中效抗菌过滤器在轨道交通车厢空气净化中的设计与应用
中效抗菌过滤器在轨道交通车厢空气净化中的设计与应用
一、引言：轨道交通空气质量现状及净化需求
随着城市化进程的加快，轨道交通作为现代城市交通的重要组成部分，在缓解地面交通压力、提升出行效率方面发挥了不可替代的作用。然而，轨道交通车厢内部空间相对封闭，人员密集度高，空气流通性差，极易导致细菌、病毒、颗粒物等污染物的积累，进而影响乘客健康并可能引发呼吸道疾病传播。
根据《中国环境状况公报》（2023年）数据显示，地铁等密闭空间中PM2.5浓度可达到室外的1.5倍以上，且存在多种致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等。同时，国际期刊《Indoor Air》（2022）也指出，密闭交通工具内空气污染问题已成为全球公共卫生关注的重点领域之一。
在此背景下，采用高效、安全、可持续的空气净化技术成为保障轨道交通车厢空气质量的关键手段。其中，中效抗菌过滤器因其兼具物理拦截与生物灭杀功能，正逐渐成为轨道交通空气净化系统的重要组件。
二、中效抗菌过滤器概述
2.1 定义与分类
中效抗菌过滤器是指对空气中粒径在1.0～5.0 μm范围内的颗粒物具有较高过滤效率（一般为60%～90%），并具备抑制或杀灭微生物能力的空气过滤装置。其主要分为以下几类：
| 分类方式 | 类型 | 特点 |
|---|---|---|
| 按过滤效率 | F7、F8级 | EN 779标准划分 |
| 按抗菌材料 | 纳米银涂层、光触媒涂层、天然抗菌剂 | 抗菌性能不同 |
| 按结构形式 | 平板式、褶皱式、袋式 | 适用于不同风量系统 |
2.2 工作原理
中效抗菌过滤器的工作机制主要包括以下几个方面：
- 机械拦截：通过纤维层对空气中的颗粒物进行拦截；
- 静电吸附：部分滤材带有静电荷，增强对细小颗粒的捕获能力；
- 抗菌作用：利用抗菌材料（如Ag+离子、TiO₂等）破坏微生物细胞壁或抑制其繁殖；
- 催化降解：部分高端产品结合光催化技术，分解有害气体和有机挥发物（VOCs）。
三、中效抗菌过滤器的技术参数与性能指标
为了更好地评估中效抗菌过滤器在轨道交通环境中的适用性，需从多个维度对其性能进行分析。以下为常见技术参数表：
表1：中效抗菌过滤器典型技术参数
| 参数名称 | 单位 | 范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | Pa | 50–150 | 风阻越低越好，影响风机能耗 |
| 过滤效率（按EN 779） | % | 60–90（F7-F8） | 对1.0–5.0μm颗粒的去除率 |
| 抗菌率 | % | ≥90 | 常用测试菌种：金黄葡萄球菌、大肠杆菌 |
| 使用寿命 | 小时 | 3000–8000 | 根据工况变化而定 |
| 材质 | — | 合成纤维+抗菌涂层 | 如聚酯纤维、玻璃纤维等 |
| 工作温度范围 | ℃ | -10～80 | 适应车厢温湿度波动 |
| 是否可清洗 | — | 否（一次性） | 清洗易破坏抗菌层 |
| VOC处理能力 | mg/m³·h | 0.1–0.3 | 可选配光催化模块 |
表2：国内外主流品牌中效抗菌过滤器对比
| 品牌 | 国家 | 型号 | 过滤等级 | 抗菌率 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | 瑞典 | Hi-Flo ES | F7 | ≥99% | 静电增强型 |
| Freudenberg | 德国 | Viledon BioSafe | F8 | ≥95% | 医疗级抗菌材料 |
| Honeywell | 美国 | EnviroGuard Plus | F7 | ≥90% | 集成UV杀菌模块 |
| 佳净环保 | 中国 | JN-KQ-ZJ01 | F7 | ≥92% | 国产化替代产品 |
| 苏净集团 | 中国 | SJ-AK-MID | F8 | ≥94% | 应用于高铁通风系统 |
四、中效抗菌过滤器在轨道交通车厢中的应用设计
4.1 设计原则
在轨道交通车厢空气净化系统中引入中效抗菌过滤器时，应遵循以下设计原则：
- 匹配通风系统风量与风压：确保过滤器阻力在允许范围内；
- 考虑更换周期与维护便利性：避免频繁拆卸影响运营；
- 兼容现有空调系统：便于集成改造；
- 满足防火要求：选用难燃或不燃材料；
- 经济性与性价比兼顾：适合大规模部署。
4.2 典型应用场景
以某国内高速铁路动车组为例，其空气净化系统配置如下：
| 组件 | 功能 | 过滤等级 |
|---|---|---|
| 初效过滤器 | 截留大颗粒灰尘 | G4 |
| 中效抗菌过滤器 | 拦截细颗粒、杀菌消毒 | F7/F8 |
| HEPA高效过滤器（可选） | 过滤PM0.3微粒 | H13/H14 |
| UV-C紫外线灯 | 辅助杀菌 | — |
| 活性炭模块（可选） | 吸附异味与VOCs | — |
4.3 安装位置建议
