中效过滤器在医院中央空调系统节能运行中的影响

引言

随着我国医疗事业的快速发展，医院建筑的数量和规模不断扩大，对能源的需求也日益增长。中央空调系统作为医院建筑中能耗最大的设备之一，其运行效率直接影响到医院的整体运营成本及环境质量。在这一背景下，如何实现中央空调系统的高效、节能运行成为当前研究的重点方向之一。

在中央空调系统中，空气过滤器是保障空气质量、提高设备效率的重要组成部分。其中，中效过滤器（Medium Efficiency Air Filter）因其在颗粒物过滤效率与压降之间的良好平衡，被广泛应用于医院等对空气质量要求较高的场所。近年来，越来越多的研究表明，合理选择并优化中效过滤器的配置，不仅可以有效改善室内空气质量，还能显著降低空调系统的能耗，从而实现节能减排的目标。

本文将围绕中效过滤器的基本原理、性能参数及其在医院中央空调系统中的应用展开讨论，重点分析其在节能运行方面的作用机制，并通过国内外相关研究成果支持论述，力求为医院暖通空调系统的节能设计与运行提供理论依据和实践指导。

一、中效过滤器的基本概念与分类

1.1 定义与作用

根据《GB/T 14295-2008 空气过滤器》国家标准，中效过滤器是指对粒径大于或等于1.0μm的颗粒物具有较高过滤效率的一类空气过滤器，其初始阻力一般在30~100 Pa之间，过滤效率范围通常在30%~70%之间。中效过滤器主要安装于中央空调系统的中级过滤段，用于拦截细小颗粒物，保护末端高效过滤器，延长其使用寿命，同时减轻风机负荷，提升整体系统效率。

1.2 分类与结构形式

按照结构形式，中效过滤器可分为以下几类：

从材料角度来看，中效过滤器常用的滤材包括玻璃纤维、聚酯纤维、无纺布等，不同材料在过滤效率、压降特性、耐湿性等方面各有优劣。

二、中效过滤器的技术参数与性能指标

为了评估中效过滤器在中央空调系统中的实际表现，需关注以下几个关键技术参数：

2.1 过滤效率（Efficiency）

过滤效率是衡量过滤器去除空气中颗粒物能力的核心指标。对于中效过滤器而言，其对1.0μm以上颗粒的过滤效率应达到30%~70%，具体数值取决于滤材种类和结构设计。

2.2 初始阻力（Initial Resistance）

初始阻力即过滤器在清洁状态下的空气流动阻力，通常控制在30~100 Pa范围内。较低的初始阻力有助于降低风机功耗，从而实现节能目的。

2.3 容尘量（Dust Holding Capacity）

容尘量表示过滤器在达到终阻力前可容纳的灰尘总量，单位为g/m²。容尘量越高，更换周期越长，维护成本越低。

2.4 终阻力（Final Resistance）

当过滤器积尘过多导致压差升高至设定值时，称为“终阻力”，一般为初始阻力的2~3倍。超过终阻力后应及时更换，以避免系统能耗上升。

下表为常见中效过滤器的性能参数对比：

三、中效过滤器在医院中央空调系统中的应用现状

医院作为一个特殊的公共建筑类型，其空调系统不仅要满足基本的温度湿度调节功能，还必须具备良好的空气净化能力，以防止交叉感染、保障患者和医护人员的健康。因此，医院中央空调系统普遍采用多级过滤方式，包括初效、中效和高效三级过滤。

3.1 系统结构概述

典型的医院中央空调系统结构如下图所示（示意）：

新风入口 → 初效过滤 → 中效过滤 → 表冷器/加热器 → 加湿器 → 风机段 → 高效过滤 → 送风口

中效过滤器位于初效与高效之间，起到承上启下的作用：一方面拦截初效未能完全捕获的细小颗粒，另一方面减少高效过滤器的负担，延长其使用寿命。

3.2 典型应用场景

• 手术室净化系统：对空气质量要求极高，中效过滤器可有效减少进入高效过滤段的污染物。
• ICU病房通风系统：保障重症患者的呼吸安全，降低细菌传播风险。
• 药房与制剂室：保持药品储存环境的洁净度，防止污染。

四、中效过滤器对医院中央空调系统节能运行的影响机制

4.1 降低风机能耗

风机是中央空调系统中耗电量最大的部件之一。研究表明，空气阻力每增加10 Pa，风机功率将上升约5%~8%（ASHRAE, 2017）。中效过滤器若选用不当，会导致系统阻力过大，进而增加风机负荷，造成不必要的能源浪费。

通过选用低阻力高效率的中效过滤器，可以有效降低系统总阻力，从而减少风机运行功率，实现节能目标。例如，某医院改造项目中将原有板式中效更换为新型折叠式中效过滤器，系统总阻力下降了18%，年节电达12万kWh（李等，2020）。

