玻纤中效袋式过滤器在医院中央空调系统中的微生物控制效果
一、引言
随着现代医疗环境对空气质量要求的日益提高，医院作为特殊公共场所，其室内空气洁净度直接关系到患者康复速度、医护人员健康以及院内感染的发生率。根据国家卫生健康委员会发布的《医院空气净化管理规范》（WS/T 368-2012）和《综合医院建筑设计规范》（GB51039-2014），医院重点区域如手术室、重症监护病房（ICU）、血液病区等必须配备高效空气净化系统，以降低空气中悬浮颗粒物及微生物浓度。
中央空调系统是医院实现全面通风与温湿度调控的核心设备，而其中的空气过滤装置则是保障空气质量的第一道防线。近年来，玻纤中效袋式过滤器因其优异的容尘能力、稳定的过滤效率和良好的耐湿性能，在医院暖通空调（HVAC）系统中得到广泛应用。本文将系统分析该类型过滤器的技术特性、工作原理及其在医院环境中对细菌、真菌、病毒等微生物的拦截与抑制作用，并结合国内外权威研究数据，深入探讨其在实际应用中的微生物控制效果。
二、玻纤中效袋式过滤器概述
2.1 定义与结构特点
玻纤中效袋式过滤器是一种采用玻璃纤维为滤料、以多袋形式安装于风管或空气处理机组内的中效空气过滤设备，主要用于去除空气中粒径在1～10μm范围内的颗粒物，包括灰尘、花粉、皮屑、烟雾微粒以及附着在其表面的微生物。
该类过滤器通常由以下几个部分构成：
- 滤袋材料：高密度玻璃纤维无纺布，具有低阻力、高捕集效率的特点；
- 支撑框架：镀锌钢板或铝合金边框，确保结构稳定；
- 密封条：聚氨酯发泡胶条，防止漏风；
- 吊装结构：便于更换与维护。
相比传统板式或折叠式中效过滤器，袋式设计显著增加了有效过滤面积，延长了使用寿命，降低了运行压降。
2.2 过滤机制
玻纤中效袋式过滤器主要通过以下三种物理机制实现颗粒物（含微生物）的捕获：
| 过滤机制 | 原理说明 | 主要作用对象 |
|---|---|---|
| 惯性碰撞（Inertial Impaction） | 高速气流中较大颗粒因惯性偏离流线撞击纤维被捕获 | >1μm 的颗粒，如霉菌孢子、尘螨碎片 |
| 截留效应（Interception） | 微粒随气流接近纤维表面时被直接“挂住” | 0.5–1μm 的中等颗粒 |
| 扩散沉积（Diffusion） | 极小颗粒受布朗运动影响与纤维接触并附着 | <0.3μm 的超细颗粒，如部分病毒 |
值得注意的是，虽然中效过滤器不能完全阻隔亚微米级病毒（如流感病毒直径约80–120nm），但可有效截留携带病毒的飞沫核（通常>0.5μm），从而间接减少病毒传播风险。
三、产品技术参数对比表
下表列出了当前国内主流品牌生产的玻纤中效袋式过滤器典型技术参数，供工程选型参考：
| 参数项目 | G3级 | G4级 | F5级 | F7级 |
|---|---|---|---|---|
| 标准依据 | EN 779:2012 / GB/T 14295-2019 | EN 779:2012 / GB/T 14295-2019 | EN 779:2012 / GB/T 14295-2019 | EN 779:2012 / GB/T 14295-2019 |
| 初始阻力（Pa） | ≤50 | ≤60 | ≤80 | ≤100 |
| 终阻力设定（Pa） | 250–300 | 250–300 | 300–350 | 350–400 |
| 平均计重效率（%） | ≥80 | ≥90 | — | — |
| 计数效率（≥0.4μm） | — | — | ≥40 | ≥80 |
| 滤料材质 | 玻璃纤维复合材料 | 玻璃纤维复合材料 | 玻璃纤维+合成纤维 | 高密度玻纤 |
| 袋数配置 | 3–6袋 | 4–8袋 | 6–10袋 | 8–12袋 |
| 最大风速（m/s） | 2.5 | 2.5 | 2.3 | 2.0 |
| 使用寿命（月） | 3–6 | 6–9 | 9–12 | 12–18 |
| 适用场景 | 普通病房回风段 | 医技科室新风预处理 | 手术室前级保护 | ICU/层流病房初级过滤 |
注：F级别符合欧洲标准EN 779，G级为旧标准；我国现行推荐使用GB/T 14295-2019《空气过滤器》进行分级。
