生產(chǎn)車間空調(diào)應(yīng)對“新型冠狀病毒”的運行管理措施

黃 翔,寇 凡,常健佩,吳 磊,金洋帆

(西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

2020年初,新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情于湖北省武漢市時暴發(fā),恰逢春運,人員遷徙,疫情在全國范圍內(nèi)迅速蔓延[1]。一時間口罩、防護服、護目鏡等用品極度緊缺。為對抗新型冠狀病毒感染的肺炎疫情,部分紡織企業(yè)、醫(yī)療器械、食品生產(chǎn)等企業(yè)提前復(fù)工復(fù)產(chǎn),全力以赴為疫情防控建立保障。而這些企業(yè),在特殊時期,如何進行有效的生產(chǎn)與運行管理,保障員工的身體健康,確保生產(chǎn)正常有序進行，車間的空氣凈化顯得尤為重要。

1 車間空氣凈化方式

新型冠狀病毒傳播方式包括:飛沫傳播、接觸傳播以及氣溶膠傳播[2]。員工在生產(chǎn)過程中應(yīng)采取佩戴口罩、保持安全距離等防護措施,同時還應(yīng)對車間環(huán)境進行定期消毒凈化,防止接觸感染。目前常用的空氣凈化方法包括物理法和化學(xué)法2類。

1.1 物理凈化法

1.1.1 紫外線法 紫外線消毒法主要是通過對微生物的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死,具有高效、不殘留毒性、不污染環(huán)境等優(yōu)點,但仍具有局限性,不能在有人員活動的條件下進行。只能在員工就餐期間關(guān)閉車間門窗進行消毒,但當紫外線燈停止照射時,空氣中細菌總數(shù)隨著人員活動迅速上升[3],消毒環(huán)境逐漸被破壞。因此不推薦使用該方法對大量員工作業(yè)的生產(chǎn)車間進行消殺防護。

1.1.2 過濾吸附法 室內(nèi)空氣過濾技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的空氣凈化手段,采用逐級過濾的方法攔截大于濾料孔徑的固態(tài)顆粒。但在眾多場所如紡織廠等,由于其生產(chǎn)特點致使車間空氣中攜帶大量的棉絮、棉紗,配置中、高效過濾系統(tǒng)不現(xiàn)實,容易造成高效過濾器臟堵,阻力增大。而且附著于濾網(wǎng)上的微生物粒子會使濾網(wǎng)本身成為一個細菌滋生源,增加了原系統(tǒng)運行的不可靠性[4-6]。因此除紡織類場所外,其他車間采用過濾吸附法時,需安排人員定期地對濾網(wǎng)進行清洗維護,防止二次污染。

1.2 化學(xué)凈化法

與物理凈化法相比,化學(xué)凈化法更加快速、高效,特別適用于大規(guī)模預(yù)防性消毒或終末消毒(傳染源離開疫區(qū)或終止傳染后)[7]。化學(xué)凈化法主要包括臭氧法、中和法和催化法。

1.2.1 臭氧法 臭氧具有強氧化性,能夠與細菌細胞壁反應(yīng),作用于蛋白質(zhì)和脂多糖,改變細胞通透性使其死亡,還可作用于病毒多肽鏈,損傷其RNA,廣泛用于水處理、醫(yī)療等領(lǐng)域。但按照國際標準,臭氧濃度超過0.5×10-6mL/m3時對人體呼吸道黏膜有刺激,且研究[8-9]發(fā)現(xiàn)臭氧的強氧化性,對有機體、橡膠、塑料制品、電氣元件有一定氧化作用,對設(shè)備和人體有一定的危害。曾經(jīng)在一年半的時間里損壞16件電子設(shè)備。因此不推薦在生產(chǎn)車間采用該方法進行空氣凈化。

1.2.2 中和法和催化法 中和法利用吸附劑與空氣中的有害氣體發(fā)生中和反應(yīng),催化法是利用含催化物的凈化材料催化空氣中的有害物質(zhì),破壞其分子結(jié)構(gòu)。

化學(xué)凈化法雖效果明顯且反應(yīng)迅速,但計量控制不好會產(chǎn)生大量殘余藥劑,對工作人員和設(shè)備造成不良影響,對人體危害尤其嚴重[5],因此不能在有人員作業(yè)的空調(diào)環(huán)境中采用,只能在設(shè)備檢修停機時使用。這些都限制了化學(xué)凈化法在疫情流行期在生產(chǎn)車間中的應(yīng)用。

