生产车间空调应对“新型冠状病毒”的运行管理措施

黄 翔,寇 凡,常健佩,吴 磊,金洋帆

(西安工程大学 城市规划与市政工程学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

2020年初,新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情于湖北省武汉市时暴发,恰逢春运,人员迁徙,疫情在全国范围内迅速蔓延[1]。一时间口罩、防护服、护目镜等用品极度紧缺。为对抗新型冠状病毒感染的肺炎疫情,部分纺织企业、医疗器械、食品生产等企业提前复工复产,全力以赴为疫情防控建立保障。而这些企业,在特殊时期,如何进行有效的生产与运行管理,保障员工的身体健康,确保生产正常有序进行，车间的空气净化显得尤为重要。

1 车间空气净化方式

新型冠状病毒传播方式包括:飞沫传播、接触传播以及气溶胶传播[2]。员工在生产过程中应采取佩戴口罩、保持安全距离等防护措施,同时还应对车间环境进行定期消毒净化,防止接触感染。目前常用的空气净化方法包括物理法和化学法2类。

1.1 物理净化法

1.1.1 紫外线法 紫外线消毒法主要是通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死,具有高效、不残留毒性、不污染环境等优点,但仍具有局限性,不能在有人员活动的条件下进行。只能在员工就餐期间关闭车间门窗进行消毒,但当紫外线灯停止照射时,空气中细菌总数随着人员活动迅速上升[3],消毒环境逐渐被破坏。因此不推荐使用该方法对大量员工作业的生产车间进行消杀防护。

1.1.2 过滤吸附法 室内空气过滤技术是目前应用较广泛的空气净化手段,采用逐级过滤的方法拦截大于滤料孔径的固态颗粒。但在众多场所如纺织厂等,由于其生产特点致使车间空气中携带大量的棉絮、棉纱,配置中、高效过滤系统不现实,容易造成高效过滤器脏堵,阻力增大。而且附着于滤网上的微生物粒子会使滤网本身成为一个细菌滋生源,增加了原系统运行的不可靠性[4-6]。因此除纺织类场所外,其他车间采用过滤吸附法时,需安排人员定期地对滤网进行清洗维护,防止二次污染。

1.2 化学净化法

与物理净化法相比,化学净化法更加快速、高效,特别适用于大规模预防性消毒或终末消毒(传染源离开疫区或终止传染后)[7]。化学净化法主要包括臭氧法、中和法和催化法。

1.2.1 臭氧法 臭氧具有强氧化性,能够与细菌细胞壁反应,作用于蛋白质和脂多糖,改变细胞通透性使其死亡,还可作用于病毒多肽链,损伤其RNA,广泛用于水处理、医疗等领域。但按照国际标准,臭氧浓度超过0.5×10-6mL/m3时对人体呼吸道黏膜有刺激,且研究[8-9]发现臭氧的强氧化性,对有机体、橡胶、塑料制品、电气元件有一定氧化作用,对设备和人体有一定的危害。曾经在一年半的时间里损坏16件电子设备。因此不推荐在生产车间采用该方法进行空气净化。

1.2.2 中和法和催化法 中和法利用吸附剂与空气中的有害气体发生中和反应,催化法是利用含催化物的净化材料催化空气中的有害物质,破坏其分子结构。

化学净化法虽效果明显且反应迅速,但计量控制不好会产生大量残余药剂,对工作人员和设备造成不良影响,对人体危害尤其严重[5],因此不能在有人员作业的空调环境中采用,只能在设备检修停机时使用。这些都限制了化学净化法在疫情流行期在生产车间中的应用。

2 新风空调系统

由于生产车间情况复杂,各类消毒方法均存在一定的局限性,因此更加提倡采用通风换气的方式来控制室内空气品质。尤其在新型冠状病毒高发时期,良好的通风能够起到稀释室内空气中污染物的作用,保障员工生产安全。

目前很多生产厂区使用的是中央空调系统,尤其需要加强通风、消毒,降低交叉感染的风险,防止疫情的传播。根据GB 50365—2019《空调通风系统运行管理标准》,疫情期间应优先采取加大新风量的方式。对于全空气系统,在疫情期间应关闭回风阀,采取全新风运行。若回风无法关闭,新回风混合后,仅通过G4+F7的初效和中效过滤无法消除病毒的影响,应停止使用空调,每天定时开启门窗自然进风,并辅助排风系统对厂区进行自然通风。

对于风机盘管+新风系统,主要通过盘管内的冷媒对室内循环空气进行冷却,若室内空气消毒不及时,则会加速病毒的传播,因此新风系统宜全天运行,同时保证排风系统正常工作。

为进一步提高新风质量,还应充分考虑新风的输入环境,最大限度地确保新风的新鲜度,新风应当直接来自于室外,严禁从机房、楼道及天棚吊顶等处间接采风,需注意采风口周围环境的清洁,远离建筑排风口、垃圾收集点及其他污染源[10]。

3 生产车间用直接蒸发冷却空调

蒸发冷却空调技术是一种环保高效且经济的冷却方式,广泛应用于居住建筑和公共建筑,并可在传统的工业领域如纺织、印刷、铸造等生产车间中使用,提高工人的舒适性[11-13]。图1为直接蒸发冷却空调在生产车间的应用。直接蒸发冷却通风空调属于直流式空调系统,全新风运行,空气龄较短。在确保室内空气品质的同时,直接蒸发冷却空调具有通风、降温、加湿、净化过滤功能[14-15]。直接蒸发冷却空调在车间应用时不必紧闭门窗,与良好的排风系统相配合,可很好地改善室内空气品质,满足工作人员的通风卫生需求。

