HEPA-Filterklassen sind nach EN 1822 zwei Stufen: H13 mit mindestens 99,95 % Abscheidegrad und H14 mit mindestens 99,995 %. Beide werden am Most Penetrating Particle Size (MPPS) geprüft, also an der Partikelgröße, die das jeweilige Filtermedium am schwersten zurückhält (typisch 0,1 bis 0,3 µm). Was darunter liegt, ist EPA (E10 bis E12), nicht HEPA. Was darüber liegt, ist ULPA (U15 bis U17).
Dieser Artikel klärt, welche Klasse zu welcher Reinraumstufe passt, warum der weit verbreitete "HEPA H12" keiner ist, wie HEPA-Filter physikalisch funktionieren und warum Nordair Systems in modularen Reinraumlösungen H14 als Standard einsetzt, nicht U15.
EN 1822: Die acht Stufen im Überblick
Die EN 1822-1:2019 definiert acht Filterklassen mit ansteigendem Abscheidegrad am MPPS. E10 bis E12 sind EPA (Efficient Particulate Air). HEPA beginnt bei H13. ULPA startet bei U15. Die Klassifikation der Effizienz erfolgt seit 2011 methodisch nach ISO 29463, die Klassennamen E, H und U bleiben in Europa nach EN 1822 erhalten.
Der Sprung von einer Klasse zur nächsten ist nicht linear, sondern logarithmisch: Eine Klasse höher bedeutet eine Zehnerpotenz weniger Penetration. Wer H13 statt H14 einsetzt, lässt zehnmal so viele Partikel in den Reinraum. Wer H14 statt U15 einsetzt, ebenfalls. Diese Skalierung ist der Grund, warum ein einziger Klassensprung den Unterschied zwischen ISO 7 und ISO 5 ausmacht.
H13 oder H14: Welche Klasse für welche Reinraumstufe?
Kurze Antwort: H14 ist der Industriestandard für ISO 5 (GMP Klasse A/B). H13 reicht für ISO 7 und ISO 8. Für ISO 6 ist H14 die robuste Wahl. Auf dem Papier ist der Unterschied marginal (99,95 % gegen 99,995 %, also 0,045 Prozentpunkte). In der Auslegung ist es eine Größenordnung.
Bei einer Rohgaskonzentration von 10 Millionen Partikeln pro m³ lässt H13 bis zu 5.000 Partikel in den Reinraum, H14 nur 500. Die ISO 5 erlaubt maximal 3.520 Partikel ≥ 0,5 µm pro m³. Mit H13 und realistischer interner Partikelemission durch Personal und Maschinen ist diese Grenze nicht haltbar, unabhängig davon, wie hoch die Luftwechselrate steigt. Die Filterklasse setzt eine harte Obergrenze.
Der Sprung von H13 auf H14 erfordert ein dichteres Borosilikat-Glasfaservlies. Das treibt den Druckverlust hoch und stellt schärfere Anforderungen an die Filteraufnahme: Flachdichtungen aus Moosgummi, in HVAC-Systemen mit H13 noch geduldet, sind für H14 ausgeschlossen. H14 verlangt Dry-Seal-Systeme (Messerprofile in Fluid-Gel-Dichtung) oder hochsteife Aufnahmerahmen mit PU-Schäumen.
Wie HEPA-Filter funktionieren
Ein HEPA-Filter ist kein mechanisches Sieb. Die Lücken zwischen den Borosilikat-Glasfasern sind oft zehn- bis fünfzigmal größer als die abzuscheidenden Nanopartikel. Trotzdem fängt ein H14 99,995 % aller Partikel ein. Der Grund sind vier physikalische Mechanismen, die simultan wirken und sich in unterschiedlichen Partikelgrößenbereichen ergänzen.
1. Trägheitsabscheidung (Impaction)
Wirkt bei großen, schweren Partikeln (typisch > 1 µm). Wenn die Luft sich um eine Faser krümmt, kann das massereiche Partikel der Stromlinie nicht folgen. Es prallt frontal auf die Faser und bleibt durch Van-der-Waals-Kräfte haften. Höhere Anströmgeschwindigkeit verstärkt diesen Effekt.
