醫院潔淨手術室中高效空氣除菌過濾器的性能評估 引言 醫院潔淨手術室是現代醫療體係中至關重要的組成部分，其空氣質量直接關係到手術的成功率和患者的術後恢複情況。為了確保手術環境的無菌性，高效空...
醫院潔淨手術室中高效空氣除菌過濾器的性能評估
引言
醫院潔淨手術室是現代醫療體係中至關重要的組成部分，其空氣質量直接關係到手術的成功率和患者的術後恢複情況。為了確保手術環境的無菌性，高效空氣除菌過濾器（High-Efficiency Particulate Air, HEPA）在手術室空氣淨化係統中扮演著關鍵角色。HEPA 過濾器能夠有效去除空氣中 0.3 微米以上的顆粒物，包括細菌、病毒和其他有害微生物，從而顯著降低手術感染風險。
隨著醫學技術的發展和對患者安全要求的提高，對 HEPA 過濾器的性能評估也日益受到重視。本文將圍繞醫院潔淨手術室中 HEPA 過濾器的工作原理、性能參數、測試方法及其在實際應用中的效果進行深入探討，並結合國內外相關研究文獻，提供詳盡的數據支持與分析。
一、HEPA 過濾器的基本原理
1.1 HEPA 的定義與分類
根據美國能源部（DOE）的標準，HEPA 過濾器是指在額定風量下對粒徑為 0.3 微米的粒子具有至少 99.97% 的過濾效率的空氣過濾裝置。HEPA 過濾器通常分為以下幾類：
| 類別 | 過濾效率 | 主要用途 |
|---|---|---|
| H10-H12 | 85%-99.5% | 初級過濾 |
| H13-H14 | ≥99.95% | 高效過濾 |
| U15-U17 | ≥99.999% | 超高效過濾（ULPA） |
表 1：HEPA 和 ULPA 過濾器分類（ISO 45001:2018）
1.2 工作機製
HEPA 過濾器主要通過以下幾種物理機製實現空氣顆粒的捕獲：
- 攔截效應（Interception）：當顆粒接近纖維時，由於慣性或布朗運動而被吸附。
- 慣性撞擊（Impaction）：大顆粒因速度較高，偏離氣流方向撞擊纖維並被捕獲。
- 擴散效應（Diffusion）：小顆粒受氣體分子碰撞影響，隨機運動增強，更容易被纖維捕獲。
這些機製共同作用，使得 HEPA 過濾器能夠在不同粒徑範圍內保持高過濾效率。
二、HEPA 過濾器的關鍵性能參數
為了科學評估 HEPA 過濾器在醫院潔淨手術室中的表現，需關注以下幾個核心性能指標：
2.1 過濾效率（Filter Efficiency）
過濾效率是基本也是重要的參數之一。國際標準 ISO 45001 規定了 HEPA 過濾器的測試方法，常用的方法包括：
- DOP 測試法（Di-Octyl Phthalate Test）：使用 DOP 氣溶膠模擬微粒，檢測透過率。
- 光度計法（Photometric Method）：測量過濾前後氣溶膠濃度的變化。
- 粒子計數法（Particle Counting Method）：使用激光粒子計數器測定特定粒徑範圍內的過濾效率。
2.2 壓力損失（Pressure Drop）
壓力損失是指空氣通過過濾器時所造成的阻力，通常以帕斯卡（Pa）為單位。過高的壓力損失會增加風機能耗，影響係統的整體運行效率。
| 參數 | 單位 | 典型值 |
|---|---|---|
| 初始壓降 | Pa | 150~250 |
| 終點壓降 | Pa | ≤600 |
| 額定風量 | m³/h | 1000~3000 |
表 2：典型 HEPA 過濾器的壓力損失與風量參數
2.3 容塵量（Dust Holding Capacity）
容塵量是指過濾器在達到終點壓降前所能容納的大灰塵質量，通常以克（g）表示。容塵量越高，說明過濾器使用壽命越長。
2.4 使用壽命與更換周期
HEPA 過濾器的使用壽命取決於初始壓降、容塵量及運行環境。一般建議每 2~3 年更換一次，或根據監測數據決定是否提前更換。
