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一、前言

Thermo Scientific 1500 系列生物安全柜是赛默飞世尔科技在高性能空气净化与生物防护领域的代表性产品之一。该系列设备以其精确的气流控制、可靠的过滤系统和稳定的防护性能而著称，广泛应用于医学检验、生物制药、微生物研究、分子生物学、公共卫生及疾病防控实验室。

在生物安全柜中，过滤系统是实现“三重防护”（保护人员、样品和环境）的核心环节。空气过滤的精度与稳定性直接决定了防护效果、空气洁净度及操作安全性。Thermo Scientific 1500 过滤系统融合了多级空气净化结构、动态气流平衡技术和高效能HEPA滤芯，确保实验室内外空气完全隔离，满足国际标准（EN 12469、NSF 49、ISO 14644）的防护要求。

本文将系统介绍该系列的过滤系统组成、工作原理、气流路径、滤芯性能、维护要点及验证方法，帮助用户全面了解其技术优势与运行机制。

二、过滤系统概述

1. 系统构成

Thermo Scientific 1500 系列的过滤系统采用双级HEPA过滤结构，由以下主要部分组成：

1. 预过滤器（Prefilter）：位于回风入口处，过滤大颗粒灰尘与杂质，防止主过滤器过早堵塞。

2. 送风HEPA过滤器（Supply HEPA Filter）：安装在风机下方或顶部送风通道内，用于净化进入操作区的空气。

3. 排风HEPA过滤器（Exhaust HEPA Filter）：位于排风管道或上部风腔，用于过滤从操作区排出的气流。

4. 密封系统（Sealing System）：采用聚氨酯发泡密封条及铝合金框架，确保气流无泄漏。

5. 压差监测系统（Pressure Differential Monitoring）：实时检测过滤器阻力变化，提示堵塞或失效。

通过多级净化与严格的气流控制，该系统能在运行中形成稳定的负压防护环境，有效防止微生物或气溶胶扩散。

三、空气流动与过滤原理

1. 气流运行路径

Thermo Scientific 1500 过滤系统的空气循环过程如下：

1. 室内空气经前窗下方吸入口进入设备底部回风通道；

2. 空气首先通过预过滤器去除较大颗粒（≥5 μm）；

3. 风机将空气送入顶部送风腔；

4. 通过送风HEPA过滤器净化，形成垂直层流进入操作区；

5. 层流空气自上而下流动，覆盖整个工作区域，确保样品洁净；

6. 污染空气经工作台面下的缝隙进入回风腔；

7. 70%的空气经循环回路再次过滤使用，30%的空气经排风HEPA过滤器净化后排出；

8. 外排气体经处理后达洁净标准再进入室内或外部通风系统。

此气流结构在操作区形成持续的负压屏障，使污染物始终被限制在柜体内部。

2. 过滤机理

空气中的微粒在通过过滤介质时会受到以下四种主要作用力：

1. 惯性碰撞效应：较大颗粒因惯性与滤材纤维碰撞并被捕获；

2. 拦截效应：中等尺寸颗粒随气流移动时与纤维接触被截留；

3. 扩散效应：亚微米级颗粒因布朗运动偏离气流轨迹，被纤维吸附；

4. 静电吸附效应：带电颗粒与滤材表面的静电作用增强捕集效率。

Thermo 1500 过滤系统的纤维层通过优化纤维直径与间距，实现了对 0.3 μm 颗粒物高达 99.995% 的捕集效率。

四、各级过滤组件详解

1. 预过滤器

• 作用：去除空气中较大的尘埃与毛发，减少主滤芯负荷；

• 材料：高密度聚酯纤维；

• 过滤效率：约 75%（针对 ≥5 μm 颗粒）；

• 结构特点：可拆卸式框架，易清洗、可重复使用；

• 维护周期：建议每 6 个月清洁一次，每 12 个月更换一次。

2. 送风HEPA过滤器

• 位置：顶部送风腔内；

• 功能：净化进入操作区的空气，保证层流洁净度；

• 过滤效率：≥99.995%（EN 1822 H14级别）；

• 滤材：超细玻璃纤维滤纸，具抗湿、抗温性能；

• 框架材质：阳极氧化铝合金；

• 密封方式：聚氨酯整体发泡密封条，确保气流无旁漏；

• 压差范围：250–450 Pa；

• 检测方式：PAO（DOP）完整性检测，泄漏率 ≤0.01%。

3. 排风HEPA过滤器

• 位置：顶部排风通道内；

• 功能：过滤从工作区排出的空气，防止污染物进入环境；

• 过滤效率：≥99.995%；

• 气流方向：垂直上排或外接通风管；

• 适用场景：处理感染性或危险样品的实验操作；

