高效空氣過濾器（HEPA）在醫院手術室淨化係統中的技術要求 一、引言：空氣淨化與手術室環境控製的重要性 在現代醫療體係中，醫院手術室的空氣質量直接關係到患者的術後恢複和感染風險。根據世界衛生組...
高效空氣過濾器（HEPA）在醫院手術室淨化係統中的技術要求
一、引言：空氣淨化與手術室環境控製的重要性
在現代醫療體係中，醫院手術室的空氣質量直接關係到患者的術後恢複和感染風險。根據世界衛生組織（WHO）的研究數據，醫院獲得性感染（Hospital-acquired infections, HAIs）是全球範圍內導致住院患者死亡的重要原因之一，其中空氣傳播被認為是主要途徑之一[1]。因此，如何有效控製手術室空氣中的微粒和微生物濃度，成為醫院建築設計和運行管理中的關鍵課題。
高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）作為空氣淨化係統的核心組件，在手術室潔淨度保障中扮演著至關重要的角色。HEPA過濾器能夠高效去除空氣中0.3微米以上的顆粒物，包括細菌、病毒、塵埃、花粉等，從而為手術操作提供一個相對無菌的環境。
本文將圍繞HEPA過濾器的技術參數、在醫院手術室淨化係統中的應用標準、國內外相關規範及文獻研究進行深入探討，並通過表格形式對關鍵性能指標進行對比分析，以期為醫療工程設計者、設備采購人員及相關研究人員提供參考依據。
二、HEPA過濾器的基本原理與分類
2.1 HEPA過濾器的工作原理
HEPA過濾器並非簡單的篩網結構，而是基於多種物理機製共同作用的結果。其工作原理主要包括以下幾種：
- 攔截效應（Interception）：當粒子靠近纖維時，由於範德華力作用而被吸附。
- 慣性撞擊（Impaction）：大顆粒因氣流方向改變而撞擊纖維被捕獲。
- 擴散效應（Diffusion）：小顆粒由於布朗運動而隨機移動並接觸纖維被吸附。
這三種機製協同作用，使得HEPA濾材能夠實現對空氣中不同尺寸顆粒的高效捕集。
2.2 HEPA過濾器的分類
根據國際標準ISO 29463和美國標準IEST-RP-CC001，HEPA過濾器可以分為以下幾個等級：
| 分類 | 過濾效率（針對0.3 μm顆粒） | 備注 |
|---|---|---|
| H10 | ≥85% | 初級HEPA，用於一般潔淨區域 |
| H11 | ≥95% | 中級HEPA，適用於輕度潔淨空間 |
| H12 | ≥99.5% | 標準HEPA，廣泛用於醫院手術室 |
| H13 | ≥99.95% | 高效HEPA，常用於Ⅰ類手術室 |
| H14 | ≥99.995% | 超高效HEPA，用於生物安全實驗室 |
此外，還有ULPA（Ultra Low Penetration Air Filter），其過濾效率可達99.999%，適用於更高潔淨等級的場所如潔淨手術室或隔離病房。
三、HEPA在醫院手術室淨化係統中的應用要求
3.1 手術室潔淨等級劃分標準
根據中國《醫院潔淨手術部建築技術規範》（GB 50333-2013）以及美國ASHRAE和AIA（美國建築師協會）的標準，手術室按潔淨程度分為四個等級：
| 潔淨等級 | 空氣潔淨度（粒徑≥0.5μm） | 細菌濃度（cfu/m³） | 適用範圍 |
|---|---|---|---|
| Ⅰ級 | ≤10粒/L | ≤10 | 特殊潔淨手術室（如器官移植） |
| Ⅱ級 | ≤25粒/L | ≤25 | 標準潔淨手術室 |
| Ⅲ級 | ≤150粒/L | ≤75 | 一般潔淨手術室 |
| Ⅳ級 | ≤350粒/L | ≤150 | 準潔淨手術室 |
要達到上述潔淨等級，必須依賴高效的空氣處理係統，其中HEPA過濾器是核心環節。
3.2 HEPA在手術室淨化係統中的配置方式
通常，手術室淨化係統采用“初效+中效+高效”三級過濾組合模式，其中HEPA位於送風係統的末端，確保進入手術區的空氣達到高潔淨標準。
圖示如下（文字描述）：
- 新風 → 初效過濾（G3/G4）→ 中效過濾（F7/F8）→ 表冷/加熱段 → 加濕段 → 風機段 → 高效過濾段（HEPA）→ 手術室送風口
該流程確保了空氣在進入手術區前已經過多重淨化處理，終由HEPA完成對微粒和微生物的終攔截。
四、HEPA過濾器的關鍵技術參數
