黃 翔,寇 凡,常健佩,吳 磊,金洋帆

(西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

2020年初,新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情于湖北省武漢市時(shí)暴發(fā),恰逢春運(yùn),人員遷徙,疫情在全國范圍內(nèi)迅速蔓延[1]。一時(shí)間口罩、防護(hù)服、護(hù)目鏡等用品極度緊缺。為對(duì)抗新型冠狀病毒感染的肺炎疫情,部分紡織企業(yè)、醫(yī)療器械、食品生產(chǎn)等企業(yè)提前復(fù)工復(fù)產(chǎn),全力以赴為疫情防控建立保障。而這些企業(yè),在特殊時(shí)期,如何進(jìn)行有效的生產(chǎn)與運(yùn)行管理,保障員工的身體健康,確保生產(chǎn)正常有序進(jìn)行，車間的空氣凈化顯得尤為重要。

1 車間空氣凈化方式

新型冠狀病毒傳播方式包括:飛沫傳播、接觸傳播以及氣溶膠傳播[2]。員工在生產(chǎn)過程中應(yīng)采取佩戴口罩、保持安全距離等防護(hù)措施,同時(shí)還應(yīng)對(duì)車間環(huán)境進(jìn)行定期消毒凈化,防止接觸感染。目前常用的空氣凈化方法包括物理法和化學(xué)法2類。

1.1 物理凈化法

1.1.1 紫外線法 紫外線消毒法主要是通過對(duì)微生物的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死,具有高效、不殘留毒性、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),但仍具有局限性,不能在有人員活動(dòng)的條件下進(jìn)行。只能在員工就餐期間關(guān)閉車間門窗進(jìn)行消毒,但當(dāng)紫外線燈停止照射時(shí),空氣中細(xì)菌總數(shù)隨著人員活動(dòng)迅速上升[3],消毒環(huán)境逐漸被破壞。因此不推薦使用該方法對(duì)大量員工作業(yè)的生產(chǎn)車間進(jìn)行消殺防護(hù)。

1.1.2 過濾吸附法 室內(nèi)空氣過濾技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的空氣凈化手段,采用逐級(jí)過濾的方法攔截大于濾料孔徑的固態(tài)顆粒。但在眾多場(chǎng)所如紡織廠等,由于其生產(chǎn)特點(diǎn)致使車間空氣中攜帶大量的棉絮、棉紗,配置中、高效過濾系統(tǒng)不現(xiàn)實(shí),容易造成高效過濾器臟堵,阻力增大。而且附著于濾網(wǎng)上的微生物粒子會(huì)使濾網(wǎng)本身成為一個(gè)細(xì)菌滋生源,增加了原系統(tǒng)運(yùn)行的不可靠性[4-6]。因此除紡織類場(chǎng)所外,其他車間采用過濾吸附法時(shí),需安排人員定期地對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗維護(hù),防止二次污染。

1.2 化學(xué)凈化法

與物理凈化法相比,化學(xué)凈化法更加快速、高效,特別適用于大規(guī)模預(yù)防性消毒或終末消毒(傳染源離開疫區(qū)或終止傳染后)[7]?；瘜W(xué)凈化法主要包括臭氧法、中和法和催化法。

1.2.1 臭氧法 臭氧具有強(qiáng)氧化性,能夠與細(xì)菌細(xì)胞壁反應(yīng),作用于蛋白質(zhì)和脂多糖,改變細(xì)胞通透性使其死亡,還可作用于病毒多肽鏈,損傷其RNA,廣泛用于水處理、醫(yī)療等領(lǐng)域。但按照國際標(biāo)準(zhǔn),臭氧濃度超過0.5×10-6mL/m3時(shí)對(duì)人體呼吸道黏膜有刺激,且研究[8-9]發(fā)現(xiàn)臭氧的強(qiáng)氧化性,對(duì)有機(jī)體、橡膠、塑料制品、電氣元件有一定氧化作用,對(duì)設(shè)備和人體有一定的危害。曾經(jīng)在一年半的時(shí)間里損壞16件電子設(shè)備。因此不推薦在生產(chǎn)車間采用該方法進(jìn)行空氣凈化。

1.2.2 中和法和催化法 中和法利用吸附劑與空氣中的有害氣體發(fā)生中和反應(yīng),催化法是利用含催化物的凈化材料催化空氣中的有害物質(zhì),破壞其分子結(jié)構(gòu)。

化學(xué)凈化法雖效果明顯且反應(yīng)迅速,但計(jì)量控制不好會(huì)產(chǎn)生大量殘余藥劑,對(duì)工作人員和設(shè)備造成不良影響,對(duì)人體危害尤其嚴(yán)重[5],因此不能在有人員作業(yè)的空調(diào)環(huán)境中采用,只能在設(shè)備檢修停機(jī)時(shí)使用。這些都限制了化學(xué)凈化法在疫情流行期在生產(chǎn)車間中的應(yīng)用。