• 压差范围：200–400 Pa；

• 更换周期：3–5年（视使用负荷与检测结果而定）。

五、过滤器性能与标准

1. HEPA等级与标准

Thermo Scientific 1500 全系列标配 H14 级 HEPA 过滤器，可根据应用环境选配 U15 超高效过滤器。

2. 空气洁净度指标

• 操作区空气洁净度：ISO Class 5；

• 微粒数限值（≥0.5 μm）：≤3,520 个/m³；

• 微生物泄漏率：≤0.01%。

3. 阻力与能耗关系

HEPA过滤器阻力随颗粒积累逐渐增加，风机自动通过PID算法调节转速以维持恒定风速。

• 初始阻力：约 250 Pa；

• 更换临界阻力：≥450 Pa；

• 系统能耗增加约 15%，需及时维护或更换。

六、密封与防泄漏设计

1. 滤芯密封结构

• 使用双层聚氨酯密封垫，耐高温、抗老化；

• 采用铝合金卡槽式安装，确保安装紧固；

• 每个过滤器安装后进行密封性检测。

2. 密封检测标准

• 按 EN 12469 要求进行泄漏测试；

• 允许泄漏率 ≤0.01%；

• 检测点包括滤芯边缘、框架接缝与风道接口。

3. 防漏安全措施

• HEPA过滤器与风道连接处设置安全卡扣；

• 安装区采用负压腔体设计，确保泄漏气体不外逸；

• 定期通过烟雾测试验证密封效果。

七、过滤系统的智能监控与维护

1. 压差监控

设备内置压差传感器，实时监测送风与排风过滤器阻力。

• 正常范围：250–450 Pa；

• 若压差持续上升超过设定值，系统发出报警；

• 显示屏提示“Filter Replace”或“Check HEPA”。

2. 风速自动补偿

当过滤器阻力增加时，系统自动调节风机转速以维持恒定气流速度。

• 风速变化范围控制在 ±5%；

• PID算法响应时间 ≤2秒。

3. 更换提醒与记录

• 设备记录滤芯累计运行时间；

• 达到设定周期自动提示维护；

• 可通过USB导出维护日志，实现追溯管理。

八、过滤器更换与操作规范

1. 更换条件

需更换HEPA过滤器的典型情形包括：

• 压差超过初始值的两倍；

• 完整性测试不合格；

• 滤芯表面受污染或损坏；

• 使用时间超过5年；

• 风速无法维持在标准范围内。

2. 更换流程

1. 关闭电源并运行风机10分钟清除残留气溶胶；

2. 戴防护手套和口罩，打开上部检修盖；

3. 使用消毒液喷洒过滤器表面；

4. 松开固定螺栓，缓慢取出旧滤芯；

5. 检查安装腔体并彻底清洁；

6. 安装新滤芯，确保方向正确（箭头朝下）；

7. 均匀拧紧固定件；

8. 重新启动设备并进行完整性检测。

3. 注意事项

• 操作时避免损伤滤芯纤维层；

• 严禁重复使用旧HEPA过滤器；

• 废弃滤芯视为感染性废物，需按生物安全规定处理。

九、过滤性能验证

为确保设备在更换或维护后维持安全性能，必须进行系统性验证。

1. PAO（DOP）完整性检测

• 使用粒径 0.3 μm 的多分散气溶胶；

• 监测上下游浓度比；

• 泄漏率 ≤0.01% 判定为合格。

2. 烟雾流型测试

• 采用可视烟雾验证气流分布；

• 确认无涡流或逆流现象；

• 保证层流均匀覆盖操作区。

3. 风速与压差检测

• 使用风速仪在操作区九点位置测量；

• 确认下送风平均值在 0.45 ± 0.05 m/s；

• 记录压差稳定在标准范围。

4. 微生物泄漏测试

• 采用气溶胶采样法验证防护性能；

• 样品泄漏率 ≤0.01%。

十、系统优势与创新设计

1. 双HEPA串联净化结构：实现空气双重净化，防止任何方向泄漏；

2. 动态气流平衡技术：通过PID控制维持送排风比例恒定；

3. 高密封框架设计：确保风道与滤芯无死角、无旁路；

4. 智能监控系统：实时监测压差与风速变化；

5. 模块化设计：更换方便、维护周期可预测；

6. 低阻力滤材技术：在相同过滤效率下显著降低能耗；

7. 抗湿抗腐涂层：延长滤芯使用寿命。

十一、维护周期与管理制度

所有维护与检测结果需填写《过滤系统维护记录表》，保存至少五年。

十二、过滤系统在生物防护中的作用

1. 人员防护：排风HEPA过滤器防止污染空气泄漏；

2. 样品防护：送风HEPA保证操作区空气洁净；

3. 环境防护：双级过滤系统阻断微生物扩散；

4. 气溶胶控制：稳定负压与层流气幕有效捕集微粒；

5. 防止交叉污染：洁净气流覆盖工作区域，样品之间空气不混合。