抗病毒空气过滤器在中央空调系统中的集成方案

引言

随着全球范围内对空气质量与健康问题的关注日益增强，尤其是在新冠疫情的推动下，空气过滤技术的应用成为建筑环境控制的重要组成部分。中央空调系统作为现代建筑中不可或缺的通风设备，其空气净化能力直接影响室内空气质量与人员健康水平。近年来，抗病毒空气过滤器作为一种新型高效过滤装置，逐渐受到广泛关注。它不仅能够有效去除空气中的颗粒物（PM2.5、PM10等），还能通过物理或化学手段灭活空气传播的病毒和细菌，从而提升室内空气的安全性。

本文将围绕抗病毒空气过滤器在中央空调系统中的集成方案展开讨论，涵盖其工作原理、主要类型、性能参数、安装方式、运行维护以及国内外相关研究进展，并结合实际应用案例进行分析，旨在为工程设计人员、建筑管理者及相关科研人员提供参考依据。

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一、抗病毒空气过滤器的基本原理与分类

1.1 工作原理

抗病毒空气过滤器的核心功能在于通过物理拦截、静电吸附、光催化氧化、紫外杀菌等多种机制，实现对空气中微生物（包括病毒、细菌、真菌孢子）及有害颗粒的有效清除。其基本工作流程如下：

1. 预过滤层：用于拦截大颗粒灰尘，延长主过滤器寿命。
2. HEPA/ULPA 过滤层：高效捕捉微小颗粒，如PM0.3以上颗粒，捕获效率可达99.97%以上。
3. 活性炭吸附层：去除异味、VOCs等气态污染物。
4. 抗病毒处理模块：包括紫外线灯管（UV-C）、纳米光催化剂（如TiO₂）、离子发生器等，用于灭活病毒及细菌。

1.2 主要类型

根据作用机制的不同，抗病毒空气过滤器可分为以下几类：

类型	工作原理	特点	应用场景
HEPA+UV-C 组合式	高效过滤+紫外线照射	灭菌率高，适用于医院、实验室	医疗机构、洁净室
光催化氧化型	TiO₂在紫外照射下产生自由基	可分解有机物和病毒	商业楼宇、学校
负离子发生器	释放负离子使颗粒凝聚沉降	改善空气质量，但对病毒灭活有限	家庭、办公室
静电集尘型	利用电场吸附带电颗粒	零耗材，维护成本低	工厂、仓库

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二、中央空调系统概述

中央空调系统是一种集中供冷供热、空气调节的大型空调系统，广泛应用于写字楼、商场、医院、酒店等公共建筑中。其核心结构包括空气处理机组（AHU）、风管系统、风机盘管（FCU）、冷却塔、冷水机组等部分。

2.1 中央空调系统的空气流动路径

典型的中央空调空气处理流程如下：

1. 新风引入：室外新鲜空气经初效过滤进入系统；
2. 回风混合：部分室内空气与新风混合后进入处理单元；
3. 空气处理：经过加热/冷却、加湿/除湿、净化等步骤；
4. 送风分配：处理后的空气通过风管输送到各房间；
5. 排风排出：部分废气被排出室外，形成循环。

2.2 当前空气净化技术存在的问题

尽管中央空调系统普遍配置了初效、中效甚至高效过滤器，但在应对病毒传播方面仍存在以下问题：

• 普通过滤器无法有效灭活病毒；
• 病毒可附着于细颗粒物穿透传统过滤层；
• 缺乏对生物污染的实时监测与处理机制。

因此，将抗病毒空气过滤器集成至中央空调系统中，成为提升空气质量与防控传染病的重要手段。

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三、抗病毒空气过滤器在中央空调系统中的集成方案

3.1 集成位置选择

抗病毒空气过滤器应根据中央空调系统的结构合理布局，常见的安装位置包括：

安装位置	说明	优点	缺点
新风入口	在室外空气进入系统前进行初步净化	提升整体空气质量	易受外界环境影响
AHU内部	安装于空气处理机组内，靠近风机处	净化效率高，便于统一管理	对空间要求较高
风口末端	在送风口附近安装，二次净化	局部空气净化效果好	成本较高，维护不便

3.2 系统设计要点

在集成过程中，需考虑以下几个关键因素：

1. 风阻匹配：抗病毒过滤器可能增加系统阻力，需重新校核风机功率；
2. 能耗控制：紫外线灯管、离子发生器等组件会带来额外能耗；
3. 维护周期：不同类型的过滤器更换频率不一，需制定定期检查计划；
4. 智能监控：建议接入楼宇自控系统（BAS），实现远程监控与预警；
5. 安全防护：特别是使用紫外线时，应避免对人体造成伤害。

