医院手术室空气净化：W型组合式高效过滤器的HEPA等级选型指南
引言
随着现代医疗技术的发展，医院对空气质量的要求日益提高，尤其是在洁净度要求极高的手术室环境中。空气净化系统作为保障手术安全、降低术后感染风险的重要组成部分，其核心部件——高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air, HEPA）的性能和选型至关重要。其中，W型组合式高效过滤器因其独特的结构设计、高容尘量、低阻力与长使用寿命，被广泛应用于三级甲等医院、生物安全实验室及洁净手术室中。
本文将围绕W型组合式高效过滤器在医院手术室中的应用，系统阐述其工作原理、产品参数、HEPA等级划分标准，并结合国内外权威文献，提供科学合理的选型依据，旨在为医院洁净工程的设计、施工与运维提供专业参考。
一、W型组合式高效过滤器概述
1.1 定义与结构特点
W型组合式高效过滤器是一种采用多折波浪形滤芯结构的高效空气过滤装置，其滤纸呈“W”形排列，显著增加了单位体积内的有效过滤面积。该结构由多个独立的过滤单元拼接而成，通常采用铝合金框架或镀锌钢板边框封装，内部填充超细玻璃纤维滤料，具备良好的机械强度和气密性。
相较于传统的平板式或V型过滤器，W型结构具有以下优势：
- 更大的比表面积：提升颗粒物捕集效率；
- 更低的初阻力：减少风机能耗，延长设备寿命；
- 更高的容尘能力：延长更换周期，降低维护成本；
- 模块化设计：便于安装与后期维护。
1.2 工作原理
W型组合式高效过滤器主要通过以下四种机制实现对空气中微粒的捕集：
| 捕集机制 | 原理说明 |
|---|---|
| 惯性撞击（Inertial Impaction） | 大颗粒因惯性偏离气流方向，撞击滤材被捕获 |
| 拦截效应（Interception） | 中等粒径颗粒随气流运动时接触纤维表面而被吸附 |
| 扩散作用（Diffusion） | 小于0.1μm的微粒因布朗运动增加与纤维碰撞概率 |
| 静电吸引（Electrostatic Attraction） | 滤材带静电，增强对亚微米级颗粒的吸附力 |
上述机理共同作用，使HEPA过滤器在0.3μm粒径下仍能达到99.97%以上的过滤效率。
二、HEPA过滤器等级标准体系
2.1 国际标准：EN 1822与IEST-RP-CC001
欧洲标准 EN 1822:2019《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》 是目前全球最权威的高效过滤器分级标准之一。该标准根据过滤器在最易穿透粒径（Most Penetrating Particle Size, MPPS）下的过滤效率进行分类。
| 等级 | MPPS范围 (μm) | 过滤效率 (%) | 对应应用场景 |
|---|---|---|---|
| H10 | ~0.3–0.5 | ≥85 | 普通洁净区预过滤 |
| H11 | ~0.3–0.5 | ≥95 | 中效洁净环境 |
| H12 | ~0.3–0.5 | ≥99.5 | 准洁净手术室 |
| H13 | ~0.3–0.5 | ≥99.95 | 洁净手术室主过滤 |
| H14 | ~0.3–0.5 | ≥99.995 | 高级别洁净室、ICU |
| U15 | ~0.1–0.2 | ≥99.999 | 生物安全实验室 |
| U16 | ~0.1–0.2 | ≥99.9995 | 半导体制造、制药无菌车间 |
| U17 | ~0.1–0.2 | ≥99.9999 | 极高洁净需求场所 |
来源：CEN/TC 195, EN 1822:2019 High efficiency air filters, European Committee for Standardization.
美国国际洁净室学会（IEST）发布的 IEST-RP-CC001.5 同样定义了HEPA过滤器性能测试方法，强调MPPS测试的重要性，推荐使用钠焰法或DOP（邻苯二甲酸二辛酯）气溶胶发生器进行挑战测试。
2.2 中国国家标准：GB/T 13554-2020
我国现行国家标准《GB/T 13554-2020 高效空气过滤器》于2020年发布，取代旧版GB/T 13554-2008，全面接轨国际标准。新标准引入MPPS概念，并明确划分HEPA等级如下：
| 中国标准等级 | 对应EN 1822等级 | 额定风量下效率（≥） | 测试方法 |
|---|---|---|---|
| A类 | H10 | 85% @ MPPS | 钠焰法或计数法 |
| B类 | H11 | 95% @ MPPS | 同上 |
| C类 | H12 | 99.5% @ MPPS | 同上 |
| D类 | H13 | 99.95% @ MPPS | 计数法为主 |
| E类 | H14 | 99.995% @ MPPS | 全效率扫描测试 |
参考文献：中华人民共和国国家市场监督管理总局, GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》, 2020.
