抗菌防霉空气过滤器在高校人员密集场所的应用实践
引言
随着城市化进程的加快与人口密度的持续上升，高校作为典型的人员高度密集型公共场所，其室内空气质量问题日益受到关注。教室、图书馆、实验室、宿舍及食堂等区域长期处于高人流、通风不畅的状态，极易成为细菌、病毒、霉菌等微生物滋生和传播的温床。近年来，呼吸道传染病（如流感、结核病、新冠肺炎）在校园内的暴发频发，凸显了改善室内空气质量的重要性。
在此背景下，抗菌防霉空气过滤器作为一种集物理过滤与生物防护于一体的新型空气净化设备，逐渐在高校环境中得到推广与应用。该类过滤器不仅具备传统高效颗粒物捕获能力，更通过添加抗菌涂层、银离子、光催化材料或纳米复合技术，有效抑制微生物在滤材表面的繁殖，从而降低交叉感染风险。本文将系统探讨抗菌防霉空气过滤器的技术原理、核心参数、国内外研究进展及其在高校典型场景中的实际应用效果，并结合具体案例进行分析。
一、抗菌防霉空气过滤器的技术原理
1.1 基本结构与工作机理
抗菌防霉空气过滤器通常由多层复合滤材构成，主要包括预过滤层、HEPA主过滤层及功能性抗菌层。其工作流程如下：
- 初效过滤：拦截大颗粒粉尘、毛发、纤维等；
- 中效/高效过滤（如HEPA H13级）：去除0.3μm以上微粒，包括PM2.5、花粉、细菌载体等；
- 抗菌防霉功能层：采用负载银离子（Ag⁺）、铜离子（Cu²⁺）、二氧化钛（TiO₂）光催化剂、季铵盐类化合物或纳米锌氧化物等材料，破坏微生物细胞壁或干扰其代谢过程，实现抑菌杀菌作用。
根据《空气净化器》（GB/T 18801-2022）国家标准，抗菌型空气净化设备应满足对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见致病菌的杀灭率≥90%的要求。
1.2 主要抗菌技术路线对比
| 技术类型 | 代表材料 | 作用机制 | 持久性 | 安全性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|---|
| 银离子技术 | Ag⁺、纳米银 | 破坏蛋白质结构，抑制DNA复制 | 高（>5000小时） | 高（无挥发性） | 中等偏高 |
| 光催化氧化（PCO） | TiO₂ + UV光 | 产生活性氧自由基，分解有机物 | 依赖光照条件 | 需控制臭氧释放 | 较高 |
| 季铵盐类 | 十二烷基二甲基苄基氯化铵 | 正电荷吸附负电微生物膜 | 中等（易流失） | 良好 | 低 |
| 铜离子涂层 | Cu²⁺ | 干扰酶活性，导致细胞死亡 | 高 | 可能产生金属气味 | 中等 |
| 纳米ZnO | 氧化锌纳米颗粒 | ROS生成，破坏细胞膜 | 高 | 需防止吸入纳米颗粒 | 中等 |
数据来源：中国环境科学研究院，《室内空气净化材料性能评价指南》（2021）
研究表明，银离子与TiO₂复合涂层在潮湿环境下仍能保持良好抗菌性能，尤其适用于南方高校高湿度环境（Zhang et al., 2020）。而单一季铵盐类产品虽成本低廉，但在高湿条件下易发生溶出，影响长期稳定性（Wang & Li, 2019）。
二、产品关键参数与性能指标
为确保抗菌防霉空气过滤器在高校复杂环境下的适用性，需综合评估其物理性能、净化效率及生物安全性。以下是主流产品的典型技术参数：
表1：典型抗菌防霉空气过滤器技术参数表
| 参数项 | 参数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 过滤等级 | HEPA H13 | 对0.3μm颗粒物过滤效率≥99.97% |
| 初始风阻 | ≤180 Pa | 保证空调系统正常运行 |
| 额定风量 | 800–1200 m³/h | 适用于200㎡以内空间 |
| 抗菌率（24h） | ≥95%（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌） | 按照ISO 22196:2019测试 |
| 防霉等级 | 0级（无生长） | 按GB/T 1741-2007霉菌试验标准 |
| 使用寿命 | 12–24个月 | 视环境洁净度而定 |
| 材质 | 玻璃纤维+聚丙烯基材+Ag/TiO₂涂层 | 耐高温、耐湿 |
| 适用温度范围 | -10℃ ~ 60℃ | 满足四季运行需求 |
