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局方观点:客舱空气质量相当于手术室

时间:2020-01-31 13:30来源: HelloSky 硬核航空 作者:中国航空

混合集气环确保空气的正确混合

    经过空气调节组件后,空气的温度约为16℃,气压约为0.8个大气压力,相对湿度小于5%,臭氧浓度小于百万分之0.25。空气的二氧化碳浓度没有变化,与外界相同,约为百万分之350。在混合集气环内,这部分空气与相同数量的经过过滤的再循环空气进行混合。

    注释:

   “混合集气环”在A320里上是mixer unit(混合组件),在B737NG上是mix manifold(混合组件)。再循环空气经过Hepa气滤之后,由再循环风扇/客舱风扇抽入“混合集气环”;空调组件的气体经过臭氧转换器之后,也进入“混合集气环”。

    再循环系统和Hepa空气滤使客舱达到手术室标准

    现代飞机客舱空气的35%至50%进入再循环系统,经过空气过滤后,形成洁净的空气,在混合集气环与空气调节组件送出的空气进行混合,并重新进入客舱。

    再循环系统所提供的再循环空气的洁净度很高,这主要归功于多数现代飞机都采用了的“高效微粒过滤”系统(Hepa)。这种空气滤工作效率很高。空气经过Hepa空气滤过滤后,99.97%的细菌和病毒群颗粒被去除掉。这种空气滤与医院器官移植、烧伤治疗等关键病房所使用的空气滤类似,其过滤效率远远高于其他运输工具和办公建筑。

    有资料显示,Hepa空气滤可以去除空气中99.97%以上的的直径为0.003微米的微粒。空气中细菌的大小一般都在1微米以上,而病毒的尺寸约在0.003至0.5微米之间,而病毒一般是以飞沫或其他病毒团(尺寸在0.01微米至0.2微米之间)形式出现在空气中。此外,Hepa空气滤对病毒亦有抑制作用,被截留在空气滤的病毒短时间后便会丧失活力。

    再循环空气在混合集气环内与空气调节组件所提供的外界空气混合时,外界空气中残留下来的臭氧所具有的杀菌消毒作用可以将再循环空气中可能仍然存活的病毒和细菌消除殆尽。因此,最终进入客舱的空气可以说是十分洁净的。

    注释:

    风扇和组件,分别为再循环空气和新空气建立压力。增压的空气从“气源端”的管路进入 “混合集气环”,在这里混合,继续被压力推动,从而进入 “用户端”(驾驶舱和客舱各个区域)的管路。

    Hepa空气滤分等级。飞机上的可以达到这里描述的效率。病毒的典型尺寸在0.017微米至0.3微米之间,近期媒体展示的图片显示新冠肺炎病毒(2019-nCov)尺寸约为0.1微米;病毒有可能以几种形态出现在空气中:干燥的单个病毒、吸附在灰尘等其他颗粒上的病毒群(virus cluster)、飞沫中。这些形态都在Hepa气滤的作用范围内。病毒依靠内核中的遗传物质来实现自我复制,而内核需要蛋白质外壳的保护。蛋白质是复杂而娇气的大分子。在脱离寄主以后,受到热、酸、碱、重金属盐、紫外线等的作用下,病毒的蛋白质外壳会发生不可逆转的折叠,因而不再能保护内核。一般来说,离开寄主几个小时以后,病毒就“灭活”了。

    客舱通风系统保证空气不断更新

    在混合集气环内的混合空气通过提升管路自下而上输送到位于客舱顶部的客舱通风系统,并由该系统分配给每位乘客。此时的空气相对湿度约为10%至20%,温度在18℃到30℃之间。位于乘客头部上方的送气口沿机身纵向布置。与之相应的是位于客舱侧面、靠近地板的排气口也是沿机身纵向布置。

    出、入口的这种布置特点使得客舱内空气流动方向基本上是自上而下的,沿机身纵向的空气流动很小。由于大量的空气在短时间进入相对较小的客舱空间,空气流动速度相对一般建筑和医院病房要快很多。客舱空气更换速率是每小时20次以上,即不到3分钟就更新一次。医院手术室的空气更换速率是12分钟更换一次,普通建筑的更换率则更低。

    进入客舱的空气在被排出前有2~3分钟的时间与客舱内原有的空气不断混合,其所含氧气量的0.333%在这段时间里被人体的新陈代谢所消耗,取而代之的是二氧化碳。

    另外,当人们咳嗽、打喷嚏时,细菌、病毒等微生物会附着在悬浮飞沫上随空气一同被排出客舱。被排出客舱的空气的50%至65%(因机型而定)通过位于飞机尾部的客舱压力外流活门直接排到机外,余下的35%至50%进入位于机身前部的再循环系统,经过Hepa空气滤过滤和臭氧消毒后成为十分洁净的空气,重新进入客舱。

    客舱通风系统设计时考虑的是让供给每排乘客的空气基本上在该排处排出客舱。这就使得沿客舱纵向的空气流动减至最小。控制了空气的纵向流动,也就等于最大程度地降低了由乘客产生的空气污染物质在客舱内进一步扩散的可能性。

    注释:

    提升管(riser duct),以B737NG为例,其他机型的设计与此相似,参见注释图片1。

    由于组件内部“冷凝器”和“水分离器”的作用(为防止管路被冰堵塞),从组件出来的新空气比较干燥(前文提到湿度“小于5%”);而混合了再循环空气之后的客舱空气最终比较潮湿(这里提到 “10%至20%”)。然而相对于地表空气的通常状态仍然更加干燥。过度干燥影响呼吸道粘膜发挥正常功能(黏着和排出颗粒污染物),造成干咳和不舒适的感受。

    高换气率和良好的空气流动方式,建立在再循环风扇工作的基础上。假如风扇不工作,即使流量可以保证,不同区域的换气将变得不均匀,纵向流动也显著增加。仍以B737NG为例,想象任何一排座椅,附近的空气是如何流动呢?只要空调组件在工作,来自“混合集气环”的增压空气就总是从分布于整个客舱顶部和侧壁的各个出气口主动进入;当风扇工作,下沉的空气从各个地板格栅(floor grilles)被主动抽走。空气的进入和离开都是分散而主动的,因此座椅附近有着健康的、符合设计初衷的局部微循环(注释图2、3)。而当风扇关闭,地板格栅处没有负压,局部微循环就没有了:分散进入的空气主动下沉以后,会在通道方向上前后扩散、相互混合,被动地寻找离开客舱的出口,这个过程将使污染物在整个客舱传播。

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