La fumée des incendies de forêt, la fumée de tabac et les vapeurs de cuisson introduisent des particules fines, en particulier des particules PM2,5 mesurant 2,5 micromètres ou moins, dans l'air intérieur à des concentrations que les purificateurs d'air commerciaux coûtant des centaines de dollars sont conçus pour traiter. Un filtre HEPA en boîte, parfois appelé boîte Corsi-Rosenthal d'après les ingénieurs qui ont popularisé sa conception, atteint des performances d'élimination des particules comparables en utilisant des filtres de four standard et un ventilateur en boîte qui coûtent ensemble une fraction d'une unité commerciale. Le principe est simple : plusieurs filtres HEPA ou MERV élevés sont disposés dans une configuration cubique autour d'un ventilateur en forme de boîte, qui aspire l'air vers l'intérieur à travers les quatre faces du filtre simultanément, augmentant considérablement la surface totale du filtre par rapport à une conception à filtre unique et réduisant la résistance au flux d'air afin que le ventilateur puisse déplacer plus d'air propre par minute.
L'efficacité de cette approche a été validée par des chercheurs indépendants, des agences de santé publique et des départements d'ingénierie universitaires. Lors des incendies de forêt et de la pandémie de COVID-19, les filtres HEPA en boîte ont été largement recommandés par les spécialistes de la qualité de l'air intérieur comme interventions pratiques et peu coûteuses qui réduisent véritablement les concentrations de particules intérieures à des niveaux réduisant considérablement les risques pour la santé. Comprendre comment en construire un correctement - y compris la sélection des filtres, l'appariement des ventilateurs et la technique d'étanchéité - détermine si votre unité fonctionne à son potentiel ou échoue en raison d'erreurs de construction évitables.
Les véritables filtres HEPA capturent 99,97 % des particules en suspension dans l'air avec un diamètre de 0,3 micromètre – la taille de particule la plus pénétrante pour les médias de filtration fibreux. Dans le contexte d'un filtre de boîte de bricolage, les filtres de fournaise « de type HEPA » ou « classés HEPA » sont couramment utilisés plutôt que les cassettes HEPA rigides, car les filtres de fournaise standard sont plats, flexibles et conçus pour être facilement assemblés dans des configurations de boîte. La performance des filtres de fournaise est évaluée à l’aide de l’échelle MERV (Minimum Efficiency Reporting Value), où des nombres plus élevés indiquent une filtration plus fine.
Pour l'élimination des particules de fumée, les filtres MERV 13 constituent la norme minimale largement recommandée. Les filtres MERV 13 capturent au moins 75 % des particules dans la plage de 0,3 à 1,0 micromètres et au moins 90 % des particules dans la plage de 1,0 à 3,0 micromètres – la plage de taille qui englobe la majeure partie des particules de fumée. Les filtres MERV 14 et MERV 16 offrent une capture progressivement meilleure des particules fines mais créent une plus grande résistance au flux d'air, ce qui réduit le volume d'air que le ventilateur peut déplacer à travers l'ensemble de filtre. Pour la plupart des situations de fumée, MERV 13 représente l'équilibre optimal entre l'efficacité de la filtration et le débit d'air dans une configuration de ventilateur en caisson.
Les matériaux requis pour une construction HEPA standard à quatre filtres sont peu coûteux, largement disponibles dans les quincailleries et les centres de rénovation domiciliaire, et ne nécessitent aucun outil ou compétence spécialisé pour l'assemblage. Rassembler tout avant de commencer garantit un processus de construction fluide.
Construire correctement une boîte de filtre HEPA prend environ 15 à 30 minutes. Le principe le plus important tout au long de l'assemblage est de garantir que la direction du flux d'air à travers chaque filtre est correcte et que chaque espace de dérivation potentiel est complètement scellé. La précipitation du processus de scellement est la cause la plus fréquente des filtres à air DIY sous-performants.
