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HEPA vs. ULPA-Filter: Welche Lösung ist für Reinräume geeignet?

Pharmazeutischer Reinraumkorridor in einer kontrollierten Produktionsumgebung.

Bei Reinraumprojekten ist die Entscheidung zwischen HEPA- und ULPA-Filtration nicht einfach eine Frage der höchsten verfügbaren Effizienz. Der richtige Endfilter muss zum erforderlichen Reinheitsniveau, zur Prozessempfindlichkeit, zur Auslegung des Luftstroms, zu den zulässigen Druckverlustgrenzen, zur Gehäusekonfiguration, zum Prüfkonzept und zu den Lebenszykluskosten passen.

Sowohl HEPA- als auch ULPA-Filter werden für eine hocheffiziente Partikelkontrolle in Reinräumen und kontrollierten Umgebungen eingesetzt. ULPA-Filter bieten jedoch eine höhere Partikelabscheidung und erzeugen in der Regel einen höheren Luftwiderstand. In vielen Anwendungen reicht ein korrekt ausgewählter HEPA-Filter aus. In anderen Fällen, insbesondere in hochsensiblen Bereichen der Halbleiterfertigung, Optik, Biotechnologie oder modernen Fertigung, kann eine ULPA-Filtration erforderlich sein.

Die Entscheidung sollte daher auf den Leistungsanforderungen des Reinraums beruhen und nicht auf der Annahme, dass ULPA grundsätzlich die bessere Wahl ist.

ISO 14644-1 klassifiziert die Luftreinheit von Reinräumen anhand der Konzentration luftgetragener Partikel. ISO 29463 behandelt die Klassifizierung, Prüfung und Kennzeichnung hocheffizienter Filter und Filtermedien. Dazu gehört auch die Prüfung der Filtereffizienz bei der Partikelgröße mit der höchsten Durchdringung, der sogenannten Most Penetrating Particle Size, kurz MPPS.

Was ist ein HEPA-Filter?

HEPA steht für High Efficiency Particulate Air Filter.

In Reinräumen und kontrollierten Umgebungen werden HEPA-Filter häufig als Endfilterstufen eingesetzt, um sehr feine luftgetragene Partikel abzuscheiden, bevor konditionierte Luft in den geschützten Bereich gelangt.

Nach europäischen und ISO-Klassifizierungen für hocheffiziente Filter umfassen HEPA-Filter häufig Klassen wie:

Filterklasse
Typische Klassifizierungsgruppe
H13
HEPA
H14
HEPA

H13- und H14-Filter werden häufig in Reinraum-HLK-Systemen, Endfiltergehäusen, Fan Filter Units, pharmazeutischen Produktionsbereichen, Laboren, der Herstellung von Medizinprodukten und kontrollierten industriellen Umgebungen eingesetzt.

HEPA-Filter werden bei der Most Penetrating Particle Size, kurz MPPS, geprüft. Dabei handelt es sich um den Partikelgrößenbereich, der für das Filtermedium am schwierigsten abzuscheiden ist. Die EPA weist darauf hin, dass 0,3 Mikrometer häufig mit der am stärksten durchdringenden Partikelgröße für die Leistung von HEPA-Filtern verbunden wird, während größere oder kleinere Partikel durch unterschiedliche Filtrationsmechanismen effizienter abgeschieden werden können.

Für Clean-Link-Anwendungen sollten HEPA-Filter auf Grundlage des tatsächlichen Volumenstroms, des Druckverlusts, der Rahmenkonstruktion, der Dichtungsart, der Gehäusekompatibilität und der erforderlichen Integritätsprüfung ausgewählt werden.

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Was ist ein ULPA-Filter?

ULPA steht für Ultra Low Penetration Air Filter.

ULPA-Filter sind für Anwendungen ausgelegt, die eine noch höhere Abscheideleistung für Feinpartikel erfordern als HEPA-Filter. Nach gängigen Klassifizierungsrahmen wie EN 1822 und ISO 29463 umfassen ULPA-Klassen im Allgemeinen U15, U16 und U17.

Filterklasse
Typische Klassifizierungsgruppe
U15
ULPA
U16
ULPA
U17
ULPA

ULPA-Filter werden häufig für hochsensible Anwendungen in Betracht gezogen, bei denen nur sehr geringe Partikelkontaminationen zulässig sind, zum Beispiel:

Halbleiterfertigung
Produktion moderner Elektronik
Produktion optischer Komponenten
Fertigung in der Luft- und Raumfahrt
Nanotechnologieforschung
Spezialisierte biotechnologische Umgebungen
Hochreine Laboranwendungen

ULPA-Filter können eine höhere Partikelabscheideeffizienz als HEPA-Filter bieten. Gleichzeitig können sie aufgrund ihres höheren Widerstands jedoch mehr Ventilatorenergie und eine sorgfältigere Systemauslegung erfordern.

