负离子空气净化系统在城市轨道交通车辆中的应用研究

郭彬+王伟娜

【摘要】本文采用负离子空气净化系统，对轨道交通车厢内的有害的气体、异味、粉尘以及病毒进行过滤，以达到净化的车厢内空气质量的目的。

【关键词】负离子；轨道；空气净化

一、引言

在城市化加速推进和建设低碳经济的背景下，轨道交通建设近年来得到快速发展，成为缓解交通和资源压力的重要举措。但是由于目前轨道交通线路较少，因人员拥挤引起的安全隐患和因人流车流造成的空气污染已成为制约其发展的重要因素。为了保证地铁内环境卫生，部分地铁站点在空调通风系统中加装空气净化设备，用以去除空气中的颗粒物、微生物和有机污染物等。因此，对轨道车辆的空调系统有了更高的要求：不仅要满足温度的调节，并且要通过对空气的净化，提高其品质，保证乘客健康舒适与安全。

二、现有技术及其特点

目前，我国城市轨道车辆空气处理大多数是过滤法，依靠回风滤网和新风滤网过滤，其过滤方法对灰尘、杂质可以起到一定的过滤效果，但是对微小的细菌等有害微生物过滤效果极为有限，空调只要一开始制冷，就会产生冷凝水，这些冷凝水与空气中的有害菌落一起附着在蒸发器表面，滋生一定数量的细菌、真菌、霉菌，并会随着空调的送风污染整个车厢内的环境。目前的解决方法也只能依靠定期清洗蒸发器来解决，效果有限。

目前，国内外相关领域技术的研究方向主要有：臭氧负离子空气净化技术、紫外线消毒杀菌技术、正负离子空气净化技术、活性炭过滤（吸附过滤）技术、光触媒空气净化技术等。这些解决方案都存在着各自的缺点：低浓度的臭氧可消毒，但超标的臭氧则会对乘客健康造成影响，而且作用范围小，具体到轨道车辆，很难覆盖整个空气循环系统，产生的作用持续时间短，杀菌效率低；光触媒只有在紫外线的照射下才能产生作用，并对材料本身有慢性腐蚀作用，它的强氧化性对空调机组本身会产生较大的腐蚀，光触媒一旦脱落漂浮在空气中而被吸入人肺部的话，对人体有害，因此在公共场所不适合使用；此外，空气净化装置是否过于庞大能不能安装在空间很有限的空调机组内部也是需要考虑的因素。

三、负离子空气净化器在城市轨道车辆系统中的应用

1、负离子空气净化器的工作原理

负离子空气净化器其核心功能是生成负离子，利用负离子本身具有对空气进行净化、除尘、除味、灭菌解毒的特性来对室内空气进行优化。以负离子主动出击捕捉空气中的有害物质，实现杀菌、除味、除甲醛等作用。此外，负离子空气净化器对颗粒物的大小没有限制，对与PM2.5微米级颗粒物能够高效去除，是业界公认的高效空气净化器。本文所研究的负离子空气净化系统，通过风扇和过滤器先对车内的空气进行一个彻底的循环过滤，对车内的有害的气体、异味、粉尘以及病毒进行过滤，以达到纯净的空气质量环境。空气净化器通常由高压产生电路负离子发生器、通风机、空气过滤器等系统组成。净化器运行时，机器内的通风机使室内空气循环流动，污染的空气通过机内的空气过滤器过滤后，将各种污染物清除或吸附，然后经过装在出风口的负离子发生器将空气不断电离，产生大量负离子，被风扇送出，形成负离子流，达到清洁、净化空气的目的。

2、负离子空气净化系统组成

主要由以下五个分系统构成：

（1）风机系统：沿用轨道车辆的通风系统，利用风机鼓风使车厢内空气循环；

（2）过滤器：过滤灰尘、烟味；填充活性炭的过滤器还能过滤细菌等；

（3）芳香盒：采用纯天然的芳香剂，能在车厢里散发香气；

（4）负离子发生器：通过离子作用，离子作用又分，单独的负离子，负离子再多也不会对人体有害；离子产生的原理是通过高压，使空气发生电离作用；

（5）控制电路版：实现对整个系统的控制。

3、负离子空气净化器系统在城市轨道车辆布置方式

城市轨道车辆中每节空调机组为单元式结构或为分体式结构，空调机组中的室内机部分设置有出风口和进风口。空调机组的出风口通过送风风道与车内的送风口连通，用于向车内提供经蒸发器处理的空气，以调节车内环境的温度、湿度及新鲜度。每節车厢配备两台空调机组，所以每节车厢安装两台空气净化器。因为城市轨道车辆的运行环境较为复杂，本设计中将空气净化器安装固定在空调机组内部的回风和新风混合舱内，空气净化器不但可以对车内的回风进行净化处理，对车内的环境进行杀菌、消毒、去除异味、清新空气等处理，以提高车厢内空气质量；同时还可以对新风进行净化处理，更进一步保证输送至车内的空气的洁净度。空气净化器通过螺栓等紧固件固定安装在空调机组室内部分的壳体上。

四、试验结果及结论

通过仿真试验，选取类似车厢的密闭试验空间，向密闭空间能充入一定量的有害的气体：氨气（NH3）、乙酸（CH3COOH）、甲醛（HCHO）等气体浓度在1m3为60ppm，分别在不同的工作温度下进行测试，测得在负离子量大于100，000pcs/cm3时，有害气体浓度下降到原来的20%左右，使有害气体含量得到有效抑制。同时，空气中粉尘含量也明显得到降低。

通过理论分析和试验数据，可以得知利用负离子自身能够对空气进行净化、除尘、灭菌解毒、对空气进行优化。无论从净化效率还是系统维护上，而且从经济性能分析，负离子净化器都具有非常明显的技术优势。

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【作者简介】

郭彬（1982—），男，汉族，单位：河南交通职业技术学院，主要从事电子技术、智能控制技术的教学工作。