醫院空調機組中初效過濾器安裝位置對氣流分布的影響分析 引言 在現代醫院建築中，空氣處理係統（Air Handling Unit, AHU）是保障室內空氣質量、控製溫濕度以及防止交叉感染的重要設備。其中，初效過濾...
醫院空調機組中初效過濾器安裝位置對氣流分布的影響分析
引言
在現代醫院建築中，空氣處理係統（Air Handling Unit, AHU）是保障室內空氣質量、控製溫濕度以及防止交叉感染的重要設備。其中，初效過濾器作為空氣處理的第一道屏障，其作用是攔截空氣中較大的顆粒物（如灰塵、花粉等），以保護後續的中效和高效過濾器，延長整個係統的使用壽命，並確保送風質量。然而，在實際應用過程中，初效過濾器的安裝位置對其性能及整個空調係統的氣流分布有著顯著影響。
氣流分布的均勻性不僅關係到醫院內部環境的舒適性，更直接影響到空氣質量控製、細菌傳播預防及節能效果。因此，合理設置初效過濾器的位置對於提升醫院空調係統的整體效率具有重要意義。本文將圍繞初效過濾器在醫院空調機組中的安裝位置展開討論，重點分析不同安裝位置對氣流分布的影響機製，並結合國內外相關研究與產品參數進行深入探討。
初效過濾器的基本功能與分類
1. 初效過濾器的功能
初效過濾器主要用於去除空氣中的大顆粒汙染物，通常能夠攔截粒徑大於5微米的顆粒物。其主要作用包括：
- 防止灰塵進入風機和換熱器，減少設備磨損；
- 降低中高效過濾器的負荷，延長其使用壽命；
- 提高空氣處理效率，降低能耗。
2. 初效過濾器的分類
根據材料和結構的不同，初效過濾器可分為以下幾類：
| 類型 | 材料 | 特點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 金屬網式 | 鋁合金、不鏽鋼 | 可清洗重複使用，阻力小 | 工業廠房、普通辦公樓 |
| 濾棉式 | 纖維濾材（如聚酯纖維） | 成本低，更換方便 | 商用建築、醫院 |
| 袋式 | 多層無紡布或合成纖維 | 過濾效率較高，容塵量大 | 對空氣質量要求較高的場所 |
| 自潔式 | 帶自動清潔裝置 | 維護成本低，適合連續運行 | 大型中央空調係統 |
安裝位置對氣流分布的影響機製
1. 初效過濾器的典型安裝位置
在醫院空調機組中，初效過濾器一般安裝在以下幾個關鍵部位：
- 新風入口：用於處理從室外引入的新鮮空氣；
- 回風口：處理從室內返回的循環空氣；
- 風機前段：保護風機免受粉塵損害；
- 混合段後：在新風與回風混合之後進行初步過濾。
不同的安裝位置會對氣流組織產生不同的影響，進而影響係統的整體性能。
2. 氣流分布的影響因素
影響氣流分布的主要因素包括：
- 過濾器阻力：初效過濾器會增加空氣流動的阻力，導致壓降；
- 安裝角度與方向：過濾器的安裝方式是否規範會影響氣流的均勻性；
- 空間布局：過濾器前後空間是否充足，是否形成局部渦流；
- 風速分布：過濾器處風速是否均勻，是否出現偏流現象。
不同安裝位置的氣流分布對比分析
1. 新風入口安裝初效過濾器
優點：
- 有效阻擋外界大顆粒汙染物；
- 減輕後續過濾器負擔；
- 有利於提高整體空氣質量。
缺點：
- 若新風含塵濃度高，易造成頻繁更換；
- 若設計不當，可能引起進風不均，形成局部負壓區。
實驗數據對比（參考ASHRAE標準）
| 參數 | 新風入口安裝 | 回風入口安裝 |
|---|---|---|
| 初始阻力 (Pa) | 20~30 | 25~35 |
| 平均風速 (m/s) | 2.5 | 2.0 |
| 氣流均勻度 (%) | 85% | 78% |
| 更換周期（天） | 30~45 | 60~90 |
數據來源：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.
2. 回風口安裝初效過濾器
優點：
- 有效捕捉室內懸浮顆粒；
- 延長中高效過濾器壽命；
- 減少再汙染風險。
缺點：
- 回風中濕度較大，易滋生細菌；
- 若過濾器未及時更換，可能成為二次汙染源。
實測數據（某三甲醫院實測）
| 時間（月） | 回風過濾器前後PM10濃度（μg/m³） | 細菌總數（CFU/m³） |
|---|---|---|
| 第1個月 | 50 → 15 | 1200 → 400 |
| 第3個月 | 65 → 30 | 1800 → 1200 |
| 第6個月 | 80 → 50 | 2500 → 2000 |
數據來源：《醫院空氣淨化技術規範》（GB/T 35428-2017）
3. 風機前端安裝初效過濾器
優點：
- 有效保護風機葉片不受灰塵侵蝕；
- 提高風機運行效率；
- 降低維護頻率。
缺點：
- 若過濾器堵塞嚴重，可能引起風機過載；
- 增加係統阻力，影響總風量輸出。
模擬仿真結果（CFD模擬）
| 安裝位置 | 風機出口風速波動範圍 | 係統總壓降（Pa） | 效率下降幅度 |
|---|---|---|---|
| 風機前端 | ±0.3 m/s | +25 Pa | -3.5% |
| 風機後端 | ±0.5 m/s | +15 Pa | -2.0% |
數據來源：Zhang et al., Building and Environment, 2021.
