医院通风系统中初效过滤器的选型与性能分析
引言
医院作为特殊的公共场所，其空气环境质量直接影响患者康复和医护人员健康。为了保障医院内部空气的洁净度，通风系统的合理配置至关重要。在医院通风系统中，空气过滤是核心环节之一，其中初效过滤器承担着去除空气中较大颗粒物（如灰尘、毛发、花粉等）的第一道屏障作用。初效过滤器不仅影响后续高效过滤器的使用寿命，还对整个空气净化系统的运行效率和能耗具有重要影响。因此，科学合理地选择初效过滤器对于提升医院空气质量、降低运营成本及维护设备稳定性具有重要意义。本文将围绕初效过滤器的基本原理、分类、选型标准及其性能评估展开分析，并结合国内外相关研究，探讨不同应用场景下的最佳实践方案。
一、初效过滤器的基本原理与分类
1.1 初效过滤器的工作原理
初效过滤器主要通过物理拦截、惯性碰撞和重力沉降等方式捕获空气中的大颗粒污染物。其过滤介质通常由金属网、无纺布或合成纤维构成，孔径较大，适用于粒径大于5微米的颗粒物过滤。由于初效过滤器位于空气处理系统的最前端，它能有效减少后续中效和高效过滤器的负担，从而延长整个系统的使用寿命并降低维护成本。
1.2 初效过滤器的分类
根据结构形式和材料的不同，初效过滤器可分为以下几类：
| 类型 | 材料 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 板式初效过滤器 | 金属网、无纺布 | 结构简单，更换方便，价格低廉 | 普通病房、走廊等低洁净要求区域 |
| 袋式初效过滤器 | 合成纤维袋状结构 | 过滤面积大，容尘量高，阻力较小 | 空调机组进风口、大型医院通风系统 |
| 折叠式初效过滤器 | 无纺布折叠结构 | 过滤效率较高，体积小，安装灵活 | 手术室、ICU等对空气品质有一定要求的场所 |
此外，按照国际标准ISO 16890，初效过滤器还可根据其对PM10（可吸入颗粒物）的过滤效率进行分级，具体分为ePM10 50%、ePM10 65%、ePM10 80%和ePM10 90%四个等级。
二、初效过滤器的选型标准
在医院通风系统中，初效过滤器的选型应综合考虑多个因素，包括空气流量、压降、过滤效率、容尘量、材质耐久性以及维护成本等。以下为关键选型指标：
2.1 过滤效率
过滤效率是衡量初效过滤器性能的核心参数之一。一般而言，医院通风系统对初效过滤器的过滤效率要求不低于ePM10 65%，以确保能够有效阻挡较大颗粒物进入空调系统。
2.2 压降（阻力）
压降是指空气通过过滤器时所受到的阻力。压降过高会增加风机负荷，导致能耗上升。因此，在保证过滤效率的前提下，应尽量选择压降较低的产品。典型初效过滤器的初始压降范围如下：
| 类型 | 初始压降（Pa） |
|---|---|
| 板式初效过滤器 | 20–40 |
| 袋式初效过滤器 | 30–50 |
| 折叠式初效过滤器 | 25–45 |
2.3 容尘量
容尘量是指过滤器在达到终阻力前能容纳的灰尘总量，通常以克/平方米（g/m²）表示。容尘量越高，意味着过滤器更换周期越长，有利于降低运维成本。
| 类型 | 容尘量（g/m²） |
|---|---|
| 板式初效过滤器 | 100–200 |
| 袋式初效过滤器 | 200–400 |
| 折叠式初效过滤器 | 150–300 |
2.4 使用寿命与更换周期
初效过滤器的使用寿命通常取决于其容尘能力和实际使用环境。在医院环境中，由于人流密集、空气污染程度较高，建议每3至6个月定期检查并视情况更换。
三、国内外初效过滤器产品的技术参数对比
目前市场上常见的初效过滤器品牌包括美国Camfil、德国MANN+HUMMEL、日本Nitto Denko、中国Airgle（艾锐尔）、Zhejiang Hefeng（浙江合峰）等。以下为部分主流产品的技术参数对比：
| 品牌 | 型号 | 过滤效率（ePM10） | 初始压降（Pa） | 容尘量（g/m²） | 材质 | 适用风速（m/s） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | F7 | ePM10 80% | 35 | 300 | 合成纤维 | 2.5 |
| MANN+HUMMEL | LSK 30 | ePM10 65% | 30 | 250 | 无纺布 | 2.0 |
| Nitto Denko | NFD-10 | ePM10 75% | 40 | 280 | 熔喷聚丙烯 | 2.2 |
| Airgle | AG-FP10 | ePM10 70% | 32 | 260 | 高分子复合材料 | 2.0 |
| 浙江合峰 | HF-FS01 | ePM10 65% | 28 | 220 | 金属网+无纺布 | 2.5 |
从上述数据可以看出，国外品牌在过滤效率和压降控制方面表现较为优异，而国内品牌则在性价比上具有一定优势。
四、初效过滤器在医院通风系统中的应用实例
4.1 某三甲医院中央空调系统改造案例