為了滿足手術室淨化係統的高標準需求，HEPA過濾器需具備一係列關鍵性能參數，這些參數直接影響其使用壽命、過濾效率、能耗以及整體係統穩定性。
4.1 基本性能參數表
| 參數名稱 | 定義說明 | 推薦值或範圍 |
|---|---|---|
| 初始阻力（Pa） | 新濾材在額定風量下的壓降 | ≤250 Pa |
| 終阻力（Pa） | 更換濾材前的大允許壓降 | ≤450~600 Pa |
| 過濾效率（%） | 對0.3 μm顆粒的去除率 | ≥99.95%（H13/H14） |
| 額定風量（m³/h） | 單個過濾器的設計處理風量 | 600~2000 m³/h |
| 尺寸規格 | 可定製化，常見為610×610 mm或更大 | 按照安裝位置定製 |
| 材質類型 | 玻璃纖維、聚丙烯、複合材料 | 玻璃纖維為主 |
| 壽命（年） | 正常使用條件下更換周期 | 3~5年 |
| 泄漏檢測 | 是否具備完整性測試功能 | 必須具備DOP/PAO測試能力 |
| 耐火性能 | 是否符合防火等級要求 | Class 0或Class A |
4.2 性能衰減與維護管理
HEPA過濾器在長期運行過程中會因積塵、潮濕等因素導致性能下降，具體表現為：
- 阻力上升：增加風機負荷，影響係統能耗；
- 效率降低：可能造成潔淨度不達標；
- 泄漏風險：若密封不良或破損，可能導致汙染物穿透。
因此，建議定期進行壓差監測、效率檢測和完整性測試（如PAO掃描法），以確保HEPA始終處於良好狀態。
五、國內外關於HEPA在手術室應用的標準與規範
5.1 中國國家標準與行業規範
在中國，《醫院潔淨手術部建築技術規範》（GB 50333-2013）是指導手術室空氣淨化係統設計的主要依據。該標準明確指出：
- 手術室應采用全空氣定風量空調係統；
- 送風末端必須設置HEPA過濾器；
- 潔淨手術室空氣換氣次數不應低於25次/小時；
- 所有HEPA過濾器必須通過完整性測試（PAO/DOP）；
- 係統應設有自動監測與報警裝置。
此外，《綜合醫院建築設計規範》（GB 51039-2014）也對醫院空氣淨化係統提出了詳細要求。
5.2 美國ASHRAE與AIA標準
美國ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）在其《ASHRAE Handbook – HVAC Applications》中對手術室空氣處理係統提出如下建議：
- 使用HEPA過濾器作為末端過濾裝置；
- 空氣換氣次數建議為25~30次/小時；
- 壓差控製應維持手術室正壓狀態（相對於周邊區域）；
- 推薦采用VAV變風量係統以提高節能效果；
- 每年至少進行一次HEPA完整性測試。
同時，AIA（The American Institute of Architects）發布的《Guidelines for Design and Construction of Health Care Facilities》也強調了手術室空氣淨化係統的可靠性與可維護性。
5.3 歐洲EN ISO標準
歐洲標準EN ISO 14644係列對潔淨室及其空氣淨化係統進行了詳細規定：
- EN ISO 14644-1 規定了潔淨室的分級標準；
- EN ISO 14644-3 提供了HEPA過濾器測試方法；
- EN ISO 14644-6 明確了術語與定義。
此外，德國VDI 2167《醫院通風係統設計指南》也強調了HEPA在手術室中的關鍵作用，並建議采用雙層HEPA或多級防護措施。
六、HEPA過濾器選型與安裝注意事項
6.1 選型原則
在選擇HEPA過濾器時，應綜合考慮以下因素：
- 潔淨等級要求：根據手術室級別選擇相應過濾效率的HEPA；
- 係統風量匹配：確保過濾器額定風量與風機匹配；
- 材質與耐久性：優先選用玻璃纖維濾材，具有良好的化學穩定性和機械強度；
- 防火等級：符合國家或地區防火標準；
- 可維護性：便於更換和檢測，減少停機時間；
- 成本效益比：綜合考慮初期投資與後期運行維護費用。
6.2 安裝與施工要點
HEPA過濾器的安裝質量直接影響其性能表現，安裝過程中應注意以下幾點：
- 密封性檢查：確保過濾器框架與安裝槽之間無縫隙；
- 方向標識：注意氣流方向標識，避免反裝；
- 預過濾器保護：在HEPA前設置中效過濾器，防止大顆粒提前堵塞；
- 現場測試：安裝完成後必須進行PAO泄漏測試；