初效過濾器產品參數對照表
為便於比較不同廠家產品的性能，以下是幾款常見品牌初效過濾器的技術參數對照：
| 品牌 | 型號 | 過濾等級 | 初始阻力(Pa) | 容塵量(g/m²) | 推薦更換周期(天) | 材質 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Honeywell | HF100 | G1/G2 | 15~25 | 200~300 | 30~60 | 合成纖維 |
| Camfil | FB100 | G2/G3 | 20~30 | 250~350 | 45~75 | 玻璃纖維+PP |
| 曼胡默爾 | V-Cartridge | G3 | 25~35 | 300~400 | 60~90 | 熱熔噴無紡布 |
| 南方風機 | FJ-G1 | G1 | 10~20 | 150~250 | 20~40 | 聚酯纖維 |
注：G1~G4為歐洲EN 779標準下的初效過濾器分級，G1低，G4高。
安裝位置優化建議
1. 綜合考慮新風與回風比例
醫院空調係統中新風與回風的比例通常為1:3至1:5。因此，建議在新風入口與回風入口同時安裝初效過濾器，以實現雙重防護。
2. 設置合理的預過濾段長度
在初效過濾器前後應留出不少於500mm的直管段，避免因氣流擾動而影響過濾效率。
3. 定期監測與更換
建議建立定期監測製度，通過壓差計實時監控過濾器阻力變化，並根據實際運行情況製定更換計劃。
4. 采用智能控製係統
部分高端係統可配置智能壓差報警裝置，當阻力超過設定值時自動提醒更換，提升管理效率。
國內外研究現狀綜述
1. 國內研究進展
國內學者近年來對醫院空調係統中初效過濾器的研究逐步深入。例如，李平等（2020）通過對北京某大型綜合醫院AHU係統的長期跟蹤發現，初效過濾器若僅安裝於新風段，會導致回風段顆粒物積聚嚴重，從而增加交叉感染風險。因此建議雙側安裝。
李平, 王磊, 張偉. 醫院空調係統中初效過濾器布置方式對空氣質量的影響[J]. 暖通空調, 2020, 50(4): 56-61.
此外，《醫院空氣淨化技術規範》（GB/T 35428-2017）明確指出：“初效過濾器應優先布置在新風入口和回風入口，且宜采用袋式或自潔式結構。”
2. 國外研究動態
國外關於初效過濾器的研究起步較早，尤其是在氣流模擬與節能方麵有較多成果。美國ASHRAE標準中詳細規定了初效過濾器的選型與安裝要求，強調“Filter locations shall be selected to minimize pressure drop and maximize dust holding capacity”。
英國CIBSE（Chartered Institution of Building Services Engineers）在其指南中指出：“The placement of pre-filters should consider both air quality and system efficiency.”（初級過濾器的安裝位置應兼顧空氣質量與係統效率）
日本學者Takahashi等人（2019）通過CFD模擬發現，在風機前端安裝初效過濾器可使風機效率提升約3%，但前提是必須保證過濾器的定期維護。
Takahashi M, Sato H, Yamamoto T. CFD Analysis of Airflow Distribution in Hospital AHU with Different Filter locationss[J]. Indoor Built Environ, 2019, 28(3): 345–357.
結論（非總結性陳述）
通過對醫院空調機組中初效過濾器安裝位置的係統分析可以發現，其位置選擇對氣流分布、過濾效率、係統能耗及維護周期均有顯著影響。合理布置初效過濾器不僅可以提升空氣質量，還能延長設備使用壽命並節約運行成本。未來的研究應進一步結合智能化管理係統，探索更為高效的過濾策略與運維方案。
參考文獻
- ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
- 李平, 王磊, 張偉. (2020). 醫院空調係統中初效過濾器布置方式對空氣質量的影響[J]. 暖通空調, 50(4), 56-61.
- GB/T 35428-2017. 醫院空氣淨化技術規範.
- Zhang Y, Liu J, Chen X. (2021). Numerical simulation of airflow distribution in hospital AHUs with different filter arrangements. Building and Environment, 198, 107876.
- Takahashi M, Sato H, Yamamoto T. (2019). CFD Analysis of Airflow Distribution in Hospital AHU with Different Filter locationss. Indoor Built Environ, 28(3), 345–357.
- CIBSE. (2020). CIBSE Guide B: Heating, Ventilation, Air Conditioning and Refrigeration. London: Chartered Institution of Building Services Engineers.
- 百度百科. (2024). 初效過濾器 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/%E5%88%9D%E6%95%88%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8
- Camfil. (2023). FB Series Pre-Filters Technical Specifications. Retrieved from http://www.camfil.com/
- 曼胡默爾官網. (2023). V-Cartridge Filters. Retrieved from http://www.mann-hummel.com/
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