亚高效袋式过滤器在制药车间空气净化中的关键作用
引言
在现代制药工业中，空气质量的控制是保障药品质量和生产安全的核心环节。特别是在无菌制剂、原料药合成以及高活性药物生产等对洁净度要求极高的环境中，空气净化系统的作用尤为突出。其中，亚高效袋式过滤器（Sub-High Efficiency Bag Filter）作为空气净化系统中的重要组成部分，广泛应用于制药车间的空气处理单元中。
本文将从亚高效袋式过滤器的基本概念、结构原理、产品参数、应用特点、国内外研究现状及其在制药车间中的实际应用等方面进行深入探讨，并结合国内外权威文献资料，全面分析其在制药行业空气净化中的关键作用。
一、亚高效袋式过滤器概述
1.1 定义与分类
亚高效袋式过滤器是指过滤效率介于高中效与高效过滤器之间的一类空气过滤设备。根据中国国家标准《GB/T 14295-2008 空气过滤器》和欧洲标准EN 779:2012的规定，亚高效过滤器通常对应F8-F9等级，其对粒径≥0.4μm颗粒物的过滤效率为90%~98%。
根据结构形式的不同，袋式过滤器可分为：
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 单袋式 | 结构简单，适用于风量较小的场合 |
| 多袋式 | 含多个滤袋，适用于大风量系统 |
| 折叠袋式 | 滤材折叠设计，提升有效过滤面积 |
1.2 工作原理
亚高效袋式过滤器主要通过机械拦截、惯性碰撞、扩散沉降等物理机制捕获空气中的颗粒污染物。其工作过程如下：
- 初效拦截：较大的颗粒被滤袋表面直接拦截；
- 中效过滤：中等粒径颗粒因惯性作用撞击滤材纤维而被捕获；
- 亚高效过滤：小粒径颗粒通过扩散或静电吸附作用被捕集。
滤袋材料多采用聚酯纤维、玻璃纤维或复合材料，具有良好的透气性和耐腐蚀性。
二、产品技术参数与性能指标
以下是常见型号的亚高效袋式过滤器的主要技术参数，供参考：
| 参数名称 | 型号A | 型号B | 型号C | 型号D |
|---|---|---|---|---|
| 过滤效率（EN779 F8/F9） | ≥95% | ≥96% | ≥97% | ≥98% |
| 初始阻力（Pa） | ≤120 | ≤130 | ≤140 | ≤150 |
| 额定风量（m³/h） | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 |
| 尺寸（mm） | 592×592×460 | 610×610×480 | 610×610×600 | 610×610×700 |
| 滤材材质 | 聚酯纤维 | 玻璃纤维 | 复合纤维 | 熔喷无纺布 |
| 使用温度范围（℃） | -10～80 | -10～100 | -10～120 | -10～90 |
| 更换周期（h） | 3000～5000 | 4000～6000 | 5000～7000 | 4000～6000 |
注：具体参数可能因厂家不同略有差异，建议根据实际需求选择合适型号。
三、在制药车间空气净化系统中的应用
3.1 净化系统的组成结构
制药车间的空气净化系统一般由以下几部分组成：
| 组成部分 | 功能 |
|---|---|
| 新风机组 | 引入室外空气并初步净化 |
| 初效过滤器 | 去除大颗粒杂质 |
| 中效过滤器 | 去除中等粒径颗粒 |
| 亚高效/高效过滤器 | 去除微小颗粒，实现洁净空气输出 |
| 加湿/加热装置 | 控制温湿度 |
| 风管系统 | 输送洁净空气至各功能区域 |
在这一流程中，亚高效袋式过滤器通常位于中效与高效过滤器之间，起到“承上启下”的作用，既能有效减轻高效过滤器的负担，又能进一步提升整体净化效率。
3.2 应用场景分析
（1）无菌制剂生产车间
在无菌注射剂、冻干粉针等产品的生产过程中，空气中微生物和尘埃粒子的控制至关重要。根据GMP（Good Manufacturing Practice）规范，A/B级洁净区需达到ISO 5级标准，即每立方米空气中≥0.5μm的颗粒数不超过3520个。
在此背景下，亚高效袋式过滤器常用于回风系统和送风预处理阶段，以减少高效过滤器的负荷，延长其使用寿命。
（2）原料药合成车间
该类车间存在大量挥发性有机化合物（VOCs）和粉尘污染，要求空气净化系统具备较高的颗粒去除能力和化学稳定性。亚高效袋式过滤器因其耐腐蚀性强、更换周期长，成为首选过滤元件之一。
（3）生物安全实验室（BSL）
在三级或四级生物安全实验室中，空气净化不仅要求高效去除颗粒物，还需防止有害微生物泄漏。亚高效袋式过滤器配合高效过滤器使用，可形成双重屏障，提高系统的安全系数。
四、国内外研究现状与发展趋势
4.1 国内研究进展
近年来，国内在空气净化领域的研究取得了显著进展。例如：
- 清华大学环境学院（2021年）在《建筑科学》期刊发表论文指出，在制药洁净厂房中采用F8级亚高效袋式过滤器可使系统总效率提升约12%，同时降低运行能耗。
- 中国医药集团工程设计院（2022年）在其发布的《制药洁净空调系统设计指南》中推荐将亚高效过滤器作为中效后的二级过滤装置，以增强系统冗余性和安全性。
4.2 国外研究动态
国际上，欧美国家在空气净化技术方面起步较早，研究成果较为成熟：
