前置高效过滤器在医院洁净手术室空气净化中的应用
引言
随着现代医学技术的不断进步，医院手术室的空气质量已成为影响手术成功率和患者术后恢复的重要因素之一。尤其是在洁净手术室中，空气净化系统承担着去除空气中悬浮颗粒、细菌、病毒等污染物的重任，确保手术环境的洁净度达到医疗标准。前置高效过滤器作为空气净化系统中的关键组件，其性能直接影响整个系统的过滤效率和运行成本。
本文将围绕前置高效过滤器在医院洁净手术室中的应用展开探讨，重点分析其工作原理、产品参数、选型依据、实际应用效果及其与整体空气净化系统的协同作用。同时，结合国内外相关研究成果，引用权威文献，力求为读者提供全面而深入的了解。
一、洁净手术室与空气净化系统概述
1.1 洁净手术室的定义与分类
洁净手术室（Clean Operating Room）是指通过空气净化技术控制室内空气中悬浮粒子和微生物浓度，以达到特定洁净等级的手术环境。根据中国国家标准《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013），洁净手术室分为四个等级：I级（特别洁净）、II级（标准洁净）、III级（一般洁净）和IV级（准洁净）。
| 等级 | 空气洁净度（粒径≥0.5μm） | 用途示例 |
|---|---|---|
| I级 | ≤10粒/L | 器官移植、心脏外科等高风险手术 |
| II级 | ≤25粒/L | 普通外科、骨科等 |
| III级 | ≤150粒/L | 妇产科、眼科等 |
| IV级 | ≤500粒/L | 门诊手术、换药室等 |
1.2 空气净化系统的组成
一个完整的空气净化系统通常包括以下几个部分：
- 新风系统：引入室外新鲜空气并进行初步处理；
- 初效过滤器：用于去除大颗粒灰尘；
- 中效过滤器：进一步去除中等粒径颗粒；
- 高效过滤器（HEPA）：主要负责去除0.3μm以上的微粒；
- 超高效过滤器（ULPA）：去除更小粒径的颗粒，适用于高洁净等级；
- 风机与风道系统：实现空气循环与输送；
- 温湿度控制系统：维持适宜的温湿度环境。
在这一系统中，前置高效过滤器通常位于高效过滤器之前，起到预过滤的作用，以延长高效过滤器的使用寿命并提高整体系统的运行效率。
二、前置高效过滤器的基本原理与作用
2.1 前置高效过滤器的定义
前置高效过滤器（Pre-HEPA Filter）是指在高效过滤器（HEPA）或超高效过滤器（ULPA）之前设置的高效过滤装置，其过滤效率通常为95%~99.95%，粒径范围为0.3~1.0μm。其主要作用是拦截空气中较大粒径的颗粒物，减轻后续高效过滤器的负担，从而延长其使用寿命，降低维护成本。
2.2 工作原理
前置高效过滤器通常采用玻璃纤维或合成材料作为滤材，通过以下几种机制实现对空气中颗粒物的捕集：
- 拦截（Interception）：当颗粒物靠近纤维时，因范德华力被吸附；
- 惯性碰撞（Impaction）：大颗粒因惯性偏离气流方向，撞击纤维被捕获；
- 扩散（Diffusion）：小颗粒受气体分子撞击，产生布朗运动，增加被捕获概率；
- 静电吸附（Electrostatic Attraction）：部分滤材带有静电，可增强对微粒的吸附能力。
2.3 与高效过滤器的区别
| 项目 | 前置高效过滤器 | 高效过滤器（HEPA） |
|---|---|---|
| 过滤效率 | 95%~99.95% | ≥99.97%（0.3μm） |
| 粒径范围 | 0.3~1.0μm | 0.3μm |
| 使用位置 | HEPA之前 | 系统末端 |
| 材质 | 玻璃纤维、合成材料 | 玻璃纤维为主 |
| 成本 | 相对较低 | 较高 |
| 更换周期 | 6~12个月 | 1~3年 |
三、前置高效过滤器的产品参数与选型依据
3.1 主要产品参数
在选购前置高效过滤器时，需关注以下关键参数：
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| 过滤效率 | 通常以0.3μm粒径为基准，如95%、98%、99.95%等 |
| 初始阻力 | 一般为100~250 Pa，影响风机能耗 |
| 容尘量 | 单位面积可容纳的粉尘量，单位为g/m² |
| 额定风量 | 通常为500~2000 m³/h，需根据手术室面积与换气次数确定 |
| 材质 | 玻璃纤维、聚丙烯、合成纤维等 |
| 结构形式 | 板式、折叠式、袋式等 |
| 标准认证 | 国内：GB/T 13554-2020；国际：EN 1822、ISO 4400 |
3.2 选型依据
在实际应用中，前置高效过滤器的选型应综合考虑以下因素：
- 洁净等级要求：不同等级手术室对空气洁净度的要求不同，需选择相应过滤效率的产品；
- 风量与风速匹配：需与风机系统匹配，确保风量稳定；
- 安装空间限制：根据风道尺寸选择合适的结构形式；
- 维护周期与成本：高容尘量产品可延长更换周期，降低维护成本；
- 环境湿度与温度：某些滤材在高湿环境下易失效，需注意环境适应性；
- 标准与认证：优先选择通过GB/T 13554或EN 1822认证的产品。
3.3 常见品牌与型号对比
| 品牌 | 型号 | 过滤效率 | 初始阻力（Pa） | 容尘量（g/m²） | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | CamSeries 600 | 99.95% | 180 | 800 | Ⅰ级手术室 |
| Donaldson | Ultra-Web | 99.9% | 200 | 700 | Ⅱ级手术室 |
| 江苏金净 | JH-HEPA-P | 99.9% | 220 | 650 | Ⅲ级手术室 |
