V型密褶式化学过滤器在医院洁净手术室异味与有害气体控制中的应用
一、引言
随着现代医学技术的不断进步，医院洁净手术室作为外科手术的核心区域，其空气质量直接关系到患者的生命安全和术后恢复效果。根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013）规定，洁净手术室必须维持高度洁净的空气环境，以控制微生物、颗粒物以及有害气体的浓度。然而，近年来临床发现，尽管物理过滤（如高效HEPA过滤器）能有效去除空气中的微粒和微生物，但对挥发性有机化合物（VOCs）、麻醉废气、消毒副产物等化学污染物的去除能力有限，导致手术室内仍存在异味和潜在健康风险。
在此背景下，V型密褶式化学过滤器作为一种高效、紧凑且可定制的化学污染物控制设备，逐渐在医院洁净空调系统中得到广泛应用。其独特的结构设计和多层吸附材料组合，能够有效去除甲醛、苯系物、异氟醚、七氟醚等常见有害气体，显著改善手术室空气质量，提升医护人员和患者的工作与治疗环境。
本文将系统阐述V型密褶式化学过滤器的技术原理、产品参数、在医院洁净手术室中的应用优势，并结合国内外研究进展，分析其在异味与有害气体控制中的实际效果。
二、V型密褶式化学过滤器的技术原理
2.1 结构设计特点
V型密褶式化学过滤器（V-Bank Chemical Filter）因其截面呈“V”字形而得名，其核心结构由多个V型单元并列组成，形成蜂窝状气流通道。该设计显著增加了单位体积内的过滤面积，提高了气流通过效率，同时降低了系统压降。
与传统的平板式或袋式化学过滤器相比，V型结构具有以下优势：
- 高容尘量：密褶设计使吸附材料分布更均匀，延长使用寿命；
- 低风阻：优化气流路径，减少风机能耗；
- 模块化安装：便于在空调机组或风管中集成，节省空间；
- 高吸附效率：适用于高风量、低浓度的持续污染控制场景。
2.2 吸附材料组成
V型密褶式化学过滤器通常采用多层复合吸附介质，针对不同污染物进行定制化配置。常见吸附材料包括：
| 吸附材料 | 主要功能 | 适用污染物 |
|---|---|---|
| 活性炭（颗粒或浸渍型） | 物理吸附与化学反应 | VOCs、甲醛、苯、甲苯、二甲苯 |
| 高锰酸钾浸渍活性炭 | 氧化分解 | 硫化氢、氨气、硫醇类 |
| 分子筛（沸石） | 选择性吸附 | 水蒸气、小分子气体 |
| 氧化铝基材料 | 酸碱中和 | 酸性气体（如HCl、SO₂）、碱性气体（如NH₃） |
部分高端产品还采用催化氧化涂层，在常温下即可催化分解低浓度有机废气，提升长期运行稳定性。
三、产品技术参数与性能指标
以下为典型V型密褶式化学过滤器的技术参数表（以某国产知名品牌为例）：
| 参数项 | 参数值 |
|---|---|
| 外形尺寸（mm） | 592×592×460（标准模块） |
| 迎风面积（m²） | 0.35 |
| 初阻力（Pa）@1.0 m/s | ≤80 |
| 额定风量（m³/h） | 1200–1800 |
| 过滤效率（对甲苯） | ≥95%（初始） |
| 使用寿命 | 6–12个月（视污染负荷） |
| 吸附容量（活性炭） | ≥200 mg/g（对苯） |
| 工作温度范围 | 0–40℃ |
| 相对湿度适应范围 | 30%–80% RH |
| 材质框架 | 镀锌钢板或不锈钢 |
| 密封材料 | 聚氨酯发泡密封条 |
| 标准依据 | GB/T 14295-2019《空气过滤器》 ASHRAE 52.2-2017 |
注：部分进口品牌（如Camfil、Pall Corporation）产品在吸附效率和使用寿命方面表现更优，但成本较高。
四、医院洁净手术室中的空气污染源分析
4.1 常见异味与有害气体来源
根据《中国医院感染控制杂志》2021年的一项调查，洁净手术室中主要的化学污染物包括：
| 污染物类别 | 典型代表 | 来源 |
|---|---|---|
| 麻醉废气 | 异氟醚、七氟醚、地氟醚 | 麻醉机泄漏、患者呼出气 |
| 消毒副产物 | 甲醛、戊二醛、过氧乙酸 | 空间熏蒸、器械消毒 |
| 建筑材料释放物 | 苯、甲苯、TVOC | 装修材料、粘合剂 |
| 人体代谢产物 | 氨、硫化氢、丙酮 | 医护人员与患者呼吸、排泄 |
| 医疗设备挥发物 | 臭氧、氮氧化物 | 激光设备、电刀 |
其中，七氟醚的长期暴露已被国际癌症研究机构（IARC）列为可能致癌物（Group 2B），而甲醛则被明确列为一类致癌物（IARC Group 1）。
4.2 污染物浓度限值标准
| 污染物 | 国家标准（mg/m³） | WHO建议值（mg/m³） | 来源 |
|---|---|---|---|
| 甲醛 | 0.08（GB/T 18883-2002） | 0.05 | 室内空气质量标准 |
| 苯 | 0.11 | 0.01 | —— |
| 氨 | 0.20 | 0.04 | —— |
