低臭氧电除尘AHU在地铁站的空气净化性能评估

韩国KIMM城市环境研究部原位试验：低臭氧刷型电晕充电 + 低压差集尘，实现高效PM去除与能耗优化

关键词
Air handling unit, electrostatic devices, particulate matter, ionizer, ion spray, 电除尘器, 低臭氧排放

近年城市轨道交通对室内空气质量（IAQ）与乘客暴露控制的关注显著增加，特别是细颗粒物（PM2.5/PM10）治理成为行业热点。针对地铁站等地下空间，常见做法是通过空气处理装置（AHU）结合高效过滤器来捕集颗粒，但滤料随累积造成的压差上升将显著提高风机能耗并增加运维成本。基于此背景，韩国机械与材料研究院（Korea Institute of Machinery and Materials, Department of Urban Environmental Research）的一组研究者（Gwangtaek Lee 等）开展了在永通（Yeongtong）地铁站的原位试验，评估以低臭氧电除尘（ES-AHU）替代传统MERV14滤网的可行性与实际效果（作者与通讯作者：Hak-Joon Kim，联系：diayolk@kimm.re.kr）。

研究团队将四台AHU（2台供合流大厅，2台供站台）原本的MERV14过滤器替换为由刷型（SUS brush）针状/刷状电离单元和碳/ PET覆层的集尘电极组成的电除尘模块。充电模块与集尘模块并联配置以维持低风阻，试验中测得AHU风速分别为1.28–2.21 m/s，对应体积流量约253–616 m3/min。通过对充电电压-电流曲线测定，电离起始电位约为-10 kV；当充电电压上升到-15 kV及以上时，PM2.5与PM10的去除效率已超过98%。但高压电离同时可能导致臭氧（O3）生成，试验显示将充电电压从-15 kV提升到-20 kV时，O3浓度由约0.6 ppb上升到13.7 ppb，因此在系统设计中需权衡电压、放电类型与臭氧产额。

在与常规MERV14滤网的直接对比中，研究发现单台MERV14的PM2.5/PM10去除率在约63%–70%之间（受室外<1 μm颗粒占比影响），而当改装为ESP模块后，各台AHU对所有粒径的去除率普遍提升至80%–99.8%不等；更重要的是压降差异巨大：MERV14的压降约为157 Pa，而电除尘模块的压降仅为1.5 Pa（AHU1）和7.1 Pa（AHU3），这意味着显著的风机能耗下降与长期运维费用节约。该结果表明，ES-AHU在维持或提升净化性能的同时，可实现节能降耗与运行成本优化。 针对乘客暴露评估，研究在满负荷引入室外空气的情况下测量大厅与站台的实测浓度差异：ES-AHU运行后，站内对比室外空气的PM2.5/PM10总体去除率约为57%–59%；对靠近个体乘客的局部暴露测量显示，走廊（concourse）处乘客周围PM2.5与PM10的去除率分别为63.4%与63.8%，站台处分别为61.0%与59.7%。当在部分AHU中将充电电压设为-20 kV、集尘电极电位为-8 kV时，单台AHU的瞬时去除效率可达99.6%（短时间内将通过ESP的空气净化至极低颗粒水平），但需综合考虑臭氧与电场配置限制以保证场所安全。 从行业应用与趋势看，ES-AHU技术对中国重点行业（浆纸、钢铁、水泥、化工等）具有重要借鉴价值。地下车间、原料仓库及大体积生产空间常受细小颗粒与飞灰影响，采用并联电极配置的电除尘AHU能在低压降下实现高效捕集，从而在满足排放达标的同时减少风机能耗与滤材更换频次，显著降低长期运维成本。此外，对于需要兼顾有害气态物与颗粒控制的场景，可通过结合预处理、吸附或低臭氧等联动策略来形成系统解决方案。 结合企业实践，艾尼科（Enelco）在极板、极线与电场优化方面的技术积累可用于本类ES-AHU的工程化推广：包括极线与极板的形貌/间距优化以提高杀伤/充电效率、均匀电场设计减少局部放电、材料表面处理降低附着再悬浮，以及模块化集尘板便于在线清灰与维护。未来趋势上，低臭氧放电技术（如刷型/针刷混合电离、脉冲电源控制、局部场控）与智能运维（实时电流/臭氧监测、按需电压调节）将成为电除尘AHU在轨道交通与工业厂区推广的关键，要点在于实现高效颗粒去除、可控臭氧产生与低能耗运行的平衡。 综上所述，KIMM的实地试验表明，采用低臭氧优化的电除尘AHU在地铁站环境中能够在显著降低压降与运行能耗的前提下，大幅提升颗粒物去除效率并降低乘客暴露。对于中国市场，尤其是需兼顾排放合规与长期运维费用的工业与交通领域，基于电除尘器的AHU改造或新建方案具备较强的推广价值。建议在工程实施中结合地方排放标准与臭氧限值，采用艾尼科等具有电场、极板与极线调优经验的供应商方案，并引入在线臭氧监测与智能控制以确保安全与效率的最优化。 参考文献 [1] Dee S., Pitkin A., Deen J., 2009. Evaluation of alternative strategies to MERV 16-based air filtration systems for reduction of the risk of airborne spread of porcine reproductive and respiratory syndrome virus. Vet. Microbiol. 138, 106–113. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2009.03.019 [2] Lee G., Park Y., Choi Y., Han B., Kim Y.-J., Kim H.-J., 2024. Air cleaning performance of a full-scale air handling unit with a low-ozone ESP in a subway station. Proceedings of 17th International Conference on Electrostatic Precipitation, Kyoto, 2024. (Department of Urban Environmental Research, Korea Institute of Machinery and Materials).