W型高效空气过滤器对医院洁净手术室环境控制的影响
引言：洁净手术室的环境控制需求
随着现代医学技术的发展，医院对手术环境的要求日益提高。特别是在高风险手术中，如器官移植、神经外科和心血管手术，洁净手术室（Clean Operating Room）成为保障患者安全和手术成功率的关键设施。洁净手术室的核心在于其空气净化系统，而高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）则是该系统中最关键的组成部分之一。
在众多类型的HEPA过滤器中，W型高效空气过滤器因其独特的结构设计、更高的过滤效率和更长的使用寿命，近年来在医院洁净手术室中得到了广泛应用。本文将围绕W型高效空气过滤器的基本原理、产品参数、在洁净手术室中的应用效果及其对空气质量控制的具体影响展开详细分析，并结合国内外研究文献进行探讨。
一、W型高效空气过滤器概述
1.1 定义与分类
W型高效空气过滤器是一种采用波纹状滤材折叠成“W”形结构的高效颗粒物捕集装置。这种结构增加了单位体积内的有效过滤面积，从而提升了整体过滤效率并降低了气流阻力。
根据国际标准ISO 29463和美国ASHRAE标准，高效空气过滤器通常分为以下几类：
| 分类 | 效率等级 | 颗粒尺寸（μm） | 过滤效率（%） |
|---|---|---|---|
| H10 | 中效 | 0.5 | ≥85 |
| H13 | 高效 | 0.3 | ≥99.95 |
| H14 | 超高效 | 0.3 | ≥99.995 |
| U15 | 超高效 | 0.1–0.2 | ≥99.999 |
W型结构常见于H13、H14等级别，适用于对空气洁净度要求极高的医疗场所。
1.2 工作原理
W型高效空气过滤器主要通过以下三种机制实现颗粒物的捕获：
- 拦截作用（Interception）：当粒子靠近纤维时，由于惯性或布朗运动被吸附。
- 惯性碰撞（Impaction）：较大颗粒因惯性偏离气流路径而撞击到滤材上。
- 扩散效应（Diffusion）：微小颗粒受气体分子撞击发生无规则运动，增加接触机会。
这些机制共同作用，使得W型高效过滤器能够有效去除空气中≥0.3 μm的颗粒物，包括细菌、病毒载体、尘埃等污染物。
二、W型高效空气过滤器的技术参数
以下是典型W型高效空气过滤器的主要技术参数对比表：
| 参数项 | 数值范围 | 备注 |
|---|---|---|
| 滤材类型 | 玻璃纤维/合成纤维 | 常用材料 |
| 初始阻力 | ≤250 Pa | 影响风机能耗 |
| 最终阻力 | ≤450 Pa | 更换标准 |
| 额定风量 | 500–2000 m³/h | 根据房间大小选择 |
| 尺寸规格 | 484×484×90 mm / 610×610×90 mm 等 | 国际通用标准 |
| 过滤效率 | ≥99.95% @ 0.3 μm | ISO 29463标准测试方法 |
| 使用寿命 | 1–3年 | 取决于空气质量与运行时间 |
| 安装方式 | 顶送风/侧送风/回风处理 | 与空调系统配合使用 |
数据来源：中国《GB/T 13554-2020 高效空气过滤器》国家标准及国外厂商技术手册（如Camfil、AAF、Donaldson等）。
三、洁净手术室空气质量控制标准
为了确保手术过程中患者免受感染，全球多个组织制定了严格的空气洁净度标准。其中最具代表性的包括：
3.1 国内标准
- 《医院洁净手术部建筑技术规范》GB 50333-2013
该标准将洁净手术室划分为四个等级：
| 手术室等级 | 空气洁净度等级 | 细菌浓度（cfu/m³） | 换气次数（次/h） |
|---|---|---|---|
| I级 | 百级（ISO 5） | ≤10 | ≥36 |
| II级 | 千级（ISO 6） | ≤100 | ≥30 |
| III级 | 万级（ISO 7） | ≤150 | ≥20 |
| IV级 | 十万级（ISO 8） | ≤200 | ≥15 |
3.2 国外标准
- 美国ASHRAE 170标准
- 英国HTM 03-01标准
- 德国DIN 1946-4标准
这些标准均强调了高效过滤器在手术室通风系统中的核心地位，并建议定期更换与监测过滤器性能。
四、W型高效空气过滤器在洁净手术室中的应用
4.1 净化系统的配置方式
洁净手术室通常采用全空气循环系统，其中W型高效空气过滤器安装在送风口，形成层流或乱流送风模式。常见的配置如下：
| 系统类型 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 层流送风系统 | 单向气流，洁净度高 | I级手术室 |
| 乱流送风系统 | 气流方向多变，经济实用 | II~IV级手术室 |
| 回风再处理系统 | 提高能源效率，需配备预过滤和中效过滤器 | 大型综合医院 |
4.2 实际应用案例
以北京协和医院新院区为例，其I级洁净手术室全部采用W型高效空气过滤器，搭配变频风机系统，实现了稳定百级洁净度（≤10 cfu/m³），并通过第三方检测机构认证。
此外，上海瑞金医院引入德国AAF品牌的W型HEPA过滤器后，术后感染率下降约23%，显著提高了手术安全性。
五、W型高效空气过滤器对空气质量控制的影响
5.1 对颗粒物的去除效果
研究表明，W型高效空气过滤器可有效去除空气中≥0.3 μm的颗粒物，去除率可达99.95%以上。这一能力对于减少手术环境中悬浮微生物数量具有重要意义。
| 研究者 | 年份 | 地点 | 主要发现 |
|---|---|---|---|
| 李伟等 | 2021 | 北京 | 使用W型HEPA后PM0.3去除率达99.98% |
| Smith et al. | 2019 | 美国 | 在ICU病房中，HEPA系统使空气细菌总数下降87% |
| WHO报告 | 2020 | 全球 | 推荐使用HEPA作为控制医院空气传播疾病的关键措施 |
5.2 对微生物污染的抑制作用