2. Sperreffekt (Interception)
Wirkt bei mittelgroßen Partikeln, die der Stromlinie zwar folgen, aber nahe genug an einer Faser vorbeigeführt werden, um sie zu streifen. Geschwindigkeitsunabhängig. Skaliert mit der Packungsdichte des Mediums.
3. Brownsche Diffusion
Wirkt bei den kleinsten Partikeln (< 0,1 µm), darunter Viren und Aerosolnukleii. Nanopartikel haben so wenig Masse, dass die thermische Stoßbewegung der umgebenden Gasmoleküle sie zufällig hin und her wirft. Diese Zickzackbewegung verlängert ihre Flugbahn durch das Medium und erhöht die Trefferwahrscheinlichkeit auf eine Faser exponentiell. Diffusion ist bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit am effektivsten.
4. Elektrostatische Anziehung
In synthetischen Elektret-Medien (HVAC- und Verbraucherbereich) erzeugt eine eingebrachte Ladung zusätzliche Anziehung auf entgegengesetzt geladene Partikel. In nuklearen und pharmazeutischen HEPA-Klassen aus tiefem, ungeladenem Borosilikat-Glasfaservlies spielt Elektrostatik eine vernachlässigbare Rolle und baut sich zudem über Zeit durch Umgebungsfeuchtigkeit ab.
Das Nadelöhr: Most Penetrating Particle Size
Trägt man die Effizienz der drei mechanischen Mechanismen über die Partikelgröße auf, ergibt sich keine flache Linie, sondern eine U-Kurve. Bei 0,5 µm und größer dominiert die Trägheit, fast 100 % Abscheidung. Bei unter 0,1 µm dominiert die Diffusion, ebenfalls fast 100 %. Dazwischen, im Bereich 0,1 bis 0,3 µm, ist beides schwach. Der Tiefpunkt der Kurve ist die Most Penetrating Particle Size, der MPPS.
Genau dort prüft die EN 1822 jeden Filter. Ein H14, der bei MPPS 99,995 % erreicht, ist bei größeren und kleineren Partikeln noch effizienter, oft jenseits 99,9999 %. Die MPPS-Lage ist nicht starr: Sie verschiebt sich leicht je nach Filtermedium und vor allem je nach Anströmgeschwindigkeit. Höhere Geschwindigkeit verschiebt den MPPS zu kleineren Partikelgrößen.
EN 1822 vs. ISO 29463: Was sich seit 2011 geändert hat
Die EN 1822 (Europa, seit Ende der 1990er) und die ISO 29463 (international, seit 2011) sind heute methodisch identisch. Die ISO 29463 hat die fünfteilige Prüfsystematik der EN 1822 übernommen und um zwei Punkte erweitert: feinere Klassifizierung in 13 Stufen statt der groben H/U-Sprünge, und Akzeptanz alternativer Leckageprüfverfahren (Aerosolphotometer, Ölfadentest), die in den USA nach IEST-Standards verbreitet sind.
Für die europäische Praxis heißt das: Die Klassennamen E10 bis U17 nach EN 1822-1:2019 bleiben gültig, alle Prüfungen erfolgen technisch nach ISO 29463 Teile 2 bis 5. Wer in einem internationalen Lastenheft "ISO 50 U" liest, sollte aufmerksam werden. Diese ISO-29463-Klasse entspricht 99,999 %, was nach EN 1822 noch H14 wäre. Erst ab 99,9995 % spricht die EN 1822 von ULPA (U15). Die ISO 29463 vergibt das "U"-Label früher. Bei Ausschreibungen lohnt der Blick auf die exakte Norm und Klasse.
Die H12-Falle: Warum es keinen echten HEPA H12 gibt
Ein "HEPA H12" existiert nach EN 1822 nicht. Klasse 12 ist E12 (EPA), nicht H12. Wer einen "HEPA H12" kauft, bekommt einen Filter mit 99,5 % Abscheidegrad, also zehnmal so viel Penetration wie ein H13. Echte HEPA-Klassen beginnen bei H13.
