空气净化技术在船舶通风系统中的应用与分析

祁 丽，施晓波

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海200129）

0 引言

随着船舶设计建造以人为本的理念不断深入和环保意识的逐渐加强，改善船舶室内空气品质显得尤为重要和迫切，它直接关系到船员的身心健康和工作效率。

船舶室内空气品质优劣与受到的污染密切有关，外界环境污染主要来自大气中各种悬浮颗粒物，其中粒径≤10μm 比表面积大，吸附能力强，很容易成为有害化学气体和病毒细菌的载体；船舶在使用中不可避免地会受到盐雾的侵蚀，盐雾对人体不会产生直接危害，但盐雾会腐蚀空调设备和净化设施，增加维修成本、降低功效和缩短设备寿命，从而间接影响到室内空气品质。舱室内部污染有来自船舶上各种装饰材料（家具、油漆、包覆品和胶黏剂）散发出NH3和挥发性有机物（VOCs）等有害气体；人员新陈代谢释放出的污染物包含二氧化碳、氨类化合物以及致病微生物[1]；厨房烹饪油烟是混合性污染物，热解产物有200多种，具有气态、颗粒物2种形态，气态部分则多为挥发性有机物（VOCs）与空气形成混合气体。

1 空气净化技术应用

结合空调通风系统所建立的气流组织，将净化处理后的空气输送到舱内生活和工作区域，并及时排出舱内产生的污染空气，是改善船舶舱内空气品质的主要方式，见图1。

空气污染源按存在状态分为颗粒物、气态污染物和微生物3类。空调通风系统必须从外界引入足够的新风以保证人员的正常需要，对新风管道的净化措施侧重对盐雾（或液滴）和空气颗粒物的过滤，采用的净化技术主要有气水分离技术、纤维过滤技术；回风通道中会混入装饰材料、家具和油漆散发出来的VOCs，也有人员产生的有害物质，在回风通道上的净化措施应侧重消除异味、杀菌和去除有害化学气体，采用的净化技术主要有静电集尘技术、臭氧消毒技术和活性炭吸附技术；空调通风系统通常采用分区布置，服务于每个区域的空调装置上分出几路，每路负责向若干舱室输送空调风，为避免舱室之间交叉污染，在每路送风管上配置净化单元或选用有净化功能的送风末端，采用的净化技术主要为光触媒催化技术等。

图1 船舶通风系统中空气净化功能配置示意图

为避免船舶厨房和公共卫生区域产生的污染空气影响周围环境，或混入空调通风系统的新/回风通道，这些舱室通常采用独立通风系统，并在排风管路上配置专用空气净化处理装置。厨房油烟净化技术分静电式和湿式水洗2种，公共卫生区域的除臭装置融合了臭氧和光触媒净化技术。

常用空气净化技术的原理及特点见表1。

表1 船舶常用空气净化技术的原理及特点

续表1

2 设计和选型

2.1 建立通风气流组织

为促进船上污染空气随通风系统的气流流动有效排出，空调通风系统设计应遵循如下原则：

1）在进行舱室总布置时，应考虑空调分区和功能分区的合理性，尽量将船员居住和工作的舱室和易产生污染源的舱室分区布置，把功能属性相似的舱室集中在一个区域内。

2）新风进口要远离污染气体的排出口；各个空调区域彼此隔离独立，保证各个空调区回风来自本空调送风区域，没有串流。

3）厨房区域设置独立空调通风系统，采用机械送风、机械排风的负压通风方式防止油烟扩散。

4）对易产生异味的公共卫生区域（如盥洗室、厕所和浴室等），平衡风管装在门上和内走道壁上，采用机械排风避免有害成分流入空调区的回风通道。

5）医疗区域配备专用的医疗空调通风装置，没有污染源的舱室回风被部分回收，其余风量通过机械抽风管路排到外界。为保持手术室的洁净度，还要保持手术室与周边区域的相对正压。

2.2 融合通风净化技术

空调通风系统中融合了3 项～4 项净化技术，对不同形态的污染源进行净化处理，空调通风换气装置是空调通风系统的重要组成，它承担了湿热交换、净化处理和通风换气等功能，在选型设计中要考量以下2个要素：