2 新風空調(diào)系統(tǒng)

由于生產(chǎn)車間情況復(fù)雜,各類消毒方法均存在一定的局限性,因此更加提倡采用通風換氣的方式來控制室內(nèi)空氣品質(zhì)。尤其在新型冠狀病毒高發(fā)時期,良好的通風能夠起到稀釋室內(nèi)空氣中污染物的作用,保障員工生產(chǎn)安全。

目前很多生產(chǎn)廠區(qū)使用的是中央空調(diào)系統(tǒng),尤其需要加強通風、消毒,降低交叉感染的風險,防止疫情的傳播。根據(jù)GB 50365—2019《空調(diào)通風系統(tǒng)運行管理標準》,疫情期間應(yīng)優(yōu)先采取加大新風量的方式。對于全空氣系統(tǒng),在疫情期間應(yīng)關(guān)閉回風閥,采取全新風運行。若回風無法關(guān)閉,新回風混合后,僅通過G4+F7的初效和中效過濾無法消除病毒的影響,應(yīng)停止使用空調(diào),每天定時開啟門窗自然進風,并輔助排風系統(tǒng)對廠區(qū)進行自然通風。

對于風機盤管+新風系統(tǒng),主要通過盤管內(nèi)的冷媒對室內(nèi)循環(huán)空氣進行冷卻,若室內(nèi)空氣消毒不及時,則會加速病毒的傳播,因此新風系統(tǒng)宜全天運行,同時保證排風系統(tǒng)正常工作。

為進一步提高新風質(zhì)量,還應(yīng)充分考慮新風的輸入環(huán)境,最大限度地確保新風的新鮮度,新風應(yīng)當直接來自于室外,嚴禁從機房、樓道及天棚吊頂?shù)忍庨g接采風,需注意采風口周圍環(huán)境的清潔,遠離建筑排風口、垃圾收集點及其他污染源[10]。

3 生產(chǎn)車間用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一種環(huán)保高效且經(jīng)濟的冷卻方式,廣泛應(yīng)用于居住建筑和公共建筑,并可在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域如紡織、印刷、鑄造等生產(chǎn)車間中使用,提高工人的舒適性[11-13]。圖1為直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)在生產(chǎn)車間的應(yīng)用。直接蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)屬于直流式空調(diào)系統(tǒng),全新風運行,空氣齡較短。在確保室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)具有通風、降溫、加濕、凈化過濾功能[14-15]。直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)在車間應(yīng)用時不必緊閉門窗,與良好的排風系統(tǒng)相配合,可很好地改善室內(nèi)空氣品質(zhì),滿足工作人員的通風衛(wèi)生需求。

在新型冠狀病毒流行期間,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對空氣中攜帶的病毒也具有很好的阻隔作用。

圖 1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)在生產(chǎn)車間的應(yīng)用

3.1 工作原理

直接蒸發(fā)冷卻是一項利用水蒸發(fā)吸熱制冷的技術(shù),其工作原理如圖2所示。當被處理空氣流經(jīng)兩側(cè)布滿水膜的填料表面時,自身的顯熱不斷傳遞給水而得以降溫,同時水不斷吸收空氣中的顯熱作為自身蒸發(fā)所需的汽化潛熱,變成水蒸氣進入空氣,使得空氣中水蒸氣壓力增加。在空氣與水接觸的熱質(zhì)傳遞過程中,空氣的溫度降低,含濕量增加,該過程近似于一個絕熱降溫加濕過程[16-17]。

圖 2 直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)工作原理圖

3.2 對新型冠狀病毒的阻隔作用

新型冠狀病毒的傳播途徑之一是氣溶膠傳播,氣溶膠是指懸浮在氣體中的所有固態(tài)和液態(tài)顆粒組成的集合,其粒徑范圍在0.000 1 ～100 μm。新型冠狀病毒依附在這些氣溶膠顆粒上,可進行長距離傳播。而大量實驗數(shù)據(jù)表明,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對該粒徑范圍內(nèi)的顆粒物具有良好的過濾作用。