ISO 29463-1 legt Klassifizierungs- und Kennzeichnungsanforderungen für hocheffiziente Filter fest, während ISO 29463-5 Prüfverfahren zur Bestimmung der Effizienz von Filterelementen bei der Most Penetrating Particle Size, kurz MPPS, beschreibt.

Reinraum für moderne Elektronikfertigung mit Produktionsanlagen und Deckenfiltern.

HEPA- vs. ULPA-Filter: Die wichtigsten Unterschiede

Faktor
HEPA-Filter
ULPA-Filter
Typische Klassen
H13, H14
U15, U16, U17
Filtrationsrolle
Hocheffiziente Endfiltration
Endfiltration mit ultrahoher Effizienz
Typische Anwendungen
Reinräume, Pharma, Labore, Gesundheitswesen, kontrollierte Fertigung
Halbleiter, Optik, moderne Elektronik, hochsensible Prozesse
Anfangsdruckverlust
Hoch
In der Regel höher
Einfluss auf den Ventilatorenergiebedarf
Bedeutend, aber bei richtiger Auslegung beherrschbar
Häufig höher aufgrund des größeren Widerstands
Anforderungen an die Systemauslegung
Erfordert ein dichtes Gehäuse und einen geeigneten Luftstrom
Erfordert eine strengere Planung von Luftstrom, Abdichtung und Validierung
Kosten
Im Allgemeinen niedriger als bei ULPA
In der Regel höher
Erforderliche Vorfiltration
Ja
Ja, besonders wichtig

Die richtige Wahl basiert nicht allein auf der Nenneffizienz. Sie hängt davon ab, ob der Reinraumprozess tatsächlich eine Filtration auf ULPA-Niveau erfordert und ob das HLK-System für den zusätzlichen Widerstand ausgelegt ist.

HEPA- vs. ULPA-Effizienz: Warum MPPS wichtig ist

Hocheffiziente Filter werden an der Most Penetrating Particle Size, kurz MPPS, bewertet, weil dies die Partikelgröße ist, die für faserbasierte Filtermedien am schwierigsten abzuscheiden ist.

Unterschiedliche Partikelgrößen werden durch unterschiedliche Mechanismen abgeschieden:

  • Größere Partikel können durch Interzeption und Trägheitsabscheidung erfasst werden.
  • Sehr kleine Partikel können durch Diffusion abgeschieden werden.
  • MPPS-Partikel liegen zwischen diesen Mechanismen und können schwieriger abzuscheiden sein.

Deshalb konzentrieren sich Reinraum-Filterklassifizierungen auf die Leistung an der MPPS, anstatt sich ausschließlich auf allgemeine Aussagen wie „scheidet Partikel bis zu 0,3 Mikrometer ab“ zu stützen.

Für Beschaffungs- und Engineering-Teams ist der zentrale Punkt, dass die Leistung von HEPA- und ULPA-Filtern anhand der geltenden Klassifizierungs- und Prüfdokumentation verifiziert werden sollte und nicht allein anhand von Marketingaussagen.

Verschiedene Luftfiltertypen für Reinraum- und HLK-Anwendungen.

Wann HEPA-Filter in der Regel die richtige Wahl sind

HEPA-Filter werden häufig ausgewählt, wenn ein Reinraum oder eine kontrollierte Umgebung eine wirksame Partikelkontrolle erfordert, jedoch nicht die ultrahohe Effizienz einer ULPA-Filtration benötigt.

Typische HEPA-Anwendungen sind:

  • Pharmazeutische Produktionsbereiche
  • Fertigung von Medizinprodukten
  • Reinbereiche in Gesundheitseinrichtungen
  • Labor-HLK-Systeme
  • Reinbereiche in der Lebensmittelverarbeitung
  • Biotechnologische Arbeitsbereiche
  • Allgemeine Reinräume der ISO-Klassen 5–8
  • Bereiche der Präzisionsfertigung

HEPA-Filter können je nach Reinraumkonzept in Endfiltergehäusen, Deckensystemen, Fan Filter Units, Lüftungsgeräten oder nachgeschalteten Endfilterbänken installiert werden.

