飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)

高鵬舉

甲型H1N1流感病毒如今在全球都引發(fā)了恐慌。由于人們有了非典型性肺炎(SARS)的應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)，因此，當(dāng)這次甲型H1N1流感病毒在全球傳播的時(shí)候，人類(lèi)就能夠較為從容地應(yīng)對(duì)。但是，這場(chǎng)斗爭(zhēng)尚未勝利，仍然不可麻痹大意。我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某種傳染性疾病在全球爆發(fā)的時(shí)候，飛機(jī)當(dāng)仁不讓地充當(dāng)了傳播者的角色。飛機(jī)的出現(xiàn)為全球的某些物種(比如蒼蠅、蚊子，蟑螂等，也包括病毒)的全球遷徙和融合起到了加速作用?？墒巧n蠅、蚊子、蟑螂等昆蟲(chóng)通過(guò)飛機(jī)傳播到全球還不至引起公眾的恐慌，但類(lèi)似非典型性肺炎也就是SARS病毒和甲型H1N1流感病毒這樣的微小物種通過(guò)飛機(jī)傳播給公眾帶來(lái)的恐慌可就巨大無(wú)比。因?yàn)檫@種危險(xiǎn)是隱性的，無(wú)法估計(jì)它的威力和可能造成的損失，因此當(dāng)全球爆發(fā)疫情的時(shí)候，民用航空客運(yùn)業(yè)務(wù)首當(dāng)其沖地遭到了沖擊甚至是毀滅性的打擊。國(guó)人還記得2003年的SARS疫情爆發(fā)的時(shí)候吧?中國(guó)民航幾乎遭到滅頂之災(zāi)，飛機(jī)大批停飛，原來(lái)很繁忙的樞紐機(jī)場(chǎng)變得冷冷清清。人們對(duì)機(jī)場(chǎng)都避而遠(yuǎn)之，因?yàn)檫@里是最可能帶來(lái)災(zāi)難的地方。筆者當(dāng)時(shí)還在白云機(jī)場(chǎng)工作，中國(guó)南方航空公司的波音777幾乎全部停止運(yùn)營(yíng)，很壯觀地排成一排。這也是筆者最完整的一次看到南航的波音777機(jī)隊(duì)，南航僅波音777機(jī)隊(duì)每天的損失就超過(guò)數(shù)百萬(wàn)美金。

為什么一旦發(fā)生某種疫情時(shí)，人們對(duì)乘坐飛機(jī)是最沒(méi)有信心的呢?這主要是因?yàn)轱w機(jī)的外觀看起來(lái)所有的窗戶都打不開(kāi)，屬于典型的“悶罐”交通運(yùn)輸工具而引起的誤會(huì)。人們現(xiàn)在接受的衛(wèi)生常識(shí)都普遍認(rèn)為，當(dāng)空氣不便于流通時(shí)，是最容易傳染疾病的，防治傳染性疾病的最有效的方式就是建造通風(fēng)環(huán)境。基于以上的因素，當(dāng)“悶罐”飛機(jī)上有一個(gè)病人，他感染了某種通過(guò)空氣傳染的疾病，那么搭乘同一飛機(jī)的旅客和機(jī)組成員就會(huì)全部遭殃，而能夠打開(kāi)窗戶的汽車(chē)、火車(chē)和輪船反倒沒(méi)有這么危險(xiǎn)。實(shí)際上，這是一個(gè)認(rèn)識(shí)的誤區(qū)，雖然在某種疾病全球性傳播時(shí)飛機(jī)這種運(yùn)輸工具起到了作為載體的重要作用，但飛機(jī)上的空氣并非是“不流通”的，相反飛機(jī)上的空氣更新效率是相當(dāng)高的，甚至比一般手術(shù)室要求的空氣更新速度都高。因此，在飛機(jī)上發(fā)生一人得病全機(jī)遭殃的事情概率很低。

飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的功能

既然飛機(jī)上的空氣更新效率很高，那么，是飛機(jī)上什么系統(tǒng)來(lái)完成這項(xiàng)工作的呢?答案就是一飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)。讓我們先來(lái)了解一下飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的功能，這樣對(duì)我們了解飛機(jī)客艙環(huán)境的衛(wèi)生情況很有好處。飛機(jī)內(nèi)流通的空氣幾乎全部來(lái)自于飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，這是飛機(jī)機(jī)艙環(huán)境控制系統(tǒng)的一個(gè)主要部分。機(jī)艙的環(huán)境控制系統(tǒng)提供以下三個(gè)方面的功能：客艙增壓、溫度調(diào)節(jié)、設(shè)備冷卻。飛機(jī)機(jī)艙環(huán)境控制系統(tǒng)包含空調(diào)系統(tǒng)、增壓控制系統(tǒng)、設(shè)備冷卻系統(tǒng)和分配系統(tǒng)?，F(xiàn)代噴氣式客機(jī)一般都在平流層下部飛行，即使是近距離的支線飛行航線高度也在海拔5000米以上，但我們?cè)诔俗w機(jī)的時(shí)候很少感覺(jué)缺氧或者因?yàn)闅鈮禾投y受，這就是客艙增壓的作用。飛機(jī)的空調(diào)向客艙提供了大量經(jīng)過(guò)調(diào)溫的新鮮空氣，這些空氣對(duì)整個(gè)機(jī)艙(包含駕駛艙、客艙、貨艙、機(jī)載設(shè)備艙)進(jìn)行增壓和調(diào)溫，這樣實(shí)際飛機(jī)機(jī)艙的高度保持在海拔2500米以下甚至是海平面的高度，在自然環(huán)境中的這個(gè)高度上大部分人是不會(huì)感覺(jué)到異樣的。飛機(jī)空調(diào)調(diào)節(jié)客艙環(huán)境溫度和設(shè)備冷卻的功能大同小異，都是為了保證人員和設(shè)備對(duì)于生活環(huán)境或工作環(huán)境的要求。

飛機(jī)的空調(diào)和我們常見(jiàn)的家用空調(diào)和車(chē)載空調(diào)工作原理完全不同。前者采用開(kāi)放循環(huán)條件，不停地將從氣源總管引出的干凈新鮮的壓縮空氣進(jìn)行制冷，經(jīng)過(guò)除水調(diào)溫，最終的空調(diào)氣從機(jī)艙頂部進(jìn)入客艙，而后流經(jīng)機(jī)身下部的機(jī)載設(shè)備艙和貨艙，最后經(jīng)機(jī)體尾部的外流活門(mén)排出機(jī)外。這樣的過(guò)程非常高效，不僅保證了對(duì)全部機(jī)艙的增壓和溫度控制，還使得客艙的空氣平均每2分鐘全部更新一次，而飛機(jī)駕駛艙因?yàn)槭菃为?dú)供氣，它的空氣將實(shí)現(xiàn)每1分鐘更新一次，也就是說(shuō)飛機(jī)客艙至少實(shí)現(xiàn)每小時(shí)換氣30次，而我國(guó)修訂后的《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》一文中，關(guān)于一般手術(shù)室的通風(fēng)衛(wèi)生條件最終確定為：“一般手術(shù)室應(yīng)采用末端過(guò)濾器不低于高中效過(guò)濾器的空調(diào)系統(tǒng)或全新風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)。室內(nèi)保持正壓，換氣次數(shù)不得低于每小時(shí)6次”。由此可以看出飛機(jī)客艙環(huán)境是要比手術(shù)室的要求指標(biāo)還要高的。

