負離子空氣凈化系統在城市軌道交通車輛中的應用研究

郭彬+王偉娜

【摘要】本文采用負離子空氣凈化系統，對軌道交通車廂內的有害的氣體、異味、粉塵以及病毒進行過濾，以達到凈化的車廂內空氣質量的目的。

【關鍵詞】負離子；軌道；空氣凈化

一、引言

在城市化加速推進和建設低碳經濟的背景下，軌道交通建設近年來得到快速發展，成為緩解交通和資源壓力的重要舉措。但是由于目前軌道交通線路較少，因人員擁擠引起的安全隱患和因人流車流造成的空氣污染已成為制約其發展的重要因素。為了保證地鐵內環境衛生，部分地鐵站點在空調通風系統中加裝空氣凈化設備，用以去除空氣中的顆粒物、微生物和有機污染物等。因此，對軌道車輛的空調系統有了更高的要求：不僅要滿足溫度的調節，并且要通過對空氣的凈化，提高其品質，保證乘客健康舒適與安全。

二、現有技術及其特點

目前，我國城市軌道車輛空氣處理大多數是過濾法，依靠回風濾網和新風濾網過濾，其過濾方法對灰塵、雜質可以起到一定的過濾效果，但是對微小的細菌等有害微生物過濾效果極為有限，空調只要一開始制冷，就會產生冷凝水，這些冷凝水與空氣中的有害菌落一起附著在蒸發器表面，滋生一定數量的細菌、真菌、霉菌，并會隨著空調的送風污染整個車廂內的環境。目前的解決方法也只能依靠定期清洗蒸發器來解決，效果有限。

目前，國內外相關領域技術的研究方向主要有：臭氧負離子空氣凈化技術、紫外線消毒殺菌技術、正負離子空氣凈化技術、活性炭過濾（吸附過濾）技術、光觸媒空氣凈化技術等。這些解決方案都存在著各自的缺點：低濃度的臭氧可消毒，但超標的臭氧則會對乘客健康造成影響，而且作用范圍小，具體到軌道車輛，很難覆蓋整個空氣循環系統，產生的作用持續時間短，殺菌效率低；光觸媒只有在紫外線的照射下才能產生作用，并對材料本身有慢性腐蝕作用，它的強氧化性對空調機組本身會產生較大的腐蝕，光觸媒一旦脫落漂浮在空氣中而被吸入人肺部的話，對人體有害，因此在公共場所不適合使用；此外，空氣凈化裝置是否過于龐大能不能安裝在空間很有限的空調機組內部也是需要考慮的因素。

三、負離子空氣凈化器在城市軌道車輛系統中的應用

1、負離子空氣凈化器的工作原理

負離子空氣凈化器其核心功能是生成負離子，利用負離子本身具有對空氣進行凈化、除塵、除味、滅菌解毒的特性來對室內空氣進行優化。以負離子主動出擊捕捉空氣中的有害物質，實現殺菌、除味、除甲醛等作用。此外，負離子空氣凈化器對顆粒物的大小沒有限制，對與PM2.5微米級顆粒物能夠高效去除，是業界公認的高效空氣凈化器。本文所研究的負離子空氣凈化系統，通過風扇和過濾器先對車內的空氣進行一個徹底的循環過濾，對車內的有害的氣體、異味、粉塵以及病毒進行過濾，以達到純凈的空氣質量環境。空氣凈化器通常由高壓產生電路負離子發生器、通風機、空氣過濾器等系統組成。凈化器運行時，機器內的通風機使室內空氣循環流動，污染的空氣通過機內的空氣過濾器過濾后，將各種污染物清除或吸附，然后經過裝在出風口的負離子發生器將空氣不斷電離，產生大量負離子，被風扇送出，形成負離子流，達到清潔、凈化空氣的目的。

2、負離子空氣凈化系統組成

主要由以下五個分系統構成：

（1）風機系統：沿用軌道車輛的通風系統，利用風機鼓風使車廂內空氣循環；

（2）過濾器：過濾灰塵、煙味；填充活性炭的過濾器還能過濾細菌等；

（3）芳香盒：采用純天然的芳香劑，能在車廂里散發香氣；

（4）負離子發生器：通過離子作用，離子作用又分，單獨的負離子，負離子再多也不會對人體有害；離子產生的原理是通過高壓，使空氣發生電離作用；

（5）控制電路版：實現對整個系統的控制。

3、負離子空氣凈化器系統在城市軌道車輛布置方式

城市軌道車輛中每節空調機組為單元式結構或為分體式結構，空調機組中的室內機部分設置有出風口和進風口。空調機組的出風口通過送風風道與車內的送風口連通，用于向車內提供經蒸發器處理的空氣，以調節車內環境的溫度、濕度及新鮮度。每節車廂配備兩臺空調機組，所以每節車廂安裝兩臺空氣凈化器。因為城市軌道車輛的運行環境較為復雜，本設計中將空氣凈化器安裝固定在空調機組內部的回風和新風混合艙內，空氣凈化器不但可以對車內的回風進行凈化處理，對車內的環境進行殺菌、消毒、去除異味、清新空氣等處理，以提高車廂內空氣質量；同時還可以對新風進行凈化處理，更進一步保證輸送至車內的空氣的潔凈度。空氣凈化器通過螺栓等緊固件固定安裝在空調機組室內部分的殼體上。

四、試驗結果及結論

通過仿真試驗，選取類似車廂的密閉試驗空間，向密閉空間能充入一定量的有害的氣體：氨氣（NH3）、乙酸（CH3COOH）、甲醛（HCHO）等氣體濃度在1m3為60ppm，分別在不同的工作溫度下進行測試，測得在負離子量大于100，000pcs/cm3時，有害氣體濃度下降到原來的20%左右，使有害氣體含量得到有效抑制。同時，空氣中粉塵含量也明顯得到降低。

通過理論分析和試驗數據，可以得知利用負離子自身能夠對空氣進行凈化、除塵、滅菌解毒、對空氣進行優化。無論從凈化效率還是系統維護上，而且從經濟性能分析，負離子凈化器都具有非常明顯的技術優勢。

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【作者簡介】

郭彬（1982—），男，漢族，單位：河南交通職業技術學院，主要從事電子技術、智能控制技術的教學工作。