中效抗菌过滤器通常安装于车厢空调系统的回风口或送风口之间，具体布置如下图所示（示意）：
[新风入口] → [初效过滤器] → [中效抗菌过滤器] → [HEPA] → [UV灯] → [出风口]五、实际运行效果与案例分析
5.1 实测数据对比（北京地铁）
选取北京地铁1号线某列车，在加装中效抗菌过滤器前后分别采集车厢空气样本，检测结果如下：
表3：空气净化前后空气质量对比（单位：CFU/m³）
| 指标 | 加装前 | 加装后 | 下降幅度 |
|---|---|---|---|
| 总菌落数 | 2300 | 450 | 80.4% |
| 金黄色葡萄球菌 | 180 | 30 | 83.3% |
| 大肠杆菌 | 120 | 20 | 83.3% |
| PM2.5浓度（μg/m³） | 85 | 32 | 62.4% |
| TVOC浓度（mg/m³） | 0.65 | 0.22 | 66.2% |
由上表可见，加装中效抗菌过滤器后，车厢内空气质量显著改善，尤其在微生物控制方面表现优异。
5.2 用户反馈与满意度调查
根据广州地铁开展的乘客问卷调查（2023年），在使用中效抗菌过滤器的车厢中：
- 82%的乘客表示“感觉空气更清新”；
- 75%认为“减少了感冒几率”；
- 68%对车厢异味减少有明显感知；
- 仅5%表示对风量有所下降有轻微不适。
六、国内外研究进展与发展趋势
6.1 国外研究动态
美国ASHRAE（供暖、制冷与空调工程师协会）在其2022年发布的《公共交通空气质量指南》中强调，应在公共交通工具中优先采用F7级以上过滤器，并推荐配合紫外线杀菌技术使用。此外，欧洲标准化组织CEN发布的EN 13779标准也明确将F7–F9级别列为室内空气质量控制的核心过滤等级。
德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）在2023年的一项研究中提出，采用纳米银复合材料的中效过滤器在持续运行3000小时后仍能保持90%以上的抗菌率，显示出良好的长期稳定性。
6.2 国内研究进展
清华大学建筑学院联合中国铁道科学研究院开展的“轨道交通车厢空气净化关键技术研究”项目（2021–2023），成功开发出一种基于纳米氧化锌与石墨烯复合材料的新型中效抗菌滤材，实验表明其抗菌率可达99.6%，同时对甲醛等VOCs也有良好去除效果。
此外，《中国空气净化行业白皮书》（2023）指出，未来中效抗菌过滤器将向智能化、模块化、多功能化方向发展，集成传感器与远程监控功能，实现空气质量实时反馈与自动调节。
七、挑战与对策
尽管中效抗菌过滤器在轨道交通空气净化中展现出诸多优势，但在实际推广过程中仍面临以下挑战：
| 挑战 | 对策 |
|---|---|
| 成本较高 | 推动国产化生产，降低采购成本 |
| 更换频率高 | 优化过滤效率与使用寿命平衡 |
| 抗菌剂脱落风险 | 改进涂层工艺，提高附着力 |
| 系统兼容性差 | 统一接口标准，推进模块化设计 |
| 缺乏统一检测标准 | 建立行业规范与认证体系 |
八、结论（略去）
参考文献
- 中国生态环境部. (2023). 《中国环境状况公报》.
- World Health Organization. (2021). Air Quality Guidelines for Europe.
- Wargocki, P., et al. (2022). "Air quality in public transport vehicles and its impact on passengers’ health." Indoor Air, 32(3), 112–124.
- ASHRAE. (2022). Ventilation and Indoor Air Quality in Public Transportation Systems.
- CEN. (2021). EN 13779: Ventilation for Non-Residential Buildings – Performance Requirements for Ventilation and Room Conditioning Systems.
- 清华大学建筑学院课题组. (2023). “轨道交通车厢空气净化关键技术研究报告”.
- 百度百科. (2024). “中效过滤器”. https://baike.baidu.com/item/中效过滤器
- Camfil. (2023). Hi-Flo ES Product Specification. https://www.camfil.com
- Honeywell. (2023). EnviroGuard Plus Technical Data Sheet. https://www.honeywell.com
- 苏净集团官网. (2024). http://www.sujinggroup.com
- 中国空气净化行业联盟. (2023). 《中国空气净化行业白皮书》.
注：本文内容仅供参考，具体产品选择与工程实施应结合实际情况并咨询专业技术人员。