医院HVAC系统中回风过滤器的节能优化方案

引言

医院作为高能耗建筑之一，其暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC）系统的运行效率直接影响到整体能源消耗和空气质量。在HVAC系统中，空气处理设备中的回风过滤器是关键组成部分，不仅承担着空气净化功能，还对系统能耗产生显著影响。随着国家节能减排政策的推进以及绿色医院建设理念的普及，如何在保障空气质量的前提下实现节能降耗成为医院设施管理的重要课题。

本文将围绕医院HVAC系统中回风过滤器的节能优化展开讨论，分析不同类型的过滤器性能参数、能耗表现及其对空气质量的影响，并结合国内外研究成果提出切实可行的节能优化策略。通过本研究，旨在为医院提供科学合理的空气过滤系统优化建议，以实现高效节能与健康环境的双重目标。

一、医院HVAC系统概述

1.1 系统构成与功能

医院HVAC系统主要由以下几个部分组成：

• 新风机组：引入室外新鲜空气。
• 回风机组：回收室内空气，减少冷热负荷。
• 风机盘管：调节房间温度。
• 空气过滤装置：包括初效、中效、高效过滤器等。
• 控制系统：自动化调节温湿度及空气质量。

其中，回风系统在整体能耗中占比较大。据统计，医院空调系统约占总能耗的40%~60%，而回风系统又是其中的主要耗能环节之一（王志刚等，2020）。

1.2 回风系统的作用与挑战

回风系统通过将室内空气循环送入空调机组进行再处理，可有效降低冷热负荷，提高能源利用率。然而，长期运行过程中，空气中的尘埃、细菌、病毒等污染物会沉积在过滤器上，导致：

• 过滤阻力增加，风机能耗上升；
• 空气流通不畅，影响换气效率；
• 细菌滋生风险增加，威胁患者健康。

因此，合理选择和维护回风过滤器对于节能与健康均具有重要意义。

二、回风过滤器类型与性能参数对比

2.1 常见回风过滤器类型

根据过滤效率的不同，回风过滤器可分为以下几类：

资料来源：ASHRAE Handbook (2019),《GB/T 14295-2019 空气过滤器》

2.2 性能指标解析

（1）初始压降（Initial Pressure Drop）

初始压降是衡量过滤器阻力大小的重要参数，直接影响风机功率需求。压降越大，风机能耗越高。

（2）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粉尘总量。该值越高，更换周期越长，维护成本越低。

（3）过滤效率（Efficiency）

过滤效率决定了空气中颗粒物的去除能力。对于医院而言，特别是手术室、ICU病房等区域，要求高效过滤器（HEPA）去除率达99.97%以上。

（4）使用寿命（Life Span）

使用寿命受材质、环境条件、空气质量等多种因素影响。一般而言，高效过滤器因结构复杂、材料精细，寿命较长。

三、回风过滤器对能耗的影响机制

3.1 压力损失与风机能耗关系

风机功率与系统压降呈正相关关系。当过滤器压降升高时，风机需提供更大的动力以维持空气流量，从而导致能耗上升。研究表明，当过滤器压降从100 Pa升至200 Pa时，风机能耗可增加约20%（ASHRAE, 2019）。

3.2 更换频率与运维成本

频繁更换过滤器不仅增加材料成本，也带来人工维护负担。例如，某三级甲等医院每年用于更换过滤器的成本可达数十万元。因此，选择合适寿命与效率平衡的过滤器至关重要。

3.3 空气质量与能耗权衡

高效率过滤器虽能提升空气质量，但其压降较高，可能带来更高的能耗。因此，在实际应用中应根据区域洁净度要求，合理配置过滤等级。

四、节能优化策略分析

4.1 合理选择过滤器等级与组合

医院各区域对空气质量的要求不同，应采用分级过滤策略：

资料来源：《医院空气净化管理规范》（WS/T 368-2012）

4.2 动态控制与智能监测系统

引入智能监控系统，实时监测过滤器压降变化，并根据压降数据自动提示更换时间，避免过早或过晚更换，实现精准运维。例如，美国某医院安装了基于BAS（楼宇自控系统）的过滤器状态监测模块后，年节能达12%（ASHRAE Journal, 2020）。

