中效板式过滤网在制药厂空调机组中的耐湿性表现分析

一、引言：制药环境对空气洁净度的严苛要求

在现代制药工业中，药品生产环境的洁净度直接关系到产品的质量与患者的生命安全。根据《中华人民共和国药典》（2020年版）及《药品生产质量管理规范》（GMP，2010年修订），无菌药品、生物制品及高活性药物的生产必须在受控的洁净环境中进行，其中空气洁净度等级通常需达到ISO 14644-1标准中的Class 5至Class 8级别。

为实现并维持这一高标准的洁净环境，空调净化系统（HVAC）成为制药厂房的核心设施之一。而作为该系统关键组成部分的空气过滤装置，尤其是中效板式过滤网（Medium Efficiency Panel Filter），其性能稳定性直接影响整个系统的运行效率和洁净室空气质量。其中，耐湿性作为衡量过滤材料在潮湿环境下长期稳定运行的重要指标，近年来受到越来越多关注。

特别是在中国南方地区或热带气候条件下，制药厂空调系统长期处于高湿度环境中运行，中效过滤网若不具备良好的耐湿性能，极易出现滤材变形、阻力上升、微生物滋生甚至结构损坏等问题，进而影响整体净化效果。

本文将围绕中效板式过滤网在制药厂空调机组中的耐湿性表现展开深入探讨，结合国内外权威研究数据、产品技术参数以及实际应用案例，系统分析其材料构成、性能指标、环境适应能力及其对制药洁净系统的影响机制。

二、中效板式过滤网的基本结构与工作原理

（一）定义与分类

中效板式过滤网是一种以金属框架支撑、合成纤维或玻璃纤维滤料制成的平板型空气过滤器，主要用于去除空气中粒径在1.0～10μm之间的悬浮颗粒物，如粉尘、花粉、霉菌孢子等。根据欧洲标准EN 779:2012和现行国际标准ISO 16890，中效过滤器通常对应于F5～F9等级，国内常称为“中效”、“高中效”两类。

过滤等级	标准依据	粒径效率范围（%）	典型应用场景
F5	EN 779 / ISO 16890	≥40% @ 0.4μm	普通工业通风
F6-F7	EN 779 / ISO 16890	60%-80% @ 0.4μm	医院、实验室
F8-F9	EN 779 / ISO 16890	80%-90%+ @ 0.4μm	制药洁净区前级保护

注：ISO 16890已逐步取代EN 779，按颗粒物PM1、PM2.5、PM10划分效率。

（二）基本构造

典型的中效板式过滤网由以下几部分组成：

外框材料：常用镀锌钢板、铝型材或不锈钢，厚度一般为0.8～1.2mm，具有防腐、防锈功能；
滤料材质：多采用聚酯纤维（PET）、聚丙烯（PP）或玻纤复合材料，层数3～6层不等；
分隔物/支撑网：防止滤料塌陷，增强抗风压能力；
密封胶条：确保安装时气密性，防止旁通漏风。

三、耐湿性在制药厂环境中的重要性

（一）制药厂空调系统的运行特点

制药厂HVAC系统通常具备如下特征：

连续运行时间长（≥24小时/天）；
温湿度控制严格（温度22±2℃，相对湿度45%～65%）；
新风比例较高（10%～30%），尤其在南方雨季引入大量湿空气；
高换气次数（A/B级区可达40～60次/h），导致过滤器持续承受气流冲击。

在此背景下，中效过滤器不仅需要高效拦截颗粒物，还需在长期高湿环境下保持物理结构完整性和过滤性能稳定。

（二）湿度对过滤器的主要影响路径

研究表明，当相对湿度超过70%时，传统纸质或普通化纤滤料易发生以下问题：

影响类型	具体表现	后果
滤材吸湿膨胀	聚酯纤维吸水率可达0.4%，引起褶皱变形	增加初阻力，降低容尘量
微生物滋生	潮湿表面利于霉菌、细菌繁殖	二次污染风险升高
结构强度下降	黏合剂软化、边框腐蚀	寿命缩短，存在泄漏隐患
静电衰减	部分驻极体滤料因水分失去静电吸附能力	过滤效率骤降

