V型塑框过滤器在医院负压隔离病房新风处理单元中的应用与维护周期评估

概述

负压隔离病房通过维持室内气压低于相邻区域，使空气只能由清洁侧流向污染侧，从而把患者呼出的病原微生物限制在病房内部。其新风处理单元承担补足排风量、维持压差梯度与控制送风洁净度的多重任务，过滤段的设计与维护水平直接决定病房能否长期稳定运行。

V型塑框过滤器以刚性塑料外框固定多个V型褶层单元，在有限断面内展开较大的滤材面积，兼具偏低阻力与较高容尘量，常用于新风处理单元的中效段。本文结合医院负压隔离病房的环境控制要求，讨论其结构构成、技术参数、分粒径效率、安装密封、监测手段与维护周期评估方法。

图1 V型塑框过滤器外形与褶层结构

一、负压隔离病房的空气处理要求与过滤定位

《医院负压隔离病房环境控制要求》（GB/T 35428-2017）与《传染病医院建筑设计规范》（GB 50849-2014）规定，负压隔离病房相对于相邻缓冲间应保持不小于5帕的负压，缓冲间相对于走廊也维持同量级压差，形成由外至内逐级降低的压力梯度。病房换气次数通常取每小时12次以上。

在此类系统中，新风处理单元需补偿排风量并维持设定的负压值，其送风先经初效与中效过滤，再由末端高效过滤器把关。中效段位于表冷器之后、送风机之前，承担1至5微米粒子的主体负荷，既减轻末端高效的负担，也避免盘管与风道积尘滋生微生物。

表1 负压隔离病房主要环境控制参数

参数项目	控制要求	主要依据	工程说明
病房对缓冲间压差	不小于5 Pa（负压）	GB/T 35428-2017	压差表就地显示
缓冲间对走廊压差	不小于5 Pa（负压）	GB 50849-2014	设两道密闭门
换气次数	12 次/小时以上	GB/T 35428-2017	按房间体积核算
温度	20～26 ℃	GB 51039-2014	可调范围
相对湿度	30%～70%	GB 51039-2014	避免结露与静电
送风末端过滤	高效 H13	GB/T 13554	送风口设高效
排风过滤	高效 H13，过滤后排放	GB/T 35428-2017	排风口设高效

表2 新风处理单元的典型过滤级配

过滤段	效率等级	设置位置	主要作用	终阻力参考
初效	G4	新风入口内侧	截留柳絮、纤维与粗颗粒	200 Pa
中效	F7～F9	表冷器后、风机前	截留1～5微米粒子与微生物载体	300～350 Pa
亚高效	H10～H11	送风总管	保护末端高效、延长更换间隔	400 Pa
高效	H13	送风末端、排风末端	保证送风洁净度与排放安全	600 Pa

二、V型塑框过滤器的结构构成与材料

该类过滤器由外框、V型滤芯、分隔条、密封胶与密封条组成。外框多为丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物或聚丙烯注塑成型，边框内侧设加强筋抵抗风压变形；滤芯由三至六个V型单元并列，单元内部以热熔胶线固定褶层间距。

滤材常见玻纤与合成纤维两类。玻纤滤材纤维直径细、效率稳定，适合F8以上等级；合成纤维滤材耐折、抗破损，适用于启停频繁的机组。密封条多采用聚氨酯发泡或硅橡胶，压缩率取25%至35%时可兼顾气密与回弹。

表3 主要部件的材料与功能

部件	常用材料	成型工艺	功能要点
外框	ABS、聚丙烯	注塑	承压、定位、便于抽换
滤芯	玻纤、聚酯无纺布	打褶、热熔定型	承载主要过滤功能
分隔条	铝合金、热熔胶	穿插、点胶	维持褶间距与通道形状
密封条	聚氨酯、硅橡胶	发泡、模压	封堵边框旁通
护网	镀锌钢丝、尼龙网	焊接、包边	防止滤材在负压下塌陷

表4 常见规格与额定参数

型号	外形尺寸（毫米）	额定风量（立方米/时）	滤材面积（平方米）	初阻力（帕）	效率等级
VS-F7-3V	592×592×150	1200	4.4	90	F7
VS-F8-4V	592×592×292	1800	6.3	110	F8
VS-F9-4V	592×592×292	1800	6.5	135	F9
VS-F8-5V	610×610×292	2000	7.6	118	F8
VS-F9-6V	610×610×292	2200	8.4	142	F9