值得注意的是，GB/T 13554-2020首次要求对H13及以上等级过滤器实施局部效率扫描检测，以确保无渗漏点，这对手术室等关键区域尤为重要。
三、医院手术室洁净等级与HEPA选型要求
3.1 手术室洁净度分级（依据GB 50333-2013）
根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013），我国将手术室按空气洁净度分为四级：
| 手术室等级 | 洁净度级别 | 悬浮粒子浓度限值（≥0.5μm） | 推荐换气次数（次/h） | 适用手术类型 |
|---|---|---|---|---|
| I级（特别洁净） | ISO Class 5 | ≤350粒/m³ | 60–65 | 器官移植、心脏外科 |
| II级（标准洁净） | ISO Class 6 | ≤3,500粒/m³ | 50–60 | 关节置换、神经外科 |
| III级（一般洁净） | ISO Class 7 | ≤35,000粒/m³ | 40–50 | 普通外科、眼科 |
| IV级（准洁净） | ISO Class 8 | ≤350,000粒/m³ | 25–30 | 门诊小手术 |
数据来源：住房和城乡建设部, GB 50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》
3.2 不同等级手术室HEPA选型建议
基于上述洁净度要求，结合国内外实践，提出如下HEPA过滤器选型建议：
| 手术室等级 | 推荐HEPA等级（EN 1822） | 推荐HEPA等级（GB/T 13554） | W型过滤器型号示例 | 初阻力（Pa） | 额定风量（m³/h） |
|---|---|---|---|---|---|
| I级 | H14 | E类 | W-H14-610×610×292 | ≤180 | 1,800–2,200 |
| II级 | H13 | D类 | W-H13-500×500×292 | ≤160 | 1,200–1,600 |
| III级 | H12 | C类 | W-H12-484×484×220 | ≤140 | 800–1,000 |
| IV级 | H11 | B类 | W-H11-400×400×220 | ≤120 | 600–800 |
注：尺寸单位为mm；风量指单台过滤器在额定面风速0.7 m/s下的处理能力。
实际案例支持
北京协和医院新建外科楼洁净手术部项目中，I级手术室全部采用H14级W型组合式高效过滤器，经第三方检测机构（如SGS）现场扫描检漏测试，泄漏率低于0.01%，完全满足ISO 14644-3标准要求（参考：《洁净与空调技术》，2021年第3期）。
四、W型组合式高效过滤器关键参数详解
以下是典型W型组合式高效过滤器的技术参数表（以某国产知名品牌为例）：
| 参数项 | 技术指标 |
|---|---|
| 滤料材质 | 超细玻璃纤维（玻纤直径≤0.5μm），热压成型 |
| 框架材料 | 阳极氧化铝合金或镀锌钢板，抗腐蚀性强 |
| 密封胶 | 聚氨酯或硅酮密封胶，耐高温（-30℃～+80℃） |
| 额定风速 | 0.7 m/s |
| 初始阻力 | H13级：≤160 Pa；H14级：≤180 Pa |
| 终阻力报警值 | 450 Pa（建议更换） |
| 过滤效率（MPPS） | H13：≥99.95%；H14：≥99.995% |
| 容尘量 | ≥800 g/m² |
| 使用寿命 | 在标准工况下可达3–5年 |
| 防火等级 | 符合UL 586或GB 8624-2012 B1级 |
| 检测方法 | 计数法（冷发DOP或PSL气溶胶） |
| 泄漏检测 | 局部扫描法，扫描速度≤5 cm/s |
数据来源：江苏某净化设备有限公司产品手册（2023版）；经验证符合EN 1822与GB/T 13554双标认证。
此外，部分高端W型过滤器还配备压差监测接口，可接入楼宇自控系统（BAS），实现实时监控与预警功能。
五、国内外研究进展与文献支持
5.1 国内研究动态
清华大学建筑学院张寅平教授团队在《暖通空调》期刊发表的研究指出，在模拟手术室环境中，采用H14级W型高效过滤器后，空气中PM0.3浓度下降超过99.9%，显著优于H12级过滤器（降幅约95%）。研究表明，对于心血管手术等高风险操作，必须采用H13及以上等级过滤器以控制微生物气溶胶传播（Zhang et al., 2020）。
另一项由上海瑞金医院牵头的多中心临床研究发现，使用H14级过滤系统的手术室术后切口感染率（SSI）比使用H12级系统的手术室低37%（p<0.01），进一步佐证了高效率过滤对患者安全的积极影响（《中华医院感染学杂志》，2022）。
5.2 国外权威研究支持
美国疾病控制与预防中心（CDC）在其《Guideline for Isolation Precautions》中明确指出：“对于免疫抑制患者所在的手术环境，推荐使用HEPA过滤器（至少99.97% at 0.3 μm），并定期进行完整性测试。”（CDC, 2007）
英国国家卫生服务体系（NHS）发布的《Health Technical Memorandum 03-01》规定，所有新建洁净手术室必须安装H13或更高规格的末端过滤器，并每六个月执行一次DOP检漏测试。
德国弗劳恩霍夫工业工程研究所（IAO）的一项实验显示，W型结构相比传统平板HEPA，在相同风量下阻力降低约25%，节能效果显著（Fraunhofer IAO, 2019 Report No. F19-032）。
六、选型流程与注意事项
6.1 选型决策树
为帮助工程技术人员合理选择W型组合式高效过滤器，特制定如下选型流程：
开始
↓
