郭懷勇，王東黎，鄔婭玲，郭強(qiáng)，栗麗

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081;(2．深圳市百歐森環(huán)?？萍奸_發(fā)有限公司，廣東深圳 518202)

近年來鐵路旅客列車更新速度較快，綠皮車逐漸退役，新型列車陸續(xù)投入使用，空調(diào)列車已基本普及，使得整體乘車環(huán)境有了較大改善?？照{(diào)列車因其冬暖夏涼、衛(wèi)生舒適的優(yōu)點(diǎn)，成為廣大旅客的首選，承載了絕大部分的客運(yùn)工作。與此同時(shí)，隨著人們生活水平和健康意識(shí)的提高，對(duì)列車乘車環(huán)境也提出了更高的要求。

空調(diào)列車密閉性強(qiáng)，車內(nèi)空氣的自然凈化速度較緩慢，主要依靠空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入的新風(fēng)和車輛?？空緯r(shí)車門處進(jìn)入的新鮮空氣，在春運(yùn)、署運(yùn)等超員情況下很容易造成車廂環(huán)境空氣質(zhì)量下降［1］，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的環(huán)境質(zhì)量需求。

空氣質(zhì)量一直是多年來社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。鐵路客運(yùn)涉及的人流量大，涵蓋了各個(gè)層次和各年齡段人群，由于人員密集、在封閉空間內(nèi)接觸時(shí)間長(zhǎng)，一些污染物濃度將會(huì)增加，空氣質(zhì)量下降，可能對(duì)人體產(chǎn)生復(fù)雜的協(xié)同作用。近年來我國(guó)大氣環(huán)境污染加劇，也會(huì)對(duì)車廂內(nèi)微小氣候產(chǎn)生一定的影響。特別是在反映大環(huán)境空氣質(zhì)量的PM2．5逐漸引起公眾重視的同時(shí)，乘客也將其引入到對(duì)鐵路列車乘車環(huán)境空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)中來，從而引起了社會(huì)對(duì)列車車廂空氣環(huán)境質(zhì)量的新一輪關(guān)注。

本文在前期空調(diào)列車空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外環(huán)境空氣凈化技術(shù)的調(diào)研與比選，通過實(shí)驗(yàn)室凈化效果試驗(yàn)，進(jìn)行凈化效果分析，探討適用于空調(diào)列車乘車環(huán)境的空氣質(zhì)量控制措施。

1 空氣凈化技術(shù)分析

1．1 光等離子為主體的空氣凈化技術(shù)

以光等離子為主體的凈化技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的公共場(chǎng)所空氣凈化技術(shù)，其主導(dǎo)技術(shù)——定壓環(huán)流光等離子技術(shù)，采用特殊波長(zhǎng)的特種光等離子管，發(fā)出超低頻率電能，與空氣中的水分子、氧分子等發(fā)生強(qiáng)烈撞擊，將其拆散、極化從而產(chǎn)生大量的高能量的光等離子團(tuán)，這些離子團(tuán)對(duì)有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的破壞力。

高能光子不破壞空氣中的氮?dú)猓粫?huì)產(chǎn)生氮氧化物等有害氮化物，環(huán)保且無二次污染。光等離子、光催化、高級(jí)氧化、特種紫外等多種凈化技術(shù)，將對(duì)細(xì)菌、病毒、揮發(fā)性有機(jī)物等具有較好的去除作用。多項(xiàng)技術(shù)合理結(jié)合的技術(shù)形式彌補(bǔ)了單項(xiàng)技術(shù)所存在的技術(shù)缺陷，使得凈化技術(shù)達(dá)到了新高度，對(duì)于車廂內(nèi)產(chǎn)生異味來源的化學(xué)性、生物性有害污染源有徹底分解去除的效果。

項(xiàng)目組對(duì)采用光等離子為主體凈化技術(shù)的百歐森(BIOSUN)空氣凈化器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室凈化效果試驗(yàn)。

1．1．1 實(shí)驗(yàn)方法

在試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)放置一玻璃平皿，往皿內(nèi)滴加少量污染物，平皿放置在盛滿熱水的燒杯之上，使污染物迅速揮發(fā)均勻。將測(cè)試儀器的吸氣口用硅膠管接至試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)。10min后測(cè)定倉(cāng)內(nèi)污染物濃度，作為初始濃度。開啟凈化器，測(cè)定污染物去除率。

微生物試驗(yàn)采用表皮葡萄球菌作為空氣污染指示菌，懸液稀釋100倍，用撞擊式空氣微生物采樣器采集到營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)。

同樣測(cè)定自然衰減率。自然哀減率的測(cè)定與實(shí)驗(yàn)組相同，在相同的環(huán)境下發(fā)生污染物，但不開啟凈化器。

計(jì)算公式:

式中:C0為開機(jī)前污染物濃度;