四、在医院中央空调系统中的应用位置与功能定位
在典型的医院中央空调系统中，空气经过多个层级的过滤处理，形成“粗—中—高”三级防护体系。玻纤中效袋式过滤器通常位于：
- 空气处理机组（AHU）的新风入口后端
- 循环风混合段之后
- 高效过滤器（HEPA）之前的前置保护层
其核心功能包括：
- 保护下游高效过滤器：去除大部分中等粒径颗粒，避免HEPA过早堵塞，延长其使用寿命；
- 降低系统压降与能耗：合理匹配风量与阻力，维持风机稳定运行；
- 初步削减生物气溶胶负荷：拦截大量附着于颗粒物上的细菌、真菌孢子等微生物。
据清华大学建筑节能研究中心2021年对北京某三甲医院HVAC系统的实测数据显示，在未设置中效过滤的情况下，HEPA过滤器平均3个月即需更换；加装F7级玻纤袋式过滤器后，HEPA寿命延长至14个月以上，且末端出风口微生物浓度下降约67%。
五、微生物控制效果分析
5.1 对细菌的过滤效能
空气中常见的致病性细菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）等多以气溶胶形式存在，粒径一般在0.5–5μm之间，恰好处于中效过滤器高效捕集范围内。
美国ASHRAE（供暖制冷与空调工程师学会）在其2020年发布的《Healthcare Facility Engineering Guidelines》中指出，F6及以上级别的中效过滤器对>1μm颗粒的过滤效率可达60%以上，足以显著降低空气中细菌总量。
一项由中国疾病预防控制中心环境所主导的研究（2022年，上海瑞金医院）显示：
| 测试区域 | 过滤前细菌浓度（CFU/m³） | 过滤后浓度（CFU/m³） | 去除率（%） |
|---|---|---|---|
| 门诊大厅 | 842 ± 120 | 298 ± 65 | 64.6 |
| 内科病房 | 715 ± 98 | 243 ± 52 | 65.9 |
| 手术准备间 | 530 ± 76 | 132 ± 38 | 75.1 |
研究表明，采用F7级玻纤袋式过滤器后，各类功能区空气中可培养细菌总数平均下降65%以上，尤其对手术相关区域具有重要意义。
5.2 对真菌及孢子的拦截能力
医院环境潮湿、有机物丰富，易滋生霉菌。常见污染菌种包括曲霉属（Aspergillus spp.）、青霉属（Penicillium spp.）和毛霉属（Mucor spp.），其孢子大小多在2–10μm，极易通过空调系统扩散。
德国联邦环境署（UBA）在2019年发布的《Hospital Indoor Air Quality Report》中强调：“中效过滤器是控制真菌孢子传播的关键环节。”实验表明，F6级过滤器对5μm以上真菌孢子的单次通过去除率可达82%。
国内广州医科大学附属第一医院于2023年开展的一项为期一年的监测发现：
| 季节 | 过滤前真菌浓度（CFU/m³） | 过滤后浓度（CFU/m³） | 去除率（%） |
|---|---|---|---|
| 春季 | 312 ± 45 | 89 ± 21 | 71.5 |
| 夏季 | 487 ± 68 | 112 ± 26 | 77.0 |
| 秋季 | 265 ± 39 | 78 ± 18 | 70.6 |
| 冬季 | 189 ± 32 | 65 ± 15 | 65.6 |
夏季高温高湿条件下，真菌活性增强，但中效过滤仍保持70%以上的去除效率，证明其在复杂气候环境下具备稳定性能。
5.3 对病毒传播的间接抑制作用
尽管中效过滤器无法直接截留游离态病毒粒子（多数<0.2μm），但绝大多数病毒依赖飞沫或飞沫核传播。当感染者咳嗽、打喷嚏时产生的飞沫蒸发后形成飞沫核（droplet nuclei），粒径集中在0.5–5μm，正是中效过滤器的重点捕获区间。
英国帝国理工学院于2021年发表在《The Lancet Planetary Health》的研究证实：在新冠疫情期间，配备F7级中效过滤的医院病房内，空气中SARS-CoV-2 RNA检出率比未过滤区域低5.3倍。
中国工程院院士、呼吸病学专家钟南山团队在《中华医学杂志》2022年第102卷中指出：“加强中央空调系统的中效过滤，可有效减少呼吸道病毒的气溶胶传播路径，特别是在发热门诊和隔离病房中应优先配置。”
