高速電動車組空調空氣凈化方案研究

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，逐漸普及的高鐵動車組的空調空氣過濾系統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。因此動車組空調過濾器亟須改進。本文從功能原理的角度，闡述了在現有動車組空調過濾器的基礎上，利用空氣靜電集塵技術，實現動車組空調系統具備濾除空氣細微懸浮顆粒的功能。

關鍵詞：動車組；空調；空氣凈化

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

0 引言

近年來，我國空氣質量越來越差，霧霾天氣多發(fā)，嚴重危害人體健康。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當量直徑小于等于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首。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細的1/20，但對空氣質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，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)境質量的影響更大。

1 國內動車組空調空氣凈化處理現狀

目前，國內鐵路高速動車組空調系統的空氣過濾方式是采用G3、G4無紡布過濾網，滿足標準BS EN779的技術要求，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，清洗后風阻變大、過濾效率降低，影響空調效果和空氣質量，并且維護保養(yǎng)成本高；再者，無紡布過濾網無法殺菌，使集在過濾網上的塵埃形成二次污染；在空氣污染比較嚴重的時間和地段，動車組客室內的PM2.5指數最高可達200-300微克/立方米，有的更加嚴重；由于列車內人員密度大，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，車內空氣質量亟待改善。

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)生產的動車組配置的空調系統，分為兩類：

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

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

為了改善車內空氣的質量，可以將空調凈化器與混合風過濾器設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，也就是現在的混合風過濾網；二是高壓靜電集塵殺菌過濾網。

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，過濾網只需定期清洗無須更換，有效壽命也可達5年。

靜電過濾網的工作原理是：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組合方案

采用原結構的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，在靜電過濾網的進風側設置金屬網定型的G3無紡布過濾網，即新風與回風的混合風首先通過前側無紡布過濾網進行過濾，然后通過靜電集塵過濾網進行電離與集塵，最終凈化空氣進入車廂。樣品如下圖4所示，箭頭右側為去除部分無紡布過濾網，下部的靜電集塵過濾網。

3.2 泡沫金屬網和靜電過濾網組合方案

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，與3.1的方案相比，優(yōu)點在于泡沫金屬網可重復清洗使用，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，箭頭右側為去除部分金屬泡沫過濾網，下部的靜電集塵過濾網。

4 結語

空氣靜電集塵凈化處理技術具有耗能小，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，在民用電器早有應用，技術日趨成熟。但是靜電除塵也有其固有的缺點，特別是要將此技術應用在動車組上，由于動車車廂內人員密度大，空間相對密閉，凈化器空氣處理負擔較重，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研究自動清洗塵埃的功能，合理調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，才能實現既能改善空氣質量，又沒有二次污染。

參考文獻：

[1]環(huán)境空氣質量標準（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，學士學位，工程師，研究方向：高速電動車組系統設計。