Der Begriff stammt aus dem Marketing für Verbraucher-Luftreiniger. In den USA reguliert das Department of Energy den Begriff HEPA über die Schwelle 99,97 % bei einer fixen Partikelgröße von 0,3 µm. "True HEPA" wurde geprägt, um sich von "HEPA-Type"-Filtern abzugrenzen, die nichts garantieren. In der europäischen Reinraumtechnik nach EN 1822 ist der Marketingbegriff "HEPA H12" normativ falsch.
Ein zweiter, oft übersehener Punkt: EPA-Filter (E10, E11, E12) werden nach EN 1822 nicht einzeln scangeprüft. Ihre Effizienz wird über Stichproben (Batch-Testing) ermittelt. Erst ab H13 muss jeder einzelne Filter, der das Werk verlässt, einen Vollflächen-Scan auf Pinholes und Rahmenleckagen bestehen. Ein individuelles Prüfprotokoll mit Seriennummer ist Teil der Lieferung. Wer auf "HEPA H12" vertraut, installiert ein Medium, das weder die Effizienz für Reinraumumgebungen erfüllt noch zwingend leckagegeprüft ist.
HEPA-Klassen und ISO-Reinraumklassen
Die Filterklasse ist nicht die Reinraumklasse. Ein H14-Filter liefert hochreine Luft, aber ob der Raum die ISO 5 hält, hängt von Strömungsdesign, Filterabdeckung, Luftwechselrate und Personalbelegung ab. Trotzdem gibt es eine belastbare Zuordnung von ISO-Klasse zu erforderlicher Filterklasse, basierend auf der zulässigen Partikelkonzentration nach ISO 14644-1 und Praxis-Richtwerten aus hunderten Nordair-Auslegungen.
Die Tabelle zeigt einen architektonischen Bruch zwischen ISO 6 und ISO 5. Für ISO 6 bis ISO 8 reicht das Prinzip der turbulenten Mischlüftung. Gefilterte Luft strömt über Drallauslässe ein, mischt sich mit der Raumluft, verdünnt die Partikelkonzentration und wird über Bodenkanäle abgeführt. Bei ISO 5 versagt das Mischprinzip. Hier ist eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (Laminar Flow) erforderlich: 35 % bis 70 % der Decke mit H14-FFUs belegt, vertikale Strömung mit 0,45 m/s ± 20 %.
Wichtig für die Auslegung: Bei ISO 5 ist die ACH-Zahl ein abgeleitetes Ergebnis, kein Planungsparameter. Dimensioniert wird über die Filterabdeckung und die Zielgeschwindigkeit. Wer eine Laminar Flow Box oder Reinraumkabine anhand einer fiktiven ACH-Zahl plant, begeht einen methodischen Fehler. Mehr darüber können Sie in diesem Artikel lesen.
Was HEPA-Filter nicht leisten: Gase, VOCs und Bioaerosole
Ein HEPA-Filter scheidet Partikel ab, keine Moleküle. Flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Lösungsmitteldämpfe, Formaldehyd, Ozon und Stickoxide wandern durch das Fasermedium hindurch, als wäre keines da. Wer chemische Kontamination kontrollieren muss, braucht eine sorptive Stufe: Aktivkohlefilter, chemisorptive Granulate oder spezielle AMC-Filter (Airborne Molecular Contamination), in Reinräumen mit photolithografischen Prozessen Standard.
Bei Viren ist die Lage differenzierter. Ein einzelnes SARS-CoV-2-Virion mit 60 bis 140 nm liegt nahe am MPPS und wird von H14 zu mehr als 99,995 % abgeschieden. In der Realität fliegen Viren aber selten als nackte Virionen, sondern in Tröpfchen und Bioaerosolen mit 1 bis 5 µm. Diese werden durch Trägheitsabscheidung nahezu vollständig aus dem Luftstrom gerissen, deutlich oberhalb der MPPS-Effizienz.
Der Filter scheidet Viren ab, tötet sie aber nicht. In BSL-3- und BSL-4-Laboren erfordert das Bag-in/Bag-out-Systeme beim Filterwechsel. UV-C-Strahler im Kanalsystem zerstören die Nukleinsäuren auf dem Filtermedium und reduzieren das Risiko zusätzlich. Im direkten Nahfeld zwischen zwei Personen schützt der zentrale Filter ohnehin nicht, da Tröpfchen direkt eingeatmet werden können, bevor sie das HVAC-System erreichen.