三、过滤机理与分粒径计数效率

纤维层捕集依靠惯性碰撞、直接拦截、布朗扩散与静电吸引四种作用。粒径大于1微米的粒子以惯性与拦截为主，随气流绕过纤维时因惯性脱离流线而被截留；粒径小于0.3微米的粒子则受布朗运动支配，扩散作用随粒径减小而增强。

两者之间存在捕集效率的低谷区，通常位于0.1至0.3微米。该区间的效率决定了过滤器的分级归属，也是评估其对病毒气溶胶载体的拦截能力时须重点考察的段落。ISO 16890-1:2016 以PM1、PM2.5、PM10三类粒子的计数效率分级，取代了此前的平均效率表述方式。

表5 不同等级过滤器的分粒径计数效率

粒径（微米）	F7 效率	F8 效率	F9 效率	主导机理
0.1	55%	70%	82%	扩散
0.3	62%	80%	92%	扩散与拦截
0.5	75%	88%	95%	拦截
1.0	88%	94%	98%	拦截与惯性
3.0	95%	98%	99.5%	惯性
10.0	99%	99.5%	99.9%	惯性

表6 国内外分级标准对照

中国 GB/T 14295	欧洲 EN 779:2012	国际 ISO 16890	美国 ASHRAE 52.2	典型用途
中效1	F7	ePM2.5 50%以上	MERV 13	医院中效段
中效2	F8	ePM2.5 70%以上	MERV 14	负压病房中效段
中效3	F9	ePM1 70%以上	MERV 15	高洁净要求场合

四、新风处理单元中的安装与级配

V型塑框过滤器在中效段通常采用框架压紧方式安装，多个单元并列嵌入型钢框架，单元之间以中挺分隔，四周由压紧螺栓或偏心锁扣夹紧。检修侧须留出与过滤器厚度相当的抽换空间，并设置密封检修门，避免未经过滤的空气短路进入送风段。

级配方面，新风含尘浓度较高的城市中心区域宜采用G4初效加F8中效的组合，初效承担粗颗粒负荷，中效负责细颗粒把关；若末端为H13高效，中效等级可适度下调至F7以降低系统阻力。表7给出三类常见组合的阻力与更换节奏对照，供设计阶段比选。

表7 三类常见级配方案的工程对照

方案	级配组合	系统初阻力（帕）	中效更换间隔	适用场合
甲	G4＋F7＋H13	420	4～6 个月	郊区空气质量较好
乙	G4＋F8＋H13	455	3～4 个月	城区负压病房
丙	G4＋F8＋H10＋H13	560	6～8 个月	重症监护型病房

图2 新风处理机组中的过滤器安装位

五、面速、阻力与风机能耗的关系

V型结构把迎风面积与滤材面积之比提高到一比二点五以上，使额定风量下的面速由平板结构的一点四米每秒降至零点八米每秒附近。面速下降直接削减了滤材内部的通道流速，阻力随之降低，同时已沉积粒子被二次携带的概率也明显减小。

阻力对风机功率的影响呈线性关系。以一台送风量一万立方米每小时的机组为例，中效段阻力每增加100帕，风机轴功率约增加0.4千瓦，全年连续运行折合电量约三千五百千瓦时。对于长期开机的负压病房机组，该项差异在三年运行周期内即可覆盖过滤器本身的采购差价。

表8 面速与阻力的对应关系（F8 等级）

面速（米/秒）	通道流速（米/秒）	初阻力（帕）	容尘至300帕的时间（小时）
0.6	0.32	88	2600
0.8	0.43	110	2100
1.0	0.55	138	1650
1.2	0.66	172	1280
1.4	0.78	215	980

表9 不同面速下的年运行电耗估算

面速（米/秒）	平均阻力（帕）	风机附加功率（千瓦）	年电耗（千瓦时）
0.6	150	0.60	5256
0.8	180	0.72	6307
1.0	220	0.88	7709
1.2	270	1.08	9461

