FFU dùng HEPA hay ULPA? Khác biệt về trở lực và lưu lượng

HEPA đáp ứng phần lớn cấu hình FFU thông dụng

HEPA H13 và H14 được sử dụng rộng rãi trên FFU cho phòng sạch dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, điện tử, phòng thí nghiệm và clean booth. FFU VCR có thể cấu hình với H13, H14 hoặc các cấp ULPA tùy yêu cầu của khu vực.

Khác biệt đầu tiên giữa hai nhóm nằm ở hiệu suất giữ hạt. EN 1822 – tiêu chuẩn dùng để phân loại EPA, HEPA và ULPA theo hiệu suất tại kích thước hạt xuyên qua nhiều nhất (MPPS) – xếp H13, H14 vào nhóm HEPA và U15–U17 vào nhóm ULPA.

Trong nhiều phòng sạch thông thường, HEPA đã tạo được mức kiểm soát hạt phù hợp với mục tiêu vận hành. ULPA thường xuất hiện khi quy trình sản xuất nhạy hơn với hạt rất nhỏ, điển hình ở một số khu vực vi điện tử, bán dẫn hoặc vùng sạch cục bộ có yêu cầu lọc rất cao.

ULPA đưa bài toán sang vùng áp suất khác

ULPA tạo mức giữ hạt cao hơn. Đổi lại, thiết kế vật liệu lọc và media thường được tối ưu chặt hơn để vừa đạt hiệu suất lọc vừa kiểm soát sức cản dòng khí.

Trên FFU, quạt phải tạo đủ áp để đưa không khí qua toàn bộ đường khí gồm cửa hút, pre-filter nếu có, quạt, khoang phân phối, HEPA hoặc ULPA và mặt nạ phía dưới.

Khi bộ lọc tạo trở lực lớn hơn, điểm làm việc của quạt dịch chuyển. Ở cùng một trạng thái tốc độ, lưu lượng đầu ra có xu hướng giảm khi tổng trở lực hệ thống tăng.

Tuy nhiên, tên gọi ULPA tự nó chưa xác định được một giá trị chênh áp cố định. Cấu trúc nếp gấp, diện tích media, chiều sâu filter và vận tốc mặt đều làm thay đổi sức cản. Các bộ lọc có diện tích media lớn có thể đạt hiệu suất cao trong khi vẫn giữ mức trở lực tương đối thấp. Dữ liệu của các nhà sản xuất lọc cũng cho thấy pressure drop luôn được công bố cùng lưu lượng và cấu trúc cụ thể của từng filter.

Cùng một quạt, bộ lọc khác sẽ cho lưu lượng khác

Đặc tính quạt và trở lực hệ thống gặp nhau tại điểm làm việc.

Ví dụ, một FFU đang vận hành ổn định với HEPA được thay bằng một filter ULPA có trở lực cao hơn. Nếu tốc độ quạt giữ nguyên, điểm làm việc mới dịch về phía lưu lượng thấp hơn. Mức thay đổi cụ thể phụ thuộc fan curve và chênh lệch trở lực giữa hai bộ lọc.

Quan hệ tương tự cũng xảy ra khi filter tích bụi theo thời gian. Trở lực tăng dần kéo lưu lượng xuống nếu hệ điều khiển giữ nguyên tốc độ quạt. Đây cũng là lý do việc theo dõi lọc trên FFU thường gắn với cả chênh áp và trạng thái lưu lượng thay vì xem hai thông số riêng biệt.

Tăng tốc quạt để giữ lưu lượng làm thay đổi tải vận hành

Với FFU sử dụng điều khiển tốc độ, quạt có thể được điều chỉnh để bù một phần lưu lượng khi trở lực tăng.

Phương án này giữ được vận tốc cấp khí mong muốn trong phạm vi làm việc của quạt, nhưng điểm vận hành mới đi kèm tốc độ motor và mức tiêu thụ điện khác. Khi quạt tiến gần vùng tải cao, tiếng khí và tiếng motor cũng có thể thay đổi.

ULPA vì thế không chỉ là lựa chọn “lọc sâu hơn”. Nếu cấu hình filter tạo trở lực cao hơn, motor và bộ điều khiển phải có đủ dải vận hành để duy trì lưu lượng FFU mong muốn.

Độ sâu và diện tích media làm thay đổi sức cản

Hai bộ lọc cùng cấp H14 vẫn có thể có mức trở lực khác nhau.

