列車空氣品質(zhì)與凈化裝置研究
摘要:在對(duì)列車空氣品質(zhì)問題研究的基礎(chǔ)上，提出采用空氣自凈裝置來稀釋車內(nèi)污染物的方法，并對(duì)它在列車上的應(yīng)用進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為空氣自凈凈化裝置是今后列車空氣品質(zhì)改善和節(jié)能的最優(yōu)選擇之一。
關(guān)鍵詞:空氣自凈凈化裝置,列車,節(jié)能,空氣品質(zhì)
1 引言
鐵路列車作為重要的交通工具，內(nèi)部空氣品質(zhì)狀況歷來受到重視。列車行程長(zhǎng)，車廂定員多，旅客坐車時(shí)間長(zhǎng)，隨身攜帶物品復(fù)雜，吸煙者不乏其人。特別是在空調(diào)運(yùn)行其間，門窗緊閉，車廂內(nèi)低濃度污染物長(zhǎng)期存在，旅客容易產(chǎn)生頭昏、胸悶、呼吸困難等癥狀。隨著列車運(yùn)行的逐步高速化，其結(jié)構(gòu)的密閉性能也會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)車廂內(nèi)空氣品質(zhì)改善的要求愈益迫切。
2 除塵對(duì)空氣品質(zhì)的影響
鐵路客車是我國(guó)旅客的主要客運(yùn)工具，隨著我國(guó)人們生活水平的提高和旅游事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)鐵路客運(yùn)的要求越來越高，F(xiàn)代客車不但要保證安全高效地運(yùn)行，而且還要為旅客和車上工作人員盡可能的創(chuàng)造舒適衛(wèi)生的環(huán)境[1]。近年來我國(guó)鐵路客車空調(diào)化進(jìn)程十分迅猛，車廂內(nèi)空氣品質(zhì)的問題也日趨嚴(yán)重，主要包括：（1）車內(nèi)大量存在灰塵、CO2、CO、煙氣、空氣微生物、甲醛、臭氣等低濃度污染物，且負(fù)離子缺乏，其中微小粒子所占污染物的比重大，危害嚴(yán)重；2）空調(diào)機(jī)組的空氣過濾器對(duì)微小粒子除塵效率低；（3）系統(tǒng)所需新風(fēng)量大，且新風(fēng)效應(yīng)低，造成能量的浪費(fèi)；（4）沒有考慮設(shè)置系統(tǒng)的自凈裝置。
在未來的高速客車中，由于車體氣密性好，自然滲入新風(fēng)會(huì)逐漸減少，那么車內(nèi)低濃度污染物問題將更為突出[2]。為解決好節(jié)能與空氣品質(zhì)之間的矛盾，各國(guó)都通過制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在保證人體健康的條件下，積極研究和尋找合理解決室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化的途徑和方法，使室內(nèi)空氣被污染的程度降低到可以接受的程度。據(jù)明尼蘇達(dá)大學(xué)收集的有代表性的環(huán)境污染分析表明，按塵粒計(jì)算百分比統(tǒng)計(jì)，98.5%的塵粒直徑屬于準(zhǔn)納米級(jí)，如此細(xì)小的微粒（尤其是0.3μm以下的微小粒子）在空氣中是呈布朗運(yùn)動(dòng)方式，主要受室內(nèi)電線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)影響而運(yùn)動(dòng)，細(xì)小粒子受到靜電作用后，容易吸附在人體，墻壁及設(shè)備上，受空氣流動(dòng)的影響較小，用傳統(tǒng)新風(fēng)稀釋方法控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，不僅要耗費(fèi)大量能量，不易被循環(huán)空氣自凈裝置捕獲，還要增大空調(diào)系統(tǒng)的一次投資。因此，如何清除準(zhǔn)納米級(jí)微粒，已成為除塵研究中一項(xiàng)重要的課題，在列車中更是如此。
目前，在國(guó)內(nèi)的列車中仍是采用傳統(tǒng)的方法來改變室內(nèi)空氣質(zhì)量，即不斷補(bǔ)充和加大車內(nèi)的新鮮空氣（據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國(guó)內(nèi)列車的空氣處理中，新風(fēng)量約占總風(fēng)量的25%~50%，約占空調(diào)中負(fù)荷的20%），但這樣做會(huì)犧牲新風(fēng)負(fù)荷，耗費(fèi)大量能源。而單元式空調(diào)機(jī)組采用的的空氣過濾裝置多為篩眼為120目的尼龍濾塵器（計(jì)數(shù)效率：>1μm約70%；>5μm約>80%；>8μm約>96%），由于對(duì)于準(zhǔn)納米級(jí)以下尺寸的微粒清除效果不好，因此對(duì)車內(nèi)煙氣等清除效果不佳。
3 列車空氣凈化裝置分析
3.1 COSA的空氣自凈系統(tǒng)原理分析