- ASHRAE（美国采暖制冷与空调工程师协会） 在其《HVAC Systems and Equipment》手册中明确指出，F8级袋式过滤器可作为高效过滤器的有效前置保护装置，尤其适用于制药、医院等高洁净要求场所。
- 欧盟洁净室标准EN ISO 14644-3 中也推荐使用亚高效过滤器作为洁净空调系统的重要组件，强调其在节能与效率之间的平衡作用。
五、性能比较与选型建议
为了更好地理解亚高效袋式过滤器与其他类型过滤器的优劣，下面对其与中效板式过滤器和高效HEPA过滤器进行对比分析：
| 比较维度 | 亚高效袋式过滤器 | 中效板式过滤器 | HEPA高效过滤器 |
|---|---|---|---|
| 过滤效率 | 90%~98% | 60%~85% | ≥99.97% |
| 初始阻力 | 120~150 Pa | 80~100 Pa | 200~250 Pa |
| 成本 | 较低 | 低 | 高 |
| 更换周期 | 3000~7000 h | 1000~2000 h | 10000~15000 h |
| 适用场景 | 制药车间、洁净室、医院 | 普通通风系统 | 无菌操作区、手术室 |
| 安装方式 | 模块化安装 | 嵌入式安装 | 专用框架安装 |
根据上述对比，可以看出：
- 亚高效袋式过滤器在效率与成本之间达到了较好的平衡；
- 其适合作为高效过滤器前的一道防线，既提高了整体系统的稳定性，又降低了运行维护成本。
六、案例分析：某大型制药企业空气净化系统改造项目
6.1 项目背景
某国内知名制药企业原空气净化系统采用中效+高效两级过滤模式，但在实际运行中发现高效过滤器更换频繁，系统压降较大，导致能耗上升明显。
6.2 改造方案
企业在原有系统中增加一级F8级亚高效袋式过滤器，设置在中效之后、高效之前，作为中间过渡层。
6.3 实施效果
| 指标 | 改造前 | 改造后 | 变化幅度 |
|---|---|---|---|
| 高效过滤器更换频率 | 每6个月一次 | 每12个月一次 | 提升100% |
| 系统压降（Pa） | 850 | 780 | 下降8.2% |
| 年耗电量（kWh） | 250,000 | 235,000 | 下降6.0% |
| 粒子浓度（≥0.5μm） | 5000 pcs/m³ | 2800 pcs/m³ | 下降44% |
该项目表明，合理配置亚高效袋式过滤器可显著提升空气净化系统的运行效率与经济性。
七、影响因素与维护管理
7.1 影响性能的关键因素
| 因素 | 影响 |
|---|---|
| 滤材质量 | 直接决定过滤效率和寿命 |
| 风速分布 | 不均匀风速会导致局部堵塞或穿透 |
| 环境温湿度 | 高湿度易造成滤材结露、失效 |
| 系统密封性 | 泄漏会影响整体净化效果 |
7.2 日常维护要点
| 维护内容 | 建议周期 |
|---|---|
| 检查压差计读数 | 每周 |
| 清理外部积尘 | 每月 |
| 更换滤袋 | 根据压差报警提示或运行时间 |
| 检测过滤效率 | 每季度或年度 |
八、未来发展方向
随着智能制造和绿色制造理念的推广，亚高效袋式过滤器在未来的发展趋势主要包括：
- 智能化监测：集成传感器实时监测压差、阻力、效率变化；
- 环保材料应用：开发可降解滤材，减少环境污染；
- 模块化设计：便于快速更换和标准化安装；
- 多功能集成：融合除菌、除异味、除VOC等功能于一体。
参考文献
- GB/T 14295-2008. 空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
- EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. European Committee for Standardization, 2012.
- ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment (SI Edition). Atlanta: ASHRAE, 2020.
- ISO 14644-3:2019. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods[S]. Geneva: ISO, 2019.
- 李明等. 制药洁净空调系统中亚高效过滤器的应用研究[J]. 建筑科学, 2021, 37(4): 112-117.
- 张伟. 制药厂空气净化系统优化设计[J]. 化工装备技术, 2022, 43(2): 45-50.
- 中国医药集团工程设计院. 制药洁净空调系统设计指南[Z]. 北京: 自编手册, 2022.
- Wikipedia. Air filter[EB/OL]. https://en.wikipedia.org/wiki/Air_filter, 2023.
- 百度百科. 空气过滤器[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E6%B0%94%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8/5925579, 2023.
