空氣凈化技術(shù)在船舶通風系統(tǒng)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(huán)保意識的逐漸加強，改善船舶室內(nèi)空氣品質(zhì)顯得尤為重要和迫切，它直接關(guān)系到船員的身心健康和工作效率。

船舶室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu)劣與受到的污染密切有關(guān)，外界環(huán)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(chǎn)生直接危害，但鹽霧會腐蝕空調(diào)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(nèi)空氣品質(zhì)。艙室內(nèi)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(fā)出NH3和揮發(fā)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(chǎn)物有200多種，具有氣態(tài)、顆粒物2種形態(tài)，氣態(tài)部分則多為揮發(fā)性有機物（VOCs）與空氣形成混合氣體。

1 空氣凈化技術(shù)應用

結(jié)合空調(diào)通風系統(tǒng)所建立的氣流組織，將凈化處理后的空氣輸送到艙內(nèi)生活和工作區(qū)域，并及時排出艙內(nèi)產(chǎn)生的污染空氣，是改善船舶艙內(nèi)空氣品質(zhì)的主要方式，見圖1。

空氣污染源按存在狀態(tài)分為顆粒物、氣態(tài)污染物和微生物3類?？照{(diào)通風系統(tǒng)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(cè)重對鹽霧（或液滴）和空氣顆粒物的過濾，采用的凈化技術(shù)主要有氣水分離技術(shù)、纖維過濾技術(shù)；回風通道中會混入裝飾材料、家具和油漆散發(fā)出來的VOCs，也有人員產(chǎn)生的有害物質(zhì)，在回風通道上的凈化措施應側(cè)重消除異味、殺菌和去除有害化學氣體，采用的凈化技術(shù)主要有靜電集塵技術(shù)、臭氧消毒技術(shù)和活性炭吸附技術(shù)；空調(diào)通風系統(tǒng)通常采用分區(qū)布置，服務于每個區(qū)域的空調(diào)裝置上分出幾路，每路負責向若干艙室輸送空調(diào)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(shù)主要為光觸媒催化技術(shù)等。

圖1 船舶通風系統(tǒng)中空氣凈化功能配置示意圖

為避免船舶廚房和公共衛(wèi)生區(qū)域產(chǎn)生的污染空氣影響周圍環(huán)境，或混入空調(diào)通風系統(tǒng)的新/回風通道，這些艙室通常采用獨立通風系統(tǒng)，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(shù)分靜電式和濕式水洗2種，公共衛(wèi)生區(qū)域的除臭裝置融合了臭氧和光觸媒凈化技術(shù)。

常用空氣凈化技術(shù)的原理及特點見表1。

表1 船舶常用空氣凈化技術(shù)的原理及特點

續(xù)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(tǒng)的氣流流動有效排出，空調(diào)通風系統(tǒng)設計應遵循如下原則：

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

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

3）廚房區(qū)域設置獨立空調(diào)通風系統(tǒng)，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(chǎn)生異味的公共衛(wèi)生區(qū)域（如盥洗室、廁所和浴室等），平衡風管裝在門上和內(nèi)走道壁上，采用機械排風避免有害成分流入空調(diào)區(qū)的回風通道。

5）醫(yī)療區(qū)域配備專用的醫(yī)療空調(diào)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(shù)室的潔凈度，還要保持手術(shù)室與周邊區(qū)域的相對正壓。

2.2 融合通風凈化技術(shù)

空調(diào)通風系統(tǒng)中融合了3 項～4 項凈化技術(shù)，對不同形態(tài)的污染源進行凈化處理，空調(diào)通風換氣裝置是空調(diào)通風系統(tǒng)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(diào)通風換氣系統(tǒng)中凈化模塊或單元時，要根據(jù)使用場所需要達到的凈化要求確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式，獲取產(chǎn)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(jié)距為28 mm 的不銹鋼材質(zhì)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(jié)距越小，液滴去除效率越高，但阻力系數(shù)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(jù)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(yī)療區(qū)域的空調(diào)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(tǒng)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(tǒng)用空氣凈化裝置》執(zhí)行。標準中對設備處理顆粒物、氣態(tài)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(chǎn)生的臭氧濃度和紫外光泄漏量做出了規(guī)定，該標準可以作為專業(yè)人員設計選型和驗收依據(jù)。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(tài)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(fā)熱引起安全隱患，其運行要與通風換氣裝置中的通風機聯(lián)動，在運行空氣凈化設備前，需確保通風機已經(jīng)開啟或者相關(guān)信號已經(jīng)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(guān)來實現(xiàn)當箱門打開時，切斷電源，只有在箱門關(guān)閉狀態(tài)下設備才能正常供電工作。

3 結(jié)論

在空調(diào)通風系統(tǒng)設計中充分發(fā)揮不同凈化技術(shù)的優(yōu)，處理船舶外界和艙內(nèi)空氣污染，有助于改善艙內(nèi)空氣品質(zhì)，為更好地構(gòu)建優(yōu)良的艙內(nèi)空氣品質(zhì)，還需在以下幾個方面進行優(yōu)化和深化。

1）方案設計階段就需要注重總體規(guī)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(fā)高效低阻的復合凈化空調(diào)通風設備，綜合運用不同凈化技術(shù)的優(yōu)勢，致力于提升艙內(nèi)空氣品質(zhì)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(nèi)沒有足夠的時間通風換氣，在交付前可以請專業(yè)團隊集中對艙室進行空氣環(huán)境治理，日后結(jié)合空調(diào)通風系統(tǒng)的使用，不斷改善艙內(nèi)空氣環(huán)境。

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