城市轨道交通空气净化装置性能检测

城市轨道交通通风系统中空气净化设备性能检测研究

中国建筑科学研究院空调所 王志勇 王智超 徐昭伟

北京化工大学 邓高峰 李增和

摘 要 依据《公共场所集中空调通风系统卫生规范》（2006），对K市地铁已投入使用的空气净化设备（A）和即将在S市和K市地铁中使用的两套空气净化设备（B和C）进行了验收检测。结果发现，采用静电式空气净化器作为净化单元的三套设备颗粒物净化效率都能达到标准要求，净化率接近或超过70%；设备C微生物去除效率超过70%，而配置紫外灯的设备A和B微生物去除效率均大于90%，其它卫生安全方面的指标均符合要求。这种大型空气净化设备的现场检测在国内极为少见，这次的成功检测为今后进行类似检测提供了重要的参考和借鉴。

关键词 空气净化设备 轨道交通 颗粒物

＊

Performance Detection of Air Purification Equipment

in Ventilation system of City Subway

Wang Zhiyong，Wang Zhichao，Xu Zhaowei, Deng Gaofeng, Li Zenghe and Ma Chunfeng

Abstract According to 《Health standard of air conditioning ventilation systems in public places》(2006), A set of air purification equipment(A) used in K city subway and two sets of air purification equipment(B and C) that will be used in S and K city subway were tested. The result showed that the particle removal efficiency of three sets of equipment that used electrostatic air cleaner as the purification unit achieved the standards，more than 70%. Microbial removal efficiency of C was more than 70% and those of A and B with UV light were more than 90%.Several other indictors about safety and health agreed with the standards. The detection of such large-scale purification equipment in China is extremely rare, and important reference and experience was provided for future similar detection because of this successful detection. Key words Air purification equipment Railway traffic Particles

0 引言 在城市化加速推进和建设低碳经济的背景下，轨道交通建设热潮在我国悄然?兴起，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。据有关数据统计，截至目前，我国已有10个城市开通了31条城市轨道交通线，运营里程达900多公里，同时国内有30多个城市制定了城市轨道交通建设规划，并 ? ＊ 中国建筑科学研究院青年科技基金项目。?

＊ 王志勇，男，硕士，工程师，100013中国建筑科学研究院空调所，010-64517192。

且有25个城市已经得到国家批准。快速安全便捷的轨道交通给人们的出行带来了诸多便利，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。国家有关部门也非常重视公共场所通风系统的安全卫生，卫生部2006年相继颁布了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》

[1]

和《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[2]。其中《公共场所集中空调通风

系统卫生规范》对空气净化设备的性能和卫生安全提出了严格的要求，对保持公共场所的卫生安全，预防和控制公共场所疾病传播起到了积极的作用。空气净化设备在投放市场前都要经过国家有关质检部门的权威检测，只有质量合格的产品才能使用，但是这类检测主要在实验室中完成，送检样品也仅为一个或几个净化器模块，像地铁通风系统中空气净化设备均是由几个甚至几十个净化器模块组成，体积庞大，一般的检测台根本无法检测，相关的检测方法也鲜有报道，另外，现场检测更加贴近实际运行状况，检测结果更有实际意义。为此，本文选取S市和K市地铁站内的三套空气净化设备作为研究对象，在实际的运行环境中对净化设备的运行状况进行研究，以得到这些净化设备真实的净化效果，为今后进行类似的检测和研究提供了重要的参考和指导。 1 项目概况

测试的三套空气净化设备，其中一套是K市某地铁站已投入运行的设备A，另外两套分别是由国内两家著名空调企业为K市和S市地铁生产的净化设备B和C，正在调试运行，还没有正式使用。三套设备都是由粗效过滤器、空气净化器、表冷器、风机、整流消声设备和风管组成，其中起净化消毒作用的是空气净化器段，它的性能关系到整套设备运行效果，所以作为这次研究的主要对象。设备A由25个标准空气净化器模块组成，设备B和C分别由12个标准净化器模块组成，设备A和B的后侧均安装有紫外灯管，辅助杀菌消毒。设备A进风端面为3200mm×3000mm，设计运行风量为90000m3/h， 设备B进风端面为2200 mm×2000 mm，设计运行风量为40000 m3/h，设备C进风端面为2000 mm×1800 mm，设计运行风量为38000 m3/h。

风机表冷器空气净化器粗效过滤器采样孔均流 消声 送风段送风机段初效、静电过滤、中间、表冷段

图1 空气净化消毒设备示意图

2 检测内容与方法 2.1检测内容

《公共场所集中空调通风系统卫生规范》中对于通风系统中的净化设备提出了细致的要求，其中包括卫生安全性能要求和卫生要求，见表1和表2。依据上述标准，并结合设备实际情况，设置以下检测项目：装置阻力、颗粒物一次通过净化效率及连续运行效果、微生物一次通过净化效率、臭氧增加量、紫外线增加量、TVOC增加量。

