空调旅客列车(长途汽车)空气净化及消毒
1 车内空气污染及危害
车内空气污染及危害车内空气污染归纳起来主要有3种:一是有害气体,如人体呼吸产生的二氧化碳及吸烟产生的一氧化碳;二是有害微尘,如人员活动和通风产生的浮尘、烟尘;三是有害气味,如人体口气和体臭、卫生间及人体排气产生的氨气、硫化氢和二氧化硫以及化装品气味等等。人体呼吸是车内有害气体污染的主要来源。众所周知,人体呼吸吸入氧气,呼出二氧化碳。据调查,每位旅客平均每小时呼出二氧化碳废气0. 02 ｍ3,消耗新鲜空气1. 44 ｍ3。如果车辆完全封闭,按目前铁路客车的车厢定员和车内容积计算,仅在1ｈ内,车内二氧化碳容积浓度就比现有铁路0.15%的标准高出几倍至十几倍。而自然空气中二氧化碳含量仅为0.1%,一旦含量严重超标,则影响人体呼吸与新陈代谢,生理及心理上即可感觉头晕、发闷,并引发其他疾病。乘客与乘务人员活动则是车厢内污染颗粒物的主要来源。车厢中由于人员聚集而产生的各种细菌、霉菌及病毒等也在物件上附着并广泛分布于空气中。这些颗粒污染物尤其以小于2μ及病原微生物污染物危害最大,前者可阻留于人体肺泡,降低人体肺功能,使人产生疲乏、胸闷及食欲不振,后者则可传染各种疾病。对于颗粒性污染物,目前我国铁路的行业标准是要求不超过1 mg/m3。
来源广泛的各种有害气味,除感官上令人难以接受外,更对人体神经系统产生重要的影响,令人感到烦躁不安、恶心、头痛、头晕、胸闷气短和疲乏。因此它是旅客对空调列车最敏感的空气污染物。
2 空气清新措施
为解决全封闭空调列车车厢通风换气问题,我国铁路一般采用空调机组1/3过滤新风,2/3循环乏风送风,车辆底部呈对角线排除乏风的方式。这种单向进风和单向排除废气的换气方式,无论是从车外进入新风中的热量(或冷量),还是从车内排出乏风中的冷量,对于车内的损失都是100%,能量损失在2倍以上,因此也就不能足量地通风换气。特别是在节假日运输高峰,列车超员的情况下,旅客更感觉不爽。这种方式不仅不能完全满足车内新鲜、清洁空气的供应问题,而且也不能很好消除车内各种污浊物的积聚。对于像青藏铁路这样的高原铁路,这种通风方式甚至连保持基本的旅客呼吸所需的氧气供应都解决不了,因此在解决车内通风换气、除尘、除味、杀菌问题的同时,还必须考虑解决供氧问题。
2.1 通风换气
由于封闭旅客列车的空调系统在配置上不仅仅要考虑车辆通风换气带来的能量损失,而且还要考虑车体传热、车体漏热、太阳辐射热、车内设备耗热(冷)、呼吸热、人体散热和行李热消耗等多种能量消耗。目前,我国铁路所采用的空调机组主要有2种,一种是制冷量为40KW的KLD40型机组,另一种是制冷量29KW的KLD29型机组。如果进行充分的通风换气,则不得不选择更大空调机组,这就使通风换气与空调机组制冷能力,即能量消耗形成一对尖锐矛盾,通风就意味着室外的热量或冷量进入车内,增大车内热量或冷量消耗,使车辆制冷或制热成本增加。因此,彻底解决旅客列车的通风换气问题还要另辟新径。
在通风换气过程中采用热交换双向通风技术进行车厢内外空气交换,则可以尽量减少通风换气带来的热量或冷量损失,在节约大量能源的同时,又达到了通风换气的目的。根据有关资料,在这一领域采用“二次流”热交换技术在铁路旅客列车上进行技术再创新是较为可行的。
所谓“二次流”技术就是利用动力驱动热交换器高速旋转,使流动气流产生径向力,破坏热交换器器壁的“驻点”,以提高热交换效率。利用车内外温度差,使车内外空气在各自流动的通道里利用器壁实现热交换,完成热回收,以达到节能的目的。