在新型冠状病毒流行期间,直接蒸发冷却空调对空气中携带的病毒也具有很好的阻隔作用。

图 1 蒸发冷却空调在生产车间的应用

3.1 工作原理

直接蒸发冷却是一项利用水蒸发吸热制冷的技术,其工作原理如图2所示。当被处理空气流经两侧布满水膜的填料表面时,自身的显热不断传递给水而得以降温,同时水不断吸收空气中的显热作为自身蒸发所需的汽化潜热,变成水蒸气进入空气,使得空气中水蒸气压力增加。在空气与水接触的热质传递过程中,空气的温度降低,含湿量增加,该过程近似于一个绝热降温加湿过程[16-17]。

图 2 直接蒸发冷却空调工作原理图

3.2 对新型冠状病毒的阻隔作用

新型冠状病毒的传播途径之一是气溶胶传播,气溶胶是指悬浮在气体中的所有固态和液态颗粒组成的集合,其粒径范围在0.000 1 ～100 μm。新型冠状病毒依附在这些气溶胶颗粒上,可进行长距离传播。而大量实验数据表明,直接蒸发冷却空调对该粒径范围内的颗粒物具有良好的过滤作用。

直接蒸发冷却空调的核心部件是填料,如图3所示。相邻两层填料交错布置,形成特定的空气流道,水被循环水泵从水池中抽出,经布水器均匀散布在填料上,靠重力作用向下流润湿填料表面并形成水膜[18-19]。空气在填料流道中流动,主要通过惯性碰撞、扩散效应、接触阻留和沉降作用捕获随气流而来的尘粒、气溶胶,形成液滴或液膜后被淋下来的水带入水池,有效地将液态或固态粉尘粒子从气流中除去,起到湿式过滤器的作用[13]。

图 3 填料实物图

西安工程大学申永波等[19]也证明了蒸发冷却空调对气溶胶颗粒具有很好的过滤作用。将一台额定风量为1 800 m3/h,额定功率为176 W的直接蒸发冷却空调安装在西安某高校16 m2的学生宿舍,通过气溶胶粒谱仪检测设备开启前后室内颗粒物浓度,结果如图4所示。

图 4 蒸发冷却空调开启前后颗粒物浓度变化

从图4可看出,直接蒸发冷却空调对PM2.5、PM10及TSP(粒径小于100 μm的总悬浮颗粒物,包括气溶胶颗粒)均有良好的过滤效果,其中对TSP的过滤效率高达72%。因此,在疫情期间使用直接蒸发冷却空调可以有效过滤新型冠状病毒的依附宿主——气溶胶颗粒,切断其传播途径。

同时耶鲁大学2019年5月在美国科学院院刊上发表的文章中指出,低湿度会促进流感病毒的传播。对经过基因改造可像人类一样抵抗病毒感染的小鼠进行试验,提出低湿度干扰了气道中的纤毛对病毒颗粒的去除效果,降低了气道细胞修复损伤的能力,并且在低湿度下病毒感染后的先天免疫防御系统会失效[20]。而蒸发冷却空调对空气的处理是等焓加湿过程[19],有的加湿作用在干燥季节为生产车间环境中增加适量的水蒸气,保护电子设备免受静电的破坏,同时也确保室内环境舒适度,一定程度上提高了车间员工对病毒的抵抗能力。

3.3 清洁维护

由于直接蒸发冷却空调采用循环水进行喷淋,随着时间的延长,由于悬浮物、溶解盐的浓缩等原因,易发生结垢、腐蚀、微生物黏泥等水质问题,造成循环水水质恶化,降低设备换热效率。针对以上因素所造成的水质问题,可采用直排法、化学加药法、臭氧法以及高压静电法等常用的水质处理方法,使水质达到蒸发冷却循环水系统中循环水及补充水水质标准[21]。表1为几种水质处理方法的性能特点,可结合需求进行选择。其中直排法可根据循环水硬度进行排水,图5为给水中CaCO3的硬度与流失水速率与蒸发速率比值(B/E)的关系。若已知补充水中CaCO3的硬度,可得对应的B/E,再计算补水和流失水的速率[22],即

E/B=(H/X)-1

(1)

A/B=H/X

(2)

式中:A为补水速率;B为流失水速率;E为蒸发水速率;X为补充水的硬度，mg/L,一般以CaCO3计算;H为循环水箱水的硬度，mg/L,可以通过实验测得。

表 1 几种常用水质处理方法比较

图 5 给水CaCO3的硬度与B/E的关系

4 结 语

在新型冠状病毒疫情期间,各生产企业复工复产需全力做好运行管理及防控工作,将人员的身体健康放在首位,消毒净化工作需遵照标准剂量进行,同时要保持通风换气,正确使用空调系统,保证新风量。蒸发冷却空调的降温、加湿、过滤作用也在疫情期间发挥出巨大的作用。相信全国人民万众一心、团结奋战,这场疫情防控战一定会取得胜利,我们的国家也会在苦难中成长,在风雨中屹立。