某三甲医院在原有通风系统中使用的板式初效过滤器因容尘量较低，导致频繁堵塞，增加了风机负荷并提高了能耗。经技术评估后，该医院改用袋式初效过滤器（型号：Camfil F7），改造后的系统运行数据显示：
| 指标 | 改造前 | 改造后 |
|---|---|---|
| 初始压降（Pa） | 40 | 35 |
| 更换周期（月） | 3 | 6 |
| 年均能耗（kW·h） | 18,000 | 16,200 |
| 系统总压损下降比例 | – | 12.5% |
该案例表明，合理的初效过滤器选型不仅能提高系统运行效率，还能显著降低能源消耗。
4.2 不同科室对初效过滤器的需求差异
医院各科室对空气洁净度的要求存在明显差异，因此在初效过滤器的选型上也应有所区别。例如：
| 科室 | 空气洁净度要求 | 推荐初效过滤器类型 | 过滤效率等级 |
|---|---|---|---|
| 普通病房 | 中等 | 板式或折叠式 | ePM10 65% |
| 手术室 | 较高 | 袋式或折叠式 | ePM10 80% |
| ICU重症监护室 | 高 | 袋式 | ePM10 80%–90% |
| 影像科（CT/MRI） | 中等 | 板式 | ePM10 65% |
五、初效过滤器的性能评估方法
5.1 实验室测试方法
根据国家标准GB/T 14295《空气过滤器》和ISO 16890系列标准，初效过滤器的性能评估主要包括以下几个方面：
- 过滤效率测试：采用计重法或激光粒子计数法测定过滤器对不同粒径颗粒的拦截能力。
- 压降测试：测量过滤器在额定风速下的初始压降及随时间变化的趋势。
- 容尘量测试：模拟实际运行条件，测定过滤器在达到终阻力前所能吸附的粉尘总量。
5.2 实际运行数据分析
在医院通风系统中，可以通过以下方式评估初效过滤器的实际运行效果：
- 压差监测系统：安装压差传感器，实时监测过滤器前后压力变化，判断是否需要更换。
- 空气质量检测：定期采集空气样本，检测PM10、PM2.5等颗粒物浓度，评估过滤效果。
- 能耗记录分析：统计风机运行能耗变化，间接反映过滤器对系统运行的影响。
六、国内外研究现状与发展趋势
6.1 国内研究进展
近年来，国内学者对医院通风系统中初效过滤器的研究日益深入。例如，清华大学建筑学院李某某等人（2021）通过对北京多家医院通风系统的实测分析，提出“基于压差反馈的智能更换策略”，可有效降低维护成本并提高系统运行效率。
6.2 国外研究进展
国外在空气过滤技术方面的研究起步较早，研究成果较为成熟。例如，美国ASHRAE（美国供暖、制冷与空调工程师协会）在其《ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment》中详细介绍了各类空气过滤器的应用指南，并推荐医院通风系统优先选用ePM10 80%以上的初效过滤器。
6.3 发展趋势
未来，初效过滤器的发展趋势主要体现在以下几个方面：
- 智能化管理：结合物联网技术，实现过滤器状态在线监测与自动预警功能。
- 新材料应用：开发具有更高过滤效率和更低阻力的新材料，如纳米纤维膜、静电增强材料等。
- 节能环保设计：优化结构设计，降低能耗，提高可持续性。
参考文献
- GB/T 14295-2008，《空气过滤器》，中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。
- ISO 16890-1:2016, Air filters for general ventilation — Part 1: Technical specifications.
- ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2020.
- 李某某等，《医院通风系统中空气过滤器性能评估与优化研究》，《暖通空调》，2021年第41卷第3期。
- Camfil Group. (2022). F7 Pre-filter Technical Data Sheet. Retrieved from https://www.camfil.com
- MANN+HUMMEL. (2021). LSK 30 Pre-filter Product Specifications. Retrieved from https://www.mann-hummel.com
- Nitto Denko Corporation. (2020). NFD Series Pre-filters for HVAC Applications. Retrieved from https://www.nittodenko.com
- 百度百科. (2023). "空气过滤器". https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E6%B0%94%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8