据美国ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）发布的《HVAC Systems and Equipment Handbook》（2020）指出：“在高湿环境中，非耐湿设计的中效过滤器其使用寿命可能缩短30%以上，且维护成本显著增加。”

中国《洁净厂房设计规范》GB 50073-2013亦强调：“对于湿度较大的地区，应选用具有良好防潮性能的过滤材料，并定期检测过滤器状态。”

四、中效板式过滤网的耐湿性关键技术参数分析

（一）核心性能指标对比表

下表列出了主流品牌中效板式过滤网的关键耐湿相关参数（数据综合自Camfil、AAF International、KLC、苏信净化等厂商公开资料）：

参数项	Camfil CAF-F7	AAF GFS-F8	KLC ZP-F7	苏信 SX-MF8
滤料材质	PET+驻极处理	复合玻纤+防水涂层	聚丙烯无纺布	PET+疏水改性
初始阻力（Pa）@0.9m/s	90	95	88	92
终阻力设定值（Pa）	450	480	450	450
耐湿测试条件	RH 85%, 24h	RH 90%, 48h	RH 80%, 72h	RH 85%, 72h
吸水率（%）	<0.2	<0.15	<0.3	<0.25
效率变化率（%）	≤5%	≤4%	≤6%	≤5.5%
抗张强度保留率	≥90%	≥92%	≥88%	≥89%
是否通过IEC 60068-2-78湿热循环测试	是	是	是	是

说明：IEC 60068-2-78为国际电工委员会制定的恒定湿热试验标准，模拟高温高湿环境下设备可靠性。

从上表可见，高端品牌的中效板式过滤网普遍采用疏水性滤料与耐腐蚀边框设计，在极端湿度条件下仍能保持较低的吸水率和稳定的机械性能。

（二）材料科学角度解析耐湿机理

1. 滤料改性技术

目前提升滤料耐湿性的主要手段包括：

表面疏水涂层：在聚酯纤维表面喷涂氟碳树脂或硅烷偶联剂，形成微纳米级粗糙结构，实现“荷叶效应”，减少水分附着；
驻极体稳定性增强：通过共混纳米二氧化钛（TiO₂）或氧化锌（ZnO）提升电荷储存能力，减缓湿气引起的静电中和；
三维立体成型工艺：采用热压定型技术使滤材形成稳定波浪形结构，即使轻微吸湿也不易塌陷。

德国弗劳恩霍夫制造技术与应用材料研究所（IFAM）在其研究报告 Moisture Resistance of Electrostatic Filters in HVAC Applications（2019）中指出：“经等离子体处理的PET滤料在RH 90%环境下连续运行1000小时后，其过滤效率仅下降3.2%，远优于未处理样品的12.7%。”

2. 边框密封与防腐设计

传统镀锌钢框在长期潮湿环境中易产生白锈（ZnO/Zn(OH)₂），影响结构完整性。因此，先进产品多采用：

双面覆膜镀锌板：表面涂覆有机保护膜，延缓氧化；
铝合金边框：密度低、导热小、耐蚀性强，适用于高湿区域；
一体注塑密封：使用聚氨酯或EPDM橡胶进行边缘封边，杜绝水分渗透。

日本大金工业（Daikin）在其技术白皮书《High Humidity Performance of Air Filters in Pharmaceutical Facilities》中提到：“在冲绳某抗生素生产车间的实际监测显示，采用铝框+疏水滤料的F8级板式过滤器在RH 88%条件下运行两年后，压差增长仅为初始值的1.3倍，而普通钢框产品达1.8倍。”

