高速電動車組空調(diào)空氣凈化方案研究

摘 要：伴隨工業(yè)和交通業(yè)的發(fā)展，空氣污染逐漸增加，霧霾天氣頻現(xiàn)，逐漸普及的高鐵動車組的空調(diào)空氣過濾系統(tǒng)只能濾除一些粒徑較大的灰塵和異物，并沒有過濾PM2.5的能力。因此動車組空調(diào)過濾器亟須改進。本文從功能原理的角度，闡述了在現(xiàn)有動車組空調(diào)過濾器的基礎(chǔ)上，利用空氣靜電集塵技術(shù)，實現(xiàn)動車組空調(diào)系統(tǒng)具備濾除空氣細微懸浮顆粒的功能。

關(guān)鍵詞：動車組；空調(diào)；空氣凈化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.183

0 引言

近年來，我國空氣質(zhì)量越來越差，霧霾天氣多發(fā)，嚴(yán)重危害人體健康。懸浮顆粒物是霾的主要組成成分，其中，PM2.5（指大氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物）也稱為可入肺顆粒物，是造成霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細的1/20，但對空氣質(zhì)量和能見度有重要的影響。與較大的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)，在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

1 國內(nèi)動車組空調(diào)空氣凈化處理現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)鐵路高速動車組空調(diào)系統(tǒng)的空氣過濾方式是采用G3、G4無紡布過濾網(wǎng)，滿足標(biāo)準(zhǔn)BS EN779的技術(shù)要求，但是這只能去除一些大的灰塵、毛發(fā)等直徑大的顆粒，無法去除PM2.5。

無紡布過濾網(wǎng)是采用物理吸咐的方式集塵，使用時間短，需要定期清洗及更換，清洗后風(fēng)阻變大、過濾效率降低，影響空調(diào)效果和空氣質(zhì)量，并且維護保養(yǎng)成本高；再者，無紡布過濾網(wǎng)無法殺菌，使集在過濾網(wǎng)上的塵埃形成二次污染；在空氣污染比較嚴(yán)重的時間和地段，動車組客室內(nèi)的PM2.5指數(shù)最高可達200-300微克/立方米，有的更加嚴(yán)重；由于列車內(nèi)人員密度大，空間相對狹小，又是在一個相對的密閉環(huán)境，空氣質(zhì)量迅速惡化；空氣中的顆粒塵埃被人體吸收，一些細菌或流行病菌在人群中傳播，車內(nèi)空氣質(zhì)量亟待改善。

2 動車組空氣凈化裝置研究運用及可行性分析

我公司研發(fā)生產(chǎn)的動車組配置的空調(diào)系統(tǒng)，分為兩類：

（1）車體為不銹鋼材質(zhì)的項目，配置分體式空調(diào)，采用的新風(fēng)過濾器和混合風(fēng)過濾器組合的方式，車外新風(fēng)經(jīng)車頂空氣處理單元兩側(cè)的新風(fēng)過濾器過濾后，與車內(nèi)回風(fēng)混合，再經(jīng)過混合風(fēng)過濾器過濾，濾芯為G3無紡布過濾網(wǎng)，然后經(jīng)制冷/加熱/除濕送入車內(nèi)，參見圖1。

（2）車體為鋁合金材質(zhì)的項目，配置單元式空調(diào)機組，安裝在車頂端部，空氣過濾方式是采用G3無紡布過濾網(wǎng)。屬于混合風(fēng)過濾器，新風(fēng)、回風(fēng)混合后經(jīng)過此過濾器過濾后，經(jīng)制冷/加熱/除濕送入車內(nèi)，參見圖2。

為了改善車內(nèi)空氣的質(zhì)量，可以將空調(diào)凈化器與混合風(fēng)過濾器設(shè)計整合為一個新型的空氣凈化過濾裝置。

新型空氣凈化過濾裝置由二部分組成：一部分是初效過濾網(wǎng)，也就是現(xiàn)在的混合風(fēng)過濾網(wǎng)；二是高壓靜電集塵殺菌過濾網(wǎng)。

高壓靜電除塵裝置可以有效過濾PM2.5、霧霾及殺滅空氣中多種病菌，并可有效地去除異味等，除電源需要定期維護外，過濾網(wǎng)只需定期清洗無須更換，有效壽命也可達5年。

靜電過濾網(wǎng)的工作原理是：含有粉塵顆粒的空氣在通過接有高壓直流電源的陰極線（又稱電暈極）和接地的陽極板之間所形成的高壓電場時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽極板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，從而得到凈化的空氣，如下圖3所示。

3 動車組用新型空氣靜電集塵凈化器

3.1 無紡布和靜電過濾網(wǎng)組合方案

采用原結(jié)構(gòu)的G3無紡布作為初級過濾材料，滿足EN779規(guī)定的粉塵容納能力、平均計重效率、凈有效過濾面積等的要求，在靜電過濾網(wǎng)的進風(fēng)側(cè)設(shè)置金屬網(wǎng)定型的G3無紡布過濾網(wǎng)，即新風(fēng)與回風(fēng)的混合風(fēng)首先通過前側(cè)無紡布過濾網(wǎng)進行過濾，然后通過靜電集塵過濾網(wǎng)進行電離與集塵，最終凈化空氣進入車廂。樣品如下圖4所示，箭頭右側(cè)為去除部分無紡布過濾網(wǎng)，下部的靜電集塵過濾網(wǎng)。

3.2 泡沫金屬網(wǎng)和靜電過濾網(wǎng)組合方案

與章節(jié)3.1的方案基本相同，唯一區(qū)別在于初級過濾材料采用泡沫金屬網(wǎng)，與3.1的方案相比，優(yōu)點在于泡沫金屬網(wǎng)可重復(fù)清洗使用，并且不影響過濾效果，有效壽命可達5年。樣品如下圖5所示，箭頭右側(cè)為去除部分金屬泡沫過濾網(wǎng)，下部的靜電集塵過濾網(wǎng)。

4 結(jié)語

空氣靜電集塵凈化處理技術(shù)具有耗能小，除塵率高，可以除去空氣中粒徑0.01um-50um的塵埃，空氣阻力小，無噪音等優(yōu)點，在民用電器早有應(yīng)用，技術(shù)日趨成熟。但是靜電除塵也有其固有的缺點，特別是要將此技術(shù)應(yīng)用在動車組上，由于動車車廂內(nèi)人員密度大，空間相對密閉，凈化器空氣處理負擔(dān)較重，隨著吸附灰塵的增多，超出了靜電控制能力的灰塵會從出風(fēng)口吹出，帶有靜電的塵埃顆粒會吸附在人體上，造成額外的傷害，所以動車用靜電集塵凈化器應(yīng)研究自動清洗塵埃的功能，合理調(diào)研塵埃清理收集方式和清理周期，只有將靜電吸附的原理和灰塵自動清洗收集功能配合起來，才能實現(xiàn)既能改善空氣質(zhì)量，又沒有二次污染。

參考文獻：

[1]環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）[S].

[2]Particulate Air Filters For General Ventilation-Determination Of The Filtration Performance （BS EN779：2012） [S].

作者簡介：李新峰（1981-），男，山東濱州人，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：高速電動車組系統(tǒng)設(shè)計。