Chaque filtre de fournaise a une direction de flux d’air désignée imprimée sur son cadre en carton, indiquée par une flèche. L’air doit entrer par la face amont – généralement le côté le moins dense – et sortir par la face aval en direction du ventilateur. Dans une configuration en caisson, les quatre filtres latéraux doivent être orientés de manière à ce que leurs faces en amont (entrée d'air sale) pointent vers l'extérieur, à l'opposé du centre du caisson, et leurs faces en aval pointent vers l'intérieur, vers le ventilateur. L’installation d’un seul filtre à l’envers réduit considérablement son efficacité de filtration et peut surcharger le média filtrant.
Placez les quatre filtres sur leurs bords et disposez-les dans un tube carré, les cadres en carton des filtres adjacents se touchant à chaque coin. Les faces aval (air pur) doivent toutes être tournées vers l’intérieur. Pour les filtres de 20 × 20 × 1 pouces, la section carrée résultante mesure environ 20 × 20 pouces à l'intérieur, ce qui correspond à la face d'un ventilateur standard de 20 pouces. Maintenez temporairement l'assemblage avec des cordons élastiques ou demandez l'aide d'une deuxième personne pendant que vous commencez à enregistrer. Appliquez fermement un large ruban adhésif sur chaque joint où les cadres de filtre adjacents se rejoignent, couvrant toute la hauteur de chaque joint d'angle à l'extérieur de la boîte. Appuyez fermement sur le ruban adhésif dans les creux du cadre en carton pour assurer une fermeture hermétique.
Le fond du cube filtrant – l’extrémité opposée au ventilateur – doit être fermé pour empêcher l’air non filtré de pénétrer dans l’ensemble par le bas et de contourner entièrement le média filtrant. Si vous utilisez un cinquième filtre pour la position supérieure et placez le ventilateur sur le dessus, le fond de la boîte doit être scellé avec du carton découpé pour s'adapter à l'ouverture, scotché fermement en place sur les quatre bords. Certains constructeurs orientent plutôt le caisson avec le ventilateur sur le côté et le cinquième filtre fermant la face opposée au ventilateur, ce qui fonctionne tout aussi bien. Quelle que soit l'orientation que vous choisissez, l'essentiel est qu'il ne doit y avoir qu'une seule ouverture dans la boîte terminée : la face où le ventilateur se fixe.
Positionnez le ventilateur de la boîte de manière à ce qu'il soit centré sur le dessus ouvert du cube filtrant, le ventilateur soufflant l'air vers le haut et loin de la boîte - aspirant l'air vers l'intérieur à travers les quatre côtés du filtre et évacuant l'air propre filtré à travers le ventilateur. La grille du ventilateur doit être tournée vers l'extérieur (dans la direction de l'air propre qui s'échappe), et non vers l'intérieur, vers les filtres. Appliquez du ruban adhésif sur tout le périmètre où le cadre du ventilateur entre en contact avec les bords supérieurs des cadres de filtre, scellant complètement ce joint. Si la face du ventilateur est légèrement plus petite que l'ouverture du filtre, coupez une bordure en carton pour combler l'espace et collez-la fermement sur le cadre du ventilateur et sur les bords du filtre avant de sceller l'ensemble du joint.
Avant d'utiliser l'appareil, inspectez visuellement chaque joint adhésif sous un bon éclairage, en appuyant sur tous les bords du ruban adhésif pour confirmer l'adhérence. Allumez le ventilateur à grande vitesse et passez lentement votre main autour de toutes les coutures – tout flux d'air ressenti au niveau d'un joint indique une fuite nécessitant du ruban adhésif supplémentaire. Portez une attention particulière aux coins où se rencontrent les trois cadres de filtre et au joint entre le cadre du ventilateur et l'ensemble de filtre, car ce sont les endroits les plus sujets aux fuites de dérivation. Un filtre à boîte bien scellé ne doit montrer aucun flux d’air détectable à aucun joint lors de son fonctionnement.
