高速电动车组空调空气净化方案研究

摘 要：伴随工业和交通业的发展，空气污染逐渐增加，雾霾天气频现，逐渐普及的高铁动车组的空调空气过滤系统只能滤除一些粒径较大的灰尘和异物，并没有过滤PM2.5的能力。因此动车组空调过滤器亟须改进。本文从功能原理的角度，阐述了在现有动车组空调过滤器的基础上，利用空气静电集尘技术，实现动车组空调系统具备滤除空气细微悬浮颗粒的功能。

关键词：动车组；空调；空气净化

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

0 引言

近年来，我国空气质量越来越差，雾霾天气多发，严重危害人体健康。悬浮颗粒物是霾的主要组成成分，其中，PM2.5（指大气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）也称为可入肺颗粒物，是造成雾霾天气的罪魁祸首。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20，但对空气质量和能见度有重要的影响。与较大的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

1 国内动车组空调空气净化处理现状

目前，国内铁路高速动车组空调系统的空气过滤方式是采用G3、G4无纺布过滤网，满足标准BS EN779的技术要求，但是这只能去除一些大的灰尘、毛发等直径大的颗粒，无法去除PM2.5。

无纺布过滤网是采用物理吸咐的方式集尘，使用时间短，需要定期清洗及更换，清洗后风阻变大、过滤效率降低，影响空调效果和空气质量，并且维护保养成本高；再者，无纺布过滤网无法杀菌，使集在过滤网上的尘埃形成二次污染；在空气污染比较严重的时间和地段，动车组客室内的PM2.5指数最高可达200-300微克/立方米，有的更加严重；由于列车内人员密度大，空间相对狭小，又是在一个相对的密闭环境，空气质量迅速恶化；空气中的颗粒尘埃被人体吸收，一些细菌或流行病菌在人群中传播，车内空气质量亟待改善。

2 动车组空气净化装置研究运用及可行性分析

我公司研发生产的动车组配置的空调系统，分为两类：

（1）车体为不锈钢材质的项目，配置分体式空调，采用的新风过滤器和混合风过滤器组合的方式，车外新风经车顶空气处理单元两侧的新风过滤器过滤后，与车内回风混合，再经过混合风过滤器过滤，滤芯为G3无纺布过滤网，然后经制冷/加热/除湿送入车内，参见图1。

（2）车体为铝合金材质的项目，配置单元式空调机组，安装在车顶端部，空气过滤方式是采用G3无纺布过滤网。属于混合风过滤器，新风、回风混合后经过此过滤器过滤后，经制冷/加热/除湿送入车内，参见图2。

为了改善车内空气的质量，可以将空调净化器与混合风过滤器设计整合为一个新型的空气净化过滤装置。

新型空气净化过滤装置由二部分组成：一部分是初效过滤网，也就是现在的混合风过滤网；二是高压静电集尘杀菌过滤网。

高压静电除尘装置可以有效过滤PM2.5、雾霾及杀灭空气中多种病菌，并可有效地去除异味等，除电源需要定期维护外，过滤网只需定期清洗无须更换，有效壽命也可达5年。

静电过滤网的工作原理是：含有粉尘颗粒的空气在通过接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，从而得到净化的空气，如下图3所示。

3 动车组用新型空气静电集尘净化器

3.1 无纺布和静电过滤网组合方案

采用原结构的G3无纺布作为初级过滤材料，满足EN779规定的粉尘容纳能力、平均计重效率、净有效过滤面积等的要求，在静电过滤网的进风侧设置金属网定型的G3无纺布过滤网，即新风与回风的混合风首先通过前侧无纺布过滤网进行过滤，然后通过静电集尘过滤网进行电离与集尘，最终净化空气进入车厢。样品如下图4所示，箭头右侧为去除部分无纺布过滤网，下部的静电集尘过滤网。

3.2 泡沫金属网和静电过滤网组合方案

与章节3.1的方案基本相同，唯一区别在于初级过滤材料采用泡沫金属网，与3.1的方案相比，优点在于泡沫金属网可重复清洗使用，并且不影响过滤效果，有效寿命可达5年。样品如下图5所示，箭头右侧为去除部分金属泡沫过滤网，下部的静电集尘过滤网。

4 结语

空气静电集尘净化处理技术具有耗能小，除尘率高，可以除去空气中粒径0.01um-50um的尘埃，空气阻力小，无噪音等优点，在民用电器早有应用，技术日趋成熟。但是静电除尘也有其固有的缺点，特别是要将此技术应用在动车组上，由于动车车厢内人员密度大，空间相对密闭，净化器空气处理负担较重，随着吸附灰尘的增多，超出了静电控制能力的灰尘会从出风口吹出，带有静电的尘埃颗粒会吸附在人体上，造成额外的伤害，所以动车用静电集尘净化器应研究自动清洗尘埃的功能，合理调研尘埃清理收集方式和清理周期，只有将静电吸附的原理和灰尘自动清洗收集功能配合起来，才能实现既能改善空气质量，又没有二次污染。

参考文献：

[1]环境空气质量标准（GB3095-2012）[S].

[2]Particulate Air Filters For General Ventilation-Determination Of The Filtration Performance （BS EN779：2012） [S].

作者简介：李新峰（1981-），男，山东滨州人，本科，学士学位，工程师，研究方向：高速电动车组系统设计。