六、密封结构与旁通泄漏控制

旁通泄漏是负压病房过滤系统中容易被忽视的失效形式。过滤器与框架之间的缝隙若未压实，未经过滤的空气将直接绕过介质进入下游，实测表明一条宽2毫米、长一米的缝隙在100帕压差下的泄漏量可达额定风量的3%至5%，足以使整段过滤效率明显打折。

控制旁通须从三方面入手：框体刚度须足以抵抗负压下的内凹变形；密封条压缩量须落在设计区间，过小则密封不实，过大则回弹失效；安装后须逐台进行发尘检漏或压力衰减测试。GB 50243-2016 对过滤器的安装缝隙与检漏方法均有明确规定。

表10 密封方式与适用场合

密封方式	密封材料	允许缝隙	优点	局限
端面压紧	聚氨酯发泡条	不大于1毫米	结构简单、抽换方便	依赖压紧力均匀
刀口嵌入	硅橡胶条	不大于0.5毫米	气密性好	框架加工精度要求高
液槽密封	非牛顿密封液	浸没深度10毫米以上	气密性优良	维护工序繁琐
整体灌胶	聚氨酯胶	无缝隙	杜绝旁通	不可拆卸

七、负压梯度与风量稳定性的耦合

病房负压依靠送风量与排风量的差值建立。过滤器积尘使系统阻力上升，若风机为定速运行，送风量将随阻力上升而衰减，排风量保持不变时病房负压反而增大；若排风机亦受阻力影响，则压差可能向相反方向漂移，两种情形都会破坏设计梯度。

工程上多采用变频恒静压控制或恒风量控制。前者在送风总管设置静压传感器，风机随阻力上升提高转速以维持静压；后者直接以风量传感器反馈调节。两种方式都要求过滤器阻力在设计区间内变化，因此维护周期的设定须与自控策略同步考虑。

表11 中效段阻力变化对系统参数的影响

中效阻力（帕）	定速运行时送风量变化	病房压差变化	恒静压运行时风机转速
110（初阻力）	基准值	-5 Pa	100%
180	-6%	-7 Pa	106%
250	-11%	-9 Pa	113%
320	-15%	-11 Pa	119%

八、微生物气溶胶拦截与更换作业防护

患者咳嗽与讲话产生的飞沫核粒径多在0.5至5微米之间，可直接穿透初效而进入中效段。F8等级过滤器对该区间的计数效率达到88%至94%，配合末端H13高效可形成两级屏障。过滤器本身不具灭活能力，被截留的微生物仍可在潮湿滤材上存活数日。

因此更换作业须按污染物处置对待：作业人员穿戴防护服、护目镜与呼吸防护器；更换前对过滤器表面喷洒消毒剂并静置；拆下的过滤器装入密封袋，标注科室与日期后按医疗废物流程转运；作业结束后对框架内壁擦拭消毒，并复测压差与风量。

表12 更换作业的防护与操作要求

环节	操作要求	个人防护	记录项
停机准备	关闭机组、挂牌、确认风机停转	工作服、手套	停机时间
表面消毒	喷洒消毒剂并静置30分钟	口罩、护目镜	消毒剂种类
拆卸装袋	整体装入密封袋，不拍打不折叠	防护服、呼吸防护器	过滤器编号
框架清洁	擦拭内壁、检查密封条回弹	手套、护目镜	密封条状态
复机验证	复测压差、风量与检漏	常规	压差与风量值

图3 更换作业中的密封条检查

九、维护周期的判定依据与评估方法

维护周期不应按固定月历设定，而应由阻力、效率与卫生三项判据共同确定。阻力判据取终阻力，通常为初阻力的两倍，对F8等级即300至350帕；效率判据以分粒径计数效率较初始值下降超过15%为界；卫生判据针对霉斑、破损、密封条老化等目视可辨的缺陷。

评估方法分三步：先由压差记录绘制阻力增长曲线，用线性或幂函数拟合得到达到终阻力的时间；再结合每季度一次的效率抽检修正该时间；之后取三者之中偏短的周期作为更换间隔，并按季节与科室负荷作上下浮动。该方法在多家医院的运维实践中已形成较一致的结论。