| 是否可清洗 | 不可水洗（部分可真空除尘） | 维护简便性考量 |
参考型号：Honeywell AFC110、Philips AC3256、远大JY200、格力KJ700G-A01
值得注意的是，美国ASHRAE Standard 52.2-2017明确指出，在教育建筑中推荐使用MERV 13及以上等级的过滤器以有效减少空气中携带病原体的飞沫核（ASHRAE, 2017）。相比之下，我国多数高校中央空调系统仍普遍采用G4-F7级别初效至中效过滤器，难以满足当前防疫需求。
三、高校人员密集场所的空气污染特征
3.1 主要污染物类型
高校内部空气污染具有来源多样、浓度波动大、微生物负荷高等特点。主要污染物包括：
- 生物性污染物：细菌（如链球菌、葡萄球菌）、病毒（流感病毒、鼻病毒）、真菌孢子（曲霉、青霉）、尘螨及其排泄物；
- 颗粒物：PM₁₀、PM₂.₅，来源于室外渗透、粉笔灰、打印粉尘等；
- 气态污染物：CO₂（来自人体呼吸）、甲醛（家具释放）、TVOC（清洁剂挥发）、臭氧（复印机排放）；
- 异味与湿度问题：食堂油烟、卫生间异味、图书馆书籍霉变气味等。
据清华大学建筑节能研究中心2022年对北京10所高校的监测数据显示，普通教室在上课期间CO₂浓度常超过1500 ppm，部分老旧教学楼PM₂.₅日均值达75 μg/m³，超出WHO建议限值（25 μg/m³）近两倍（Liu et al., 2022）。
3.2 微生物污染风险分析
高校是呼吸道疾病传播的高风险区。一项针对南京某综合性大学的研究发现，图书馆阅览室空气中检出活菌总数平均为1250 CFU/m³，显著高于办公区（680 CFU/m³），且优势菌种为表皮葡萄球菌与枯草芽孢杆菌（Chen et al., 2021）。另一项广州高校宿舍调查显示，约37%的样本存在霉菌超标现象，尤以梅雨季节为甚（Zhou & Huang, 2020）。
这些数据表明，传统通风手段已不足以应对复杂的室内空气质量挑战，亟需引入具备主动杀菌能力的先进过滤技术。
四、国内外研究进展与政策支持
4.1 国际研究动态
美国环保署（EPA）在其《Indoor Air Quality Tools for Schools》项目中明确提出，升级HVAC系统中的空气过滤器是改善校园空气质量的关键措施之一。哈佛大学公共卫生学院Taktikos团队（2021）通过对马萨诸塞州32所学校实施MERV 14过滤器改造后发现，学生因呼吸道疾病缺勤率下降23%，认知测试成绩提升11%。
欧洲方面，德国DIN EN 13779标准将学校建筑划分为“高卫生要求”类别，建议使用F7-F9级过滤器并配合紫外线消毒模块。芬兰国家技术研究中心（VTT）开发的“SmartFilter”系统集成实时微生物传感器与自适应过滤算法，已在赫尔辛基多所中小学试点应用（Salonen et al., 2023）。
4.2 国内科研与政策推动
我国《“健康中国2030”规划纲要》明确提出要加强公共场所空气质量监管。教育部于2021年发布《关于进一步加强学校传染病防控工作的通知》，强调“改善教室通风条件，鼓励安装具备消毒杀菌功能的空气净化装置”。
在科研层面，北京大学环境科学与工程学院联合中科院过程工程研究所研发出基于石墨烯-银复合材料的抗菌滤网，在模拟高校环境实验中对H1N1病毒的灭活率达98.6%（Li et al., 2023）。同济大学团队则提出“分级过滤+定向杀菌”策略，即在送风口设置HEPA+UV-C组合模块，实测细菌总数削减率达94.3%（Xu et al., 2022）。
此外，深圳市已于2023年起在全市公立中小学强制推行“空气净化设备配备计划”，要求每间教室至少配置一台CADR值≥300 m³/h、具备抗菌认证的空气净化器，财政补贴比例达70%。
五、高校应用场景实践案例分析
5.1 应用场景分类与选型建议
| 场所类型 | 面积（㎡） | 人流量（人/天） | 推荐过滤方案 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 教学楼普通教室 | 60–80 | 150–300 | 分体式净化器（HEPA H13+活性炭+UV） | 可移动，便于维护 |
| 图书馆阅览室 | 200–500 | 500–1000 | 中央空调加装抗菌袋式过滤器（F9-H13） | 需定期更换 |
