蜂巢形圆孔通道空气净化器在地铁车辆上的应用

任小玲 杜世伦 李海锋 赵 赛 孟繁华

(1.中车唐山机车车辆有限公司，063035,唐山; 2.西南交通大学茅以升学院,611756,成都; 3.山东朗进科技股份有限公司，266071, 青岛//第一作者,高级工程师)

1 地铁环境现状调查

经过相关调查，地铁环境中站台、车厢内的细菌总数均有不同程度的超标。文献[1]表明，上海轨道交通1号线的监测结果中，细菌总数最大值超标3.36倍。文献[2]对重庆地铁1，3号线车厢进行细菌总数、溶血性链球菌菌落总数、温度和相对湿度等的检测结果表明，车厢内的细菌总数与车厢内温度、客流量呈正相关。文献[3]对西安地铁2号线的部分站台大气颗粒物浓度的研究数据表明，个别站点PM2.5浓度超标。文献[4]表明，上海地铁站台颗粒物浓度超标比较严重，其中PM2.5比重较大。

以上研究数据说明净化地铁环境空气质量迫在眉睫。

2 蜂巢形圆孔通道空气净化器的选型

目前地铁车辆空调的空气过滤均采用传统的滤网式空气净化器，通常选择G3等级的无纺布过滤棉配合金属框架安装在回风口附近，使空气流经滤网，达到过滤颗粒物的目的。这种方法通常只能过滤较大的颗粒物，对PM2.5等颗粒物基本没有过滤效果，更没有杀菌效果。

也有一些空调机组在安装G3过滤网的同时安装紫外线净化器，虽然有杀菌效果，但由于紫外线净化器灯管的可靠性或更换操作不方便等原因，难以得到广泛应用。也有安装低温等离子净化器的案例，但虽有杀菌效果，除尘功能却不显著。因此，地铁车辆空调需要既满足杀菌又满足除尘功能的净化器，以保证乘客拥有更优良的乘车环境。

蜂巢形圆孔通道净化器采用静电式杀菌除尘的原理，在杀菌、除尘方面均有很好的效果。蜂巢形圆孔通道空气净化器结构如图1所示。

图1中，金属圆管呈蜂窝状布局，相互连接到金属板负极；针状电极位于金属圆管的轴心线上，在高压电源作用下，针尖与圆管形成一个稳定的电晕区。当空气中含有细菌、真菌、病毒等微生物或粉尘等经过电晕区时，微生物被电离炭化，尘埃粒子带电后被有效吸附，达到杀菌除尘的目的。

蜂巢形圆孔通道空气净化器的优点：

1) 同时具备杀菌、除尘功能；

2) 圆管针状结构设计，易于从工艺设计上保证轴心与管壁距离相等；

3) 臭氧产生量可控；

4) 轴心与管壁等距设计，没有低压区，保证杀菌、除尘效率；

5) 外形尺寸易于安装，在地铁车辆空调中替换传统滤网即可；

6) 初滤与蜂巢形圆孔通道为分体式安装，便于拆卸清洗。

3 净化效率测试

3.1 杀菌效率计算与测试

根据GB/T18801—2015[5]以及GB 21551.3—2010[5]的要求，按如下步骤进行试验：

1) 在30 m3实验舱内的实验台(距地面高0.8 m)上安装空气净化器。

2) 产生规定量的气体污染物(白色葡萄球菌)，搅拌均匀。

3) 打开净化器电源，试验环境下测试不同时间的污染物浓度。

4) 计算自然消亡率

5) 计算除菌率

除菌率=

经过测试，除菌前的初始浓度为1×105cfu/m3。

除菌时风速为3 m/s；运行30 min。

试验结果显示除菌率≥99%。

3.2 除尘效率计算与测试

按照空气净化器相关标准GB/T 18801—2015附录B中的方法进行测试。测试初始浓度后，规定的试验条件下每间隔10 min测试一次数据，持续1 h结束试验。

净化效率计算：

经过测试，除尘前的初始体积浓度为5 mg/m3。

除尘过程中的数据记录如表1所示，净化效率大于99%。

表1 试验室测试PM2.5浓度数据

4 蜂巢形圆孔通道空气净化器与传统滤网对比试验

为确认蜂巢形圆孔通道空气净化器在车厢内的除尘效果，以及与传统滤网的对比效果，使用模型车实验室对其除尘效率、对比效果进行验证。

车辆空调机组净化器安装在回风口两侧，如图2所示。车厢的新风、回风均经过净化器后才能进入车厢，以保证净化效果。

4.1 试验方法

1) 参考GB/T 18801—2015附录B规定的试验方法，将净化器安装在模型车试验车厢上，选取12个采样点进行测试。测试过程中，车厢密封，新风口密封。车厢内采样点布置如图3所示。

2) 测试前，开启净化装置，净化试验车厢内空气，使PM2.5背景质量浓度小于35 μg/m3。

图2 净化器在地铁车辆空调上的安装位置

3) 试验开始时，PM2.5浓度≥2 000 μg/m3(±200 μg/m3)，计算时对应t=0 min；

4) 记录初始浓度后，开启净化器，每2 min测定并记录一次颗粒物的浓度，连续测试60 min。

5) 将净化器更换为传统滤网，重复1～4项试验。

注：各采样点距地面1.2 m；尺寸单位为m

4.2 测试结果

根据测试数据，净化器除尘效果如图4所示，传统滤网除尘效果如图5所示。

图4 净化器除尘效率

经过测试与对比，静电式净化器针对PM2.5的除尘效率为98.6%，运行1 h后车厢内PM2.5的质量浓度为33 μg/m3，空气质量达到“优”级别；传统滤网运行1 h后车厢内PM2.5浓度为188 μg/m3，PM10浓度为199 μg/m3，仍为中度污染。因此传统滤网对PM2.5、PM10颗粒物的过滤不能满足要求。

图5 传统滤网除尘效率

5 结语

根据对地铁环境调查研究及数据分析，确定了空调机组安装净化器及提高净化效率的必要性。通过净化器原理、性能对比，表明蜂巢形圆孔通道净化器适合用于地铁车辆环境，经过实验室试验验证除菌效率、除尘效率均满足要求。在模型车车厢实验室进行的对比试验，进一步证明了净化器具有显著的除尘效率，而传统滤网不能有效过滤PM2.5、PM10颗粒物。

因此，安装使用蜂巢形圆孔通道净化器净化器，可以净化车厢空气，且杀菌除尘效率显著提升，保证乘客身体健康不受细菌、颗粒物的侵害。优化了乘客出行环境。