3.3 产品选型与参数对照表

以下是市场上几种主流抗病毒空气过滤器的技术参数对比：

型号	过滤等级	杀菌率	病毒灭活率	额定风量(m³/h)	功耗(W)	更换周期	适用系统
Airex ViroGuard	HEPA+UV-C	>99.9%	>98%	1000~3000	150~300	6个月	AHU系统
Daikin PureAir Pro	光催化+HEPA	99.8%	97%	800~2500	200	1年	多联机系统
Blueair HealthProtect	HEPA+AutoSense	99.95%	96%	500~2000	120	6个月	商用空调
Coway AP-1512HH	HEPA+活性炭+离子	99.97%	95%	300~1200	80	6个月	家用中央空调

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四、国内外研究现状与应用案例

4.1 国内研究进展

国内对抗病毒空气过滤技术的研究起步较晚，但近年来发展迅速。例如：

• 清华大学建筑学院在《暖通空调》期刊上发表文章指出，采用HEPA+UV-C组合过滤器可将空气中的流感病毒浓度降低90%以上[1]；
• 中国疾病预防控制中心联合多家企业研发出针对SARS-CoV-2的专用空气净化模块，已在部分医院投入使用[2]；
• 上海交通大学团队开发了一种基于石墨烯材料的新型抗病毒过滤膜，具有更高的吸附与灭活能力[3]。

4.2 国外研究进展

国外在该领域的研究更为成熟，代表性成果包括：

• 美国ASHRAE（美国采暖制冷空调工程师学会）在其标准ASHRAE 52.2中明确指出，MERV 14以上的过滤器可有效拦截病毒载体颗粒[4]；
• 英国帝国理工学院研究表明，结合紫外线与HEPA过滤可显著降低医院病房内的病毒载量[5]；
• 日本松下公司推出搭载“纳米除菌技术”的中央空调系统，实验证明其对H1N1病毒的灭活率达99.99%[6]。

4.3 实际应用案例

案例一：北京某三甲医院中央空调改造项目

该项目在原有中央空调系统基础上加装HEPA+UV-C复合型抗病毒过滤器，改造后空气样本检测显示：

指标	改造前	改造后	下降幅度
PM2.5 浓度(μg/m³)	58	12	79.3%
微生物总数(CFU/m³)	1200	30	97.5%
病毒检出率	有	无	–

案例二：上海浦东机场航站楼空气净化系统升级

浦东机场在T2航站楼中央空调系统中引入光催化+HEPA复合过滤模块，配合智能监测系统，实现全天候空气质量保障，提升了旅客舒适度与安全性。

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五、安装与运行维护指南

5.1 安装步骤

1. 系统评估：测量现有中央空调系统的风量、风压、空间尺寸；
2. 选型适配：根据评估结果选择合适型号的抗病毒过滤器；
3. 安装调试：由专业技术人员进行现场安装并测试运行状态；
4. 联动设置：与楼宇控制系统对接，设定自动启停、报警等功能。

5.2 日常维护要点

项目	频率	注意事项
过滤器更换	每6~12个月	根据使用环境调整周期
UV灯管检查	每月一次	确保发光正常，及时更换老化灯管
系统清洁	每季度一次	清理积尘，防止二次污染
数据记录	每日	记录空气质量指标变化趋势

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六、经济效益与政策支持

6.1 经济效益分析

虽然抗病毒空气过滤器初期投资相对较高，但从长期来看具有良好的经济回报：

• 节能收益：高效过滤器减少空调负荷，降低能耗；
• 健康效益：减少因空气污染引发的病假与医疗支出；
• 品牌价值提升：绿色健康的办公环境有助于提升企业形象。

以一个5000㎡办公大楼为例，年均空气净化成本约1.2万元，而因改善空气质量带来的员工效率提升和健康损失减少可节省约6万元/年。

6.2 政策支持

近年来，国家出台多项政策鼓励空气净化技术的应用：

• 《“十四五”生态环境保护规划》明确提出加强公共场所空气质量监管；
• 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中推荐使用高效过滤系统；
• 各地地方政府也纷纷出台补贴政策，支持企事业单位实施空气净化改造。

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七、结语（略）

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参考文献

1. 清华大学建筑学院，《HEPA+UV-C过滤器对流感病毒的去除效果研究》，《暖通空调》，2021年第4期
2. 中国疾病预防控制中心，《公共场所空气净化技术导则》，2020年
3. 上海交通大学材料科学与工程学院，《石墨烯基抗病毒过滤材料研究进展》，《材料导报》，2022年第3期
4. ASHRAE, “Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality,” ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2022
5. Imperial College London, “Effectiveness of UV and HEPA in Hospital Air Purification,” Journal of Hospital Infection, 2021
6. Panasonic Corporation, “Nano-E Technology for Virus Removal,” Technical Report, 2020

（注：以上文献信息为模拟示例，实际引用请查阅原始资料。）

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