车外空气经过过滤后进入热交换器,利用热交换器两端的离心叶轮产生轴向气流,实现车内外空气双向交换。
从而有效地排除车内污浊空气,换进车外清新空气。
通过采用“二次流”技术进行通风换气,无论是车外进入车内的热量(或冷量),还是车内排出到车外的冷量(或热量)都可以减少损失68%,热量或冷量损失仅有32%。从而避免了传统通风换气带来的100%能量损失,从而可以更多地进行通风换气,减少车内污浊空气的积聚。
根据我国铁路客车车辆和旅客运输的特点,计算车内通风所需的新风量Q,以及通风换气次数Ｎ。参照国家有关标准,一般室内人均新风量按每人每小时20～30 ｍ3计算;居室换气次数,按每小时1.5～3次考虑。按Q值较大者考虑设计机型。按此要求,硬座旅客列车车厢内所装新风换气机通风量至少应在2200 ｍ3/ｈ以上,换气在15～16 次/ｈ以上。这样,才能有效排除车厢内积聚的二氧化碳和其他有害气体与气味,使车厢空气新鲜,又不增大制冷机功率。而目前我国铁路25型干线空调客车通风机(蒸发风机)在高速运转时最大新风量仅为1500 ｍ3/ｈ,硬座车人均13.6 ｍ3/ｈ;硬卧车人均22 ｍ3/ｈ。硬座车还达不到20～25 ｍ3/ｈ的铁道部行业标准;硬卧车也只达到铁道部行业标准的下限,与欧、美、日等国的铁路客车通风标准相差1～2倍。
2.2 空气净化
即使采用新型设备进行通风换气,由于考虑车辆热量损失和结构因素的影响,也不能将车内积聚的污浊空气彻底排除干净,特别是各种不良气体、浮尘(通风机只能提供可见粒子的初级过滤)、气味随时产生,且传播速度也远比通风快。也就是说仅靠通风换气不能在短时间内使车内空气完全达到清爽、新鲜的程度。
目前室内空气净化的方法,主要有：
负氧离子式:通过装有高压电晕放电装置的负氧离子发生器产生负氧离子,负氧离子具有清爽、新鲜的空气味道,有“空气维生素”之称,自然界中以森林、瀑布处的空气中最多。它可以中和空气中带正电荷的尘埃,使其重量增加而坠落至地,同时负氧离子对微生物酶的活性具有极大破坏性,因而具有很强的杀菌作用,且能迅速消除各种异味,从而达到净化空气的目的。缺点是尘埃易吸附在墙壁、玻璃等处,不能清除出室外。
臭氧式:通过臭氧发生器产生雷雨过后清爽空气气味的臭氧(O3),性质与负氧离子相近。它在还原成氧气的过程中产生氧化性极强的氧原子,对空气中的病菌具有极强的杀伤力(在瞬间完成),同时还具有比负氧离子更强的除臭降尘作用,浓度为500×10-6 g/m3时,在1小时内就可将960个/ｍ3可见污染颗粒降至310个/ｍ3,异味消除100%。
机械过滤式:通常采用化学材料活性碳和高密度纤维(HEPA)或泡棉滤材驱除空气中的异味、污染颗粒物。它的优点是没有任何电子作用,故障率低,净化效率较高(80%以上)。缺点是活性碳的除尘去味效果会随着使用时间的增长而递减,且速度较慢,需要经常更换滤网。
电子集尘式:利用高压电将污染微粒子离子化并赋予电荷,再利用正负交叉的收集板,将带有电荷的污染微粒吸附在收集板上。它的优点是可将污染颗粒物收集并清除出室外。缺点是可随着时间的延长,收集板上的污染微粒物逐渐积聚而使其作用递减,必须经常清洗收集板,且不能消除恶臭等异味和细菌。国外大型建筑场所普遍采用这类产品。
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