空氣凈化技術在船舶通風系統中的應用與分析

祁 麗，施曉波

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海200129）

0 引言

隨著船舶設計建造以人為本的理念不斷深入和環保意識的逐漸加強，改善船舶室內空氣品質顯得尤為重要和迫切，它直接關系到船員的身心健康和工作效率。

船舶室內空氣品質優劣與受到的污染密切有關，外界環境污染主要來自大氣中各種懸浮顆粒物，其中粒徑≤10μm 比表面積大，吸附能力強，很容易成為有害化學氣體和病毒細菌的載體；船舶在使用中不可避免地會受到鹽霧的侵蝕，鹽霧對人體不會產生直接危害，但鹽霧會腐蝕空調設備和凈化設施，增加維修成本、降低功效和縮短設備壽命，從而間接影響到室內空氣品質。艙室內部污染有來自船舶上各種裝飾材料（家具、油漆、包覆品和膠黏劑）散發出NH3和揮發性有機物（VOCs）等有害氣體；人員新陳代謝釋放出的污染物包含二氧化碳、氨類化合物以及致病微生物[1]；廚房烹飪油煙是混合性污染物，熱解產物有200多種，具有氣態、顆粒物2種形態，氣態部分則多為揮發性有機物（VOCs）與空氣形成混合氣體。

1 空氣凈化技術應用

結合空調通風系統所建立的氣流組織，將凈化處理后的空氣輸送到艙內生活和工作區域，并及時排出艙內產生的污染空氣，是改善船舶艙內空氣品質的主要方式，見圖1。

空氣污染源按存在狀態分為顆粒物、氣態污染物和微生物3類。空調通風系統必須從外界引入足夠的新風以保證人員的正常需要，對新風管道的凈化措施側重對鹽霧（或液滴）和空氣顆粒物的過濾，采用的凈化技術主要有氣水分離技術、纖維過濾技術；回風通道中會混入裝飾材料、家具和油漆散發出來的VOCs，也有人員產生的有害物質，在回風通道上的凈化措施應側重消除異味、殺菌和去除有害化學氣體，采用的凈化技術主要有靜電集塵技術、臭氧消毒技術和活性炭吸附技術；空調通風系統通常采用分區布置，服務于每個區域的空調裝置上分出幾路，每路負責向若干艙室輸送空調風，為避免艙室之間交叉污染，在每路送風管上配置凈化單元或選用有凈化功能的送風末端，采用的凈化技術主要為光觸媒催化技術等。

圖1 船舶通風系統中空氣凈化功能配置示意圖

為避免船舶廚房和公共衛生區域產生的污染空氣影響周圍環境，或混入空調通風系統的新/回風通道，這些艙室通常采用獨立通風系統，并在排風管路上配置專用空氣凈化處理裝置。廚房油煙凈化技術分靜電式和濕式水洗2種，公共衛生區域的除臭裝置融合了臭氧和光觸媒凈化技術。

常用空氣凈化技術的原理及特點見表1。

表1 船舶常用空氣凈化技術的原理及特點

續表1

2 設計和選型

2.1 建立通風氣流組織

為促進船上污染空氣隨通風系統的氣流流動有效排出，空調通風系統設計應遵循如下原則：

1）在進行艙室總布置時，應考慮空調分區和功能分區的合理性，盡量將船員居住和工作的艙室和易產生污染源的艙室分區布置，把功能屬性相似的艙室集中在一個區域內。

2）新風進口要遠離污染氣體的排出口；各個空調區域彼此隔離獨立，保證各個空調區回風來自本空調送風區域，沒有串流。

3）廚房區域設置獨立空調通風系統，采用機械送風、機械排風的負壓通風方式防止油煙擴散。

4）對易產生異味的公共衛生區域（如盥洗室、廁所和浴室等），平衡風管裝在門上和內走道壁上，采用機械排風避免有害成分流入空調區的回風通道。

5）醫療區域配備專用的醫療空調通風裝置，沒有污染源的艙室回風被部分回收，其余風量通過機械抽風管路排到外界。為保持手術室的潔凈度，還要保持手術室與周邊區域的相對正壓。

2.2 融合通風凈化技術

空調通風系統中融合了3 項～4 項凈化技術，對不同形態的污染源進行凈化處理，空調通風換氣裝置是空調通風系統的重要組成，它承擔了濕熱交換、凈化處理和通風換氣等功能，在選型設計中要考量以下2個要素：

