經過空氣調節組件后,空氣的溫度約為16℃,氣壓約為0.8個大氣壓力,相對濕度小于5%,臭氧濃度小于百萬分之0.25。空氣的二氧化碳濃度沒有變化,與外界相同,約為百萬分之350。在混合集氣環內,這部分空氣與相同數量的經過過濾的再循環空氣進行混合。
注釋:
“混合集氣環”在A320里上是mixer unit(混合組件),在B737NG上是mix manifold(混合組件)。再循環空氣經過Hepa氣濾之后,由再循環風扇/客艙風扇抽入“混合集氣環”;空調組件的氣體經過臭氧轉換器之后,也進入“混合集氣環”。
再循環系統和Hepa空氣濾使客艙達到手術室標準
現代飛機客艙空氣的35%至50%進入再循環系統,經過空氣過濾后,形成潔凈的空氣,在混合集氣環與空氣調節組件送出的空氣進行混合,并重新進入客艙。
再循環系統所提供的再循環空氣的潔凈度很高,這主要歸功于多數現代飛機都采用了的“高效微粒過濾”系統(Hepa)。這種空氣濾工作效率很高。空氣經過Hepa空氣濾過濾后,99.97%的細菌和病毒群顆粒被去除掉。這種空氣濾與醫院器官移植、燒傷治療等關鍵病房所使用的空氣濾類似,其過濾效率遠遠高于其他運輸工具和辦公建筑。
有資料顯示,Hepa空氣濾可以去除空氣中99.97%以上的的直徑為0.003微米的微粒。空氣中細菌的大小一般都在1微米以上,而病毒的尺寸約在0.003至0.5微米之間,而病毒一般是以飛沫或其他病毒團(尺寸在0.01微米至0.2微米之間)形式出現在空氣中。此外,Hepa空氣濾對病毒亦有抑制作用,被截留在空氣濾的病毒短時間后便會喪失活力。
再循環空氣在混合集氣環內與空氣調節組件所提供的外界空氣混合時,外界空氣中殘留下來的臭氧所具有的殺菌消毒作用可以將再循環空氣中可能仍然存活的病毒和細菌消除殆盡。因此,最終進入客艙的空氣可以說是十分潔凈的。
注釋:
風扇和組件,分別為再循環空氣和新空氣建立壓力。增壓的空氣從“氣源端”的管路進入 “混合集氣環”,在這里混合,繼續被壓力推動,從而進入 “用戶端”(駕駛艙和客艙各個區域)的管路。
Hepa空氣濾分等級。飛機上的可以達到這里描述的效率。病毒的典型尺寸在0.017微米至0.3微米之間,近期媒體展示的圖片顯示新冠肺炎病毒(2019-nCov)尺寸約為0.1微米;病毒有可能以幾種形態出現在空氣中:干燥的單個病毒、吸附在灰塵等其他顆粒上的病毒群(virus cluster)、飛沫中。這些形態都在Hepa氣濾的作用范圍內。病毒依靠內核中的遺傳物質來實現自我復制,而內核需要蛋白質外殼的保護。蛋白質是復雜而嬌氣的大分子。在脫離寄主以后,受到熱、酸、堿、重金屬鹽、紫外線等的作用下,病毒的蛋白質外殼會發生不可逆轉的折疊,因而不再能保護內核。一般來說,離開寄主幾個小時以后,病毒就“滅活”了。
客艙通風系統保證空氣不斷更新
在混合集氣環內的混合空氣通過提升管路自下而上輸送到位于客艙頂部的客艙通風系統,并由該系統分配給每位乘客。此時的空氣相對濕度約為10%至20%,溫度在18℃到30℃之間。位于乘客頭部上方的送氣口沿機身縱向布置。與之相應的是位于客艙側面、靠近地板的排氣口也是沿機身縱向布置。
出、入口的這種布置特點使得客艙內空氣流動方向基本上是自上而下的,沿機身縱向的空氣流動很小。由于大量的空氣在短時間進入相對較小的客艙空間,空氣流動速度相對一般建筑和醫院病房要快很多。客艙空氣更換速率是每小時20次以上,即不到3分鐘就更新一次。醫院手術室的空氣更換速率是12分鐘更換一次,普通建筑的更換率則更低。
進入客艙的空氣在被排出前有2~3分鐘的時間與客艙內原有的空氣不斷混合,其所含氧氣量的0.333%在這段時間里被人體的新陳代謝所消耗,取而代之的是二氧化碳。
另外,當人們咳嗽、打噴嚏時,細菌、病毒等微生物會附著在懸浮飛沫上隨空氣一同被排出客艙。被排出客艙的空氣的50%至65%(因機型而定)通過位于飛機尾部的客艙壓力外流活門直接排到機外,余下的35%至50%進入位于機身前部的再循環系統,經過Hepa空氣濾過濾和臭氧消毒后成為十分潔凈的空氣,重新進入客艙。
客艙通風系統設計時考慮的是讓供給每排乘客的空氣基本上在該排處排出客艙。這就使得沿客艙縱向的空氣流動減至最小。控制了空氣的縱向流動,也就等于最大程度地降低了由乘客產生的空氣污染物質在客艙內進一步擴散的可能性。
注釋:
提升管(riser duct),以B737NG為例,其他機型的設計與此相似,參見注釋圖片1。
由于組件內部“冷凝器”和“水分離器”的作用(為防止管路被冰堵塞),從組件出來的新空氣比較干燥(前文提到濕度“小于5%”);而混合了再循環空氣之后的客艙空氣最終比較潮濕(這里提到 “10%至20%”)。然而相對于地表空氣的通常狀態仍然更加干燥。過度干燥影響呼吸道粘膜發揮正常功能(黏著和排出顆粒污染物),造成干咳和不舒適的感受。
高換氣率和良好的空氣流動方式,建立在再循環風扇工作的基礎上。假如風扇不工作,即使流量可以保證,不同區域的換氣將變得不均勻,縱向流動也顯著增加。仍以B737NG為例,想象任何一排座椅,附近的空氣是如何流動呢?只要空調組件在工作,來自“混合集氣環”的增壓空氣就總是從分布于整個客艙頂部和側壁的各個出氣口主動進入;當風扇工作,下沉的空氣從各個地板格柵(floor grilles)被主動抽走。空氣的進入和離開都是分散而主動的,因此座椅附近有著健康的、符合設計初衷的局部微循環(注釋圖2、3)。而當風扇關閉,地板格柵處沒有負壓,局部微循環就沒有了:分散進入的空氣主動下沉以后,會在通道方向上前后擴散、相互混合,被動地尋找離開客艙的出口,這個過程將使污染物在整個客艙傳播。
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