而家用空調(diào)和車(chē)載空調(diào)排出的空調(diào)氣都是對(duì)現(xiàn)有的空氣進(jìn)行冷卻從而達(dá)到制冷效果。大部分人會(huì)在使用汽車(chē)空調(diào)時(shí)把送風(fēng)模式由車(chē)外循環(huán)改到車(chē)內(nèi)循環(huán)模式，這樣做會(huì)比較省油，制冷效果也不錯(cuò)。這是一個(gè)封閉的循環(huán)，就是在一個(gè)不開(kāi)放的環(huán)境里對(duì)現(xiàn)有的空氣重復(fù)冷卻，達(dá)到盡快制冷的目的。但這樣做只是單純考慮制冷效果，不考慮這個(gè)環(huán)境里的空氣質(zhì)量是否會(huì)變差。其實(shí)這樣的環(huán)境才會(huì)使流感一類(lèi)的疾病傳染率增加，即使沒(méi)有傳染源，也會(huì)使得空氣質(zhì)量隨著人的活動(dòng)二氧化碳含量越來(lái)越多，導(dǎo)致空氣渾濁污染。因此，在車(chē)輛的使用說(shuō)明書(shū)里往往有這樣的描述：“使用空調(diào)時(shí)不要長(zhǎng)時(shí)間使用內(nèi)循環(huán)模式，應(yīng)注意保持通風(fēng)換氣。”順便說(shuō)一句，有讀者可能會(huì)問(wèn)開(kāi)車(chē)能否采用開(kāi)式循環(huán)，也就是車(chē)外循環(huán)模式，答案是肯定的，但因?yàn)榧矣每照{(diào)和車(chē)載空調(diào)的工作原理和飛機(jī)空調(diào)不一樣，冷卻速度比飛機(jī)空調(diào)差得遠(yuǎn)，因此，車(chē)載或家用空調(diào)采用外循環(huán)模式時(shí)，冷卻效果就會(huì)大打折扣。

飛機(jī)空調(diào)的工作原理

現(xiàn)在我們以波音737-300為例，來(lái)看看飛機(jī)空調(diào)的工作原理。飛機(jī)空調(diào)利用布雷頓循環(huán)為制冷的基本原理，使空氣溫度降低，用于客艙或電子設(shè)備艙的空氣調(diào)節(jié)。主要由熱交換器、空氣循環(huán)機(jī)(它還要帶動(dòng)一個(gè)渦輪壓氣機(jī))、水分離器、各種控制活門(mén)和溫度傳感器組成。要說(shuō)明的是，飛機(jī)的空調(diào)是沒(méi)有制冷劑(類(lèi)似家用冰箱的那種冷媒或雪種)和制冷劑壓縮機(jī)的，它的全部驅(qū)動(dòng)能源和排出的空調(diào)氣都來(lái)自于氣源總管的壓縮空氣，只要飛機(jī)通電和氣源總管有不低于25PSI(1PSI約合0.07個(gè)大氣壓)的壓縮空氣，飛機(jī)空調(diào)就能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而氣源總管里的壓縮空氣來(lái)自于三個(gè)地方：發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部分的引氣、APU(輔助動(dòng)力裝置)壓氣機(jī)部分的引氣、地面氣源車(chē)的供氣。前兩種是應(yīng)用最廣的，第三種的功能多用于地面啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，很少直接帶空調(diào)。其實(shí)飛機(jī)在地面還可以使用外接的地面空調(diào)設(shè)備，這種地面支援設(shè)備一般在大的民航機(jī)場(chǎng)我們都能看得到。

現(xiàn)代民航飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)從氣源總管獲得壓縮空氣后，首先經(jīng)過(guò)初級(jí)熱交換器進(jìn)行第一次降溫，此時(shí)大部分熱量被外界冷卻空氣帶走，氣體溫度從200℃左右降為150℃左右。而后進(jìn)入由渦輪循環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)，此時(shí)氣體減速，但溫度和壓力略微升高，經(jīng)過(guò)升壓減速階段后，再次進(jìn)入第二級(jí)熱交換器進(jìn)行第二次降溫(這兩級(jí)熱交換器是將從氣源總管引出的熱壓縮空氣同外界自然冷空氣進(jìn)行的熱交換，