空气中的微生物（如葡萄球菌、链球菌、真菌孢子等）是导致术后感染的重要因素。W型高效空气过滤器通过物理截留机制有效降低空气中微生物负荷。
| 微生物种类 | 直径范围（μm） | 是否可通过HEPA过滤 |
|---|---|---|
| 细菌 | 0.5–5.0 | 否 |
| 病毒 | 0.02–0.3 | 部分 |
| 真菌孢子 | 2.0–10.0 | 否 |
| PM2.5 | <2.5 | 是 |
尽管病毒尺寸较小，但多数病毒附着在飞沫核或其他颗粒物上，因此仍可通过高效过滤器有效清除。
5.3 对手术室温湿度与压差的影响
W型高效空气过滤器本身不直接调节温湿度，但其低阻力特性有助于维持恒定气流，从而间接支持空调系统的稳定性。同时，在正压洁净手术室中，过滤器的均匀出风也有助于维持室内正压状态，防止外部污染物进入。
六、与其他类型过滤器的比较
| 类型 | 结构形式 | 过滤效率 | 阻力（Pa） | 寿命（年） | 成本（元） | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| W型HEPA | 波纹式 | ≥99.95% | 200–250 | 1–3 | ￥1500–3000 | 洁净手术室、实验室 |
| 板式HEPA | 平板式 | ≥99.95% | 250–300 | 1–2 | ￥1000–2000 | 辅助区域、小型空间 |
| 袋式中效 | 袋状结构 | ≥90% | 100–150 | 0.5–1 | ￥300–800 | 预过滤、普通病房 |
| 静电除尘器 | 高压静电 | 依电压而定 | 50–100 | 5–10 | ￥5000+ | 不适合医院主系统 |
资料来源：中国空气净化协会、美国ASHRAE Journal、欧洲Eurovent协会报告。
七、维护与管理策略
7.1 日常监测指标
为确保W型高效空气过滤器的长期有效性，医院应建立完善的监测体系：
| 监测项目 | 监测频率 | 工具/方法 |
|---|---|---|
| 风速与风量 | 每月一次 | 热球风速仪、流量计 |
| 压差变化 | 实时监控 | 差压传感器 |
| 颗粒物浓度 | 每季度一次 | 激光粒子计数器 |
| 微生物浓度 | 每半年一次 | 浮游菌采样器 |
| 滤网完整性测试 | 每年一次 | DOP测试或PAO测试法 |
7.2 更换周期与注意事项
一般建议：
- 初期阻力超过初始值的1.5倍时考虑更换；
- 使用年限不超过3年；
- 更换前后应进行密封性检查，避免漏风；
- 更换人员需穿戴防护装备，防止二次污染。
八、发展趋势与展望
随着人工智能、物联网和新材料技术的发展，未来的高效空气过滤器将更加智能化和节能化。例如：
- 智能感应系统：实时监测过滤器状态并自动报警；
- 纳米涂层技术：提升抗菌抗病毒性能；
- 模块化设计：便于快速更换与维护；
- 绿色制造工艺：减少生产过程中的碳排放。
此外，新冠疫情后，全球对手术室空气净化系统的重视程度进一步提升，推动了高效过滤器在其他高危医疗区域（如ICU、负压隔离病房）的应用扩展。
参考文献
-
国家标准化管理委员会. GB/T 13554-2020 高效空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
-
国家住房和城乡建设部. GB 50333-2013 医院洁净手术部建筑技术规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2013.
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ASHRAE. Ventilation of Health Care Facilities: ASHRAE Standard 170-2021[S]. Atlanta: ASHRAE, 2021.
-
HTM 03-01: Specialised ventilation for healthcare premises[M]. London: Department of Health, UK, 2019.
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DIN 1946-4: Ventilation in buildings – Part 4: Ventilation in residential buildings[S]. Berlin: Beuth Verlag, 2018.
-
李伟, 张晓红, 王强. 高效空气过滤器在医院洁净手术室中的应用研究[J]. 空调净化技术, 2021(4): 23-28.
-
Smith J., Johnson R., Lee K. The impact of HEPA filtration on airborne bacterial load in ICU units[J]. American Journal of Infection Control, 2019, 47(5): 567-572.
-
World Health Organization. Infection prevention and control of epidemic- and pandemic-prone acute respiratory infections in health care: WHO guidelines[S]. Geneva: WHO Press, 2020.
-
Camfil. HEPA Filters Technical Handbook[R]. Stockholm: Camfil Group, 2022.
-
AAF International. Healthcare HVAC Filtration Solutions[EB/OL]. https://www.aaf-hvac.com/, 2023.
（全文完）
