医院空气净化工程中初效过滤器材料的选择与性能对比

引言

随着现代医疗技术的不断发展，医院环境对空气质量的要求日益提高。尤其是在手术室、ICU病房、新生儿监护室等关键区域，空气中的颗粒物和微生物含量直接影响患者的康复和医护人员的健康。空气净化工程作为保障医院空气质量的重要手段，其核心组成部分之一就是空气过滤系统。其中，初效过滤器作为整个空气处理流程的第一道防线，承担着拦截大颗粒污染物（如灰尘、花粉、毛发等）的关键任务。

初效过滤器的主要功能是去除空气中粒径大于5微米的颗粒物，以保护后续的中效、高效过滤器，延长其使用寿命，并降低整体运行成本。因此，选择合适的初效过滤器材料对于提升医院空气净化系统的效率、稳定性和经济性具有重要意义。

本文将围绕医院空气净化工程中常用的几种初效过滤器材料进行详细分析与对比，包括无纺布、玻璃纤维、金属网、合成纤维等类型，重点从材料特性、过滤效率、阻力压降、使用寿命、成本等多个维度进行比较。同时，引用国内外权威研究文献，结合实际应用案例，为医院空气净化工程的设计与选材提供科学依据和参考建议。

一、初效过滤器的基本原理与作用

1.1 初效过滤器的定义

初效过滤器是指用于空气处理系统中第一级过滤的设备，主要用来捕集空气中较大的颗粒物质，如尘埃、毛发、昆虫尸体、花粉等。根据ISO标准《ISO 16890》，初效过滤器一般用于过滤粒径在3~10微米之间的颗粒物。

1.2 初效过滤器的作用

• 预过滤：有效去除大颗粒杂质，减轻中效和高效过滤器的负担；
• 延长系统寿命：减少后续过滤器的污染负荷，从而延长其更换周期；
• 节能降耗：通过降低系统阻力，减少风机能耗；
• 维护卫生安全：防止大型污染物进入空调系统内部，避免滋生细菌和霉菌。