外界的冷空氣只是起到冷卻壓縮空氣的作用，不會(huì)變成空調(diào)氣，冷卻過(guò)程結(jié)束就直接向外界排放)。氣體溫度由近150℃降至95℃左右，然后推動(dòng)渦輪循環(huán)機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)釋放熱量和壓力，空氣中熱焓轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功輸出，空氣溫度進(jìn)一步下降，氣溫由95℃降到0℃左右甚至更低。此時(shí)的空氣也會(huì)變成水蒸氣的過(guò)飽和氣體，最后經(jīng)過(guò)水分離器將多余的水分去掉，就變成了干燥且冷的空調(diào)氣。這樣做的目的是為了飛機(jī)結(jié)構(gòu)防腐的需要，但是旅客就會(huì)覺(jué)得坐飛機(jī)空氣太干，空中乘務(wù)員就會(huì)給旅客送上甜美的飲料以緩解這種不適。隨著飛機(jī)制造工藝中復(fù)合材料和其它新型的耐腐蝕金屬材料使用量的增加，以后的機(jī)載空調(diào)會(huì)逐漸弱化水分離器的作用，使得空調(diào)氣變的濕潤(rùn)，令旅客乘坐舒適。此時(shí)的空調(diào)氣太冷，有的時(shí)候甚至在零攝氏度以下，這樣會(huì)把旅客凍壞的，不能直接用于飛機(jī)客艙，因此還需要把這個(gè)冷氣和直接引自氣源總管的熱空氣在摻混總管里面混合起來(lái)，調(diào)節(jié)成大約25℃左右讓人感覺(jué)舒適(這個(gè)溫度可由飛行員控制調(diào)整，有些飛機(jī)還賦予乘務(wù)員這樣的權(quán)限，能夠?qū)团搶?shí)施分段調(diào)溫)。終端空調(diào)氣經(jīng)由機(jī)艙兩側(cè)向上輸送到客艙頂部的分配總管。至此，空氣調(diào)溫控濕的功能就完成了，最后由分配總管把這些空調(diào)氣配給到每位旅客頭頂?shù)目照{(diào)出氣口，于是我們的飛行旅途是舒服和愉快的。應(yīng)該說(shuō)，飛機(jī)機(jī)載空調(diào)的制冷效率非常的高，從氣源總管出來(lái)的熱空氣到分配總管的時(shí)間就在幾秒之內(nèi)，氣體溫度就由200℃左右的高溫變成了25℃，空調(diào)氣的出口氣壓約為0.8個(gè)大氣壓，相對(duì)濕度小于5％，臭氧濃度小于百萬(wàn)分之0.25。空氣的二氧化碳濃度沒(méi)有變化，與外界相同，約為百萬(wàn)分之350。除了有些干燥外，其他指標(biāo)和海平面空氣差不多。