表1 空气净化消毒设备卫生安全性要求

项目 臭氧

紫外线（装置周边30cm）

TVOC PM10

表2 空气净化消毒设备性能的卫生要求 项目 装置阻力 颗粒物净化效率

条件 正常送排风 一次通过

要求 ≤50 pa ≥50%

允许增加量 ≤0.10 mg/m3 ≤5 μw/cm2 ≤0.06 mg/m3 ≤0.02 mg/m3

微生物净化效率 连续运行效果 消毒效果

一次通过 ≥50%

24h运行前后净化效率比较 效率下降＜10%

一次通过

除菌率≥90%

2.2 检测方法

2.2.1 采样孔（点）设置

分别在净化器段前后各设置6个采样孔，管道两侧各为3个，位置见图1，前采样孔设置在净化器与粗效过滤器之间，后采样孔设置在净化器和表冷器之间，前后采样孔距净化器20 cm，孔径以插入采样管为宜，采样时，将采样管从孔中插入在采样点处采样，采样点为每个模块的中心位置附近。 2.2.2 采样管

依据GB/T14295-2008《空气过滤器》[3]中关于采样管的要求，制造不锈钢采样管，长约120 cm，内壁光滑。采样管通过硅胶管与采样或测试仪器连接，采样时不锈钢采样管前端进气口正对气流的方向。 2.2.3 检测方法

参照设备阻力实验室检测方法，用皮托管和微型风压计分别测试净化设备前后的管壁的平均静压，因为检测点和净化设备距离较近，净化设备前后的管壁静压差就约等于净化设备阻力。颗粒物净化效率采用计重浓度，以可吸入颗粒物（PM10）的浓度表示，颗粒物采样时间为5 min，前后各6次，即每个采样孔1次。微生物检测前，依据GB/T18883（2002）[3]的方法制备培养基，恒温保存，检测时力求迅速、卫生、无菌操作，采样时间为3 min，前后各6次，采样结束后，应尽快将培养皿放入培养箱中培养，同时将同批次试验用培养基置35～37℃培养箱中培养作为阴性对照，48h后记录结果，为避免实验过程中造成的偏差，取三组有效数据，计算净化效率。

臭氧分析仪在测试前开机预热30 min，为避免数据波动，前后各采样30 min，正常运行风量下，前后分别各记录6组数据。TVOC使用大气采样仪和Tenax管采样，采样时间为10 min，采样流量为0.5 L/min，前后各6次，采样后

Tenax管密封保存，然后带回试验室气相色谱定量分析。参照《消毒技术规范》

[4]

（2002版）有关规定，用紫外照度计检测设备紫外线泄漏量，为避免外界光线

的影响，测试时间选择在夜晚，分别在空调机组净化消毒段的两侧和顶部检测。 3.4 检测仪器

阻力检测仪器为皮托管（上海交通大学仪器厂）和5815微型风压计（美国TSI公司，相对误差±1Pa）； 颗粒物检测仪器为AM510个体粉尘测试仪（美国TSI公司，相对误差为2%）；微生物测试仪器为JWL-6六级撞击式微生物采样仪（北京检测仪器有限公司，采集率≥95%）、立式压力蒸汽灭菌器（上海博讯实业有限公司）和电热恒温培养箱（上海飞越仪器有限公司）；臭氧测试仪器为ZX-01臭氧分析仪（北京超能自控实验技术研究所，相对误差0.002 mg/m3）；TVOC采样使用QC-2大气采样仪（北京市劳动保护研究所，流量稳定性≤5%），分析使用GC900气相色谱仪（上海科创色谱仪器有限公司）。紫外线检测仪器为UV-B紫外辐照计（北京师范大学光电仪器厂，误差≤5%）。 3 结果与讨论 3.1 设备阻力

设备阻力直接反映设备能耗，经常被作为一项节能指标考查。我国《公共建筑节能设计标准》[4]（GB50189-2005）要求，粗效过滤器初阻力≤50 Pa，终阻力≤100 Pa，中效过滤器初阻力≤80 Pa，终阻力≤160 Pa。三套设备采用的净化器都为静电式空气净化器，阻力较小，阻力均≤50 Pa，满足卫生规范对阻力的要求，也符合节能的需要。