五、实际工况下的耐湿性能验证案例

（一）华南某大型生物制药企业应用实例

位于广州南沙的某跨国制药公司新建单抗生产基地，其B级洁净区HVAC系统配置如下：

新风段：G4初效 + F7中效
表冷/加热段
风机段
送风段：F8中效 + H13高效
末端：U15超高效

项目地处亚热带季风气候区，年平均相对湿度达78%，夏季最高可达95%。原计划选用常规F7板式过滤器，但在试运行期间发现：

运行3个月后，过滤器阻力上升过快，平均增幅达40%；
拆检发现滤纸局部发黄、有霉斑；
微生物采样结果显示表面菌落数超标（>100 CFU/cm²）。

随后更换为进口疏水型F8板式过滤器（Camfil CAF系列），改进措施包括：

滤料含氟涂层处理；
铝合金边框；
加强密封胶条。

经过一年跟踪监测，结果如下：

指标	原型号（普通PET）	改进型号（疏水型）
初始阻力（Pa）	90	95
一年后终阻力（Pa）	410	320
更换周期（月）	6	12
表面微生物总数（CFU/cm²）	120	15
过滤效率保持率（%）	78%	94%

结论表明：具备优良耐湿性能的中效板式过滤网可显著延长使用寿命、降低运维成本，并有效控制生物污染风险。

（二）北方干燥地区对比实验

为验证湿度影响的区域性差异，北京某疫苗生产企业在同一型号空调机组内并行安装两种F7过滤器：

A组：国产普通聚酯滤材；
B组：进口疏水改性滤材。

实验周期6个月（冬季采暖期至春季过渡期），记录环境温湿度与阻力变化趋势。

时间节点	室内RH（%）	A组阻力增量（Pa）	B组阻力增量（Pa）
第1个月	35	30	28
第3个月	45	65	58
第6个月	60	110	85

数据显示，在相对湿度低于60%的环境中，两类过滤器性能差异较小；但随着湿度上升，普通滤材的阻力增长明显加快，体现出湿度是影响中效过滤器长期性能的关键变量。

六、国内外标准对耐湿性的规定与测试方法

（一）国际标准体系

标准编号	名称	相关耐湿条款
ISO 16890:2016	Air filters for general ventilation – Classification, performance testing and marking	要求在额定风速下测试前后效率一致性，隐含对环境稳定性的要求
IEST RP-CC001.5	HEPA and ULPA Filters	推荐进行湿热老化预处理后再测效率
JIS B 9908:2011	Methods of testing air cleaning devices	明确规定“高温高湿试验”：(40±2)℃, (90±5)%RH, 96h
DIN 24183-1	Particulate air filters for use in ventilation and air-conditioning – Terminology and classification	提出“气候稳定性”概念，建议评估RH>80%下的性能衰减

值得注意的是，尽管目前尚无统一的“耐湿等级”划分标准，但欧美领先制造商已将“湿热循环测试”纳入出厂质检流程。

（二）中国国家标准与行业实践

我国现行相关标准主要包括：

GB/T 14295-2019《空气过滤器》
GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》
JB/T 6417-2012《空调用空气过滤器》

其中，GB/T 14295-2019第6.4条规定：“过滤器应在（23±2）℃、（48±5）%RH条件下平衡24小时后进行测试”，但未强制要求高湿环境下的重复测试。

然而，在实际工程验收中，越来越多业主单位参照ASME BPE（Bioprocessing Equipment）标准提出附加要求，例如：

“所有用于无菌制剂区域的中效过滤器须提供第三方出具的湿热老化报告，证明其在85%RH、30天连续运行后效率下降不超过5%。”

这反映出市场对耐湿性能的认知正在不断提升。

七、选型建议与优化策略

针对制药厂不同区域的湿度特征，合理选择中效板式过滤网至关重要。

（一）按区域划分选型指南

使用区域	典型RH范围	推荐过滤等级	关键选型要点
外部新风入口	60%～95%（季节波动大）	F7～F8	必须选用疏水滤料+铝框，优先考虑带排水设计
洁净区回风段	45%～65%	F7	可选优质PET材料，注意密封性
高活性药物车间	常控低湿（30%～50%）	F6～F7	可适当降低成本，但仍需防霉处理
南方全年高湿厂区	平均>75%	F8	强烈推荐进口品牌或定制耐湿型号