飛機(jī)空調(diào)的增壓功能

我們?cè)賮?lái)看看飛機(jī)空調(diào)的增壓功能，在通常條件下，波音737-300型飛機(jī)的空調(diào)每分鐘會(huì)將38立方米左右完全新鮮的空調(diào)氣輸進(jìn)客艙。我們來(lái)做一個(gè)假設(shè)，注意我們這里做的是一個(gè)最大假定。假定平均一個(gè)人肺活量最大為4000毫升，波音737-300型客機(jī)的全經(jīng)濟(jì)艙布局最大客載客149人，加上最大空勤人員數(shù)11人，每人每秒深呼吸1次。那么很容易計(jì)算得出，每分鐘所有人需要38立方米，而飛機(jī)空調(diào)供氣量完全滿足需要。實(shí)際情況比上面的計(jì)算要好得多，因?yàn)橐粋€(gè)成人每分鐘正常呼吸空氣約為0.01立方米，160人每分鐘僅需要約1.6立方米，737-300型飛機(jī)空調(diào)每分鐘正常供氣量是旅客所需的近24倍。而其他機(jī)型的空調(diào)供氣能量比波音737-300型大得多，有的甚至能達(dá)到全部旅客需求量的80倍。這些氣體不僅保證了乘員的正常呼吸，也會(huì)保證客艙的壓力穩(wěn)定適宜。但是大家可以想象，一直向客艙內(nèi)供氣，如果沒(méi)有出口，機(jī)身就會(huì)像氣球一般越吹越大。因此，飛機(jī)機(jī)艙上還有出氣口，稱之為外流活門(mén)，專(zhuān)門(mén)用于放氣?？团搲毫Φ恼{(diào)節(jié)和換氣速度的調(diào)節(jié)都由這個(gè)外流活門(mén)完成，它直接受控于機(jī)艙壓力控制器。為了讓旅客感到整個(gè)飛行是舒服的，當(dāng)飛機(jī)起飛前還在跑道上時(shí)，機(jī)艙壓力控制器就會(huì)令外流活門(mén)全部關(guān)閉，給整個(gè)機(jī)艙產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)正的壓力，此時(shí)機(jī)艙壓力比外界自然環(huán)境要高出0.1個(gè)PSI，這樣在飛機(jī)抬頭離地時(shí)這個(gè)姿態(tài)發(fā)生突變的情況下讓乘客不至產(chǎn)生“壓耳朵”的難受感覺(jué)。機(jī)艙壓力會(huì)隨著飛機(jī)的爬升而減少，但永遠(yuǎn)高于外界氣壓。當(dāng)飛機(jī)巡航時(shí)，飛機(jī)機(jī)艙的壓力比外界要高出7.45～8PSI，也就是說(shuō)，飛機(jī)客艙里面的實(shí)際“氣壓高度”比外界環(huán)境低得多，這也就是很多乘客使用手表上自帶的氣壓高度計(jì)來(lái)測(cè)量飛機(jī)高度才指示一千米左右，這個(gè)高度要比機(jī)組宣稱的飛行高度低得多的根本原因——就是你測(cè)量的是客艙里的壓力和高度值。當(dāng)飛機(jī)下降時(shí)，客艙壓力也隨之增長(zhǎng)。飛機(jī)落地后，座艙壓力控制器會(huì)輸出一個(gè)0.15PSI的偏壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)目的是為了讓機(jī)艙壓力低于機(jī)場(chǎng)當(dāng)前壓力。為了達(dá)到這一“要求”，機(jī)艙壓力控制器就會(huì)將外流活門(mén)全部打開(kāi)，“努力”把客艙里的空氣放光，當(dāng)然這是不可能的。但這樣做卻可以使客艙壓力就和外界保持一致，乘務(wù)員開(kāi)關(guān)艙門(mén)就不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)閴毫Σ畲虿婚_(kāi)門(mén)或開(kāi)門(mén)突然引起泄壓的事情了。我們將客艙壓力隨著飛行高度變化而發(fā)生的一系列變化稱之為客艙的壓力制度。如果因?yàn)槟撤N關(guān)系外流活門(mén)故障卡阻，有可能會(huì)造成飛機(jī)機(jī)艙壓力過(guò)分高于外界壓力或者反而低于外界壓力的情況，飛機(jī)上還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了安全釋壓活門(mén)，以便在這種情況發(fā)生時(shí)維持機(jī)艙與自然環(huán)境問(wèn)的壓差平衡。波音737-300上有兩個(gè)正釋壓活門(mén)和一個(gè)負(fù)釋壓活門(mén)，當(dāng)正釋壓活門(mén)在機(jī)艙壓力高于外界8.5PSI時(shí)打開(kāi)進(jìn)行釋壓，而負(fù)釋壓活門(mén)在外界壓力大于機(jī)艙壓力1PSI時(shí)打開(kāi)進(jìn)行內(nèi)外壓力平衡。