2 新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

由于生產(chǎn)車間情況復(fù)雜,各類消毒方法均存在一定的局限性,因此更加提倡采用通風(fēng)換氣的方式來控制室內(nèi)空氣品質(zhì)。尤其在新型冠狀病毒高發(fā)時(shí)期,良好的通風(fēng)能夠起到稀釋室內(nèi)空氣中污染物的作用,保障員工生產(chǎn)安全。

目前很多生產(chǎn)廠區(qū)使用的是中央空調(diào)系統(tǒng),尤其需要加強(qiáng)通風(fēng)、消毒,降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn),防止疫情的傳播。根據(jù)GB 50365—2019《空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)》,疫情期間應(yīng)優(yōu)先采取加大新風(fēng)量的方式。對(duì)于全空氣系統(tǒng),在疫情期間應(yīng)關(guān)閉回風(fēng)閥,采取全新風(fēng)運(yùn)行。若回風(fēng)無法關(guān)閉,新回風(fēng)混合后,僅通過G4+F7的初效和中效過濾無法消除病毒的影響,應(yīng)停止使用空調(diào),每天定時(shí)開啟門窗自然進(jìn)風(fēng),并輔助排風(fēng)系統(tǒng)對(duì)廠區(qū)進(jìn)行自然通風(fēng)。

對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng),主要通過盤管內(nèi)的冷媒對(duì)室內(nèi)循環(huán)空氣進(jìn)行冷卻,若室內(nèi)空氣消毒不及時(shí),則會(huì)加速病毒的傳播,因此新風(fēng)系統(tǒng)宜全天運(yùn)行,同時(shí)保證排風(fēng)系統(tǒng)正常工作。

為進(jìn)一步提高新風(fēng)質(zhì)量,還應(yīng)充分考慮新風(fēng)的輸入環(huán)境,最大限度地確保新風(fēng)的新鮮度,新風(fēng)應(yīng)當(dāng)直接來自于室外,嚴(yán)禁從機(jī)房、樓道及天棚吊頂?shù)忍庨g接采風(fēng),需注意采風(fēng)口周圍環(huán)境的清潔,遠(yuǎn)離建筑排風(fēng)口、垃圾收集點(diǎn)及其他污染源[10]。

3 生產(chǎn)車間用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一種環(huán)保高效且經(jīng)濟(jì)的冷卻方式,廣泛應(yīng)用于居住建筑和公共建筑,并可在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域如紡織、印刷、鑄造等生產(chǎn)車間中使用,提高工人的舒適性[11-13]。圖1為直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)在生產(chǎn)車間的應(yīng)用。直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)屬于直流式空調(diào)系統(tǒng),全新風(fēng)運(yùn)行,空氣齡較短。在確保室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí),直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)具有通風(fēng)、降溫、加濕、凈化過濾功能[14-15]。直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)在車間應(yīng)用時(shí)不必緊閉門窗,與良好的排風(fēng)系統(tǒng)相配合,可很好地改善室內(nèi)空氣品質(zhì),滿足工作人員的通風(fēng)衛(wèi)生需求。

在新型冠狀病毒流行期間,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)空氣中攜帶的病毒也具有很好的阻隔作用。

圖 1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)在生產(chǎn)車間的應(yīng)用

3.1 工作原理

直接蒸發(fā)冷卻是一項(xiàng)利用水蒸發(fā)吸熱制冷的技術(shù),其工作原理如圖2所示。當(dāng)被處理空氣流經(jīng)兩側(cè)布滿水膜的填料表面時(shí),自身的顯熱不斷傳遞給水而得以降溫,同時(shí)水不斷吸收空氣中的顯熱作為自身蒸發(fā)所需的汽化潛熱,變成水蒸氣進(jìn)入空氣,使得空氣中水蒸氣壓力增加。在空氣與水接觸的熱質(zhì)傳遞過程中,空氣的溫度降低,含濕量增加,該過程近似于一個(gè)絕熱降溫加濕過程[16-17]。

圖 2 直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)工作原理圖

3.2 對(duì)新型冠狀病毒的阻隔作用

新型冠狀病毒的傳播途徑之一是氣溶膠傳播,氣溶膠是指懸浮在氣體中的所有固態(tài)和液態(tài)顆粒組成的集合,其粒徑范圍在0.000 1 ～100 μm。新型冠狀病毒依附在這些氣溶膠顆粒上,可進(jìn)行長(zhǎng)距離傳播。而大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)該粒徑范圍內(nèi)的顆粒物具有良好的過濾作用。