1.3 初效过滤器的分类

根据材质的不同，常见的初效过滤器主要包括以下几类：

二、常用初效过滤器材料及其性能分析

2.1 无纺布过滤材料

2.1.1 材料简介

无纺布是一种非织造布材料，广泛应用于空气过滤领域。它由聚合物纤维通过热粘合、化学粘合或机械加固制成，具有良好的透气性和过滤性能。

2.1.2 性能参数

2.1.3 优缺点分析

优点：

• 成本低，易于大规模生产；
• 安装方便，适用于多种场合；
• 可定制形状和厚度。

缺点：

• 易受潮变形；
• 抗撕裂能力较弱；
• 对潮湿环境适应性差。

2.1.4 应用实例

国内某三甲医院在中央空调系统中采用聚酯无纺布初效过滤器，实测数据显示其在使用前两个月内过滤效率维持在75%以上，但第三个月开始出现效率下降现象，需定期更换。

2.2 玻璃纤维过滤材料

2.2.1 材料简介

玻璃纤维是一种高性能的过滤材料，由细小的玻璃丝编织而成，具有耐高温、耐腐蚀、抗老化等特点，常用于高要求环境下的初效或中效过滤。

2.2.2 性能参数

2.2.3 优缺点分析

优点：

• 高温耐受性强；
• 化学稳定性好；
• 过滤效率高。

缺点：

• 成本较高；
• 易碎，安装过程中需小心操作；
• 不适合高湿环境。

2.2.4 应用实例

美国CDC（疾病控制中心）在其生物安全实验室中采用玻璃纤维初效过滤器，配合HEPA系统使用，显著提升了空气处理效率并减少了系统维护频率。

2.3 合成纤维过滤材料

2.3.1 材料简介

合成纤维通常指聚酯、聚丙烯等人工合成材料制成的纤维结构，具有良好的机械强度和化学稳定性，在医院环境中广泛应用。

2.3.2 性能参数

2.3.3 优缺点分析

优点：

• 耐磨性好；
• 可水洗重复使用（部分型号）；
• 成本适中。

缺点：

• 在极端环境下可能释放微量化学物质；
• 某些型号易积尘堵塞。

2.3.4 应用实例

上海中山医院在新风系统改造中引入聚酯合成纤维初效过滤器，结果显示其在连续运行三个月后仍保持80%以上的过滤效率，且压降变化较小。

2.4 金属网过滤材料

2.4.1 材料简介

金属网初效过滤器由铝合金或不锈钢丝编织而成，主要用于重工业或高粉尘环境，近年来也开始在医院通风系统中尝试应用。

2.4.2 性能参数

2.4.3 优缺点分析

优点：

• 可反复清洗使用；
• 耐高温、耐腐蚀；
• 结构坚固，不易破损。

缺点：

• 过滤效率相对较低；
• 重量较大，安装不便；
• 成本高。

2.4.4 应用实例

北京协和医院在洁净走廊通风系统中试点使用不锈钢金属网初效过滤器，结果表明其在连续使用一年后仍可维持基本过滤功能，且维护成本显著低于传统一次性滤材。

三、不同初效过滤器材料的综合性能对比

为了更直观地比较各类初效过滤器材料的性能，我们将其关键指标汇总如下表：

从上表可以看出：

• 玻璃纤维在过滤效率方面表现最佳，适用于对空气质量要求极高的场所；
• 金属网虽然过滤效率较低，但具备可清洗、长寿命的特点，适合预算充足、维护能力强的机构；
• 无纺布和合成纤维则在性价比方面具有优势，适用于大多数常规医院环境。

四、影响初效过滤器材料选择的因素分析

4.1 空气质量要求等级

不同区域对空气质量的需求不同，例如ICU病房、手术室等洁净度要求高，应优先选用过滤效率高的材料（如玻璃纤维）；而普通病房或候诊区可选用成本较低的无纺布或合成纤维材料。

4.2 系统运行环境

温度、湿度、风速等环境因素也会影响过滤材料的性能。例如：

• 高湿环境：推荐使用耐湿性好的合成纤维或金属网；
• 高温环境：优先考虑玻璃纤维或金属网；
• 多尘环境：建议使用大容尘量的合成纤维或金属网。

4.3 成本与运维管理能力

医院在选择初效过滤器时还需考虑整体运维成本。一次性滤材更换频繁但初期投入低，而可清洗金属网虽然前期投资大，但长期来看更具经济效益。

4.4 环保与可持续性

近年来，环保法规日趋严格，医院在选材时也应关注材料是否可回收、是否含有有害物质。例如，部分合成纤维材料已实现环保认证，符合绿色医院建设标准。

五、国内外相关研究与应用现状

5.1 国内研究进展

中国建筑科学研究院于2020年发布的《医院建筑空气净化技术导则》指出：“初效过滤器应根据使用区域的空气质量需求合理选型，优先选用可清洗、长寿命、低阻力的产品。”[1]

清华大学建筑学院在2021年的一项研究中对比了多种初效过滤器在医院通风系统中的应用效果，发现合成纤维材料在综合性能上优于传统无纺布材料，尤其在压降控制方面表现突出[2]。

5.2 国外研究成果

美国ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师协会）在其2019年发布的《HVAC Systems and Equipment Handbook》中明确指出：“初效过滤器虽不直接决定最终空气质量，但对系统整体效率和运营成本有显著影响。”[3]

欧洲标准化组织EN 779:2012将初效过滤器分为G1-G4四个等级，分别对应不同的过滤效率与应用场景，为全球范围内医院空气处理系统设计提供了统一标准[4]。

六、结论与建议（略）

参考文献

[1] 中国建筑科学研究院. 医院建筑空气净化技术导则[S]. 2020.

[2] 清华大学建筑学院. 医院通风系统中初效过滤器性能对比研究[J]. 建筑热能通风空调, 2021, 40(6): 45-50.

[3] ASHRAE. HVAC Systems and Equipment Handbook[M]. Atlanta: ASHRAE Inc., 2019.

[4] European Committee for Standardization. EN 779:2012 – Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. 2012.

[5] 王晓东, 李伟. 医院空气净化系统中初效过滤器选型探讨[J]. 洁净与空调技术, 2022(3): 32-35.

[6] ISO. ISO 16890-1:2016 – Air filter for general ventilation – Part 1: Technical specifications[S]. Geneva: International Organization for Standardization, 2016.

[7] CDC. Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories (BMBL) 5th Edition[S]. Atlanta: U.S. Department of Health and Human Services, 2009.

[8] 上海市建筑科学研究院. 医疗建筑通风与空调系统设计指南[M]. 上海: 同济大学出版社, 2021.

如需获取文中提到的具体产品参数或厂商信息，可进一步查阅各品牌官网或行业白皮书资料。