當(dāng)然，因?yàn)轱w機(jī)空調(diào)的能量來(lái)源主要來(lái)自氣源總管的壓縮空氣，而在正常飛行中氣源總管的壓縮空氣來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣。為了減小發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，節(jié)約燃油，飛機(jī)的客艙增壓氣體有時(shí)并不是完全直接就排出機(jī)外，也會(huì)循環(huán)再利用一部分。這時(shí)候，就引入了再循環(huán)風(fēng)扇，這個(gè)再循環(huán)風(fēng)扇可以將客艙內(nèi)的一部分空氣收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)高精密的空氣氣濾，再次送入到摻混總管中，再通過(guò)分配總管從空調(diào)出氣孔中流出來(lái)。現(xiàn)代民航客機(jī)均配備了“高效微粒過(guò)濾”系統(tǒng)(HEPA)。該系統(tǒng)由初級(jí)氣濾和高效氣濾及木炭氣濾三部分組成，這種濾芯系統(tǒng)工作效率很高。空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，99.97％的細(xì)菌和病毒群穎粒被去除掉。研究數(shù)據(jù)表明，HEPA氣濾可以去除空氣中99.97％以上的直徑為0.003微米的微粒。細(xì)菌的大小一般都在1微米以上，而病毒的尺寸約在0.003至0.5微米之間，而且病毒很少以單體存在，一般是以飛沫或其他病毒團(tuán)(尺寸在0.01微米至0.2微米之間)形式出現(xiàn)在空氣中。再循環(huán)空氣在參混總管內(nèi)與空氣調(diào)節(jié)組件所提供的外界空氣混合時(shí)，外界空氣中殘留下來(lái)的臭氧所具有的殺菌消毒作用可以將再循環(huán)空氣中可能仍然存活的病毒和細(xì)菌消除殆盡。因此，最終進(jìn)入客艙的空氣可以說(shuō)是十分潔凈而且無(wú)異味的。如果您確實(shí)聞到了空調(diào)氣中有異味，這說(shuō)明飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或空調(diào)組件里存在油液滲漏現(xiàn)象，這樣的情況是必須要得到修理的。這樣飛機(jī)的客艙空氣清潔度達(dá)到了和醫(yī)院手術(shù)室供給空氣一樣的質(zhì)量，這無(wú)疑對(duì)遏制流感的傳播起到了關(guān)鍵和積極的作用。這些濾芯會(huì)經(jīng)常更換以保證空調(diào)系統(tǒng)高效安全的工作。筆者每次做這樣的工作時(shí)都要嚴(yán)格按照維護(hù)手冊(cè)的要求穿戴好一次性全身型聯(lián)體式防護(hù)服，帶全包圍護(hù)目鏡、高效過(guò)濾口罩和橡膠密封手套，拆下的氣濾要在第一時(shí)間放人可密封的塑膠袋中，送到專(zhuān)門(mén)的廠家進(jìn)行報(bào)廢處理。對(duì)整個(gè)再循環(huán)系統(tǒng)清洗消毒后換上全新的氣濾，防護(hù)服等個(gè)人防護(hù)用具最后也需要密封報(bào)廢。當(dāng)然除此以外，飛機(jī)每個(gè)過(guò)站都會(huì)對(duì)整個(gè)客艙實(shí)施通風(fēng)消毒作業(yè)，保證了旅客乘機(jī)的安全。

綜上所述，我們不僅了解了飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和作用，同時(shí)，也讓您更加清楚民航當(dāng)局對(duì)飛機(jī)這種交通工具的安全品質(zhì)級(jí)別要求非常高，因此飛機(jī)被當(dāng)之無(wú)愧地稱為最安全的交通工具。只不過(guò)飛機(jī)對(duì)于公眾而言還是比較稀罕，一旦出事或者變成某種會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)的生物的運(yùn)載工具時(shí)容易形成“新聞眼”而已。當(dāng)我們撥開(kāi)迷霧，了解真相，我們就會(huì)很容易做出客觀的判斷，大家就放心地乘坐飛機(jī)好了——因?yàn)樗拇_是最安全的。

責(zé)任編輯：偉翼