三、HEPA 過濾器在潔淨手術室中的應用要求
3.1 國際標準與規範
醫院潔淨手術室的設計與運行需符合一係列國際標準，如：
- ISO 14644-1：潔淨室與相關受控環境的分級標準
- EU GMP Annex 1：藥品生產質量管理規範附件一
- WHO Guidelines on Good Manufacturing Practices (GMP)
根據 ISO 14644-1 標準，潔淨手術室的空氣潔淨等級通常為 ISO Class 5 或更高級別（Class 4、Class 3），即每立方米空氣中≥0.5μm 粒子數不超過 10,000 個。
3.2 中國國家標準
我國《GB 50333-2013 醫院潔淨手術部建築技術規範》明確規定了手術室的空氣淨化係統設計標準，其中要求：
- 手術室主送風口應采用 HEPA 過濾器；
- 換氣次數不應低於 25 次/小時；
- 空氣潔淨度應達到 Class 100（ISO Class 5）以上；
- 溫濕度控製在 22±2℃，相對濕度 50%±10%。
四、HEPA 過濾器性能評估方法
4.1 實驗室測試方法
（1）DOP 法測試
DOP 法是一種經典的 HEPA 過濾器效率測試方法。其原理是在上遊注入已知濃度的 DOP 氣溶膠，在下遊檢測穿透率，計算過濾效率。
（2）粒子計數法
粒子計數法通過激光粒子計數器分別測量過濾器上下遊的粒子濃度，適用於不同粒徑的測試，尤其適合用於評估 ULPA 過濾器。
（3）掃描檢漏法
掃描檢漏法用於檢測 HEPA 過濾器是否存在局部泄漏。測試過程中使用氣溶膠發生器在過濾器上遊產生氣溶膠，用探頭在下遊掃描，發現泄漏點後及時修複。
4.2 現場測試與監控
在醫院實際環境中，HEPA 過濾器的性能還需通過現場測試來驗證。常用的現場測試手段包括：
- 壓差監測：實時監測過濾器前後壓差變化，判斷是否堵塞。
- 粒子計數監測：安裝在線粒子計數器，連續記錄空氣潔淨度。
- 微生物采樣：采用沉降菌法或空氣撞擊法采集空氣樣本，評估生物汙染水平。
五、國內外研究現狀與案例分析
5.1 國內研究進展
近年來，國內學者在 HEPA 過濾器性能評估方麵開展了大量研究。例如：
- 李等（2020）在《潔淨與空調技術》中對某三甲醫院手術室 HEPA 過濾器進行了為期一年的跟蹤測試，結果顯示其平均過濾效率維持在 99.98% 以上，但壓差隨時間逐漸上升，提示應及時更換。
- 張等（2021）在《中華醫院感染學雜誌》中比較了不同品牌 HEPA 過濾器在手術室中的表現，發現國產產品在性價比上具有一定優勢，但在長期穩定性方麵仍需改進。
5.2 國外研究進展
國外在 HEPA 過濾器的研究起步較早，技術較為成熟。代表性研究包括：
- ASHRAE Standard 52.2（美國供暖製冷與空調工程師學會）規定了空氣過濾器的分級標準，廣泛應用於醫院空氣淨化係統。
- Jiang et al. (2019) 在《Indoor Air》期刊中研究了 HEPA 對手術室空氣中細菌和真菌的去除效果，發現其對常見致病菌如金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大腸杆菌（Escherichia coli）的去除率均超過 99.9%。
- Kujundzic et al. (2006) 在《Aerosol Science and Technology》中評估了 HEPA 過濾器在生物安全實驗室中的應用，指出其在處理氣溶膠傳播病原體方麵具有顯著效果。
六、HEPA 過濾器在手術室中的實際應用效果評估
6.1 某三甲醫院手術室 HEPA 性能實測數據（2023年）
| 項目 | 數據 |
|---|---|
| 初始壓差 | 180 Pa |
| 1年後壓差 | 320 Pa |
| 過濾效率（0.3μm） | 99.97% |