4.2 延长高效过滤器寿命

高效过滤器价格昂贵，且更换频率高会显著增加运维成本。中效过滤器作为前置保护装置，能够有效拦截较大颗粒，防止高效过滤器过早堵塞。据《中国暖通空调》期刊报道，合理配置中效过滤器可使高效过滤器的使用寿命延长30%以上（王等，2021）。

4.3 提高热交换效率

空气中的悬浮颗粒容易附着在表冷器和加热器表面，形成热阻层，降低换热效率。中效过滤器能有效减少这类颗粒进入换热器区域，从而维持较高的热交换效率，间接提升系统能效比（EER）。

4.4 减少系统维护频率

高效的中效过滤器具有更高的容尘量，意味着更长的更换周期，减少了人工维护次数，降低了管理成本。此外，系统运行更加稳定，故障率下降，进一步提升了整体运行效率。

五、国内外相关研究综述

5.1 国内研究进展

国内学者近年来对中效过滤器在医院空调系统中的节能作用进行了大量研究。例如：

• 刘晓东等（2018） 在《洁净与空调技术》中指出，使用新型纳米纤维复合滤材的中效过滤器，在相同风速条件下，其过滤效率提高了15%，而压降仅增加5%，显示出良好的节能潜力。
• 张明等（2020） 对某三甲医院空调系统进行节能改造，结果表明，更换中效过滤器后，全年空调系统综合能耗下降了11.6%，投资回收期仅为1.8年。

5.2 国外研究进展

国际上对空气过滤器与节能关系的研究更为深入。美国ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）在其标准手册中明确指出，合理的空气过滤策略可使HVAC系统能耗降低10%~20%（ASHRAE Handbook, 2019）。

• Niu et al. (2016) 在一项针对医院通风系统的实验中发现，采用高性能中效过滤器后，风机能耗降低了14%，同时PM2.5浓度下降了25%。
• Kumar et al. (2021) 研究了印度某医院空调系统中不同等级过滤器组合的节能效果，结果显示，中效+高效组合方案比单纯高效过滤方案节能率达18%，且维护成本更低。

六、案例分析：中效过滤器在医院中央空调系统中的实际应用

6.1 案例背景

某省级三甲医院建筑面积为12万平方米，中央空调系统服务于门诊楼、住院部、手术中心等多个区域。原系统采用板式中效过滤器，运行过程中出现风机能耗高、高效过滤器频繁更换等问题。

6.2 改造措施

该医院在2021年对空调系统进行节能改造，主要内容包括：

• 更换为新型折叠式中效过滤器；
• 优化空气流通路径，降低局部阻力；
• 增设压差监测装置，实时监控过滤器状态。

6.3 效果评估

改造后一年内的运行数据显示：

上述数据表明，中效过滤器的优化配置不仅有效降低了能耗，还提升了空气质量和设备运行稳定性。

七、选型建议与节能策略

7.1 选型原则

• 匹配系统风量：根据空调机组的设计风量选择合适的中效过滤器规格；
• 兼顾效率与阻力：优先选用高效低阻产品，避免盲目追求高效率而忽视压降；
• 考虑环境因素：如湿度、温度、腐蚀性气体等，选择相应材质的过滤器；
• 定期更换与维护：建立过滤器更换台账，结合压差报警系统及时更换。

7.2 节能优化策略

• 动态控制风机转速：根据过滤器压差变化调整风机频率，实现按需供风；
• 智能监控系统集成：引入物联网技术，实时监测过滤器状态，预警更换时间；
• 组合使用多种过滤器：构建“初效+中效+高效”三级过滤体系，提升整体能效；
• 定期清洗与检查：防止滤材堵塞、漏风等问题影响系统效率。

八、结语（略）

参考文献

1. ASHRAE. (2017). ASHRAE Handbook—HVAC Applications. Atlanta: ASHRAE.
2. Niu, J., et al. (2016). "Energy saving potential of air filtration in hospital HVAC systems." Building and Environment, 106, 134–142.
3. Kumar, R., et al. (2021). "Optimization of air filtration for energy efficiency in healthcare facilities." Energy and Buildings, 245, 110987.
4. 李华, 王强. (2020). "医院中央空调系统节能改造实例分析." 制冷与空调工程, (4), 56-60.
5. 王磊, 刘芳. (2021). "中效过滤器在医院通风系统中的应用研究." 中国暖通空调, (6), 34-38.
6. 刘晓东, 张敏. (2018). "新型中效过滤器在医院洁净系统中的节能应用." 洁净与空调技术, (2), 45-49.
7. GB/T 14295-2008. 《空气过滤器》. 北京: 中国标准出版社.

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