Filter sâu hơn hoặc sử dụng diện tích media lớn tạo thêm bề mặt cho dòng khí đi qua, từ đó giảm vận tốc xuyên qua từng phần media. Ngược lại, cấu hình mỏng và diện tích lọc hạn chế thường đặt áp lực lớn hơn lên thiết kế vật liệu lọc.

Dữ liệu kỹ thuật của các bộ lọc HEPA thương mại cho thấy cùng một cấp lọc nhưng thay đổi chiều sâu, kích thước và lưu lượng định mức sẽ tạo đặc tính vận hành khác nhau.

Khi lựa chọn filter cho FFU, ba thông tin nên được đọc cùng nhau:

Cấp lọc đi theo vùng sản xuất

Một clean booth kiểm tra linh kiện điện tử và một phòng sản xuất thông thường có thể sử dụng FFU cùng kích thước nhưng yêu cầu lọc khác nhau.

HEPA H13 hoặc H14 phù hợp với nhiều ứng dụng phòng sạch. ULPA tạo thêm mức kiểm soát cho các quy trình nhạy với hạt rất nhỏ. Việc nâng cấp lọc chỉ mang lại giá trị khi mức hiệu suất cao hơn thực sự phục vụ yêu cầu của sản phẩm hoặc vùng thao tác.

Cấp sạch tổng thể vẫn liên quan đến số lượng FFU, lưu lượng, mật độ bố trí, dòng hồi, độ kín và nguồn phát sinh hạt trong phòng. Bộ lọc là một phần của hệ thống kiểm soát đó.

Cấu hình HEPA và ULPA trên FFU VCR

Với FFU VCR, H13, H14 và ULPA có thể được lựa chọn theo mục tiêu kiểm soát hạt của từng khu vực. Khi chuyển cấp lọc, phần đánh giá đi cùng trở lực ban đầu của filter, lưu lượng yêu cầu và khả năng tạo áp của quạt. Với hệ thống nhiều FFU, sự đồng nhất giữa các module cũng được xem xét để tránh một nhóm lọc tạo trở lực khác biệt lớn so với phần còn lại.

Cách tiếp cận này giữ lựa chọn filter gắn với điều kiện vận hành thực tế thay vì chỉ so sánh phần trăm hiệu suất lọc.

Kết luận

HEPA và ULPA khác nhau trước hết ở hiệu suất kiểm soát hạt, nhưng tác động tới FFU thể hiện rõ qua tải trở lực mà quạt phải vượt qua.

Một cấu hình lọc phù hợp tạo sự cân bằng giữa hiệu suất lọc – trở lực – lưu lượng – khả năng của quạt. Với khu vực đã đạt mục tiêu kiểm soát hạt bằng HEPA, việc chuyển sang ULPA chỉ có giá trị khi quy trình thực sự đòi hỏi mức lọc cao hơn.

FAQs

ULPA luôn có trở lực cao hơn HEPA?

Mức trở lực phụ thuộc cả cấp lọc, diện tích media, độ sâu nếp gấp và lưu lượng thiết kế. Khi so sánh, datasheet của đúng filter tại cùng lưu lượng cho kết quả có giá trị hơn tên cấp lọc riêng lẻ.

Thay HEPA bằng ULPA có làm lưu lượng FFU giảm?

Nếu ULPA mới tạo tổng trở lực cao hơn và tốc độ quạt giữ nguyên, lưu lượng có thể giảm. Mức giảm phụ thuộc đặc tính quạt và filter cụ thể.

HEPA H13 hay H14 thường dùng trên FFU?

Cả H13 và H14 đều được sử dụng tùy yêu cầu kiểm soát hạt của khu vực. H14 có hiệu suất lọc cao hơn H13 tại MPPS.

FFU dùng ULPA có tiêu thụ điện nhiều hơn?

Khi quạt phải tăng tốc để vượt qua mức trở lực lớn hơn và duy trì lưu lượng, công suất vận hành có thể tăng. Mức điện thực tế phụ thuộc motor, điều khiển và điểm làm việc.

Có thể chọn ULPA cho mọi phòng sạch?

ULPA phù hợp nhất ở khu vực có yêu cầu kiểm soát hạt rất cao. Các khu vực còn lại được lựa chọn theo cấp sạch mục tiêu, lưu lượng và đặc điểm quy trình để tránh tạo thêm tải lọc không mang lại giá trị vận hành.