| 換氣次數 | 28 次/小時 |
| 空氣潔淨度 | ISO Class 5 |
| 沉降菌數（CFU/m³） | <10 |
表 3：某三甲醫院手術室 HEPA 實測數據
從上述數據可以看出，該醫院使用的 HEPA 過濾器在投入使用一年後仍保持較高的過濾效率，且空氣潔淨度達標。然而，壓差有所上升，表明過濾器已進入中期使用階段，需持續監測。
6.2 不同類型 HEPA 的對比分析
| 特性 | 玻璃纖維 HEPA | 合成材料 HEPA | 碳纖維 HEPA |
|---|---|---|---|
| 過濾效率 | 高 | 高 | 中高 |
| 成本 | 高 | 中 | 高 |
| 耐濕性 | 一般 | 好 | 極好 |
| 使用壽命 | 長 | 中 | 長 |
| 抗菌性 | 一般 | 可添加抗菌塗層 | 可內置抗菌層 |
表 4：不同類型 HEPA 過濾器性能對比
玻璃纖維 HEPA 是目前常用的類型，因其過濾效率高、耐高溫性能好；合成材料 HEPA 成本較低，適合預算有限的醫療機構；碳纖維 HEPA 具有較好的抗菌性能，適用於對抗生素耐藥菌較多的環境。
七、HEPA 過濾器的維護與管理策略
7.1 定期檢測與更換
根據國家規範和設備製造商建議，HEPA 過濾器應定期進行如下維護：
- 每月檢查壓差變化；
- 每季度進行粒子計數測試；
- 每半年進行微生物采樣；
- 每兩年進行整機更換或深度清潔。
7.2 故障處理與應急措施
若發現 HEPA 過濾器出現以下問題，應立即采取措施：
- 壓差異常升高：可能為堵塞，需清洗或更換；
- 泄漏報警：需進行局部封堵或更換整個過濾單元；
- 過濾效率下降：需重新校準或更換新過濾器。
八、未來發展趨勢與挑戰
隨著智能醫療和物聯網技術的發展，HEPA 過濾器的智能化管理成為新的研究熱點。例如：
- 遠程監控係統：通過傳感器實時監測過濾器狀態，自動預警；
- 自清潔技術：利用紫外線照射或電離技術延長過濾器壽命；
- 新型材料研發：如納米纖維、石墨烯複合材料提升過濾性能。
此外，麵對突發公共衛生事件（如新冠疫情），HEPA 過濾器在隔離病房、ICU 等高危區域的應用需求進一步增加，對其抗病毒能力提出了更高要求。
參考文獻
- GB 50333-2013. 醫院潔淨手術部建築技術規範[S].
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification and testing of air cleanliness by particle concentration[S].
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
- 李某某, 王某某. 某三甲醫院潔淨手術室 HEPA 過濾器性能評估[J]. 潔淨與空調技術, 2020(4): 45-50.
- 張某某, 劉某某. 不同品牌 HEPA 過濾器在醫院手術室中的應用比較[J]. 中華醫院感染學雜誌, 2021, 31(8): 1234-1238.
- Jiang Y, Li Z, Chen X, et al. evalsuation of HEPA filters for removal of airborne bacteria in operating rooms[J]. Indoor Air, 2019, 29(3): 415-423.
- Kujundzic E, Matalkah F, Howard CJ, et al. Penetration of ultrafine particles through commercial grade HVAC filters[J]. Aerosol Science and Technology, 2006, 40(7): 527-538.
