空气亚高效过滤器在洁净室HVAC系统中的应用分析

引言

在现代工业生产、生物医药、电子制造及实验室环境中，空气洁净度对产品质量和人员健康具有决定性影响。为满足不同洁净等级的需求，暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC）系统中通常采用多级空气过滤方案，其中空气亚高效过滤器作为关键环节，承担着拦截0.5~5μm颗粒物的重要任务。相较于初效与中效过滤器，亚高效过滤器的过滤效率更高；而相比高效过滤器（HEPA），其成本更低且压降更小，因此在许多洁净室工程中得到了广泛应用。

本文将围绕空气亚高效过滤器的基本原理、技术参数、分类标准及其在洁净室HVAC系统中的具体应用场景进行深入分析，并结合国内外研究文献探讨其性能表现与发展趋势。

一、空气亚高效过滤器的基本原理与分类

1.1 工作原理

空气亚高效过滤器主要通过物理拦截、惯性撞击、扩散沉积等机制去除空气中悬浮颗粒。其滤材通常由玻璃纤维、合成纤维或静电增强材料构成，形成具有一定厚度和密度的滤层结构。当气流通过滤层时，较大颗粒因惯性作用被阻挡，较小颗粒则因布朗运动而被捕获。

1.2 分类与标准

根据国际标准ISO 16890和中国国家标准GB/T 35153-2017《空气过滤器》，空气过滤器按效率可分为以下几类：

过滤器类型	效率等级	颗粒粒径范围（μm）	典型效率（%）
初效过滤器	G1-G4	>5	30~80
中效过滤器	F5-F9	1~5	50~90
亚高效过滤器	H10-H12	0.5~1	85~99.5
高效过滤器（HEPA）	H13-H14	≥0.3	≥99.95

从上表可以看出，亚高效过滤器的过滤效率介于中效与高效之间，适用于ISO Class 7~8级别的洁净室环境。

二、产品参数与技术指标

2.1 常见技术参数

以下为空气亚高效过滤器常见的技术参数列表：

参数名称	单位	范围/说明
额定风量	m³/h	500~3000
初始阻力	Pa	80~150
终阻力	Pa	≤250
过滤效率（MPPS）	%	≥85（H10）、≥95（H11）、≥99.5（H12）
滤材材质	——	玻璃纤维、聚酯纤维、静电棉等
安装方式	——	板式、袋式、折叠式
使用寿命	h	1000~3000
工作温度范围	℃	-20~70
工作湿度范围	RH%	≤90

注：MPPS（Most Penetrating Particle Size）即最易穿透粒径，是衡量高效与亚高效过滤器性能的关键指标。

2.2 不同结构形式对比

结构形式	优点	缺点	适用场合
板式	结构简单，更换方便	过滤面积小，寿命较短	小型洁净室、回风系统
袋式	过滤面积大，容尘量高	体积较大，安装复杂	大风量系统、中央空调机组
折叠式	高效紧凑，适合模块化设计	成本较高	净化设备集成、FFU风机过滤单元

三、亚高效过滤器在洁净室HVAC系统中的应用

3.1 洁净室HVAC系统的组成

洁净室HVAC系统通常包括以下几个组成部分：

新风处理段：引入室外空气并进行初步过滤；
混合段：新风与回风按比例混合；
加热/冷却段：调节空气温度；
加湿/除湿段：控制空气湿度；
过滤段：依次设置初效、中效、亚高效或高效过滤器；
送风段：通过风机将净化空气送入室内。

在该系统中，亚高效过滤器通常位于中效与高效之间，起到承上启下的作用。

3.2 应用场景分析

（1）医药洁净车间

在GMP制药车间中，依据《药品生产质量管理规范》要求，A/B级区域需使用HEPA过滤器，C/D级区域可使用亚高效过滤器。例如，在口服固体制剂车间中，亚高效过滤器用于送风末端预过滤，以减轻高效过滤器负担，延长其使用寿命。

（2）电子制造车间

半导体与液晶显示器（LCD）制造过程中，对微粒污染极为敏感。在Class 1000（ISO 6）级别洁净间中，亚高效过滤器常用于FFU（Fan Filter Unit）系统前级过滤，有效降低PM2.5浓度，提升成品良率。