表13 三项判据的阈值与检测手段

判据	阈值	检测手段	检测频次	处置
阻力	初阻力的2倍	压差变送器、斜管微压计	连续监测	安排更换
效率	较初始下降15%	计数效率抽检、发尘检漏	每季度	复核后更换
卫生	霉斑、破损、变形	目视与手感检查	每月	立即更换
密封	缝隙大于1毫米	塞尺、发烟法	每次更换	调整压紧

十、典型工程的维护周期实测

表14汇总四个负压病房项目的运行记录。四个项目的机组形式相近，差异主要来自新风含尘浓度、日均运行时长与预过滤配置。呼吸道传染病负压病房因常年连续运行且新风取风口临近城市道路，中效段阻力在四个月内即达到终阻力。

结核病负压病房的排风量偏大、换气次数偏高，过滤器负荷随之前移，实测周期略短于前者。负压重症监护病房虽负荷偏高，但因加设了H10亚高效预过滤，中效段负担被显著分担，周期反而延长至七个月。发热门诊留观室为间歇运行，周期可达十个月。

表14 四个项目的维护周期实测数据

项目类型	新风含尘（微克/立方米）	日均运行（小时）	达到终阻力时间	建议更换周期
呼吸道传染病负压病房	78	24	4.0 个月	4 个月
结核病负压病房	70	24	3.6 个月	3.5 个月
负压重症监护病房	82	24	7.2 个月	7 个月
发热门诊留观室	65	12	10.4 个月	10 个月

表15 不同季节的阻力增长速率修正系数

季节	大气颗粒物浓度水平	阻力增长修正系数	周期调整建议
春季	偏高，含花粉与沙尘	1.20	缩短约15%
夏季	中等，湿度偏高	0.95	维持原周期
秋季	中等，秸秆焚烧期抬升	1.10	缩短约10%
冬季	偏高，采暖期燃煤贡献大	1.25	缩短约20%

十一、压差监测与状态化维护策略

状态化维护的前提是可靠的压差数据。中效段前后应各设一个测压点，取压管避开涡流区并加装防堵过滤器，变送器量程取零至五百帕、精度不低于满量程的2%。数据接入楼宇自控系统后，可设定三级预警：阻力达初阻力的1.5倍提示备货，达1.8倍提示排程，达2倍触发更换工单。

除阈值报警外，阻力增长速率的突变同样值得关注。若某一台过滤器的阻力在两周内跃升超过40帕，往往意味着上游有破损、密封条脱落或施工扬尘侵入，须现场核查而非简单更换。将速率异常纳入报警逻辑，可把维护从被动换件转为主动排查。

表16 监测点位与报警阈值设置

监测点位	量程	一级预警	二级预警	报警动作
初效段前后	0～300 Pa	150 Pa	200 Pa	清洗或更换
中效段前后	0～500 Pa	165 Pa	220 Pa	备货与排程
末端高效前后	0～800 Pa	450 Pa	600 Pa	检漏后更换
病房对缓冲间	-30～30 Pa	偏离设定值2 Pa	偏离4 Pa	核查风量平衡

十二、全寿命成本与运维组织

过滤器全寿命成本由采购、更换人工、风机电耗与处置四部分构成。以单台F8四V单元计，采购成本约占四成，更换人工与停机的间接损失约占三成，电耗约占两成，废弃处置约占一成。单纯压低采购单价往往导致容尘量下降、更换频次上升，总成本反而增加。

运维组织上宜建立过滤器台账，逐台记录编号、安装位置、初始阻力、每次更换日期与实测阻力。台账与压差曲线联用，可在两至三个更换周期后形成本项目的阻力增长模型，使后续周期的设定具备数据支撑。ASHRAE 170-2019 与 WS/T 368-2012 均强调此类记录在医疗机构空气净化管理中的作用。

表17 全寿命成本的构成与优化方向

成本项	占比	影响因素	优化方向
采购	40%	滤材面积、框体材料	按容尘量比价而非单价
更换人工与停机	30%	更换频次、检修空间	延长周期、预留抽换位
风机电耗	20%	阻力水平、运行时长	降低面速、优选低阻型号
废弃处置	10%	危废认定、运输距离	压缩体积、集中转运