| 实验室（生物类） | 50–100 | 20–50 | 局部排风+高效过滤+负压控制 | 防止气溶胶外泄 |
| 学生宿舍 | 20–30（单间） | 4–6 | 小型桌面净化器（带香薰除味功能） | 个人化管理 |
| 食堂就餐区 | 300–600 | 1000–2000 | 排烟系统集成静电+抗菌滤网 | 控制油烟与异味 |
5.2 实践案例：华东师范大学闵行校区教学楼改造项目
项目背景
华东师范大学闵行校区共有教学楼6栋，日均授课师生逾2万人次。原有中央空调系统配备G4+F7级过滤器，无法有效拦截细颗粒物与微生物。2022年冬季爆发流感疫情，多个班级出现聚集性病例。
改造措施
- 更换全部回风段过滤器为Camfil FS40C型抗菌袋式过滤器（F9等级，银离子涂层）；
- 在重点教室加装Blueair Classic 680B分体式净化器（CADR 550 m³/h，HEPA Silent™技术）；
- 建立空气质量在线监测平台，实时显示PM₂.₅、CO₂、温湿度及TVOC数值。
实施效果（监测周期：2022.11–2023.01）
| 指标 | 改造前均值 | 改造后均值 | 下降幅度 |
|---|---|---|---|
| PM₂.₅（μg/m³） | 68.5 | 22.3 | 67.4% |
| CO₂（ppm） | 1420 | 980 | 31.0% |
| 空气中细菌总数（CFU/m³） | 1120 | 305 | 72.8% |
| 流感样症状报告数（周均） | 47例 | 18例 | 61.7% |
数据来源：华东师大校医院与后勤保障处联合报告（2023）
该项目证明，通过系统性升级过滤设备，可在短期内显著改善教学环境空气质量，并有效降低传染病传播风险。
六、经济性与可持续发展分析
6.1 成本效益比较
以一栋拥有30间教室的教学楼为例，估算不同净化方案的投入与收益：
| 方案 | 初期投资（万元） | 年运维成本（万元） | 预期寿命 | 健康效益（年减少病假人次） |
|---|---|---|---|---|
| 仅自然通风 | 0 | 0.5（清洁） | —— | 基准 |
| 加装普通HEPA过滤器 | 18 | 6.5（更换+电费） | 5年 | 120 |
| 抗菌防霉过滤系统 | 28 | 8.2 | 6年 | 210 |
| 全新风+热回收系统 | 120 | 15.0 | 10年 | 300 |
尽管抗菌防霉过滤系统的初始投资较高，但其在降低医疗支出、提高出勤率和学习效率方面的长期回报显著。据复旦大学公共卫生学院测算，每投入1元用于改善教室空气质量，可带来约4.3元的社会经济效益（Hu et al., 2022）。
6.2 绿色低碳发展方向
新型抗菌过滤材料正朝着可再生、低能耗方向演进。例如，浙江大学研发的生物基纤维素-壳聚糖复合滤材，兼具可降解性与广谱抗菌性；青岛科技大学则探索利用废旧口罩再生聚丙烯制造过滤介质，实现资源循环利用（Ma et al., 2023）。
同时，智能控制系统的发展使得过滤器可根据空气质量自动调节运行功率，减少能源浪费。北京建筑大学开发的AIoT智慧校园平台已实现对数百台净化设备的远程监控与故障预警，大幅提升了管理效率。
参考文献
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- Zhang, L., Feng, C., et al. (2020). Synergistic antibacterial effect of Ag-TiO₂ composite coatings on HVAC filters. Applied Surface Science, 507, 145102.
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- 百度百科. 抗菌材料. https://baike.baidu.com/item/抗菌材料
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- GB/T 18801-2022. 《空气净化器》国家标准.
- GB/T 1741-2007. 《漆膜耐霉菌测定法》.
- 中国环境科学研究院. (2021). 《室内空气净化材料性能评价指南》. 北京: 中国环境出版社.
（全文约3800字）