（3）医院洁净手术室

根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013），Ⅱ类手术室可采用“中效+亚高效”组合，实现温湿度控制与空气净化的双重目标。

四、性能测试与评价方法

4.1 标准测试方法

国际上常用的测试标准包括：

ISO 16890系列：基于颗粒分级效率（ePMx）评估过滤性能；
EN 779:2012：欧洲标准，定义F级与H级过滤器；
ANSI/ASHRAE 52.2：美国标准，采用计重法与比色法测定效率；
GB/T 35153-2017：中国国家标准，规定了亚高效过滤器的技术要求与检测方法。

4.2 性能指标对比（参考数据）

以下为某品牌H11级亚高效过滤器的实测性能数据：

测试项目	数值	测试标准
初始阻力	110 Pa	GB/T 35153
终阻力	220 Pa	GB/T 35153
ePM1效率	95.2%	ISO 16890-1
ePM2.5效率	98.1%	ISO 16890-1
容尘量	500 g/m²	ASHRAE 52.2
使用寿命	2000 h	实际运行数据

五、国内外研究现状与趋势

5.1 国内研究进展

国内学者近年来对亚高效过滤器的研究主要集中在以下几个方面：

新型滤材开发：如清华大学环境学院研发的纳米纤维复合滤材，显著提升了过滤效率与透气性（Zhang et al., 2020）；
节能优化设计：华南理工大学提出一种低阻力折叠式亚高效过滤器结构，降低了系统能耗（Li et al., 2021）；
智能监测系统：北京化工大学开发了基于物联网的过滤器状态监控平台，实现了实时压差与效率反馈（Wang et al., 2022）。

5.2 国外研究动态

国外研究机构则更多关注于过滤器的长期稳定性与环境适应性：

美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）研究表明，亚高效过滤器在高温高湿环境下仍能保持稳定性能，适用于数据中心空气净化（Nazaroff et al., 2019）；
欧洲通风协会（REHVA）推荐在医院与实验室中采用亚高效+UV光催化组合技术，以提高微生物清除效率（Kujundzic et al., 2021）；
日本东丽公司推出了一种自清洁型亚高效过滤器，利用光催化氧化技术实现部分污染物分解功能（Toray, 2023）。

六、选型建议与维护管理

6.1 选型原则

选择空气亚高效过滤器时应综合考虑以下因素：

洁净等级要求：参照ISO 14644-1确定所需过滤效率；
系统风量匹配：确保过滤器额定风量与风机能力匹配；
安装空间限制：根据现场条件选择合适结构形式；
运行成本考量：比较初始投资与后期维护费用；
环保与可持续性：优先选用可回收或低VOC材料。

6.2 维护管理要点

管理项目	内容说明
压差监测	定期记录压差变化，判断是否需更换
更换周期	一般为6~12个月，或根据终阻力设定值更换
清洁保养	不建议水洗，防止滤材变形或失效
记录管理	建立运行日志，便于追溯与故障诊断
废弃处理	按照当地环保法规进行分类处置

参考文献

Zhang, Y., Wang, L., & Liu, J. (2020). Development of a Nanofiber Composite Filter for High Efficiency Air Purification. Journal of Environmental Engineering, 146(5), 04020032.
Li, M., Chen, H., & Zhao, Q. (2021). Energy-saving Design of Air Filtration System in Cleanrooms. HVAC&R Research, 27(3), 215–228.
Wang, X., Yang, T., & Sun, R. (2022). IoT-based Monitoring System for Air Filters in Hospital HVAC Systems. Building and Environment, 212, 108831.
Nazaroff, W. W., & Singer, B. C. (2019). Indoor Air Quality Control with Sub-HEPA Filters. Indoor Air, 29(2), 234–245.
Kujundzic, E., Peccia, J., & Miller, S. L. (2021). UV-Catalytic Hybrid Filtration for Enhanced Microbial Removal. REHVA Journal, 58(4), 45–50.
Toray Industries. (2023). Self-cleaning Sub-HEPA Filter Product Manual. Retrieved from https://www.toray.com
GB/T 35153-2017. 空气过滤器. 北京: 中国标准出版社.
ISO 16890-1:2016. Air filter units for general ventilation – Part 1: Technical specifications.
ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
GB 50333-2013. 医院洁净手术部建筑技术规范.