- 定期巡檢：建立定期壓差記錄和更換台賬。
七、HEPA過濾器在手術室中的實際應用案例分析
7.1 北京協和醫院潔淨手術室項目
北京協和醫院新院區潔淨手術室采用了H14級HEPA過濾器，配合恒溫恒濕係統和智能控製係統，實現了Ⅰ類潔淨手術室的建設目標。該項目中，每間手術室配備獨立的空氣處理機組，HEPA設於送風末端，且每年進行兩次PAO完整性測試，確保過濾器性能穩定可靠。
7.2 上海瑞金醫院ICU病房改造工程
上海瑞金醫院在ICU病房改造中引入ULPA過濾器，替代傳統HEPA，使病房空氣潔淨度提升至ISO 14644-1 Class 5標準。結果顯示，術後感染率顯著下降，醫護人員滿意度提高。
7.3 國外案例：梅奧診所手術室空氣淨化係統
美國梅奧診所（Mayo Clinic）采用多級HEPA+UV光催化+離子除菌組合淨化係統，其中HEPA過濾器布置於送風末端，配合高精度傳感器和遠程監控平台，實現了手術室空氣質量的實時調控。
八、HEPA過濾器發展趨勢與新技術展望
隨著醫療科技的發展，HEPA過濾器也在不斷演進，未來發展方向包括：
- 智能化HEPA：集成壓力、溫度、濕度傳感器，實現在線監測與預警；
- 納米材料濾材：采用碳納米管或石墨烯增強濾材，提高過濾效率；
- 自清潔HEPA：結合光催化氧化技術，延長更換周期；
- 模塊化設計：便於快速更換和標準化安裝；
- 綠色製造：推動環保型濾材研發，減少廢棄汙染。
此外，人工智能與物聯網技術的應用也為HEPA係統的運維管理帶來了新的可能性，例如通過AI算法預測濾材壽命、優化更換周期等。
九、結論與延伸閱讀
綜上所述，高效空氣過濾器（HEPA）在醫院手術室淨化係統中具有不可替代的地位。它不僅決定了手術室的空氣潔淨度，更直接影響到患者的生命安全和術後康複。從產品選型、安裝施工到日常維護，每一個環節都需嚴格遵循相關標準與規範。未來，隨著新材料、新工藝和智能化技術的發展，HEPA過濾器將在醫院空氣淨化領域發揮更加重要的作用。
參考文獻
- World Health Organization. (2021). Healthcare-associated infections fact sheet. http://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/healthcare-associated-infections
- ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook – HVAC Applications. Atlanta: ASHRAE Inc.
- GB 50333-2013. 《醫院潔淨手術部建築技術規範》. 北京：中國計劃出版社，2013年.
- GB 51039-2014. 《綜合醫院建築設計規範》. 北京：中國建築工業出版社，2014年.
- EN ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments – Part 1: Classification and testing.
- VDI 2167. Ventilation in hospitals – Planning guidelines. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2019.
- AIA Guidelines for Design and Construction of Health Care Facilities, 2018 Edition. Washington, D.C.: The American Institute of Architects Press.
- 百度百科. HEPA過濾器詞條. http://baike.baidu.com/item/HEPA%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8
- 王偉, 張磊. 醫用潔淨手術室空氣淨化係統設計研究[J]. 暖通空調, 2019, 49(6): 88-92.
- 李明. HEPA過濾器在醫院潔淨係統中的應用與維護[J]. 現代醫院管理, 2020, 18(3): 45-48.
（全文共計約4200字）
