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Waldbrandrauch, Tabakrauch und Kochdämpfe tragen Feinstaub – insbesondere PM2,5-Partikel mit einer Größe von 2,5 Mikrometern oder kleiner – in Konzentrationen in die Raumluft ein, für die kommerzielle Luftreiniger, die Hunderte von Dollar kosten, ausgelegt sind. Ein Box-HEPA-Filter, manchmal auch Corsi-Rosenthal-Box genannt, nach den Ingenieuren, die das Design populär gemacht haben, erreicht eine vergleichbare Partikelentfernungsleistung mit Standard-Ofenfiltern und einem Boxventilator, die zusammen nur einen Bruchteil einer kommerziellen Einheit kosten. Das Prinzip ist unkompliziert: Mehrere HEPA-Filter oder Filter mit hohem MERV-Wert sind in einer Würfelkonfiguration um einen Kastenventilator angeordnet, der die Luft durch alle vier Filterflächen gleichzeitig nach innen saugt, wodurch sich die gesamte Filteroberfläche im Vergleich zu einem Einzelfilterdesign erheblich vergrößert und der Luftstromwiderstand verringert wird, sodass der Ventilator mehr saubere Luft pro Minute bewegen kann.
Die Wirksamkeit dieses Ansatzes wurde von unabhängigen Forschern, öffentlichen Gesundheitsbehörden und technischen Fakultäten der Universitäten bestätigt. Während Waldbrand-Rauchereignissen und der COVID-19-Pandemie wurden Box-HEPA-Filterkonstruktionen von Raumluftqualitätsspezialisten weithin als praktische, kostengünstige Maßnahmen empfohlen, die die Partikelkonzentration in Innenräumen tatsächlich auf ein Niveau senken, das Gesundheitsrisiken deutlich senkt. Wenn Sie verstehen, wie man ein Gerät richtig baut – einschließlich der Filterauswahl, der Lüfteranpassung und der Dichtungstechnik –, hängt es davon ab, ob Ihr Gerät sein Potenzial voll ausschöpft oder aufgrund vermeidbarer Konstruktionsfehler nicht ausreicht.
Echte HEPA-Filter fangen 99,97 % der in der Luft befindlichen Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 Mikrometern auf – der durchdringendsten Partikelgröße für faserige Filtermedien. Im Zusammenhang mit einem DIY-Kastenfilter werden üblicherweise „HEPA-Typ“- oder „HEPA-bewertete“ Ofenfilter anstelle von starren HEPA-Kassetten verwendet, da Standard-Ofenfilter flach, flexibel und so konzipiert sind, dass sie leicht zu Kastenkonfigurationen zusammengebaut werden können. Die Leistung von Ofenfiltern wird anhand der MERV-Skala (Minimum Efficiency Reporting Value) bewertet, wobei höhere Zahlen eine feinere Filterung anzeigen.
Für die Rauchpartikelentfernung sind MERV 13-Filter der allgemein empfohlene Mindeststandard. MERV 13-Filter erfassen mindestens 75 % der Partikel im Bereich von 0,3–1,0 Mikrometer und mindestens 90 % der Partikel im Bereich von 1,0–3,0 Mikrometer – dem Größenbereich, der den Großteil der Rauchpartikel umfasst. MERV 14- und MERV 16-Filter bieten eine zunehmend bessere Feinpartikelerfassung, erzeugen jedoch einen größeren Luftstromwiderstand, wodurch das Luftvolumen verringert wird, das der Lüfter durch die Filterbaugruppe bewegen kann. Für die meisten Rauchsituationen stellt MERV 13 das optimale Gleichgewicht zwischen Filtereffizienz und Luftdurchsatz in einer Kastenventilatorkonfiguration dar.
Die Materialien, die für einen Standard-HEPA-Bau mit vier Filterboxen erforderlich sind, sind kostengünstig, in Baumärkten und Baumärkten weit verbreitet und erfordern keine speziellen Werkzeuge oder Fähigkeiten für den Zusammenbau. Wenn Sie alles zusammentragen, bevor Sie beginnen, ist ein reibungsloser Bauprozess gewährleistet.
Der korrekte Aufbau eines Box-HEPA-Filters dauert etwa 15 bis 30 Minuten. Der wichtigste Grundsatz bei der Montage besteht darin, sicherzustellen, dass die Luftströmungsrichtung durch jeden Filter korrekt ist und dass alle potenziellen Bypass-Lücken vollständig abgedichtet sind. Ein überstürzter Versiegelungsprozess ist die häufigste Ursache für leistungsschwache DIY-Luftfilter.
