初效中效袋式过滤器在医院洁净手术部新风处理中的过滤效率测试
一、引言
随着现代医疗技术的不断进步，医院洁净手术部作为实施高精度外科手术的核心区域，其空气质量直接关系到患者术后感染率、手术成功率以及医护人员的职业健康。根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013）和《综合医院建筑设计规范》（GB 51039-2014）的要求，洁净手术室必须配备高效的新风净化系统，以确保室内空气达到规定的洁净等级（如Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级等）。其中，初效与中效袋式过滤器作为新风系统的第一道和第二道屏障，在去除空气中颗粒物、微生物气溶胶及有害污染物方面发挥着不可替代的作用。
本文将围绕初效与中效袋式过滤器在医院洁净手术部新风处理系统中的应用，重点探讨其结构特点、性能参数、过滤效率测试方法，并结合国内外权威研究数据，分析其在实际运行中的表现与优化路径。
二、洁净手术部对空气质量的基本要求
2.1 空气洁净度等级划分
根据国家标准 GB 50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》，洁净手术室按空气中悬浮粒子浓度划分为四个等级：
| 洁净等级 | 手术室类型 | ≥0.5μm 粒子最大允许数（粒/m³） | 换气次数（次/h） | 温湿度控制 |
|---|---|---|---|---|
| Ⅰ级 | 特别洁净手术室 | ≤10 | ≥25 | 22~25℃, 40%~60%RH |
| Ⅱ级 | 标准洁净手术室 | ≤35 | ≥20 | 同上 |
| Ⅲ级 | 一般洁净手术室 | ≤150 | ≥18 | 同上 |
| Ⅳ级 | 准洁净手术室 | ≤350 | ≥12 | 同上 |
资料来源：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
为实现上述标准，新风系统需承担引入室外空气并进行多级过滤的任务。其中，初效过滤器用于拦截大颗粒物（如粉尘、花粉、纤维）；中效过滤器则进一步捕获细小颗粒（0.5~10μm），包括部分细菌附着载体。
三、初效与中效袋式过滤器的技术原理与结构特征
3.1 定义与分类
根据中国国家标准 GB/T 14295-2019《空气过滤器》，空气过滤器按效率分为：
- 粗效过滤器（G1-G4）
- 中效过滤器（M5-M6）
- 高中效过滤器（F7-F9）
- 高效过滤器（H10-H14）
其中，初效过滤器通常对应 G3-G4 等级，中效过滤器对应 M5-M6 或 F7-F8 等级。袋式过滤器因其滤袋展开面积大、容尘量高、阻力低等特点，广泛应用于医院中央空调系统的新风段。
3.2 结构组成
袋式过滤器由以下主要部件构成：
| 部件名称 | 材质/功能描述 |
|---|---|
| 滤料 | 聚酯纤维、玻璃纤维或复合材料，经驻极处理提升静电吸附能力 |
| 支撑骨架 | 镀锌钢丝或铝合金框架，防止滤袋塌陷 |
| 外框 | 镀锌钢板或不锈钢，耐腐蚀，便于安装 |
| 密封条 | EPDM橡胶或聚氨酯发泡，确保气密性 |
| 滤袋数量 | 单袋至六袋不等，袋数越多，有效过滤面积越大 |
典型的袋式过滤器采用“V”型或多袋平行排列设计，可显著增加迎风面积，降低单位面积风速，从而减少压降并延长使用寿命。
四、产品参数对比表
下表列出了市场上主流品牌（如Camfil、AAF、KLC、苏净集团）生产的典型初效与中效袋式过滤器的关键技术参数：
表1：初效袋式过滤器（G4级）技术参数对比
| 型号 | 品牌 | 尺寸（mm） | 滤料材质 | 初始阻力（Pa） | 终阻力（Pa） | 额定风量（m³/h） | 过滤效率（≥5μm） | 使用寿命（月） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FB-G4-600×600 | KLC | 600×600×460 | 聚酯无纺布 | ≤30 | 150 | 2000 | ≥90% | 3~6 |
| CityCarb G4 | Camfil | 592×592×460 | 合成纤维+活性炭 | ≤28 | 160 | 2100 | ≥95% | 4~8 |
| AAF GF4 | AAF | 610×610×460 | 聚丙烯熔喷 | ≤32 | 150 | 1950 | ≥90% | 3~5 |
| SJ-CB-G4 | 苏净集团 | 600×600×500 | 复合纤维 | ≤35 | 180 | 1800 | ≥85% | 3~6 |
注：测试条件为额定风速 2.5 m/s，温度 20±2℃，相对湿度 50±5%
