2002年12月，SARS開始肆虐，長達(dá)半年之久。期間，民眾普遍憂慮飛機(jī)上的空氣質(zhì)量，擔(dān)心這種“封閉”的交通工具助長病毒的傳播。秩序恢復(fù)以后，為了提振民眾對于乘坐飛機(jī)的信心，民航局（當(dāng)時稱為“民航總局”）有關(guān)方面在《國際航空》雜志2013年第7期發(fā)表了這篇文章。

歷史以相似的方式重復(fù)發(fā)生。今天的新冠肺炎爆發(fā)以后，民眾有著相同的憂慮和擔(dān)心，業(yè)內(nèi)也采取同樣的“非常措施”。年輕人甚至可以從眼下的一切去推想17年的故事。但是何不如以史為鑒、更進(jìn)一步呢？這里，我們把這篇文章推薦給今天的讀者，特別是專業(yè)讀者，是因?yàn)樗仁呛芎玫膶I(yè)文獻(xiàn)，也是對歷史經(jīng)驗(yàn)的事后總結(jié)。希望它不要被埋沒在故紙堆里。

針對個別可能仍不夠通俗和易于理解的地方，做了注釋。全文預(yù)計閱讀時間較長（＞30分鐘），建議收藏。歡迎留言、討論。

原標(biāo)題：客艙空氣質(zhì)量相當(dāng)于手術(shù)室——再談乘坐飛機(jī)為什么感染SARS的可能性很小

How To Ensure Air Quality in Cabin

作者：羅鷹/民航總局航空安技中心 梁世杰/民航中南管理局飛行標(biāo)準(zhǔn)處

隨著我國SARS疫情日漸得到控制，空中旅行逐漸開始恢復(fù)，人們還是在擔(dān)心，乘坐飛機(jī)感染SARS的可能性究竟有多大，飛機(jī)的乘坐環(huán)境究竟是被動的，還是可以主動控制的？本文通過對飛機(jī)客艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的介紹，告訴大家飛機(jī)的客艙的空氣質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們平?；顒訄鏊沫h(huán)境

最近民航總局航空安全技術(shù)中心受民航總局有關(guān)部門的委托對我國現(xiàn)役飛機(jī)客艙空氣質(zhì)量問題進(jìn)行了分析和研究，希望廣大讀者通過本文能消除對乘坐飛機(jī)的一些誤解，解除一些不必要的憂慮。

為客艙空氣質(zhì)量層層把關(guān)

因?yàn)轱w機(jī)的客艙是一個封閉的環(huán)境，所以飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)就成了保證客艙空氣清潔，防止SARS病菌傳播的關(guān)鍵?，F(xiàn)代飛機(jī)的客艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過引氣系統(tǒng)、臭氧轉(zhuǎn)換器、空氣調(diào)節(jié)組件、混合集氣環(huán)、再循環(huán)系統(tǒng)、客艙通風(fēng)系統(tǒng)以及客艙壓力控制系統(tǒng)，為乘客提供了一個既潔凈又舒適的客艙環(huán)境。

引氣系統(tǒng)確保艙內(nèi)空氣供氣正常

引氣系統(tǒng)是通過發(fā)動機(jī)將外界新鮮空氣引進(jìn)飛機(jī)，向客艙提供空氣的系統(tǒng)。

外界空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)主涵道后，隨著發(fā)動機(jī)所處的不同飛行階段，其氣壓可升至30個大氣壓力左右，溫度則可以達(dá)到650℃左右。其中一部分空氣從位于發(fā)動機(jī)特定壓氣級處的引氣活門排出發(fā)動機(jī)的主涵道，進(jìn)入引氣系統(tǒng)。

引氣系統(tǒng)以合適的溫度和壓力向機(jī)上各種氣動設(shè)施提供空氣。這些氣動設(shè)施包括空氣調(diào)節(jié)組件、客艙換氣系統(tǒng)、飲用水增壓、機(jī)翼及發(fā)動機(jī)防冰、氣動液壓泵、貨物供熱以及客艙增壓等。

注釋：

“主涵道”指的是“內(nèi)涵道”

空調(diào)系統(tǒng)是引氣系統(tǒng)的用戶。“氣動”是pneumatic，并不一定是以利用氣體作為“動力”，空調(diào)也利用氣體的非動力屬性（溫度）。一般也譯為“氣源”。

臭氧轉(zhuǎn)換器將臭氧分解

大氣層中的臭氧是氧氣在太陽紫外線照射下發(fā)生光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的。臭氧的濃度隨季節(jié)、高度、緯度及天氣情況的不同而變化。如果這些臭氧直接引入客艙，會導(dǎo)致乘客和機(jī)組人員出現(xiàn)胸痛、咳嗽、氣急、疲勞、頭痛、鼻塞、流淚等癥狀。因此，現(xiàn)代飛機(jī)都裝有臭氧轉(zhuǎn)換器。大氣中絕大部分臭氧在通過發(fā)動機(jī)壓氣級、臭氧催化轉(zhuǎn)換器及空氣調(diào)節(jié)組件時被分解掉了。余下的在經(jīng)過飛機(jī)管道及再循環(huán)系統(tǒng)時又得到進(jìn)一步分解。臭氧轉(zhuǎn)換器分解臭氧的效率在60%至95%之間。