| 七氟醚 | 无明确限值，建议<2 ppm | <2 ppm | NIOSH REL |
| TVOC | 0.60 | 0.30 | —— |
数据来源：《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）、WHO Indoor Air Quality Guidelines (2010)
五、V型密褶式化学过滤器在手术室中的应用方案
5.1 安装位置与系统集成
V型密褶式化学过滤器通常集成于洁净空调系统的回风段或新风处理段，具体安装位置需根据污染源分布和气流组织设计确定。
| 安装位置 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 回风段 | 可处理循环空气中的麻醉废气和人体代谢物 | 需定期更换，维护频繁 | 高频手术室 |
| 新风段 | 预处理室外污染空气，保护后端HEPA | 对室内源污染控制有限 | 污染严重地区 |
| 混合安装 | 全面控制内外污染源 | 成本较高 | Ⅰ级洁净手术室 |
5.2 实际应用案例
案例一：北京协和医院手术中心改造项目（2022年）
该院在原有洁净空调系统中加装V型密褶式化学过滤器（型号：VC-592，活性炭+高锰酸钾复合介质），监测数据显示：
| 指标 | 改造前 | 改造后 | 下降率 |
|---|---|---|---|
| 甲醛浓度（mg/m³） | 0.12 | 0.03 | 75% |
| TVOC（mg/m³） | 0.85 | 0.21 | 75.3% |
| 七氟醚（ppm） | 3.2 | 0.8 | 75% |
| 异味投诉次数（月） | 6次 | 1次 | 83.3% |
数据来源：北京协和医院《洁净手术室空气质量监测报告》，2023
案例二：上海瑞金医院ICU附属手术室（2023年）
采用进口Camfil V-Bank化学过滤器，结合在线VOCs监测系统，实现动态调控。运行6个月后，活性炭饱和度检测显示平均吸附效率维持在90%以上，未出现突破性泄漏。
六、国内外研究进展与技术对比
6.1 国内研究现状
中国建筑科学研究院（CABR）在《洁净手术室化学污染控制技术导则》（2020）中明确提出，单纯依赖HEPA过滤无法满足化学污染物控制需求，建议在Ⅰ、Ⅱ级洁净手术室中配置化学过滤装置。
清华大学建筑技术科学系张寅平教授团队（2021）通过实验证明，V型密褶式过滤器在风速1.2 m/s条件下，对苯的去除效率可达93.6%，显著优于平板式（78.4%）和袋式（85.1%）。
6.2 国际研究进展
美国ASHRAE Standard 170-2021《Ventilation of Health Care Facilities》明确指出，麻醉气体和其他有害化学物质应通过专用排气系统或高效化学过滤器进行控制。该标准推荐使用“gas-phase filtration”技术，尤其适用于高风险区域。
德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（Fraunhofer IBP）在2019年的一项研究中测试了多种化学过滤器在医院环境中的性能，结果显示：V型密褶式过滤器在长期运行中压降增长缓慢，维护周期比传统设计延长30%以上。
日本东京大学医学部附属医院自2018年起全面采用V型化学过滤系统，术后医护人员头痛、眼刺激等症状发生率下降42%（Journal of Hospital Infection, 2020）。
七、性能影响因素分析
7.1 关键影响因素
| 因素 | 影响机制 | 控制建议 |
|---|---|---|
| 相对湿度 | 高湿降低活性炭吸附能力 | 控制RH在40–60% |
| 气流速度 | 过高风速缩短接触时间 | 建议≤1.5 m/s |
| 污染物浓度 | 高浓度加速吸附饱和 | 定期监测与更换 |
| 温度 | 高温促进脱附 | 避免安装在热源附近 |
| 过滤器厚度 | 厚度过薄影响效率 | 推荐≥460mm |
7.2 寿命预测模型
根据美国环保署（EPA）推荐的吸附动力学模型，过滤器寿命可估算为：
[
t = frac{M cdot C_a}{Q cdot C_i}
]
其中：
- ( t )：使用寿命（小时）
- ( M )：吸附材料质量（kg）
- ( C_a )：吸附容量（mg/g）
- ( Q )：风量（m³/h）
- ( C_i )：入口污染物浓度（mg/m³）
例如：某手术室风量1500 m³/h，入口甲醛浓度0.1 mg/m³，使用含5 kg活性炭（吸附容量200 mg/g）的V型过滤器，则理论寿命为：
[
t = frac{5000 times 200}{1500 times 0.1} = 6666.7 , text{小时} approx 278 , text{天}
]
实际运行中需考虑湿度、多组分竞争吸附等因素，建议按70%折减，即约6–8个月更换。
八、经济性与维护管理