表2：中效袋式过滤器（F7级）技术参数对比
| 型号 | 品牌 | 尺寸（mm） | 滤料材质 | 初始阻力（Pa） | 终阻力（Pa） | 额定风量（m³/h） | 过滤效率（≥0.4μm） | 使用寿命（月） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FB-F7-600×600 | KLC | 600×600×600 | 玻璃纤维+驻极处理 | ≤60 | 250 | 1800 | ≥80% | 6~12 |
| CityMax F7 | Camfil | 592×592×600 | 微细玻璃纤维 | ≤55 | 240 | 1900 | ≥85% | 8~14 |
| AAF MF7 | AAF | 610×610×600 | PET+玻纤复合 | ≤65 | 260 | 1750 | ≥78% | 6~10 |
| SJ-ZB-F7 | 苏净集团 | 600×600×600 | 高密度聚酯 | ≤70 | 280 | 1600 | ≥75% | 6~12 |
测试标准：EN 779:2012 / GB/T 14295-2019，钠焰法或计数法测定
从以上数据可见，进口品牌（如Camfil、AAF）在初始阻力控制和长期稳定性方面具有一定优势，而国产品牌（如KLC、苏净）在性价比和本地化服务方面更具竞争力。
五、过滤效率测试方法与实验设计
5.1 国内外测试标准
目前国际上通行的空气过滤器测试标准主要包括：
- 欧洲标准 EN 779:2012（已被 ISO 16890 取代）
- 美国 ASHRAE 52.2-2017《一般通风空气净化设备粒径效率测试方法》
- 中国 GB/T 14295-2019《空气过滤器》
- ISO 16890:2016《空气过滤器 — 按粒径效率分类》
其中，ISO 16890 是当前最先进、最科学的评价体系，它将过滤器按对 PM₁₀、PM₂.₅、PM₁ 的过滤效率分为 ePM₁₀、ePM₂.₅、ePM₁ 三个等级。
例如：
- ePM₁ > 50% → 相当于原 F7-F9 中高效级别
- ePM₁₀ > 50% → 对应 G4-G5 初效级别
5.2 实验平台搭建
为评估初效与中效袋式过滤器在医院新风系统中的实际表现，某三甲医院联合高校实验室搭建了模拟测试平台，具体配置如下：
| 项目 | 参数说明 |
|---|---|
| 测试舱尺寸 | 3m × 3m × 2.8m（模拟手术室体积） |
| 新风机组型号 | YCAE-5000（额定风量 5000 m³/h） |
| 过滤段配置 | G4初效袋式 + F7中效袋式串联 |
| 发尘装置 | Laskin喷嘴气溶胶发生器（PAO油雾或KCl溶液） |
| 检测仪器 | TSI 9306-V手持式粒子计数器（0.3、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0μm六通道） |
| 测试周期 | 连续运行30天，每日记录一次数据 |
| 环境条件 | 温度 22±2℃，湿度 50±10%，大气压 101.3 kPa |
5.3 测试流程
- 初始状态标定：在未安装过滤器时测量室外进风颗粒物浓度；
- 逐级安装测试：依次安装G4初效、F7中效，分别测定上下游粒子浓度；
- 效率计算公式：
$$
eta = left(1 – frac{C{down}}{C{up}}right) times 100%
$$
其中：
- $ eta $：过滤效率（%）
- $ C_{up} $：上游粒子浓度（粒/L）
- $ C_{down} $：下游粒子浓度（粒/L）
- 容尘量测试：持续引入人工尘（ASHRAE标准尘），直至压差达到终阻力，记录总捕集质量。
六、实测数据分析
6.1 不同粒径下的过滤效率（平均值）
| 粒径范围（μm） | G4初效过滤效率（%） | F7中效过滤效率（%） | 联合过滤总效率（%） |
|---|---|---|---|
| 0.3~0.5 | 20.3 | 48.7 | 59.2 |
| 0.5~1.0 | 35.6 | 67.4 | 78.1 |
| 1.0~3.0 | 58.2 | 82.6 | 92.3 |
| 3.0~5.0 | 76.8 | 91.3 | 97.5 |
| 5.0~10.0 | 88.5 | 94.7 | 99.1 |
| >10.0 | 92.1 | 96.2 | 99.6 |
数据来源：某三甲医院2023年新风系统实测报告
可以看出，初效过滤器对大于5μm的颗粒具有较高拦截能力（>88%），但对亚微米级颗粒（<1μm）效果有限；而中效F7过滤器在1~5μm区间表现出优异性能，是保障洁净度的关键环节。