表3 设备阻力测试数据 净化设备

A B C

阻力（Pa）

45.1 48.6 46.5

4.2 颗粒物

颗粒物一次通过净化效率及24h连续运行效果检测结果见表4。可以看出，不论是初始净化效率，还是连续运行24h后净化效率，都超过了标准要求，设备A和B净化效率略高于70%，设备C净化效率略低于70%。连续运行24h后，净化效率下降值均＜10%，其中A设备净化效率为2.4%，下降最多，可能是因为设备A已经安装使用一段时间，设备已经有部分积尘。其他两个效率下降值均＜1%，属于正常的波动范围，可见设备对颗粒物净化效果较好，能够满足地铁站通风系统对进风中颗粒物的去除要求。

表4 颗粒物一次通过净化效率及连续运行效果

净化效率（%）

净化设备

连续运行24h前（%） 连续运行24h后（%） 下降（%）

A B C

72.5 71.8 68.7

70.1 71.4 68.2

2.4 0.6 0.7

4.3 微生物

静电式空气净化器由美国加利福尼亚大学penny博士于1935年首次设计完成，利用电晕放电原理，使空气中的粉尘带上电荷，然后借助库仑力作用，将带电粒子捕集在集尘设备上，达到除尘净化空气的目的，其特点为集尘效率高，设备阻力小，同时因为粉尘、灰尘等是微生物赖以生存的机体，杀菌效果也很好。从表5可以看出，三套设备杀菌效率均超过70%，尤其是设备A和B杀菌效率都达到90%以上，这是因为设备A和B在其净化器出风侧配置了多个紫外灯，通过紫外线对细胞、病毒等单细胞微生物的照射，破坏其生命中枢DNA（去氧核糖核酸）的结构，使构成该微生物的蛋白质无法形成，使其立即死亡或丧失繁殖能力，因此，两种技术的结合更有助于清除微生物，在我国这种净化器与紫外线结合的技术已广泛使用，其净化效果以得到人们认可。

表5 微生物一次通过净化效率 净化设备

A

净化效率（%）

90.7

B C

91.2 72.3

4.4 安全性要求

静电式净化器需要使用高压，工作时往往产生臭氧，臭氧是一种氧化剂，对大多数污染物净化效果明显，但是臭氧气味不佳，浓度难以控制，容易引起材料老化，更严重的是会对生理细胞产生危害，引起头晕、头痛、机体免疫力下降。紫外线有杀菌抑毒的作用，但是一旦紫外线泄漏，作用于皮肤上，就会引起光照性皮炎，出现红斑、水泡、痛痒，严重的还会引起皮肤癌，作用到眼睛上，会引起光照性眼炎。另外，有些净化器如果不及时清除过滤的灰尘，运行时会重新释放出颗粒物和一些有机污染物，对环境造成二次污染。在这次检测中，对这些指标均进行了测试，测试结果见表6。A、B和C三种设备空气净化器都为静电式，并且A和B还配备紫外灯，运行时会产生大量臭氧，但是由于风量较大，臭氧被充分稀释，产生臭氧浓度并不高，远低于标准要求0.10mg/m3。同样TVOC增加量也不高，都低于安全要求。设备周边30cm处，紫外线泄漏量均为0 ?W/cm2, 说明设备的密封性较好，能够满足安全卫生需要，不会对周围人员造成伤害。

表6 空气净化设备安全性能测试数据表

臭氧增加量 TVOC增加量 紫外线泄漏

测试设备

（mg/m3）

A B C

0.031 0.025 0.015

（mg/m3） 0.032 0.034 0.028

（?W/cm2）

0 0 0

5 结论

地铁通风系统中的空气净化设备运行效果直接影响着地铁站内的环境卫生。本文通过对K市和S市地铁中使用的三套空气净化设备现场检测发现，三套净化设备对颗粒物和微生物的净化效果都很好，特别是净化设备A和B配备了紫外线辅助杀菌消毒，杀菌率达到90%以上，其它几项安全卫生指标也符合卫生规范要求。

这种大型空气净化设备的检测在国内极为少见，现场检测的难度要比实验室检测大的多，需要综合考虑检测要求与现场环境条件。这类检测的顺利完成将为我国的轨道交通发展提供重要的技术保障，同时对推进产品技术进步，规范市场发展也起到了积极的作用。

参考文献

[1] 公共场所集中空调通风系统卫生管理办法, 卫生部文件，卫监督发[2006]53号文件 [2] 公共场所集中空调通风系统卫生规范（2006）, 中华人民共和国卫生部卫监督发

[2006]58号文件

[3] 空气过滤器. GB/T14295-2008，中国标准书号[S].北京，中国标准出版社，2008. [4] 公共建筑节能设计标准. GB 50189-2005, 中国标准书号[S]. 北京，中国标准出版社

2004.

[5] 《消毒技术规范》, 中华人民共和国卫生部, 2002年版.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rxi5.html