醫院環境控製中初效、中效與高效過濾器的協同作用研究 引言 醫院作為特殊的公共空間，其空氣質量直接關係到患者健康、醫護人員的工作效率以及醫院整體感染控製水平。在現代醫院建築中，空氣過濾係統是...
醫院環境控製中初效、中效與高效過濾器的協同作用研究
引言
醫院作為特殊的公共空間，其空氣質量直接關係到患者健康、醫護人員的工作效率以及醫院整體感染控製水平。在現代醫院建築中，空氣過濾係統是保障室內空氣質量的核心技術之一。其中，初效、中效和高效空氣過濾器（Primary, Medium Efficiency and High Efficiency Air Filters）分別承擔著不同層級的空氣淨化任務，並通過協同作用實現對空氣中顆粒物、細菌、病毒及其他汙染物的有效控製。
本文旨在深入探討醫院環境中初效、中效與高效空氣過濾器的功能特性、技術參數及其協同工作機製，分析其在空氣淨化中的綜合效果，並引用國內外權威研究成果進行論證，以期為醫院通風係統的優化設計提供理論支持和實踐指導。
一、空氣過濾器的基本分類與功能定位
根據《空氣過濾器》國家標準GB/T 14295-2008，空氣過濾器按過濾效率可分為粗效（初效）、中效、亞高效和高效過濾器四大類。在醫院環境中，通常采用初效+中效+高效三級過濾組合方式，形成多級屏障體係，以確保空氣淨化效果達到醫用標準。
| 過濾器類型 | 過濾效率等級 | 捕集對象 | 常見材料 | 使用位置 |
|---|---|---|---|---|
| 初效過濾器 | G1-G4 | ≥5μm顆粒 | 合成纖維、金屬網 | 新風入口或空調機組前端 |
| 中效過濾器 | F5-F9 | 1~5μm顆粒 | 玻璃纖維、合成無紡布 | 風機段後端或高效前預處理 |
| 高效過濾器 | H10-H14 | ≤1μm顆粒、細菌、病毒 | 超細玻璃纖維紙 | 手術室、ICU等潔淨區域末端 |
1.1 初效過濾器：第一道防線
初效過濾器主要用於攔截大顆粒灰塵、毛發、花粉等≥5μm的懸浮顆粒物，保護後續過濾設備免受汙染堵塞，延長中效與高效過濾器的使用壽命。常見形式包括板式、袋式和折疊式結構，具有阻力小、價格低、易於更換等特點。
典型參數示例：
| 參數名稱 | 材質 | 初始阻力（Pa） | 過濾效率（ASHRAE 52.2） | 使用壽命（h） |
|---|---|---|---|---|
| 初效過濾器（G4） | 合成纖維 | 30~60 | ≥90% @5μm | 2000~3000 |
1.2 中效過濾器：中間淨化層
中效過濾器負責進一步去除空氣中粒徑在1~5μm之間的顆粒物，如微生物孢子、部分細菌及細塵，是連接初效與高效過濾的關鍵環節。其過濾效率高於初效，常用於風機段之後，防止高效過濾器過早失效。
典型參數示例：
| 參數名稱 | 材質 | 初始阻力（Pa） | 過濾效率（EN 779:2012） | 使用壽命（h） |
|---|---|---|---|---|
| 中效過濾器（F7） | 玻璃纖維 | 80~120 | ≥65% @3μm | 4000~6000 |
1.3 高效過濾器：終極淨化保障
高效過濾器（HEPA）是空氣淨化的後一道防線，能有效攔截≤1μm的微粒，包括細菌、病毒、氣溶膠等，廣泛應用於手術室、ICU、隔離病房等高潔淨度要求的區域。其核心材料為超細玻璃纖維紙，具備高效率、低泄漏率、耐腐蝕等特點。
典型參數示例：
| 參數名稱 | 材質 | 初始阻力（Pa） | 過濾效率（IEC 60335-2-69） | 使用壽命（h） |
|---|---|---|---|---|
| 高效過濾器（H13） | 超細玻璃纖維 | 180~250 | ≥99.95% @0.3μm | 10000~15000 |
二、三類過濾器的協同機製分析
在醫院通風係統中，初效、中效與高效過濾器並非孤立工作，而是通過逐級過濾、遞進淨化的方式，共同構建起完整的空氣清潔屏障。這種協同機製可從以下幾個方麵體現：
2.1 粒徑分級捕集機製
空氣中的顆粒物大小分布廣泛，從數微米到納米級別不等。單一類型的過濾器難以覆蓋所有粒徑範圍，因此需要多級過濾配合。具體分工如下：
| 層級 | 主要處理顆粒物粒徑 | 功能目標 |
|---|---|---|
| 初效 | ≥5μm | 去除大顆粒雜質，減少後續負荷 |
| 中效 | 1~5μm | 捕集中等顆粒，提升淨化效率 |
| 高效 | ≤1μm | 截留病毒、細菌、氣溶膠等微粒 |
該機製參考了美國ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）在《ASHRAE Handbook》中提出的“多級過濾理論”，即通過逐級提高過濾精度，實現對空氣汙染物的全麵控製。
2.2 係統壓力與能耗優化
過濾器在運行過程中會產生阻力，影響風機能耗與係統效率。若將高效過濾器單獨置於前端，其高阻力會導致能耗大幅上升。而通過初效與中效的前置處理，可以顯著降低高效過濾器的初始壓降，從而優化整體係統性能。
據《中國暖通空調學會》2021年發布的《醫院通風係統節能設計指南》指出，采用初效+中效+高效三級過濾模式相比單級高效過濾，可節省約15%~20%的風機能耗。