Le débit d'air pur (CADR) d'un boîtier MERV 13 à quatre filtres correctement construit avec un ventilateur de 20 pouces fonctionnant à haute vitesse se situe généralement entre 400 et 600 CFM pour les particules de fumée, selon le ventilateur spécifique et la marque de filtre utilisée. Cela se compare avantageusement aux purificateurs d’air commerciaux dans la fourchette de prix de 200 à 500 dollars. Le nombre de changements d'air par heure (ACH) ainsi fourni dépend du volume de la pièce.
| Taille de la pièce (pieds carrés) | Hauteur du plafond | Volume de la pièce (pieds cubes) | ACH à 500 PCM |
| 150 pieds carrés | 8 pieds | 1 200 pieds cubes | 25 ACH |
| 250 pieds carrés | 8 pieds | 2 000 pieds cubes | 15 ACH |
| 400 pieds carrés | 8 pieds | 3 200 pieds cubes | 9.4 ACH |
| 600 pieds carrés | 8 pieds | 4 800 pieds cubes | 6,25 TTC |
| 900 pieds carrés | 8 pieds | 7 200 pieds cubes | 4.2 CACH |
Les directives de santé publique recommandent généralement un minimum de 4 à 6 changements d'air par heure pour une réduction efficace des particules de fumée dans les espaces occupés. Le tableau ci-dessus montre qu'un seul bien construit boîte filtre HEPA atteint confortablement cet objectif dans des pièces allant jusqu'à environ 900 pieds carrés avec des plafonds de 8 pieds, et le dépasse considérablement dans les espaces plus petits. Pour les espaces de vie ouverts ou les pièces plus grandes, la construction de deux unités et leur placement à des endroits différents dans l’espace permettent une réduction des particules plus uniforme qu’une seule unité placée au centre.
Les filtres HEPA et MERV 13 capturent les particules de manière extrêmement efficace mais n'adsorbent pas les polluants gazeux – les composés organiques volatils (COV), les précurseurs du monoxyde de carbone et les composés aromatiques qui donnent à la fumée son odeur caractéristique et contribuent à ses effets toxiques en phase gazeuse. Pour traiter les odeurs de fumée ainsi que les particules, une filtration au charbon actif peut être intégrée à la construction du filtre en caisson.
L'approche la plus simple consiste à placer une ou deux couches de feuilles de préfiltre au charbon actif — disponibles sous forme de rouleaux auprès des fournisseurs de CVC — sur la face extérieure de chaque filtre MERV 13 avant l'assemblage. La couche de carbone capture les polluants gazeux lorsque l'air la traverse pour la première fois, tandis que le filtre MERV 13 derrière elle capture les particules. Certains constructeurs utilisent une combinaison de filtres MERV 13 et de four à charbon qui intègrent les deux couches de médias dans une seule unité de filtre, simplifiant ainsi la construction. Pour les environnements à forte concentration de fumée, tels que les pièces adjacentes à des incendies de forêt actifs ou les maisons régulièrement exposées à la fumée de tabac, la filtration au charbon dédiée améliore considérablement la qualité globale de l'air au-delà de ce que la filtration des particules seule permet d'obtenir.
Un filtre HEPA en boîte nécessite un entretien minimal, mais nécessite un remplacement périodique du filtre pour maintenir ses performances. À mesure que les particules de fumée s'accumulent sur le média filtrant, la résistance au flux d'air augmente progressivement et le ventilateur déplace progressivement moins d'air à travers l'ensemble, réduisant ainsi le CADR sans aucune indication visible d'une baisse des performances.
L’endroit où vous placez le filtre HEPA dans une pièce affecte considérablement la rapidité et l’ampleur avec laquelle il réduit les concentrations de particules de fumée. Un placement optimal maximise la circulation de l'air à travers le filtre et minimise le volume d'air ambiant qui reste stagnant dans les zones mortes loin du modèle d'admission du filtre.
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Que capturent réellement les filtres HEPA et comment fonctionnent-ils ?
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