空调列车空气质量控制措施探讨

郭怀勇，王东黎，邬娅玲，郭强，栗丽

(1．中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081;(2．深圳市百欧森环保科技开发有限公司，广东深圳 518202)

近年来铁路旅客列车更新速度较快，绿皮车逐渐退役，新型列车陆续投入使用，空调列车已基本普及，使得整体乘车环境有了较大改善。空调列车因其冬暖夏凉、卫生舒适的优点，成为广大旅客的首选，承载了绝大部分的客运工作。与此同时，随着人们生活水平和健康意识的提高，对列车乘车环境也提出了更高的要求。

空调列车密闭性强，车内空气的自然净化速度较缓慢，主要依靠空调通风系统进入的新风和车辆停靠站时车门处进入的新鲜空气，在春运、署运等超员情况下很容易造成车厢环境空气质量下降［1］，不能满足人们日益增长的环境质量需求。

空气质量一直是多年来社会关注的焦点。铁路客运涉及的人流量大，涵盖了各个层次和各年龄段人群，由于人员密集、在封闭空间内接触时间长，一些污染物浓度将会增加，空气质量下降，可能对人体产生复杂的协同作用。近年来我国大气环境污染加剧，也会对车厢内微小气候产生一定的影响。特别是在反映大环境空气质量的PM2．5逐渐引起公众重视的同时，乘客也将其引入到对铁路列车乘车环境空气质量的评价中来，从而引起了社会对列车车厢空气环境质量的新一轮关注。

本文在前期空调列车空气质量监测的基础上，通过对国内外环境空气净化技术的调研与比选，通过实验室净化效果试验，进行净化效果分析，探讨适用于空调列车乘车环境的空气质量控制措施。

1 空气净化技术分析

1．1 光等离子为主体的空气净化技术

以光等离子为主体的净化技术是目前国内外较为先进的公共场所空气净化技术，其主导技术——定压环流光等离子技术，采用特殊波长的特种光等离子管，发出超低频率电能，与空气中的水分子、氧分子等发生强烈撞击，将其拆散、极化从而产生大量的高能量的光等离子团，这些离子团对有机污染物具有较强的破坏力。

高能光子不破坏空气中的氮气，不会产生氮氧化物等有害氮化物，环保且无二次污染。光等离子、光催化、高级氧化、特种紫外等多种净化技术，将对细菌、病毒、挥发性有机物等具有较好的去除作用。多项技术合理结合的技术形式弥补了单项技术所存在的技术缺陷，使得净化技术达到了新高度，对于车厢内产生异味来源的化学性、生物性有害污染源有彻底分解去除的效果。

项目组对采用光等离子为主体净化技术的百欧森(BIOSUN)空气净化器进行了实验室净化效果试验。

1．1．1 实验方法

在试验仓内放置一玻璃平皿，往皿内滴加少量污染物，平皿放置在盛满热水的烧杯之上，使污染物迅速挥发均匀。将测试仪器的吸气口用硅胶管接至试验仓内。10min后测定仓内污染物浓度，作为初始浓度。开启净化器，测定污染物去除率。

微生物试验采用表皮葡萄球菌作为空气污染指示菌，悬液稀释100倍，用撞击式空气微生物采样器采集到营养琼脂平板上，进行菌落计数。

同样测定自然衰减率。自然哀减率的测定与实验组相同，在相同的环境下发生污染物，但不开启净化器。

计算公式:

式中:C0为开机前污染物浓度;

Ci为开机后i时污染物浓度。

式中:C0为污染物发生的初始平衡浓度;

Ci为i时的污染物浓度。

1．1．2 实验结果

实验室对光等离子空气净化器进行了甲醛、挥发性有机物(TVOC)、氨和微生物的去除效果试验。结果表明该空气净化技术对甲醛、TVOC、氨具有较好的去除效果，开启净化器4 h后，其净化效率可达到80%以上;对空气细菌除菌效果较突出，开启净化器30 min后除菌效率可到达100%。见图2～5。

图2 甲醛去除率

图3 TVOC去除率

图4 氨去除率

图5 空气细菌去除率

1．2 多重复合空气净化技术

1．2．1 技术特点

多重复合空气净化技术核心装置为高效过滤网HEPA(High Efficiency Particulate Air Filter)，它是由纤维席状编织组成，其纤维密度和直径以及过滤网厚度决定着净化效果。多重复合空气净化技术一般由初效过滤器去除空气中的大颗粒物质，再经过HEPA深度过滤去除空气中PM2．5等细微颗粒物。目前，国内外多重复合空气净化技术还增加了紫外线、HIMPO(海曼普)催化、负离子等技术进行综合控制，实现了去除颗粒物、甲醛等有机物和杀菌等综合功效，实现了对室内空气的高效净化。

1．2．2 净化原理及效果

试验表明，新安装使用的多重复合空气净化技术对≤0．3 μm颗粒物净化效率可达99%以上，对甲醛、氨、TVOC、微生物等的净化效率可达80%以上。

(1)初效过滤:主要用于过滤5μm以上尘埃粒子。过滤材料是以折叠形式装入高强度模切硬纸板内，迎风面积增大，流入空气中的尘埃粒子被过滤材料有效阻挡在摺与摺之间，洁净空气从另一面均匀流出，气流平稳均匀的通过过滤器，无纺布滤料出风面经过光整处理，防止无纺纤维断裂飞散造成二次污染;过滤器初阻力低、容尘量大。