1）風量-壓降曲線

配置空調通風換氣系統中凈化模塊或單元時，要根據使用場所需要達到的凈化要求確定產品結構型式，獲取產品的風量-壓降曲線，用以計算管路總阻力。

圖2 氣水分離器風量-壓降曲線

以新風段的過濾器選型為例，首先要明確是否有除鹽霧要求，具有除鹽霧功能的氣水分離器由一組帶“倒鉤”葉片均布排列而成，圖2是節距為28 mm 的不銹鋼材質氣水分離器的性能曲線。在同樣的風速下，氣水分離器的葉片節距越小，液滴去除效率越高，但阻力系數也大。

在氣水分離器之后的纖維過濾器可以和氣水分離器組合成型，也可以根據需要安裝在通風換氣裝置的新風段，圖3是氣水分離器和纖維過濾器組合型式圖，若沒有特殊要求，通常搭配粗效過濾器（G4），應用在醫療區域的空調通風設備中會選用中效過濾器（F7）。粗效過濾器初阻力≤50 Pa（粒徑≥5μm，效率80%＞η≥20%），中效過濾器初阻力≤80 Pa（粒徑≥1μm，效率70%＞η≥20%）[2]。

圖3 氣水分離器和纖維過濾器組合型式圖

2）凈化指標

通風系統中的空氣凈化設備的凈化指標和測試可參照GB/T 34012—2017《通風系統用空氣凈化裝置》執行。標準中對設備處理顆粒物、氣態污染物和微生物的凈化效率進行了分級，為保證人員使用安全，對設備使用時產生的臭氧濃度和紫外光泄漏量做出了規定，該標準可以作為專業人員設計選型和驗收依據。見表2。

表2 空氣凈化裝置主要凈化指標[3]

EPM2.5是考核空氣凈化裝置對粒徑≤2.5μm顆粒物的凈化處理能力。針對船用空氣凈化裝置，EQ檢測的氣態污染物，EW通常檢測大腸桿菌和金黃色葡萄球菌這2項凈化指標。

2.3 采取控制保護措施

通風換氣裝置凈化模塊或單元在使用一段后會因積塵導致阻力增大，影響通風和凈化效果。對過濾器，在設計時要設定終阻力，當超過終阻力值時，裝置上的壓差控制器就會報警，提醒清洗或更換過濾器；凈化單元控制箱可記錄凈化單元的有效工作時間，當凈化單元累計運行設定小時后，可自動停止輸出，切斷電源，提示更換紫外燈管和清潔維護，以保證凈化單元的正常使用。

帶電工作的凈化模塊或單元，為防止電路發熱引起安全隱患，其運行要與通風換氣裝置中的通風機聯動，在運行空氣凈化設備前，需確保通風機已經開啟或者相關信號已經傳輸至本設備。靜電除塵空氣凈化設備設有給電場供電的專用高壓電源，出于安全性考慮，電控箱應該具有開箱門斷電功能，通過增加一個限位開關來實現當箱門打開時，切斷電源，只有在箱門關閉狀態下設備才能正常供電工作。

3 結論

在空調通風系統設計中充分發揮不同凈化技術的優，處理船舶外界和艙內空氣污染，有助于改善艙內空氣品質，為更好地構建優良的艙內空氣品質，還需在以下幾個方面進行優化和深化。

1）方案設計階段就需要注重總體規劃，綜合考慮影響氣流組織的主要因素，建立壓力梯度分布、氣流走向，以及進排氣口的合理設置。

2）研發高效低阻的復合凈化空調通風設備，綜合運用不同凈化技術的優勢，致力于提升艙內空氣品質的智能化控制。

3）船舶從建成到交付使用的間隔期較短，艙內沒有足夠的時間通風換氣，在交付前可以請專業團隊集中對艙室進行空氣環境治理，日后結合空調通風系統的使用，不斷改善艙內空氣環境。

4）由于缺乏專業作業指導，船舶空調通風系統長期未清洗造成的二次污染狀況堪憂，有必要編制《空調通風設備及管路維護保養要求》，內容包括：對空調通風設備和管路要定期作滅菌清潔工作；對空調通風設備和管路內的凈化設施要定期檢查、清洗/更換、保養和維護。