直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的核心部件是填料,如圖3所示。相鄰兩層填料交錯布置,形成特定的空氣流道,水被循環(huán)水泵從水池中抽出,經(jīng)布水器均勻散布在填料上,靠重力作用向下流潤濕填料表面并形成水膜[18-19]。空氣在填料流道中流動,主要通過慣性碰撞、擴散效應(yīng)、接觸阻留和沉降作用捕獲隨氣流而來的塵粒、氣溶膠,形成液滴或液膜后被淋下來的水帶入水池,有效地將液態(tài)或固態(tài)粉塵粒子從氣流中除去,起到濕式過濾器的作用[13]。

圖 3 填料實物圖

西安工程大學(xué)申永波等[19]也證明了蒸發(fā)冷卻空調(diào)對氣溶膠顆粒具有很好的過濾作用。將一臺額定風量為1 800 m3/h,額定功率為176 W的直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)安裝在西安某高校16 m2的學(xué)生宿舍,通過氣溶膠粒譜儀檢測設(shè)備開啟前后室內(nèi)顆粒物濃度,結(jié)果如圖4所示。

圖 4 蒸發(fā)冷卻空調(diào)開啟前后顆粒物濃度變化

從圖4可看出,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對PM2.5、PM10及TSP(粒徑小于100 μm的總懸浮顆粒物,包括氣溶膠顆粒)均有良好的過濾效果,其中對TSP的過濾效率高達72%。因此,在疫情期間使用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以有效過濾新型冠狀病毒的依附宿主——氣溶膠顆粒,切斷其傳播途徑。

同時耶魯大學(xué)2019年5月在美國科學(xué)院院刊上發(fā)表的文章中指出,低濕度會促進流感病毒的傳播。對經(jīng)過基因改造可像人類一樣抵抗病毒感染的小鼠進行試驗,提出低濕度干擾了氣道中的纖毛對病毒顆粒的去除效果,降低了氣道細胞修復(fù)損傷的能力,并且在低濕度下病毒感染后的先天免疫防御系統(tǒng)會失效[20]。而蒸發(fā)冷卻空調(diào)對空氣的處理是等焓加濕過程[19],有的加濕作用在干燥季節(jié)為生產(chǎn)車間環(huán)境中增加適量的水蒸氣,保護電子設(shè)備免受靜電的破壞,同時也確保室內(nèi)環(huán)境舒適度,一定程度上提高了車間員工對病毒的抵抗能力。

3.3 清潔維護

由于直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)采用循環(huán)水進行噴淋,隨著時間的延長,由于懸浮物、溶解鹽的濃縮等原因,易發(fā)生結(jié)垢、腐蝕、微生物黏泥等水質(zhì)問題,造成循環(huán)水水質(zhì)惡化,降低設(shè)備換熱效率。針對以上因素所造成的水質(zhì)問題,可采用直排法、化學(xué)加藥法、臭氧法以及高壓靜電法等常用的水質(zhì)處理方法,使水質(zhì)達到蒸發(fā)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)水及補充水水質(zhì)標準[21]。表1為幾種水質(zhì)處理方法的性能特點,可結(jié)合需求進行選擇。其中直排法可根據(jù)循環(huán)水硬度進行排水,圖5為給水中CaCO3的硬度與流失水速率與蒸發(fā)速率比值(B/E)的關(guān)系。若已知補充水中CaCO3的硬度,可得對應(yīng)的B/E,再計算補水和流失水的速率[22],即

E/B=(H/X)-1

(1)

A/B=H/X

(2)

式中:A為補水速率;B為流失水速率;E為蒸發(fā)水速率;X為補充水的硬度，mg/L,一般以CaCO3計算;H為循環(huán)水箱水的硬度，mg/L,可以通過實驗測得。

表 1 幾種常用水質(zhì)處理方法比較

圖 5 給水CaCO3的硬度與B/E的關(guān)系

4 結(jié) 語

在新型冠狀病毒疫情期間,各生產(chǎn)企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)需全力做好運行管理及防控工作,將人員的身體健康放在首位,消毒凈化工作需遵照標準劑量進行,同時要保持通風換氣,正確使用空調(diào)系統(tǒng),保證新風量。蒸發(fā)冷卻空調(diào)的降溫、加濕、過濾作用也在疫情期間發(fā)揮出巨大的作用。相信全國人民萬眾一心、團結(jié)奮戰(zhàn),這場疫情防控戰(zhàn)一定會取得勝利,我們的國家也會在苦難中成長,在風雨中屹立。