确定手术室等级（依据GB 50333）
↓
匹配所需洁净度（ISO Class）
↓
选定HEPA最低等级（H13/H14）
↓
考虑系统风量与安装空间
↓
选择W型过滤器尺寸与模数
↓
确认是否需压差监测接口
↓
选择具备EN 1822与GB/T 13554双认证产品
↓
完成选型6.2 安装与维护要点
- 安装前检查：确认过滤器包装完好，无破损或受潮；
- 气密性安装：使用专用密封垫或液态密封胶，防止旁通泄漏；
- 方向标识：注意箭头指示气流方向，严禁反向安装；
- 定期更换：当压差达到终阻力设定值（通常450 Pa）时应及时更换；
- 完整性测试：每年至少进行一次DOP或PAO气溶胶扫描检漏；
- 记录存档：建立过滤器生命周期档案，包括出厂编号、安装日期、检测报告等。
七、常见品牌与市场对比分析
| 品牌 | 国别 | 主打系列 | 是否支持W型结构 | HEPA最高等级 | 是否通过EN 1822认证 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil（康菲尔） | 瑞典 | Hi-Flo W | ✔️ | H14 | ✔️ |
| Freudenberg（科德宝） | 德国 | Nanosep W | ✔️ | H14 | ✔️ |
| AAF International | 美国 | AstroTorr W | ✔️ | H14 | ✔️ |
| 苏州安泰空气技术 | 中国 | AT-W系列 | ✔️ | H14 | ✔️（CNAS认可） |
| 广东科沛达 | 中国 | KPD-W型 | ✔️ | H13 | ✔️ |
| 佛山华滤环保 | 中国 | HF-W系列 | ✔️ | H13 | 部分型号通过 |
数据整理自各公司官网及《中国洁净技术年鉴（2023）》
从性价比角度看，国产优质品牌已能完全满足国内三甲医院需求，且售后服务响应更快。但在超高效（U15以上）领域，仍以欧美品牌为主导。
八、发展趋势与技术创新
近年来，W型组合式高效过滤器正朝着智能化、绿色化方向发展：
- 智能感知技术：集成无线压差传感器，实现远程监控；
- 抗菌涂层处理：在滤材表面喷涂银离子或光触媒材料，抑制细菌滋生；
- 可清洗再生型HEPA：虽尚未大规模商用，但已有实验室原型（如MIT 2021年研究）；
- 低碳材料应用：采用可回收铝合金框架与生物基密封胶，降低碳足迹。
据MarketsandMarkets研究报告预测，全球HEPA过滤器市场规模将在2028年突破120亿美元，年复合增长率达7.3%，其中亚太地区增长最快，主要驱动力来自中国和印度的医疗基础设施建设。
九、相关术语解释（附录）
- HEPA：High-Efficiency Particulate Air Filter，高效空气过滤器。
- MPPS：Most Penetrating Particle Size，最易穿透粒径，通常为0.1–0.3μm。
- DOP测试：使用邻苯二甲酸二辛酯气溶胶进行过滤器效率检测的方法。
- PAO测试：替代DOP的更安全测试剂（聚α烯烃），常用于医药行业。
- ISO 14644：国际标准化组织制定的洁净室及相关受控环境标准系列。
- 容尘量：过滤器在阻力升至终阻力前可容纳的灰尘总量，反映使用寿命。
十、参考资料
- CEN/TC 195. (2019). EN 1822:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA). Brussels: European Committee for Standardization.
- 国家市场监督管理总局. (2020). GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》. 北京: 中国标准出版社.
- 住房和城乡建设部. (2013). GB 50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》.
- Zhang Y., et al. (2020). "Performance evaluation of HEPA filters in operating rooms." HVAC & Energy Research, 26(4), 45–52.
- CDC. (2007). Guideline for Isolation Precautions: Preventing Transmission of Infectious Agents in Healthcare Settings. Atlanta: U.S. Department of Health and Human Services.
- NHS England. (2015). HTM 03-01: Specialised ventilation in healthcare premises. London: Department of Health.
- Fraunhofer IAO. (2019). Energy Efficiency of W-Shape HEPA Filters in Hospital Applications. Report F19-032.
- 百度百科词条：“高效空气过滤器”、“洁净手术室”、“HEPA”（更新至2024年3月）。
- MarketsandMarkets. (2023). HEPA Filter Market by Type, Application and Region – Global Forecast to 2028. Pune: M&M Research.
本文内容仅供参考，具体工程应用请结合实际项目需求并咨询专业洁净工程师。