FAA制定的客艙臭氧濃度限制為，平均濃度為百萬分之0.1；濃度峰值為百萬分之0.25。大氣中的臭氧在經(jīng)過上述臭氧分解程序后進(jìn)入客艙時，濃度約為百萬分之0.09，完全能夠滿足乘客的生理要求。

注釋：

以A320和B737NG為例，臭氧轉(zhuǎn)換器位于引氣來源和空調(diào)組件之間。引氣從發(fā)動機(jī)/APU出來之后，先經(jīng)過臭氧發(fā)生器，才進(jìn)入空調(diào)組件。

空氣調(diào)節(jié)組件對空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控

空氣通過臭氧轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入空氣調(diào)節(jié)組件。空氣調(diào)節(jié)組件是一種空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)?？諝庹{(diào)節(jié)組件以合適的溫度、流速及壓力向客艙提供無菌、無塵的調(diào)節(jié)空氣，以滿足增壓和溫度控制方面的要求。

空氣調(diào)節(jié)組件具有自動控制功能，不斷地監(jiān)視飛機(jī)飛行參數(shù)、飛行機(jī)組對各種溫度區(qū)域的溫度選擇、客艙區(qū)域的溫度以及混合分配空氣的溫度，并據(jù)此來自動調(diào)節(jié)各個活門。

空氣調(diào)節(jié)組件向客艙提供的空氣量很大，足以在3分鐘內(nèi)完成整個客艙的空氣更換。這種高更換率即可以滿足客艙溫度梯度控制的需要，防止客艙中存在不流動的低溫區(qū)域，同時，也可以保持客艙空氣質(zhì)量，去除客艙中的煙霧和異味。

注釋：

需要有再循環(huán)風(fēng)扇的參與，才能使新舊空氣得到均勻的置換。

混合集氣環(huán)確保空氣的正確混合

經(jīng)過空氣調(diào)節(jié)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?？諝獾亩趸紳舛葲]有變化，與外界相同，約為百萬分之350。在混合集氣環(huán)內(nèi)，這部分空氣與相同數(shù)量的經(jīng)過過濾的再循環(huán)空氣進(jìn)行混合。

注釋：

“混合集氣環(huán)”在A320里上是mixer unit（混合組件），在B737NG上是mix manifold（混合組件）。再循環(huán)空氣經(jīng)過Hepa氣濾之后，由再循環(huán)風(fēng)扇/客艙風(fēng)扇抽入“混合集氣環(huán)”；空調(diào)組件的氣體經(jīng)過臭氧發(fā)生器之后，也進(jìn)入“混合集氣環(huán)”。

再循環(huán)系統(tǒng)和Hepa空氣濾使客艙達(dá)到手術(shù)室標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代飛機(jī)客艙空氣的35%至50%進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過空氣過濾后，形成潔凈的空氣，在混合集氣環(huán)與空氣調(diào)節(jié)組件送出的空氣進(jìn)行混合，并重新進(jìn)入客艙。

再循環(huán)系統(tǒng)所提供的再循環(huán)空氣的潔凈度很高，這主要?dú)w功于多數(shù)現(xiàn)代飛機(jī)都采用了的“高效微粒過濾”系統(tǒng)（Hepa）。這種空氣濾工作效率很高。空氣經(jīng)過Hepa空氣濾過濾后，99.97%的細(xì)菌和病毒群顆粒被去除掉。這種空氣濾與醫(yī)院器官移植、燒傷治療等關(guān)鍵病房所使用的空氣濾類似，其過濾效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他運(yùn)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(xì)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(tuán)（尺寸在0.01微米至0.2微米之間）形式出現(xiàn)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(huán)空氣在混合集氣環(huán)內(nèi)與空氣調(diào)節(jié)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(huán)空氣中可能仍然存活的病毒和細(xì)菌消除殆盡。因此，最終進(jìn)入客艙的空氣可以說是十分潔凈的。

注釋：

風(fēng)扇和組件，分別為再循環(huán)空氣和新空氣建立壓力。增壓的空氣從“氣源端”的管路進(jìn)入 “混合集氣環(huán)”，在這里混合，繼續(xù)被壓力推動，從而進(jìn)入 “用戶端”（駕駛艙和客艙各個區(qū)域）的管路。

Hepa空氣濾分等級。飛機(jī)上的可以達(dá)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(tài)出現(xiàn)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(tài)都在Hepa氣濾的作用范圍內(nèi)。病毒依靠內(nèi)核中的遺傳物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)自我復(fù)雜，而內(nèi)核需要蛋白質(zhì)外殼的保護(hù)。蛋白質(zhì)是復(fù)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(zhì)外殼會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的折疊，因而不再能保護(hù)內(nèi)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(fēng)系統(tǒng)保證空氣不斷更新