8.1 成本分析（以单台设备计）
| 项目 | 国产设备（元） | 进口设备（元） |
|---|---|---|
| 设备购置费 | 8,000–12,000 | 20,000–30,000 |
| 年更换滤料成本 | 6,000–8,000 | 15,000–20,000 |
| 年维护人工费 | 2,000 | 3,000 |
| 年节能效益（降低风阻） | 约3,000 | 约5,000 |
| 年综合成本 | 13,000–17,000 | 33,000–48,000 |
尽管进口设备初期投入高，但其吸附效率和使用寿命更长，适用于高标准医疗场所。
8.2 维护管理建议
- 建立过滤器更换台账，记录安装日期、运行时间、污染物监测数据；
- 配备便携式VOC检测仪，定期抽检过滤器前后浓度；
- 采用颜色指示剂或电子传感器实现饱和预警；
- 废弃滤料应按医疗废物或危险废物分类处置，避免二次污染。
九、发展趋势与技术展望
随着智慧医院建设的推进，V型密褶式化学过滤器正朝着智能化、模块化、多功能化方向发展：
- 智能监测系统：集成物联网传感器，实时反馈压差、温湿度、VOC浓度，实现预测性维护；
- 再生型过滤器：采用热脱附或微波再生技术，延长活性炭使用寿命，降低运营成本；
- 复合过滤单元：将HEPA与化学过滤集成于一体，减少空调机组占用空间；
- 绿色材料应用：研发生物基活性炭、可降解滤材，提升环保性能。
中国《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出，要推动高端医疗环境控制设备的国产化与智能化升级，为V型化学过滤器的发展提供了政策支持。
参考文献
- 中华人民共和国住房和城乡建设部. 《医院洁净手术部建筑技术规范》GB 50333-2013. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.
- 国家卫生健康委员会. 《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002. 北京: 中国标准出版社, 2002.
- ASHRAE. Ventilation of Health Care Facilities, ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 170-2021. Atlanta: ASHRAE, 2021.
- World Health Organization. WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Selected Pollutants. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2010.
- 张寅平等. 医院环境中挥发性有机物的控制技术研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(3): 1–8.
- 中国建筑科学研究院. 《洁净手术室化学污染控制技术导则》. 北京: CABR, 2020.
- National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Recommended Exposure Limits (RELs). CDC, 2023.
- Fraunhofer IBP. Performance Evaluation of Gas-Phase Air Filters in Hospital Applications. Report No. FRAU-2019-045, 2019.
- Tokyo University Hospital. Reduction of Anesthetic Gas Exposure in Operating Rooms Using V-Bank Filters. Journal of Hospital Infection, 2020, 105(2): 145–152.
- Camfil. Technical Data Sheet: V-Bank Molecular Filters. Camfil Farr, 2022.
- Pall Corporation. Chemical Filtration Solutions for Healthcare Environments. Technical White Paper, 2021.
- 百度百科. “空气过滤器”词条. https://baike.baidu.com/item/空气过滤器, 2023年10月更新.
- 环境保护部. 《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》HJ 2026-2013. 北京: 中国环境科学出版社, 2013.
（全文约3,680字）