Auf dem Kartonrahmen jedes Ofenfilters ist eine bestimmte Luftstromrichtung aufgedruckt, die durch einen Pfeil angezeigt wird. Luft muss durch die stromaufwärtige Seite eintreten – normalerweise die weniger dicht aussehende Seite – und durch die stromabwärtige Seite in Richtung des Ventilators austreten. In einer Kastenkonfiguration müssen alle vier Seitenfilter so ausgerichtet sein, dass ihre stromaufwärtigen Flächen (Einlass für schmutzige Luft) nach außen, weg von der Mitte des Kastens, und ihre stromabwärtigen Flächen nach innen zum Lüfter zeigen. Selbst die verkehrte Installation eines Filters verringert die Filtereffizienz erheblich und kann zu einer Überlastung des Filtermediums führen.
Stellen Sie die vier Filter auf ihre Kanten und ordnen Sie sie in einem quadratischen Rohr an, wobei sich die Papprahmen benachbarter Filter an jeder Ecke berühren. Die stromabwärtigen Flächen (Reinluft) sollten alle nach innen zeigen. Bei 20×20×1-Zoll-Filtern beträgt der resultierende quadratische Querschnitt innen etwa 20×20 Zoll – was der Fläche eines standardmäßigen 20-Zoll-Boxventilators entspricht. Halten Sie die Baugruppe vorübergehend mit Bungee-Seilen zusammen oder lassen Sie sich von einer zweiten Person unterstützen, während Sie mit dem Kleben beginnen. Bringen Sie breites Klebeband fest an jeder Naht an, an der benachbarte Filterrahmen aufeinandertreffen, und decken Sie dabei die gesamte Höhe jeder Eckverbindung an der Außenseite des Kastens ab. Drücken Sie das Klebeband fest in alle Aussparungen im Kartonrahmen, um eine luftdichte Abdichtung zu gewährleisten.
Der Boden des Filterwürfels – das dem Ventilator gegenüberliegende Ende – muss geschlossen sein, um zu verhindern, dass ungefilterte Luft von unten in die Baugruppe eindringt und das Filtermedium vollständig umgeht. Wenn Sie einen fünften Filter für die obere Position verwenden und den Ventilator oben platzieren, muss der Boden des Kartons mit einem auf die Öffnung zugeschnittenen Karton verschlossen und an allen vier Kanten festgeklebt werden. Einige Bauherren richten den Kasten stattdessen so aus, dass sich der Lüfter auf der Seite befindet und der fünfte Filter die dem Lüfter gegenüberliegende Seite verschließt, was genauso gut funktioniert. Für welche Ausrichtung Sie sich auch entscheiden, der Schlüssel ist, dass in der fertigen Box nur eine Öffnung vorhanden sein darf – die Seite, an der der Lüfter befestigt wird.
Positionieren Sie den Kastenventilator so, dass er mittig über der offenen Oberseite des Filterwürfels sitzt, wobei der Ventilator Luft nach oben und vom Kasten weg bläst – indem er Luft durch die vier Filterseiten nach innen saugt und saubere, gefilterte Luft durch den Ventilator ausstößt. Das Lüftergitter sollte nach außen zeigen (die Richtung, in der die saubere Luft austritt), und nicht nach innen in Richtung der Filter. Bringen Sie Klebeband um den gesamten Umfang an, wo der Lüfterrahmen die Oberkanten der Filterrahmen berührt, und dichten Sie so diese Verbindung vollständig ab. Wenn die Lüfterfläche etwas kleiner ist als die Filteröffnung, schneiden Sie einen Papprand aus, um den Spalt zu überbrücken, und kleben Sie ihn fest an den Lüfterrahmen und die Filterkanten, bevor Sie die gesamte Verbindung abdichten.
Bevor Sie das Gerät in Betrieb nehmen, überprüfen Sie jede Klebebandverbindung bei guter Beleuchtung visuell und drücken Sie dabei auf alle Klebebandkanten, um die Haftung zu bestätigen. Schalten Sie den Ventilator auf hohe Geschwindigkeit und streichen Sie mit der Hand langsam über alle Nähte – spürt man an einer Verbindung einen Luftstrom, deutet dies auf ein Leck hin, das zusätzlich abgeklebt werden muss. Achten Sie besonders auf die Ecken, an denen drei Filterrahmen zusammentreffen, und auf die Verbindung zwischen dem Lüfterrahmen und der Filterbaugruppe, da diese Stellen am anfälligsten für Bypass-Leckagen sind. Ein gut abgedichteter Kastenfilter sollte im Betrieb an keiner Naht einen erkennbaren Luftstrom aufweisen.