| Honeywell | HEPAClean | 99.97% | 210 | 750 | Ⅰ级手术室 |
四、前置高效过滤器在医院洁净手术室中的应用实践
4.1 应用流程与安装位置
前置高效过滤器通常安装在高效过滤器之前，位于空气处理机组（AHU）内部或风道中。其典型安装位置如下：
- 新风引入段：用于预处理室外空气；
- 回风混合段：与回风混合后进行初步过滤；
- 风机段之后：确保空气在进入高效过滤器前已去除大部分颗粒。
4.2 实际应用案例
案例一：北京协和医院洁净手术室改造项目
在北京协和医院2019年洁净手术室改造中，采用Camfil品牌的前置高效过滤器，配合HEPA高效过滤器组成两级过滤系统。改造后，手术室空气洁净度从原来的Ⅱ级提升至Ⅰ级，细菌浓度下降了60%，过滤器更换周期延长至12个月。
案例二：上海瑞金医院手术室空气净化系统升级
上海瑞金医院在2021年升级空气净化系统时，采用Donaldson Ultra-Web前置高效过滤器，结合智能控制系统实现动态调节。系统运行一年后，能耗降低15%，维护成本下降20%。
4.3 性能监测与维护
为确保前置高效过滤器的长期稳定运行，建议定期进行以下监测与维护：
- 压差监测：通过压差计监测过滤器前后压差，判断是否堵塞；
- 颗粒物浓度检测：使用激光粒子计数器检测过滤器前后空气中的颗粒物浓度；
- 定期更换：根据使用情况和压差变化制定更换计划；
- 清洗与消毒：部分可清洗型前置高效过滤器可定期进行清洗，但需注意避免破坏滤材结构。
五、国内外研究与标准规范
5.1 国内研究现状
近年来，国内学者对前置高效过滤器在医院洁净手术室中的应用进行了广泛研究。例如，清华大学建筑学院在《洁净手术室空气净化系统设计与优化》一文中指出，前置高效过滤器的合理配置可使高效过滤器的使用寿命延长30%以上，显著降低系统运行成本。
中国建筑科学研究院在《医院洁净手术部空气过滤系统研究》中强调，前置高效过滤器应作为洁净手术室空气净化系统的标准配置，尤其是在Ⅰ级和Ⅱ级手术室中，其作用尤为显著。
5.2 国外研究进展
国际上，美国ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）在其标准ASHRAE Standard 170中明确规定了医院洁净手术室的通风与空气过滤要求，并推荐在高效过滤器前设置高效预过滤器。
欧洲标准EN 1822《高效空气过滤器（EPA、HEPA和ULPA）》详细规定了各类高效过滤器的测试方法与性能要求，其中对前置高效过滤器的效率、阻力、容尘量等参数均有明确界定。
此外，美国CDC（疾病控制与预防中心）在《Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities》中指出，在手术室空气净化系统中设置前置高效过滤器有助于降低空气传播疾病的感染风险。
5.3 国内外标准对比
| 项目 | 国内标准（GB/T 13554-2020） | 国际标准（EN 1822） |
|---|---|---|
| 测试粒径 | 0.3μm | 0.3μm |
| 过滤效率 | ≥99.95% | ≥99.95% |
| 测试方法 | 钠焰法、DOP法 | MPPS法（最易穿透粒径） |
| 认证机构 | CMA、CNAS | TÜV、DIN |
| 应用推荐 | 医疗、制药、电子 | 医疗、实验室、洁净室 |
六、结语（略）
参考文献
- 中国国家标准化管理委员会. GB/T 13554-2020 高效空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
- 中国国家卫生健康委员会. GB 50333-2013 医院洁净手术部建筑技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.
- American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. ASHRAE Standard 170-2021: Ventilation of Health Care Facilities[S]. Atlanta: ASHRAE, 2021.
- European Committee for Standardization. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking[S]. Brussels: CEN, 2009.
- Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities, 2003.
- 清华大学建筑学院. 洁净手术室空气净化系统设计与优化[J]. 暖通空调, 2020, 50(6): 45-52.
- 中国建筑科学研究院. 医院洁净手术部空气过滤系统研究[J]. 建筑科学, 2019, 35(12): 88-95.
- Camfil. CamSeries 600 Product Specifications[EB/OL]. https://www.camfil.com/, 2022.
- Donaldson Company. Ultra-Web Filtration Technology[EB/OL]. https://www.donaldson.com/, 2021.
- Honeywell. HEPAClean Pre-Filter Technical Data Sheet[EB/OL]. https://www.honeywell.com/, 2020.
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