4.3 采用新型节能过滤材料

近年来，纳米纤维、静电增强等新型过滤材料逐步应用于医疗领域。相比传统玻璃纤维高效过滤器，纳米纤维过滤器具有更低的压降与更高的容尘量。例如，某实验数据显示，相同效率下，纳米纤维滤材压降降低约30%（李明等，2021）。

4.4 定期清洗与维护策略

定期对初效与中效过滤器进行清洗，可延长其使用寿命并保持较低压降。清洗频率建议如下：

资料来源：中国空气净化协会（2021）

五、案例分析

5.1 某三甲医院节能改造实例

项目背景：某省立医院HVAC系统原使用G4+H13组合过滤器，年运行电费高达480万元。

改造措施：

• 将初效升级为F5级静电增强型过滤器；
• 引入智能压差监测系统；
• 对回风管道进行局部优化，减少弯头数量；
• 采用纳米纤维高效滤材替代传统玻纤滤材。

节能效果：

• 年电耗下降18.5%；
• 过滤器更换周期延长40%；
• 空气中PM2.5浓度下降32%；
• 投资回报周期约2.3年。

资料来源：《暖通空调》期刊，2022年第5期

六、国内外研究进展综述

6.1 国内研究现状

国内学者在医院HVAC节能方面已有较多研究。如：

• 李伟等（2020）通过对北京某医院HVAC系统的实测分析，指出回风过滤器压降每增加10 Pa，风机功耗上升约3.2%；
• 刘洋等（2021）提出了“动态压差补偿”控制策略，可在保证空气品质前提下降低能耗10%~15%；
• 王磊等（2022）开发了一种基于AI算法的过滤器寿命预测模型，准确率达到92%。

6.2 国外研究进展

国外在医院通风系统节能方面的研究起步较早，代表性成果包括：

• ASHRAE Standard 170（2021）明确要求医院各区域的最小通风换气次数与过滤等级；
• 美国CDC发布的《Healthcare Ventilation Guidelines》强调高效过滤在控制医院感染中的作用；
• 德国Fraunhofer研究所开发的“EnergySmart Filter”系统，通过智能调节风速与过滤效率实现节能15%以上。

七、结论与展望

通过合理选择过滤器等级、引入智能监测系统、采用新型节能材料等方式，医院可以在保障空气质量的同时显著降低HVAC系统的运行能耗。未来，随着人工智能、物联网等技术的发展，医院HVAC系统的智能化程度将进一步提高，节能潜力也将被进一步挖掘。

参考文献

1. ASHRAE. (2019). ASHRAE Handbook – HVAC Applications. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
2. ASHRAE. (2020). Filter Monitoring Saves Energy in Hospital HVAC Systems. ASHRAE Journal, 62(4), 45–50.
3. 李明, 张强, 王芳. (2021). 新型纳米纤维高效空气过滤材料性能研究. 暖通空调, 51(6), 88–93.
4. 王志刚, 刘慧, 陈亮. (2020). 医院HVAC系统能耗分析与节能对策. 建筑节能, 48(3), 112–116.
5. 李伟, 赵鹏飞, 周涛. (2020). 医院HVAC系统压降与能耗关系研究. 暖通空调, 50(10), 78–82.
6. 刘洋, 黄晓东, 朱莉. (2021). 动态压差补偿控制在医院通风系统中的应用. 建筑科学, 37(5), 66–71.
7. 王磊, 陈曦, 郑浩. (2022). 基于AI的医院过滤器寿命预测模型研究. 计算机应用研究, 39(2), 512–516.
8. 中国空气净化协会. (2021). 医院空气过滤器使用与维护指南.
9. CDC. (2021). Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities. Centers for Disease Control and Prevention.
10. Fraunhofer Institute. (2022). EnergySmart Filter System for Hospitals. Retrieved from https://www.fraunhofer.de
11. GB/T 14295-2019. 空气过滤器国家标准.
12. WS/T 368-2012. 医院空气净化管理规范.

注：本文内容依据公开学术资料与行业标准整理撰写，如有引用不当之处，敬请谅解并联系更正。