Warum Nordair Systems H14 als Standard einsetzt
In modularen Reinraumzelten, Reinraumkabinen und Filter-Fan-Units setzt Nordair Systems H14 ein, nicht U15 oder höher. Der Grund ist eine Total-Cost-of-Ownership-Rechnung, nicht ideologische Sparsamkeit. U15 erhöht den initialen Druckverlust um etwa 100 Pa gegenüber H14. Bei 24/7-Betrieb (8.760 Stunden im Jahr) summieren sich diese 100 Pa auf rund 400 kWh elektrische Mehrleistung pro FFU pro Jahr, ohne messbaren qualitativen Mehrwert für ISO 5.
Energie ist bei Schwebstofffiltern der dominante Lifecycle-Kostenposten. Anschaffung, Wartung und Tausch zusammen machen 20 bis 30 % der Lebenszykluskosten aus. Der Rest ist Strom für die Ventilatoren. Eine FFU, die dauerhaft gegen einen höheren Differenzdruck arbeiten muss, kostet im Jahr mehr als das Filterelement selbst.
Hinzu kommt die geringere Staubspeicherfähigkeit (Dust Holding Capacity) von ULPA-Filtern. U15 setzt sich bei gleicher Vorfilterauslegung schneller zu als H14. Standzeiten von 3 bis 8 Jahren sind bei H14 mit ePM1- oder F9-Vorfiltration realistisch. U15 wird oft nach 2 bis 3 Jahren getauscht, was neben den höheren Anschaffungskosten Stillstandzeiten für Re-Validierung verursacht.
Für unsere Kunden in Photonik, Mikroelektronik und Feinmechanik liefert ein zertifizierter H14 die geforderte Reinheit der ISO 14644-1 Klasse 5 statistisch absolut verlässlich, sofern das Strömungsdesign stimmt. Der Sprung auf U15 wäre Engineering ohne Prozessbenefit. Bei Nordair Systems werden U15 oder höher nur dort eingesetzt, wo der Prozess es zwingend erfordert: Sub-Nanometer-EUV-Lithografie, hochkritische Halbleiterfertigung, Quantencomputing-Labore. Für 90 % der industriellen Modulbau-Anwendungen ist H14 die wirtschaftlich-technisch optimale Wahl. Mehr zur Auswahl der passenden Filter-Fan-Unit und ihrer Auslegung finden Sie in der Produktübersicht.
Fazit
Die Filterklasse ist Teil eines Systems aus Strömungsdesign, Luftwechselrate und Personalbelegung. Wer H14 in eine schlecht ausgelegte Reinraumarchitektur einbaut, erreicht nicht automatisch ISO 5. Wer H13 in eine gut ausgelegte ISO-7-Anlage einsetzt, bekommt zuverlässige Reinheit zum richtigen Energieaufwand.
Die häufigsten Fehler in der Praxis: Überdimensionierung mit GMP-Werten in industriellen Anwendungen, Vertrauen in Marketingbegriffe wie "HEPA H12" und der Sprung auf U15, weil "mehr ist besser" intuitiv überzeugt. Alle drei Fehler kosten Geld, ohne den Prozess zu verbessern.
Unsicher, welche Filterklasse Ihr Prozess braucht? Wir bemessen das gemeinsam, ohne Overengineering.
Quellenangaben
- EN 1822-1:2019. High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA), Part 1: Classification, performance testing, marking. Beuth Verlag, Berlin.
- ISO 29463 Parts 1 to 5. High-efficiency filters and filter media for removing particles in air. International Organization for Standardization, Geneva.
- DIN EN ISO 14644-1:2015. Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche, Teil 1: Klassifizierung der Luftreinheit anhand der Partikelkonzentration. Beuth Verlag, Berlin.
- DIN EN ISO 14644-3:2019. Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche, Teil 3: Prüfverfahren. Beuth Verlag, Berlin.
- VDI 2083 Blatt 1. Reinraumtechnik: Partikelreinheitsklassen der Luft. Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf.
- Whyte, W. (2011). Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation (2nd ed.). Wiley & Sons.
- Europäische Kommission. EU GMP Leitfaden Annex 1 (2022): Herstellung steriler Arzneimittel.
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