列车空气品质与净化装置研究
摘要:在对列车空气品质问题研究的基础上，提出采用空气自净装置来稀释车内污染物的方法，并对它在列车上的应用进行了初步分析，认为空气自净净化装置是今后列车空气品质改善和节能的最优选择之一。
关键词:空气自净净化装置,列车,节能,空气品质
1 引言
铁路列车作为重要的交通工具，内部空气品质状况历来受到重视。列车行程长，车厢定员多，旅客坐车时间长，随身携带物品复杂，吸烟者不乏其人。特别是在空调运行其间，门窗紧闭，车厢内低浓度污染物长期存在，旅客容易产生头昏、胸闷、呼吸困难等症状。随着列车运行的逐步高速化，其结构的密闭性能也会进一步加强，对车厢内空气品质改善的要求愈益迫切。
2 除尘对空气品质的影响
铁路客车是我国旅客的主要客运工具，随着我国人们生活水平的提高和旅游事业的发展，人们对铁路客运的要求越来越高。现代客车不但要保证安全高效地运行，而且还要为旅客和车上工作人员尽可能的创造舒适卫生的环境[1]。近年来我国铁路客车空调化进程十分迅猛，车厢内空气品质的问题也日趋严重，主要包括：（1）车内大量存在灰尘、CO2、CO、烟气、空气微生物、甲醛、臭气等低浓度污染物，且负离子缺乏，其中微小粒子所占污染物的比重大，危害严重；2）空调机组的空气过滤器对微小粒子除尘效率低；（3）系统所需新风量大，且新风效应低，造成能量的浪费；（4）没有考虑设置系统的自净装置。
在未来的高速客车中，由于车体气密性好，自然渗入新风会逐渐减少，那么车内低浓度污染物问题将更为突出[2]。为解决好节能与空气品质之间的矛盾，各国都通过制定标准和规范，在保证人体健康的条件下，积极研究和寻找合理解决室内空气品质恶化的途径和方法，使室内空气被污染的程度降低到可以接受的程度。据明尼苏达大学收集的有代表性的环境污染分析表明，按尘粒计算百分比统计，98.5%的尘粒直径属于准纳米级，如此细小的微粒（尤其是0.3μm以下的微小粒子）在空气中是呈布朗运动方式，主要受室内电线产生的电磁场影响而运动，细小粒子受到静电作用后，容易吸附在人体，墙壁及设备上，受空气流动的影响较小，用传统新风稀释方法控制室内空气品质，不仅要耗费大量能量，不易被循环空气自净装置捕获，还要增大空调系统的一次投资。因此，如何清除准纳米级微粒，已成为除尘研究中一项重要的课题，在列车中更是如此。
目前，在国内的列车中仍是采用传统的方法来改变室内空气质量，即不断补充和加大车内的新鲜空气（据统计，在国内列车的空气处理中，新风量约占总风量的25%~50%，约占空调中负荷的20%），但这样做会牺牲新风负荷，耗费大量能源。而单元式空调机组采用的的空气过滤装置多为筛眼为120目的尼龙滤尘器（计数效率：>1μm约70%；>5μm约>80%；>8μm约>96%），由于对于准纳米级以下尺寸的微粒清除效果不好，因此对车内烟气等清除效果不佳。
3 列车空气净化装置分析
3.1 COSA的空气自净系统原理分析
为解决上述问题，美国率先提出了在保证最小新风量的条件下，允许采用空气自净装置来稀释室内污染物的方法，并在ASHRAE65-89标准中予以规范确定。目前，已出现较多基于空气自净的净化装置，但相对体积都较大。对于列车而言，由于其空间狭小，不宜布置过多的设备，因此，基于COSA的空气自净系统，由于其在效率和体积方面的优势使得它在列车空气净化方面特别适合。所谓COSA是指control of secondary air electronically，就其本身而言，它不是积尘设备，不是用其自身吸附尘埃，而是通过加倍提高空调设备的中、高性能滤网的积尘效率来进行除尘的。其原理是由COSA创造的合成激励电场中，一般用通风过滤器无法捕捉的1μm以下粒子通过不断的作用，互相撞击吸附，逐渐变大尺寸，同时在正负电荷的充分作用下，形成一定大小的中性微粒，在风机作用下，可以随高速气流顺利进入室内，而不是因静电吸附在送风管风机、盘管的金属表面，进入房间内的变大粒子可以随较为缓慢的气流继续运动，撞击小粒子使之变大，同时吸附车内令人不悦的气味，经过这种变化，在车内的粒子会逐渐变大，除一部分被排到车外，大部分被安装在COSA正前方的滤网所吸附。由于它不是一个积尘的装置，积尘仍然通过过滤网，所以使用寿命长；同时，由于它不是电离装置，当其净化气体时，不产生臭氧，电磁性或开线电频率干扰等问题，此外，由于能减少稀释空气的新风量，从而能减少能量消耗。在日本三菱银行大厦采用COSA原理进行空气自净除尘操作时，将新风量由原来的50%调至10%，室内空气质量并无下降，由此可见，COSA能在有效减小新风热负荷的同时清除原系统难以处理的CO2、CO，如香烟的烟雾及人体呼出的废气等。
3.2 列车空气自净净化装置应用分析
以我国常用的YZ23型客车为例，在硬座车上，一般在车里两侧分别布置有单元式空调机组一台，回风口分别置于两端小走廊的顶板上，送风口则置于车厢内灯带侧，风道合用一个或各置一个。这种布置方式可以有效利用车上和车下的空间，噪声源比较分散，风道面积小而薄。通过研究发现，由于在列车组合式空调机组的回风口处，列车走廊存在3105×2850mm的空间，仅在走廊一侧的洗漱处便存在2130×1085mm的空间，完全能够布置下COSA装置（600×600mm），尤其是在对列车空调机组与COSA的优化组合之后，在高度上，对车内也不会产生明显影响。因而可以认为，COSA装置能应用在空调车上。但是由于国内对列车空气品质的自净设备进行的研究非常之少，其特性及与我国国产过滤设备的匹配性能都缺乏有关的研究应用资料。为提高我国空气处理水平，应对COSA装置的有效性、与国产设备的匹配性及节能性等方面展开研究，在此基础上研制出符合自身需要的产品。
4 结语
车内空气品质是发达国家广泛关注的问题，列车内空气中的微小粒子不易被清除，而且对人体健康影响严重，随着列车运行的逐步高速化，对车厢内热环境和空气品质改善的要求愈益迫切，因此，空气自净净化装置是今后列车空气品质改善和节能的最优选择之一，应进一步进行深入研究。
参考文献
[1] 胡小惠. 旅客列车环境质量现状调查[J]. 铁道劳动卫生安全与环保. 2001,28(1): 52-54
[2] 卢纪富,史自强,靳宜勇. 列车空调中的空气品质问题及其评价与改善措施[J]. 制冷与空调. 2004,4(1): 15-20
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