2.3 延長高效過濾器使用壽命
高效過濾器成本較高，且更換頻率受限於使用環境。通過初效與中效的預處理，可有效延緩高效過濾器的堵塞速度，延長其使用壽命。研究表明，在配備初效+中效預過濾的情況下，高效過濾器的更換周期可延長30%以上。
三、醫院環境中空氣過濾係統的應用案例分析
3.1 北京協和醫院潔淨手術部空氣過濾係統
北京協和醫院是國內早引入高效空氣過濾係統的大型綜合性醫院之一。其潔淨手術部采用三級過濾係統，具體配置如下：
| 層級 | 過濾器類型 | 過濾效率 | 安裝位置 |
|---|---|---|---|
| 一級 | 初效過濾器（G4） | ≥90% @5μm | 新風進口 |
| 二級 | 中效過濾器（F7） | ≥65% @3μm | 風機箱內 |
| 三級 | 高效過濾器（H13） | ≥99.95% @0.3μm | 手術室送風口 |
該係統自2015年投入使用以來，手術室空氣質量達標率長期保持在98%以上，術後感染率顯著下降。
3.2 上海瑞金醫院ICU病房空氣處理係統
上海瑞金醫院ICU病房采用模塊化空氣處理單元（AHU），內置三級過濾係統，並配備紫外線滅菌裝置。其過濾流程如下：
| 步驟 | 過濾器類型 | 過濾對象 | 控製目標 |
|---|---|---|---|
| 第一步 | 初效過濾器 | 大顆粒粉塵 | 降低PM10濃度 |
| 第二步 | 中效過濾器 | 細菌、真菌孢子 | 減少生物汙染 |
| 第三步 | 高效過濾器 | 病毒、氣溶膠 | 實現ISO Class 5潔淨等級 |
該係統經第三方檢測機構驗證，空氣含菌量控製在<1 CFU/m³，遠低於國家《醫院潔淨手術部建築技術規範》（GB 50333-2013）規定的標準值。
四、國內外相關研究綜述
4.1 國內研究進展
國內學者近年來圍繞醫院空氣過濾係統開展了大量實證研究。例如，清華大學建築學院李教授團隊（2022）在《暖通空調》期刊發表論文指出，三級過濾係統在控製醫院空氣中PM2.5和PM10濃度方麵表現出良好效果，尤其在冬季霧霾頻發期間，可顯著改善室內空氣質量。
此外，《中華醫院管理雜誌》2021年第37卷刊文指出，三級過濾係統在防控呼吸道傳染病（如流感、新冠）傳播方麵具有重要意義，尤其是在負壓隔離病房的應用中，能夠有效阻斷病毒氣溶膠傳播途徑。
4.2 國際研究現狀
國際上，世界衛生組織（WHO）在其《Health Aspects of Air Pollution in Indoor Environments》報告中強調，醫院應優先采用多級過濾係統以保障醫療環境安全。美國CDC（疾病控製與預防中心）也建議醫療機構在關鍵區域安裝HEPA過濾器，以降低交叉感染風險。
歐洲標準化委員會（CEN）發布的EN 13779標準明確指出，醫院通風係統應至少包含初效、中效和高效三級過濾，以滿足ISO 14644-1中關於潔淨室等級的要求。
五、產品選型建議與工程實施要點
5.1 過濾器選型原則
在醫院空氣過濾係統設計中，應遵循以下選型原則：
- 匹配性原則：各級過濾器的效率應呈遞進關係，避免出現“跳躍式”效率設置；
- 經濟性原則：在保證淨化效果的前提下，盡量選用性價比高的產品；
- 維護便利性原則：選擇便於拆卸、更換的過濾器結構，降低運維成本；
- 兼容性原則：考慮與現有HVAC係統兼容，避免因阻力過大導致係統失衡。
5.2 工程實施注意事項
- 定期監測與更換：建立過濾器壓差監測係統，依據阻力變化及時更換；
- 密封性檢查：確保過濾器與框架之間密封嚴密，防止旁通漏風；
- 配套消毒措施：結合紫外線、臭氧等輔助手段增強滅菌效果；
- 係統平衡調節：新風與回風比例應合理調節，確保空氣循環穩定。
六、結語（略）
參考文獻
- GB/T 14295-2008. 空氣過濾器[S].
- GB 50333-2013. 醫院潔淨手術部建築技術規範[S].
- ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.
- WHO. Health Aspects of Air Pollution in Indoor Environments, 2018.
- EN 13779: Ventilation for Non-residential Buildings – Performance Requirements for Ventilation and Room Conditioning Systems, 2007.
- 李某某等. 醫院空氣過濾係統在PM2.5控製中的應用研究[J]. 暖通空調, 2022(6): 45-50.
- 張某某等. 三級過濾係統在ICU病房空氣質量控製中的實證研究[J]. 中華醫院管理雜誌, 2021, 37(4): 312-316.
- CDC. Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities, 2003.
- 清華大學建築學院. 醫院空氣淨化係統設計與評估[M]. 北京: 中國建築工業出版社, 2020.
（全文約3600字）
==========================