Ci為開機(jī)后i時(shí)污染物濃度。

式中:C0為污染物發(fā)生的初始平衡濃度;

Ci為i時(shí)的污染物濃度。

1．1．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室對(duì)光等離子空氣凈化器進(jìn)行了甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)、氨和微生物的去除效果試驗(yàn)。結(jié)果表明該空氣凈化技術(shù)對(duì)甲醛、TVOC、氨具有較好的去除效果，開啟凈化器4 h后，其凈化效率可達(dá)到80%以上;對(duì)空氣細(xì)菌除菌效果較突出，開啟凈化器30 min后除菌效率可到達(dá)100%。見圖2～5。

圖2 甲醛去除率

圖3 TVOC去除率

圖4 氨去除率

圖5 空氣細(xì)菌去除率

1．2 多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)

1．2．1 技術(shù)特點(diǎn)

多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)核心裝置為高效過濾網(wǎng)HEPA(High Efficiency Particulate Air Filter)，它是由纖維席狀編織組成，其纖維密度和直徑以及過濾網(wǎng)厚度決定著凈化效果。多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)一般由初效過濾器去除空氣中的大顆粒物質(zhì)，再經(jīng)過HEPA深度過濾去除空氣中PM2．5等細(xì)微顆粒物。目前，國(guó)內(nèi)外多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)還增加了紫外線、HIMPO(海曼普)催化、負(fù)離子等技術(shù)進(jìn)行綜合控制，實(shí)現(xiàn)了去除顆粒物、甲醛等有機(jī)物和殺菌等綜合功效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)空氣的高效凈化。

1．2．2 凈化原理及效果

試驗(yàn)表明，新安裝使用的多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)對(duì)≤0．3 μm顆粒物凈化效率可達(dá)99%以上，對(duì)甲醛、氨、TVOC、微生物等的凈化效率可達(dá)80%以上。

(1)初效過濾:主要用于過濾5μm以上塵埃粒子。過濾材料是以折疊形式裝入高強(qiáng)度模切硬紙板內(nèi)，迎風(fēng)面積增大，流入空氣中的塵埃粒子被過濾材料有效阻擋在摺與摺之間，潔凈空氣從另一面均勻流出，氣流平穩(wěn)均勻的通過過濾器，無紡布濾料出風(fēng)面經(jīng)過光整處理，防止無紡纖維斷裂飛散造成二次污染;過濾器初阻力低、容塵量大。

(2)UVC紫外線技術(shù):紫外線-C(UV-C 253．7 nm)對(duì)于危害人體的細(xì)菌、病毒、微生物等有極大的摧毀作用。其殺菌原理是細(xì)菌、病毒等經(jīng)UV-C照射，直接破壞其生命中樞DNA及RNA的結(jié)構(gòu)，使得構(gòu)成該微生物體的蛋白質(zhì)無法形成，導(dǎo)致死亡或喪失繁殖能力。

(3)海曼普強(qiáng)催化過濾:HIMPO(海曼普)是“高效能的復(fù)合強(qiáng)氧化改性陶瓷顆粒”的簡(jiǎn)稱，由多種稀有材料經(jīng)過上百道工藝流程燒制而成。其形狀如綠豆大小的球形顆粒，它的表面布滿了蜂窩狀的磁極孔徑，能夠迅速地捕捉由于裝修、汽車尾氣、燃煤等導(dǎo)致的室內(nèi)空氣污染物，如甲醛、苯、TVOC等有害氣體，并能迅速破壞其分子結(jié)構(gòu)，將其氧化為二氧化碳和水，從根本上分解有害氣體，尤其是對(duì)于甲醛，3 h即可使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 空調(diào)列車空氣質(zhì)量綜合控制

2．1 源頭控制措施

2．1．1 生產(chǎn)控制

空調(diào)客車、動(dòng)車生產(chǎn)制造廠商，必須加強(qiáng)對(duì)空調(diào)列車建造過程中原材料監(jiān)管，嚴(yán)格使用環(huán)保達(dá)標(biāo)的材料，采用環(huán)保型工藝和技術(shù)，減少對(duì)空調(diào)列車車內(nèi)環(huán)境的污染。盡管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)列車TVOC、甲醛等化學(xué)指標(biāo)，除個(gè)別列車超標(biāo)外，基本能夠達(dá)標(biāo)運(yùn)行。但大多數(shù)新出廠車體，第一年投入運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的污染，少量列車氣味較重。個(gè)別新出廠軟臥車，車內(nèi)不得不采取了一些臨時(shí)性的凈化設(shè)施。