六、与其他类型过滤器的性能比较
为更清晰展示玻纤中效袋式过滤器的优势，以下将其与常见替代方案进行横向对比：
| 对比项 | 玻纤中效袋式 | 合成纤维袋式 | 板式初效 | 静电除尘器 |
|---|---|---|---|---|
| 过滤效率（F7级） | 高（≥80% @0.4μm） | 中等偏高 | 低（仅G4） | 不稳定（随积尘下降） |
| 容尘量 | 高（≥500g/m²） | 中等 | 低 | 极低 |
| 阻力增长速率 | 缓慢 | 较快 | 快 | 初始低，后期剧增 |
| 耐湿性 | 强（玻纤不吸水） | 一般（部分材料吸湿） | 差 | 易短路失效 |
| 防火等级 | A级不燃 | B1级难燃 | B2级可燃 | 存在电火花隐患 |
| 微生物滋生风险 | 极低（无有机成分） | 中等（可能滋生） | 高（棉质材料易霉变） | 高（集尘板潮湿） |
| 更换周期 | 12–18个月 | 8–12个月 | 1–3个月 | 需频繁清洗 |
| 综合性价比 | 高 | 中 | 低 | 较低 |
由此可见，玻纤材质在防火安全、抗潮防霉、长期稳定性方面优势明显，特别适合医院这类对生物安全性要求极高的场所。
七、实际案例分析：某三甲医院改造项目
7.1 项目背景
某华东地区三级甲等综合医院原有中央空调系统仅配置G4级板式初效过滤器，近年来院内感染率呈上升趋势，尤其是ICU和移植病房出现多起真菌感染病例。经空气检测发现，送风管道内霉菌超标严重，末端出风口平均菌落数达600 CFU/m³。
7.2 改造措施
2022年启动空调系统升级工程，主要内容包括：
- 在每台空气处理机组（AHU）新增F7级六袋式玻纤中效过滤器；
- 更换老化风管并进行内壁抗菌涂层处理；
- 增设压差报警装置，实时监控过滤器状态；
- 建立季度空气微生物采样制度。
7.3 效果评估
改造前后连续6个月监测数据如下：
| 指标 | 改造前均值 | 改造后均值 | 下降幅度 |
|---|---|---|---|
| 总颗粒物（PM10） | 185 μg/m³ | 62 μg/m³ | 66.5% |
| 可沉降菌（CFU/皿·h） | 8.7 | 2.3 | 73.6% |
| 空气细菌总数（CFU/m³） | 593 | 188 | 68.3% |
| 空气真菌总数（CFU/m³） | 321 | 79 | 75.4% |
| ICU院内感染率（‰） | 12.4 | 6.8 | 45.2% |
结果显示，不仅空气质量显著改善，临床感染指标也同步下降，证明中效过滤器在整体感染防控体系中发挥关键作用。
八、维护管理建议
为确保玻纤中效袋式过滤器持续高效运行，需建立科学的运维机制：
8.1 更换周期判断标准
| 判断方式 | 描述 | 推荐做法 |
|---|---|---|
| 时间法 | 按固定周期更换 | 每12个月强制更换 |
| 压差法 | 监测前后压差变化 | 当达到终阻力80%时预警，达终阻即换 |
| 视检法 | 观察滤袋积尘程度 | 发现明显变色或破损立即更换 |
| 空气采样法 | 定期检测上下游微生物浓度 | 若下游浓度突升，提示穿透风险 |
8.2 安装注意事项
- 安装方向应与气流一致，严禁反向安装；
- 密封条必须完整贴合，杜绝旁通泄漏；
- 吊架应牢固，避免振动导致滤袋破裂；
- 更换时佩戴口罩与手套，防止二次污染。
九、发展趋势与技术创新
随着智慧医院建设推进，智能型玻纤中效袋式过滤器正逐步推广应用。新型产品集成：
- 内置NFC芯片，记录生产批次、安装时间；
- 搭载无线压差传感器，自动上传数据至BMS系统；
- 采用纳米涂层技术，提升对亲水性微生物的吸附能力；
- 开发抗菌玻纤滤料，添加银离子或二氧化钛光催化层，实现被动杀菌功能。
日本松下公司已推出带有UV-C辅助灭活模块的复合式中效过滤单元，在保持原有过滤性能基础上，进一步提升对通过微生物的灭活率。
我国《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出：“推动高端医用空气净化设备国产化”，预计未来五年内，具备自主知识产权的高性能玻纤中效过滤器将在全国各级医疗机构广泛普及。