為解決上述問題，美國(guó)率先提出了在保證最小新風(fēng)量的條件下，允許采用空氣自凈裝置來稀釋室內(nèi)污染物的方法，并在ASHRAE65-89標(biāo)準(zhǔn)中予以規(guī)范確定。目前，已出現(xiàn)較多基于空氣自凈的凈化裝置，但相對(duì)體積都較大。對(duì)于列車而言，由于其空間狹小，不宜布置過多的設(shè)備，因此，基于COSA的空氣自凈系統(tǒng)，由于其在效率和體積方面的優(yōu)勢(shì)使得它在列車空氣凈化方面特別適合。所謂COSA是指control of secondary air electronically，就其本身而言，它不是積塵設(shè)備，不是用其自身吸附塵埃，而是通過加倍提高空調(diào)設(shè)備的中、高性能濾網(wǎng)的積塵效率來進(jìn)行除塵的。其原理是由COSA創(chuàng)造的合成激勵(lì)電場(chǎng)中，一般用通風(fēng)過濾器無法捕捉的1μm以下粒子通過不斷的作用，互相撞擊吸附，逐漸變大尺寸，同時(shí)在正負(fù)電荷的充分作用下，形成一定大小的中性微粒，在風(fēng)機(jī)作用下，可以隨高速氣流順利進(jìn)入室內(nèi)，而不是因靜電吸附在送風(fēng)管風(fēng)機(jī)、盤管的金屬表面，進(jìn)入房間內(nèi)的變大粒子可以隨較為緩慢的氣流繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，撞擊小粒子使之變大，同時(shí)吸附車內(nèi)令人不悅的氣味，經(jīng)過這種變化，在車內(nèi)的粒子會(huì)逐漸變大，除一部分被排到車外，大部分被安裝在COSA正前方的濾網(wǎng)所吸附。由于它不是一個(gè)積塵的裝置，積塵仍然通過過濾網(wǎng)，所以使用壽命長(zhǎng)；同時(shí)，由于它不是電離裝置，當(dāng)其凈化氣體時(shí)，不產(chǎn)生臭氧，電磁性或開線電頻率干擾等問題，此外，由于能減少稀釋空氣的新風(fēng)量，從而能減少能量消耗。在日本三菱銀行大廈采用COSA原理進(jìn)行空氣自凈除塵操作時(shí)，將新風(fēng)量由原來的50%調(diào)至10%，室內(nèi)空氣質(zhì)量并無下降，由此可見，COSA能在有效減小新風(fēng)熱負(fù)荷的同時(shí)清除原系統(tǒng)難以處理的CO2、CO，如香煙的煙霧及人體呼出的廢氣等。
3.2 列車空氣自凈凈化裝置應(yīng)用分析
以我國(guó)常用的YZ23型客車為例，在硬座車上，一般在車?yán)飪蓚?cè)分別布置有單元式空調(diào)機(jī)組一臺(tái)，回風(fēng)口分別置于兩端小走廊的頂板上，送風(fēng)口則置于車廂內(nèi)燈帶側(cè)，風(fēng)道合用一個(gè)或各置一個(gè)。這種布置方式可以有效利用車上和車下的空間，噪聲源比較分散，風(fēng)道面積小而薄。通過研究發(fā)現(xiàn)，由于在列車組合式空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)口處，列車走廊存在3105×2850mm的空間，僅在走廊一側(cè)的洗漱處便存在2130×1085mm的空間，完全能夠布置下COSA裝置（600×600mm），尤其是在對(duì)列車空調(diào)機(jī)組與COSA的優(yōu)化組合之后，在高度上，對(duì)車內(nèi)也不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。因而可以認(rèn)為，COSA裝置能應(yīng)用在空調(diào)車上。但是由于國(guó)內(nèi)對(duì)列車空氣品質(zhì)的自凈設(shè)備進(jìn)行的研究非常之少，其特性及與我國(guó)國(guó)產(chǎn)過濾設(shè)備的匹配性能都缺乏有關(guān)的研究應(yīng)用資料。為提高我國(guó)空氣處理水平，應(yīng)對(duì)COSA裝置的有效性、與國(guó)產(chǎn)設(shè)備的匹配性及節(jié)能性等方面展開研究，在此基礎(chǔ)上研制出符合自身需要的產(chǎn)品。
4 結(jié)語
車內(nèi)空氣品質(zhì)是發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛關(guān)注的問題，列車內(nèi)空氣中的微小粒子不易被清除，而且對(duì)人體健康影響嚴(yán)重，隨著列車運(yùn)行的逐步高速化，對(duì)車廂內(nèi)熱環(huán)境和空氣品質(zhì)改善的要求愈益迫切，因此，空氣自凈凈化裝置是今后列車空氣品質(zhì)改善和節(jié)能的最優(yōu)選擇之一，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡小惠. 旅客列車環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查[J]. 鐵道勞動(dòng)衛(wèi)生安全與環(huán)保. 2001,28(1): 52-54
[2] 盧紀(jì)富,史自強(qiáng),靳宜勇. 列車空調(diào)中的空氣品質(zhì)問題及其評(píng)價(jià)與改善措施[J]. 制冷與空調(diào). 2004,4(1): 15-20
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