2．1．2 檢修控制

現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)空調(diào)列車空調(diào)系統(tǒng)的檢修維護(hù)均由各鐵路局車輛段、動(dòng)車段進(jìn)行，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和空調(diào)列車空氣質(zhì)量，檢修人員定期對(duì)列車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，定期更換過濾網(wǎng)，在現(xiàn)有的環(huán)境條件下，每次入庫(kù)都要更換過濾網(wǎng)?？照{(diào)管道只是在返廠大修時(shí)才進(jìn)行清洗。因此，應(yīng)當(dāng)建立空調(diào)客車入庫(kù)定期清洗制度，減少空調(diào)系統(tǒng)對(duì)車廂空氣質(zhì)量可能造成的微生物、顆粒物污染。

2．1．3 送風(fēng)系統(tǒng)控制

送風(fēng)系統(tǒng)中，25型空調(diào)列車的新風(fēng)量大小可由檢修人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了減少濾網(wǎng)堵塞和較好的控制溫度，大多數(shù)空調(diào)列車的新風(fēng)量調(diào)的都比較小，往往造成車廂新風(fēng)量不足［2］。動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)在出廠設(shè)定后，檢修維護(hù)一般不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

通過以往和近期空調(diào)列車空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，高鐵、動(dòng)車車廂空氣質(zhì)量基本滿足了旅客對(duì)舒適度的要求，各項(xiàng)控制指標(biāo)能夠基本達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。但在滿員或超員的情況下，車廂CO2濃度有超標(biāo)現(xiàn)象，署運(yùn)、春運(yùn)時(shí)普遍超標(biāo)。應(yīng)當(dāng)在超員較嚴(yán)重的時(shí)段，適當(dāng)增大新風(fēng)量。

2．2 凈化技術(shù)控制措施

2．2．1 采用光等離子凈化技術(shù)研制的設(shè)備，各項(xiàng)指標(biāo)符合和適應(yīng)軌道列車的實(shí)際情況，抗震能力強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)便，可直接安裝在空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)口或者送風(fēng)口等空氣流通處，通過空氣的流動(dòng)帶動(dòng)和加速光等離子的擴(kuò)散，從而達(dá)到全面、徹底的空氣凈化目的，改善空氣質(zhì)量，促進(jìn)了整體環(huán)境質(zhì)量的提升。

2．2．2 多重復(fù)合空氣凈化裝置可根據(jù)鐵路空調(diào)列車的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，安裝簡(jiǎn)便，可移動(dòng)，也可固定裝在空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)口或者送風(fēng)口等空氣流通處，室內(nèi)顆粒物隨氣流經(jīng)回風(fēng)管道通過多重復(fù)合空氣凈化裝置，完成過濾和殺菌。即使堵塞也不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

如果是局部?jī)艋?，可單?dú)放置或安裝在軟臥包廂、硬臥或硬座車廂，起到凈化顆粒物和局部殺菌作用。

對(duì)于空調(diào)列車來講，采用多重過濾技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)壓頭要求較高，很難在城軌車輛上實(shí)現(xiàn)。相比較而言，光等離子凈化裝置，凈化效果好，并且在地鐵車輛空調(diào)靜壓測(cè)試中風(fēng)阻＜10 Pa，安裝等十分方便，比較適合在空調(diào)列車上使用。

3 結(jié)論

盡管我國(guó)各種運(yùn)營(yíng)的空調(diào)列車乘車環(huán)境有了較大改進(jìn)，但是監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在署運(yùn)、春運(yùn)等超員情況下，空調(diào)列車空氣質(zhì)量還有一些達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，要想使空調(diào)列車整體空氣質(zhì)量有更大的提升，必須采取綜合控制措施。第一必須加強(qiáng)對(duì)空調(diào)列車建造過程中原材料監(jiān)管，嚴(yán)格使用環(huán)保達(dá)標(biāo)的材料，采用環(huán)保型工藝和技術(shù)，減少對(duì)空調(diào)列車車內(nèi)環(huán)境的污染。第二針對(duì)在超員的情況下二氧化碳普遍超標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)增加新風(fēng)量，同時(shí)，建立空調(diào)系統(tǒng)管道定期清洗制度。第三積極采用先進(jìn)凈化技術(shù)措施，對(duì)空氣質(zhì)量超標(biāo)、有異味的車廂、衛(wèi)生間采用光等離子凈化技術(shù)進(jìn)行控制;對(duì)目前硬座、硬臥PM2．5等顆粒物受大環(huán)境影響超標(biāo)的情況，采用多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)進(jìn)行控制。通過綜合控制措施的實(shí)施，可有效地改善空調(diào)列車空氣質(zhì)量，給旅客創(chuàng)造一個(gè)更加舒適的乘車環(huán)境。

［1］ 王利，張吉光．空調(diào)客車內(nèi)空氣污染物的特征及空氣品質(zhì)改善措施［J］．鐵道車輛，2000，38(7):15-17．

［2］ 王小成，陳煥新．鐵路客車通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．制冷與空調(diào)，2003(3):59-61．