Die Reinluftabgaberate (CADR) einer ordnungsgemäß gebauten MERV 13-Box mit vier Filtern und einem 20-Zoll-Lüfter, der mit hoher Geschwindigkeit läuft, liegt typischerweise im Bereich von 400 bis 600 CFM für Rauchpartikel, abhängig von der verwendeten Lüfter- und Filtermarke. Dies ist im Vergleich zu kommerziellen Luftreinigern im Preisbereich von 200 bis 500 US-Dollar günstig. Die Anzahl der Luftwechsel pro Stunde (ACH) hängt vom Raumvolumen ab.
| Zimmergröße (Quadratfuß) | Deckenhöhe | Raumvolumen (Kubikfuß) | ACH bei 500 CFM |
| 150 Quadratfuß | 8 Fuß | 1.200 Kubikfuß | 25 ACH |
| 250 Quadratfuß | 8 Fuß | 2.000 Kubikfuß | 15 ACH |
| 400 Quadratmeter | 8 Fuß | 3.200 Kubikfuß | 9.4 ACH |
| 600 Quadratfuß | 8 Fuß | 4.800 Kubikfuß | 6,25 ACH |
| 900 Quadratfuß | 8 Fuß | 7.200 Kubikfuß | 4.2 ACH |
Richtlinien zur öffentlichen Gesundheit empfehlen im Allgemeinen mindestens 4–6 Luftwechsel pro Stunde, um eine wirksame Reduzierung der Rauchpartikel in Aufenthaltsräumen zu erreichen. Die obige Tabelle zeigt, dass ein einzelner gut gebaut ist Box HEPA-Filter erreicht dieses Ziel problemlos in Räumen bis zu einer Größe von etwa 900 Quadratfuß und einer Deckenhöhe von 8 Fuß und übertrifft es in kleineren Räumen deutlich. Bei offenen Wohnbereichen oder größeren Räumen sorgt der Aufbau von zwei Einheiten und deren Platzierung an verschiedenen Stellen im Raum für eine gleichmäßigere Partikelreduzierung als eine einzelne zentral platzierte Einheit.
HEPA- und MERV 13-Filter fangen Partikel äußerst effektiv ein, adsorbieren jedoch keine gasförmigen Schadstoffe – die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Kohlenmonoxid-Vorläufer und aromatische Verbindungen, die dem Rauch seinen charakteristischen Geruch verleihen und zu seinen toxischen Gasphaseneffekten beitragen. Um sowohl Rauchgeruch als auch Partikel zu bekämpfen, kann eine Aktivkohlefiltration in den Kastenfilteraufbau integriert werden.
Der einfachste Ansatz besteht darin, vor dem Zusammenbau eine oder zwei Lagen Aktivkohle-Vorfilterblätter – in Rollenform bei HVAC-Lieferanten erhältlich – auf der Außenseite jedes MERV 13-Filters anzubringen. Die Kohlenstoffschicht fängt gasförmige Schadstoffe ein, wenn die Luft zuerst durch sie strömt, während der MERV 13-Filter dahinter Partikel auffängt. Einige Bauherren verwenden eine Kombination aus MERV 13 und Kohleofenfiltern, die beide Medienschichten in einer einzigen Filtereinheit integrieren und so die Konstruktion vereinfachen. In Umgebungen mit hoher Rauchkonzentration, beispielsweise in Räumen neben aktiven Waldbränden oder in Häusern mit regelmäßiger Belastung durch Tabakrauch, verbessert die gezielte Kohlenstofffiltration die Gesamtluftqualität deutlich über das hinaus, was die Partikelfiltration allein erreichen kann.
Ein Box-HEPA-Filter erfordert nur minimale Wartung, muss jedoch regelmäßig ausgetauscht werden, um seine Leistung aufrechtzuerhalten. Wenn sich Rauchpartikel auf dem Filtermedium ansammeln, erhöht sich der Luftstromwiderstand allmählich und der Lüfter bewegt immer weniger Luft durch die Baugruppe – wodurch die CADR reduziert wird, ohne dass es sichtbare Anzeichen dafür gibt, dass die Leistung nachgelassen hat.
Die Platzierung des Box-HEPA-Filters in einem Raum hat erheblichen Einfluss darauf, wie schnell und gründlich er die Rauchpartikelkonzentration reduziert. Durch die optimale Platzierung wird die Luftzirkulation durch den Filter maximiert und das Raumluftvolumen minimiert, das in toten Zonen abseits des Filtereinlassmusters stagniert.
Kann man einen HEPA-Filter wirklich reinigen, anstatt ihn auszutauschen?
Was erfassen HEPA-Filter tatsächlich und wie funktionieren sie?
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