(2)UVC紫外线技术:紫外线-C(UV-C 253．7 nm)对于危害人体的细菌、病毒、微生物等有极大的摧毁作用。其杀菌原理是细菌、病毒等经UV-C照射，直接破坏其生命中枢DNA及RNA的结构，使得构成该微生物体的蛋白质无法形成，导致死亡或丧失繁殖能力。

(3)海曼普强催化过滤:HIMPO(海曼普)是“高效能的复合强氧化改性陶瓷颗粒”的简称，由多种稀有材料经过上百道工艺流程烧制而成。其形状如绿豆大小的球形颗粒，它的表面布满了蜂窝状的磁极孔径，能够迅速地捕捉由于装修、汽车尾气、燃煤等导致的室内空气污染物，如甲醛、苯、TVOC等有害气体，并能迅速破坏其分子结构，将其氧化为二氧化碳和水，从根本上分解有害气体，尤其是对于甲醛，3 h即可使其达到国家标准。

2 空调列车空气质量综合控制

2．1 源头控制措施

2．1．1 生产控制

空调客车、动车生产制造厂商，必须加强对空调列车建造过程中原材料监管，严格使用环保达标的材料，采用环保型工艺和技术，减少对空调列车车内环境的污染。尽管监测数据显示，空调列车TVOC、甲醛等化学指标，除个别列车超标外，基本能够达标运行。但大多数新出厂车体，第一年投入运行时，会产生一定的污染，少量列车气味较重。个别新出厂软卧车，车内不得不采取了一些临时性的净化设施。

2．1．2 检修控制

现有运营空调列车空调系统的检修维护均由各铁路局车辆段、动车段进行，为了保证系统安全运行和空调列车空气质量，检修人员定期对列车空调系统进行维护，定期更换过滤网，在现有的环境条件下，每次入库都要更换过滤网。空调管道只是在返厂大修时才进行清洗。因此，应当建立空调客车入库定期清洗制度，减少空调系统对车厢空气质量可能造成的微生物、颗粒物污染。

2．1．3 送风系统控制

送风系统中，25型空调列车的新风量大小可由检修人员进行调节，为了减少滤网堵塞和较好的控制温度，大多数空调列车的新风量调的都比较小，往往造成车厢新风量不足［2］。动车空调系统在出厂设定后，检修维护一般不能进行调节。

通过以往和近期空调列车空气质量的监测数据分析，高铁、动车车厢空气质量基本满足了旅客对舒适度的要求，各项控制指标能够基本达到现行标准要求。但在满员或超员的情况下，车厢CO2浓度有超标现象，署运、春运时普遍超标。应当在超员较严重的时段，适当增大新风量。

2．2 净化技术控制措施

2．2．1 采用光等离子净化技术研制的设备，各项指标符合和适应轨道列车的实际情况，抗震能力强，安装简便，可直接安装在空调机组的回风口或者送风口等空气流通处，通过空气的流动带动和加速光等离子的扩散，从而达到全面、彻底的空气净化目的，改善空气质量，促进了整体环境质量的提升。

2．2．2 多重复合空气净化装置可根据铁路空调列车的特点进行设计，安装简便，可移动，也可固定装在空调机组的回风口或者送风口等空气流通处，室内颗粒物随气流经回风管道通过多重复合空气净化装置，完成过滤和杀菌。即使堵塞也不影响系统的正常运行。

如果是局部净化，可单独放置或安装在软卧包厢、硬卧或硬座车厢，起到净化颗粒物和局部杀菌作用。

对于空调列车来讲，采用多重过滤技术，对系统风机压头要求较高，很难在城轨车辆上实现。相比较而言，光等离子净化装置，净化效果好，并且在地铁车辆空调静压测试中风阻＜10 Pa，安装等十分方便，比较适合在空调列车上使用。

3 结论

尽管我国各种运营的空调列车乘车环境有了较大改进，但是监测结果显示在署运、春运等超员情况下，空调列车空气质量还有一些达不到标准要求，要想使空调列车整体空气质量有更大的提升，必须采取综合控制措施。第一必须加强对空调列车建造过程中原材料监管，严格使用环保达标的材料，采用环保型工艺和技术，减少对空调列车车内环境的污染。第二针对在超员的情况下二氧化碳普遍超标，应适当增加新风量，同时，建立空调系统管道定期清洗制度。第三积极采用先进净化技术措施，对空气质量超标、有异味的车厢、卫生间采用光等离子净化技术进行控制;对目前硬座、硬卧PM2．5等颗粒物受大环境影响超标的情况，采用多重复合空气净化技术进行控制。通过综合控制措施的实施，可有效地改善空调列车空气质量，给旅客创造一个更加舒适的乘车环境。

［1］ 王利，张吉光．空调客车内空气污染物的特征及空气品质改善措施［J］．铁道车辆，2000，38(7):15-17．

［2］ 王小成，陈焕新．铁路客车通风系统的现状与发展［J］．制冷与空调，2003(3):59-61．