直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的核心部件是填料,如圖3所示。相鄰兩層填料交錯(cuò)布置,形成特定的空氣流道,水被循環(huán)水泵從水池中抽出,經(jīng)布水器均勻散布在填料上,靠重力作用向下流潤(rùn)濕填料表面并形成水膜[18-19]?？諝庠谔盍狭鞯乐辛鲃?dòng),主要通過慣性碰撞、擴(kuò)散效應(yīng)、接觸阻留和沉降作用捕獲隨氣流而來的塵粒、氣溶膠,形成液滴或液膜后被淋下來的水帶入水池,有效地將液態(tài)或固態(tài)粉塵粒子從氣流中除去,起到濕式過濾器的作用[13]。

圖 3 填料實(shí)物圖

西安工程大學(xué)申永波等[19]也證明了蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)氣溶膠顆粒具有很好的過濾作用。將一臺(tái)額定風(fēng)量為1 800 m3/h,額定功率為176 W的直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)安裝在西安某高校16 m2的學(xué)生宿舍,通過氣溶膠粒譜儀檢測(cè)設(shè)備開啟前后室內(nèi)顆粒物濃度,結(jié)果如圖4所示。

圖 4 蒸發(fā)冷卻空調(diào)開啟前后顆粒物濃度變化

從圖4可看出,直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)PM2.5、PM10及TSP(粒徑小于100 μm的總懸浮顆粒物,包括氣溶膠顆粒)均有良好的過濾效果,其中對(duì)TSP的過濾效率高達(dá)72%。因此,在疫情期間使用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以有效過濾新型冠狀病毒的依附宿主——?dú)馊苣z顆粒,切斷其傳播途徑。

同時(shí)耶魯大學(xué)2019年5月在美國科學(xué)院院刊上發(fā)表的文章中指出,低濕度會(huì)促進(jìn)流感病毒的傳播。對(duì)經(jīng)過基因改造可像人類一樣抵抗病毒感染的小鼠進(jìn)行試驗(yàn),提出低濕度干擾了氣道中的纖毛對(duì)病毒顆粒的去除效果,降低了氣道細(xì)胞修復(fù)損傷的能力,并且在低濕度下病毒感染后的先天免疫防御系統(tǒng)會(huì)失效[20]。而蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)空氣的處理是等焓加濕過程[19],有的加濕作用在干燥季節(jié)為生產(chǎn)車間環(huán)境中增加適量的水蒸氣,保護(hù)電子設(shè)備免受靜電的破壞,同時(shí)也確保室內(nèi)環(huán)境舒適度,一定程度上提高了車間員工對(duì)病毒的抵抗能力。

3.3 清潔維護(hù)

由于直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)采用循環(huán)水進(jìn)行噴淋,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),由于懸浮物、溶解鹽的濃縮等原因,易發(fā)生結(jié)垢、腐蝕、微生物黏泥等水質(zhì)問題,造成循環(huán)水水質(zhì)惡化,降低設(shè)備換熱效率。針對(duì)以上因素所造成的水質(zhì)問題,可采用直排法、化學(xué)加藥法、臭氧法以及高壓靜電法等常用的水質(zhì)處理方法,使水質(zhì)達(dá)到蒸發(fā)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)水及補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[21]。表1為幾種水質(zhì)處理方法的性能特點(diǎn),可結(jié)合需求進(jìn)行選擇。其中直排法可根據(jù)循環(huán)水硬度進(jìn)行排水,圖5為給水中CaCO3的硬度與流失水速率與蒸發(fā)速率比值(B/E)的關(guān)系。若已知補(bǔ)充水中CaCO3的硬度,可得對(duì)應(yīng)的B/E,再計(jì)算補(bǔ)水和流失水的速率[22],即

E/B=(H/X)-1

(1)

A/B=H/X

(2)

式中:A為補(bǔ)水速率;B為流失水速率;E為蒸發(fā)水速率;X為補(bǔ)充水的硬度，mg/L,一般以CaCO3計(jì)算;H為循環(huán)水箱水的硬度，mg/L,可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

表 1 幾種常用水質(zhì)處理方法比較

圖 5 給水CaCO3的硬度與B/E的關(guān)系

4 結(jié) 語

在新型冠狀病毒疫情期間,各生產(chǎn)企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)需全力做好運(yùn)行管理及防控工作,將人員的身體健康放在首位,消毒凈化工作需遵照標(biāo)準(zhǔn)劑量進(jìn)行,同時(shí)要保持通風(fēng)換氣,正確使用空調(diào)系統(tǒng),保證新風(fēng)量。蒸發(fā)冷卻空調(diào)的降溫、加濕、過濾作用也在疫情期間發(fā)揮出巨大的作用。相信全國人民萬眾一心、團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn),這場(chǎng)疫情防控戰(zhàn)一定會(huì)取得勝利,我們的國家也會(huì)在苦難中成長(zhǎng),在風(fēng)雨中屹立。