ISO 14644-1 klassifiziert Reinräume nach der Konzentration luftgetragener Partikel. Die erforderliche ISO-Klasse sollte die gesamte Reinraumplanung leiten, einschließlich Luftströmungsmuster, Luftwechsel, Filtrationsstufen, Raumdruckhaltung, Materialien, Betriebspraktiken und Überwachung. Eine Reinraum-ISO-Klasse schreibt jedoch nicht automatisch eine bestimmte Filterklasse vor; dafür muss die vollständige Systemauslegung berücksichtigt werden.

Wann ULPA-Filter erforderlich sein können

ULPA-Filtration kann geeignet sein, wenn bereits sehr geringe luftgetragene Partikelkontaminationen die Produktleistung, Ausbeute, optische Komponenten, Mikroelektronik oder empfindliche Forschungsprozesse beeinträchtigen können.

ULPA-Filter werden eher in Betracht gezogen für:

  • Halbleiterfertigung
  • Waferverarbeitung
  • Produktion optischer Linsen und Laserkomponenten
  • Montage moderner Elektronik
  • Nanotechnologielabore
  • Kontaminationskontrollbereiche in der Luft- und Raumfahrt
  • Hochreine Forschungsumgebungen

ULPA sollte jedoch nicht allein deshalb ausgewählt werden, weil die Filtrationseffizienz höher ist.

Ein Upgrade auf ULPA kann Folgendes erfordern:

  • Höheren statischen Ventilatordruck
  • Größere Filterfläche
  • Mehr Filtermodule
  • Angepasste Dimensionierung des Lüftungsgeräts
  • Robustere Gehäuse- und Dichtungskonstruktion
  • Sorgfältigere Leckprüfung
  • Höheren Energieverbrauch im Betrieb
  • Detailliertere Wartungsplanung

Für viele Reinraumprojekte kann HEPA-Filtration das passende Gleichgewicht aus Partikelkontrolle, Luftstromverhalten und Betriebskosten bieten.

Reinraumtechniker bei der Filter-Integritätsprüfung an einem Deckenfilter.

Druckverlust und Energieaspekte

Der Druckverlust ist einer der wichtigsten Faktoren beim Vergleich von HEPA- und ULPA-Filtern.

Mit steigender Filtrationseffizienz nimmt häufig auch der Strömungswiderstand zu. ULPA-Filter können einen höheren Anfangsdruckverlust als vergleichbare HEPA-Filter verursachen, weil die Medienstruktur auf eine stärkere Abscheidung von Feinpartikeln ausgelegt ist.

Ein höherer Widerstand kann sich auswirken auf:

  • Ventilatorenergieverbrauch
  • Luftförderung
  • Luftwechselrate
  • Raumdruckhaltung
  • Filterwechselintervalle
  • Gesamtbetriebskosten

Der Endfilter sollte gemeinsam mit den vorgelagerten Filtrationsstufen ausgewählt werden.

Eine typische Filtrationsfolge in Reinräumen kann umfassen:

Dieser mehrstufige Ansatz hilft, die Grobstaubbelastung zu verringern, bevor die Luft den Endfilter erreicht. Dadurch kann die Standzeit des Endfilters verlängert und ein stabileres Luftstromverhalten unterstützt werden.

Filter-Integritätsprüfung und Installation

Hocheffiziente Endfilter müssen mehr leisten, als nur eine im Labor ermittelte Effizienzbewertung zu erfüllen.

Auch das installierte Filtersystem benötigt eine geeignete Abdichtung und Integritätsprüfung. Luftleckagen am Filterrahmen, an der Dichtung, am Gehäuse oder an der Montagefläche können die tatsächliche Reinraumleistung verringern, selbst wenn das Filtermedium selbst hocheffizient ist.

Für HEPA- oder ULPA-Systeme in Reinräumen sollten Käufer Folgendes prüfen:

  • Filterklasse
  • Nennvolumenstrom
  • Anfangsdruckverlust
  • Filterabmessungen
  • Rahmenmaterial
  • Dichtungs- oder Gel-Seal-Ausführung
  • Gehäusekompatibilität
  • Anforderung an den Scan-Test
  • Leckprüfverfahren
  • Einbaurichtung
  • Zulässiger Endwiderstand
  • Vorgelagerte Filtrationsstufen

ISO 29463 umfasst Prüfverfahren für die Filtereffizienz sowie die scanbasierte Leckagebewertung von Filterelementen.