1）风量-压降曲线

配置空调通风换气系统中净化模块或单元时，要根据使用场所需要达到的净化要求确定产品结构型式，获取产品的风量-压降曲线，用以计算管路总阻力。

图2 气水分离器风量-压降曲线

以新风段的过滤器选型为例，首先要明确是否有除盐雾要求，具有除盐雾功能的气水分离器由一组带“倒钩”叶片均布排列而成，图2是节距为28 mm 的不锈钢材质气水分离器的性能曲线。在同样的风速下，气水分离器的叶片节距越小，液滴去除效率越高，但阻力系数也大。

在气水分离器之后的纤维过滤器可以和气水分离器组合成型，也可以根据需要安装在通风换气装置的新风段，图3是气水分离器和纤维过滤器组合型式图，若没有特殊要求，通常搭配粗效过滤器（G4），应用在医疗区域的空调通风设备中会选用中效过滤器（F7）。粗效过滤器初阻力≤50 Pa（粒径≥5μm，效率80%＞η≥20%），中效过滤器初阻力≤80 Pa（粒径≥1μm，效率70%＞η≥20%）[2]。

图3 气水分离器和纤维过滤器组合型式图

2）净化指标

通风系统中的空气净化设备的净化指标和测试可参照GB/T 34012—2017《通风系统用空气净化装置》执行。标准中对设备处理颗粒物、气态污染物和微生物的净化效率进行了分级，为保证人员使用安全，对设备使用时产生的臭氧浓度和紫外光泄漏量做出了规定，该标准可以作为专业人员设计选型和验收依据。见表2。

表2 空气净化装置主要净化指标[3]

EPM2.5是考核空气净化装置对粒径≤2.5μm颗粒物的净化处理能力。针对船用空气净化装置，EQ检测的气态污染物，EW通常检测大肠杆菌和金黄色葡萄球菌这2项净化指标。

2.3 采取控制保护措施

通风换气装置净化模块或单元在使用一段后会因积尘导致阻力增大，影响通风和净化效果。对过滤器，在设计时要设定终阻力，当超过终阻力值时，装置上的压差控制器就会报警，提醒清洗或更换过滤器；净化单元控制箱可记录净化单元的有效工作时间，当净化单元累计运行设定小时后，可自动停止输出，切断电源，提示更换紫外灯管和清洁维护，以保证净化单元的正常使用。

带电工作的净化模块或单元，为防止电路发热引起安全隐患，其运行要与通风换气装置中的通风机联动，在运行空气净化设备前，需确保通风机已经开启或者相关信号已经传输至本设备。静电除尘空气净化设备设有给电场供电的专用高压电源，出于安全性考虑，电控箱应该具有开箱门断电功能，通过增加一个限位开关来实现当箱门打开时，切断电源，只有在箱门关闭状态下设备才能正常供电工作。

3 结论

在空调通风系统设计中充分发挥不同净化技术的优，处理船舶外界和舱内空气污染，有助于改善舱内空气品质，为更好地构建优良的舱内空气品质，还需在以下几个方面进行优化和深化。

1）方案设计阶段就需要注重总体规划，综合考虑影响气流组织的主要因素，建立压力梯度分布、气流走向，以及进排气口的合理设置。

2）研发高效低阻的复合净化空调通风设备，综合运用不同净化技术的优势，致力于提升舱内空气品质的智能化控制。

3）船舶从建成到交付使用的间隔期较短，舱内没有足够的时间通风换气，在交付前可以请专业团队集中对舱室进行空气环境治理，日后结合空调通风系统的使用，不断改善舱内空气环境。

4）由于缺乏专业作业指导，船舶空调通风系统长期未清洗造成的二次污染状况堪忧，有必要编制《空调通风设备及管路维护保养要求》，内容包括：对空调通风设备和管路要定期作灭菌清洁工作；对空调通风设备和管路内的净化设施要定期检查、清洗/更换、保养和维护。