบทางเดินหายใจและระบบหัวใจ (ทั้งนี้รายละเอียดปรากฏตามเอกสารแนบ) และอาจส่งผลต่อกลุ่มเสี่ยง เช่น เด็กเล็ก ผู้สูงอายุ หญิงตั้งครรภ์ และผู้ที่มีโรคประจำตัว เพื่อเป็นการลดความเสี่ยงและดูแลสุขภาพของทุกท่าน จึงขอแนะนำแนวทางการปฏิบัติดังนี้

10.1. หลีกเลี่ยงการทำกิจกรรมกลางแจ้งเป็นเวลานาน โดยเฉพาะในวันที่ค่าฝุ่นอยู่ในระดับสูง (เกิน 37.5 ไมโครกรัม/ม3)

10.2. สวมหน้ากากป้องกันฝุ่นชนิด N95 หรือหน้ากากที่สามารถกรองฝุ่นละอองขนาด PM2.5 ได้

10.3. ปิดประตูและหน้าต่างให้มิดชิด และต้องใช้เครื่องฟอกอากาศภายในอาคาร

10.4. หมั่นล้างมือ ล้างหน้า และทำความสะอาดร่างกายหลังจากอยู่นอกอาคาร

10.5. ดื่มน้ำสะอาดให้เพียงพอ และพักผ่อนให้เพียงพอ

10.6. ติดตามข้อมูลคุณภาพอากาศจากแหล่งข้อมูลที่เชื่อถือได้อย่างสม่ำเสมอ หรือ ซื้อ PM2.5 Monitoring Device