Wie Sie zwischen HEPA- und ULPA-Filtern wählen

Verwenden Sie diese Checkliste, bevor Sie einen Endfilter für den Reinraum spezifizieren.

Wählen Sie HEPA, wenn:

der Reinraumprozess eine hocheffiziente Partikelkontrolle erfordert.
das erforderliche Reinheitsniveau mit einer HEPA-basierten Endfiltration erreicht werden kann.
Ventilatorkapazität und Energieeffizienz wichtige Auslegungsgrenzen sind.
die Anwendung pharmazeutische oder medizintechnische Bereiche, Gesundheitseinrichtungen, Laboranwendungen oder kontrollierte Fertigungsbereiche umfasst.
Sie ein praktisches Gleichgewicht zwischen Effizienz, Standzeit und Betriebskosten benötigen.

Ziehen Sie ULPA in Betracht, wenn:

die Produktausbeute sehr empfindlich auf sehr feine Kontamination reagiert.
die Anwendung Halbleiter, Optik, Mikroelektronik oder anspruchsvolle Forschungsbereiche umfasst.
Projektspezifikationen oder Prozessstandards ausdrücklich ULPA-Leistung verlangen.
das HLK- und Reinraumsystem für einen höheren Widerstand ausgelegt ist.
das Endfiltergehäuse, die Abdichtung und der Plan für die Integritätsprüfung auf eine ULPA-Installation ausgelegt sind.
Wählen Sie nicht allein nach der Filterklasse.

Prüfen Sie vor der Freigabe eines Filters:

Ziel der Reinraumklassifizierung
Risiko der Prozesskontamination
Erforderliches Niveau der Partikelkontrolle
Luftstrom- und Luftwechselplanung
Position des Endfilters
Grenzwert für den Druckverlust
Gehäuse- und Abdichtungsmethode
Prüf- und Validierungsanforderungen
Austausch- und Wartungsplan

Clean-Link Unterstützung für HEPA- und ULPA-Filter

Clean-Link liefert hocheffiziente Filter für Reinräume, kontrollierte Fertigungsbereiche, Labore, HLK-Systeme, Gesundheitseinrichtungen und industrielle Anwendungen.

Verfügbare Unterstützung umfasst:

  • Auswahl von HEPA-Filtern
  • H13- und H14-Filter
  • ULPA-Filterlösungen
  • Kundenspezifische Abmessungen
  • Dichtungs- und Abdichtungsoptionen
  • Rahmen- und Filtermedienkonfigurationen
  • Anwendungen in HLK- und Endfiltersystemen
  • Planung der Reinraumfiltration
  • OEM- und projektbezogene Lieferung

Für eine genaue Empfehlung stellen Sie bitte die erforderliche Reinraumklasse, den Volumenstrom, die Filtergröße, die Position des Endfilters, die Zieleffizienz, die Gehäuseausführung, den Grenzwert für den Druckverlust und die erforderliche Prüfdokumentation bereit.

FAQ

Ist ULPA immer besser als HEPA?

Nein. ULPA bietet eine höhere Filtereffizienz, kann aber auch einen höheren Druckverlust und Energiebedarf verursachen. Die richtige Wahl hängt von den Reinraumanforderungen und der Leistungsfähigkeit des Systems ab.

Sind HEPA-Filter für pharmazeutische Reinräume ausreichend?

In vielen pharmazeutischen und kontrollierten Fertigungsanwendungen wird HEPA-Filtration häufig eingesetzt. Die endgültige Auslegung sollte sich nach den Prozessanforderungen der Anlage, der Auslegung des Luftstroms und dem Validierungsplan richten.

Was ist der Unterschied zwischen H14 und U15?

H14 ist eine HEPA-Klassifizierung, während U15 eine ULPA-Klassifizierung ist. ULPA-Filter werden im Allgemeinen dort eingesetzt, wo strengere Anforderungen an die Partikelkontrolle gelten.

Können ULPA-Filter HEPA-Filter in einem bestehenden HLK-System ersetzen?

Nicht automatisch. Das System muss auf Ventilatorkapazität, Druckverlust, Gehäusekompatibilität, Abdichtung, Luftmengenabgleich und Wartungszugang geprüft werden.

Benötigen HEPA- und ULPA-Filter Vorfilter?

Ja. Vorgelagerte Vorfiltration hilft, die Staubbelastung zu reduzieren, und kann die Standzeit hocheffizienter Endfilter verlängern.

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