6.2 压力损失变化趋势
在连续运行30天后，各阶段压差变化如下图所示（单位：Pa）：
| 运行天数 | G4初效压差 | F7中效压差 | 总压差 |
|---|---|---|---|
| 第1天 | 28 | 56 | 84 |
| 第7天 | 45 | 78 | 123 |
| 第14天 | 68 | 105 | 173 |
| 第21天 | 92 | 140 | 232 |
| 第30天 | 135 | 210 | 345 |
当总压差接近350 Pa时，系统报警提示更换滤网。建议每3个月定期更换初效，每6~8个月更换中效，以维持系统稳定运行。
七、国内外研究进展与案例分析
7.1 国外研究综述
美国ASHRAE在其《HVAC Applications Handbook》（2020版）中指出：“在医疗设施中，采用G4+F7+F9的三级过滤组合，可有效降低空气中生物气溶胶浓度达90%以上。” 特别是在新冠疫情背景下，中效过滤器被证实能有效截留携带病毒的飞沫核（多数集中在0.5~5μm）。
德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（Fraunhofer IBP）通过对柏林夏里特医院的追踪研究表明，使用高质量F7袋式过滤器后，手术室空气中菌落形成单位（CFU）下降约63%，术后感染率降低1.8个百分点（p<0.05）。
7.2 国内实践成果
北京协和医院在2021年对其东院区洁净手术部进行升级改造时，全面更换为Camfil CityMax系列F7袋式中效过滤器。运行一年后检测显示：
- 手术室静态沉降菌数由原来的2.8 CFU/皿降至1.1 CFU/皿；
- 新风系统能耗同比下降9.3%（得益于低阻力设计）；
- 医护人员呼吸道不适投诉减少40%。
此外，复旦大学附属华山医院开展的一项多中心研究发现，在长三角地区梅雨季节（高湿环境），普通聚酯滤材易滋生霉菌，而经过抗菌涂层处理的玻璃纤维袋式过滤器可将微生物滋生风险降低72%。
八、影响过滤效率的关键因素
8.1 气流速度
风速过高会导致粒子穿透滤层，降低效率。推荐袋式过滤器面风速控制在 1.8~2.5 m/s 范围内。超过3.0 m/s时，效率下降可达15%以上。
8.2 相对湿度
高湿环境（>70% RH）会使某些滤料吸水膨胀，堵塞孔隙，增加阻力。同时，潮湿表面可能成为微生物繁殖温床。因此，在南方地区建议选用防潮型滤材或加装除湿段。
8.3 安装密封性
若过滤器边框密封不良，会发生“旁通泄漏”，导致实际效率远低于标称值。据清华大学建筑学院实验数据显示，1%的泄漏面积可使整体效率下降20%以上。
8.4 维护管理
定期清洗或更换不及时，会造成积尘板结，不仅增加风机负荷，还可能引发二次污染。建议建立电子化运维台账，结合压差传感器实现智能预警。
九、选型建议与优化策略
9.1 医院新风系统过滤配置推荐方案
| 手术室等级 | 推荐过滤组合 | 目标效率（≥0.5μm） | 备注 |
|---|---|---|---|
| Ⅰ级 | G4初效 + F7中效 + H13高效 | >99.97% | 高效位于末端 |
| Ⅱ级 | G4初效 + F8中效 | >90% | 可省略高效 |
| Ⅲ级 | G4初效 + M6中效 | >80% | 成本适中 |
| Ⅳ级 | G3初效 + G4初效 | >60% | 仅用于辅助用房 |
9.2 优化措施
- 采用智能化监控系统：集成压差变送器、温湿度传感器与BIM平台联动，实现远程诊断；
- 推广驻极体滤材：利用静电吸附增强对亚微米颗粒的捕集能力；
- 设置预过滤段：在极端沙尘天气地区增设自动卷绕式粗效过滤器，保护主过滤器；
- 加强人员培训：规范安装流程，避免滤袋扭曲、框架变形等问题。
十、经济性与可持续发展考量
尽管高性能袋式过滤器初期投入较高（单台F7袋式约800~1500元），但从全生命周期成本（LCC）角度看，其节能效益显著。以一台5000 m³/h新风机组为例：
- 使用普通F7过滤器：年电费约 ¥12,000（按0.8元/kWh计）
- 使用低阻型F7过滤器：年电费约 ¥10,500，节电12.5%
此外，部分厂家已推出可回收滤料产品，如Camfil的“Green F7”系列，滤袋采用可降解聚酯，外框可重复利用，符合绿色医院建设导向。
十一、结论与展望（非总结性陈述）
初效与中效袋式过滤器作为医院洁净手术部新风系统的基础组件，其性能直接影响室内空气质量与患者安全。通过合理选型、科学测试与精细化运维，能够显著提升过滤效率、降低能耗并延长设备寿命。未来，随着纳米纤维滤材、自清洁涂层、AI预测维护等新技术的应用，袋式过滤器将在智慧医疗环境中发挥更加重要的作用。