在混合集氣環(huán)內(nèi)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(fēng)系統(tǒng)，并由該系統(tǒng)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(jī)身縱向布置。與之相應(yīng)的是位于客艙側(cè)面、靠近地板的排氣口也是沿機(jī)身縱向布置。

出、入口的這種布置特點(diǎn)使得客艙內(nèi)空氣流動方向基本上是自上而下的，沿機(jī)身縱向的空氣流動很小。由于大量的空氣在短時間進(jìn)入相對較小的客艙空間，空氣流動速度相對一般建筑和醫(yī)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(yī)院手術(shù)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(jìn)入客艙的空氣在被排出前有2~3分鐘的時間與客艙內(nèi)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(dāng)人們咳嗽、打噴嚏時，細(xì)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(jī)型而定）通過位于飛機(jī)尾部的客艙壓力外流活門直接排到機(jī)外，余下的35%至50%進(jìn)入位于機(jī)身前部的再循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)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(jìn)入客艙。

客艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)生的空氣污染物質(zhì)在客艙內(nèi)進(jìn)一步擴(kuò)散的可能性。

注釋：

提升管（riser duct），以B737NG為例，其他機(jī)型的設(shè)計與此相似，參見注釋圖片1。

由于組件內(nèi)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(huán)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(tài)仍然更加干燥。過度干燥影響呼吸道粘膜發(fā)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(huán)風(fēng)扇工作的基礎(chǔ)上。假如風(fēng)扇不工作，即使流量可以保證，不同區(qū)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(diào)組件在工作，來自“混合集氣環(huán)”的增壓空氣就總是從分布于整個客艙頂部和側(cè)壁的各個出氣口主動進(jìn)入；當(dāng)風(fēng)扇工作，下沉的空氣從各個地板格柵（floor grilles）被主動抽走?？諝獾倪M(jìn)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(shè)計初衷的局部微循環(huán)（注釋圖2、3）。而當(dāng)風(fēng)扇關(guān)閉，地板格柵處沒有負(fù)壓，局部微循環(huán)就沒有了：分散進(jìn)入的空氣主動下沉以后，會在通道方向上前后擴(kuò)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。

▲ 注釋圖1：混合集氣環(huán)（混合總管）與提升管

▲ 注釋圖2：客艙頂部和側(cè)壁的出口、地板格柵

▲ 注釋圖3：再循環(huán)風(fēng)扇幫助建立局部微循環(huán)

Hepa空氣濾的工作原理

空氣濾濾芯的橫截面為限定尺寸的孔隙矩陣式結(jié)構(gòu)。氣流中尺寸大于濾芯孔隙的尺寸的微粒將全部被空氣濾截留

氣流中尺寸小于孔隙，但密度大于空氣的微粒在撞擊空氣濾固體表面或墻壁以及孔壁時會附著其上，從而也會被截留下來

對更小的微粒，如病毒，布朗運(yùn)動使這些微粒被捕捉在單個纖維和孔壁上，以有效去除0.1微米以及下尺寸的微粒

注釋：

這里提到了的“布朗運(yùn)動”，是指大量空氣分子的不規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動（熱量的體現(xiàn)），在微觀尺度上造成病毒等顆粒也呈現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動，從而容易被氣濾纖維吸附。這種吸附也是微觀尺度上的分子間吸引力，稱為“范德華力”。被吸附的顆粒也“搭橋”，從而繼續(xù)鞏固吸附能力。Hepa氣濾背后有一套科學(xué)理論，并非簡單的一張細(xì)密的攔截網(wǎng)絡(luò)。從無菌工廠到手術(shù)室，Hepa氣濾用于過濾各類顆粒，從理論到實(shí)踐都是可靠的。

客艙壓力控制系統(tǒng)使乘客始保持最舒適

客艙壓力控制系統(tǒng)不斷監(jiān)視飛機(jī)的地面和飛行模式，不斷調(diào)控位于客艙地板下方機(jī)尾處的壓力外流活門的大小，從而達(dá)到將客艙壓力基本上控制在接近海平面壓力，并且客艙內(nèi)外的壓差不超過0.6個大氣壓力的目的，使乘客始終處于非常舒適的氣壓環(huán)境下。

關(guān)閉再循環(huán)系統(tǒng)沒有必要

由于客艙對空氣溫度、濕度、壓力、含氧量以及潔凈度等都有特定的要求，因此，在飛機(jī)設(shè)計和制造中，客艙相對飛機(jī)上其他空間（如貨艙）是密閉的隔間，稱為客艙隔間?？团摳糸g包括乘客座艙、駕駛艙、廁所和廚房。

特別要指出，再循環(huán)系統(tǒng)裝在飛機(jī)客艙地板下方的機(jī)身前部，從廁所、廚房以及貨艙排出的空氣不再進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)，而是通過機(jī)身后部的外流活門直接排到機(jī)外。

由于客艙通風(fēng)系統(tǒng)不斷地為乘客提供大量的潔凈空氣，每分鐘所提供的氧氣量約為正常人氧氣需求量的280倍左右。這樣一方面可以滿足每位乘客新陳代謝的生理需要，另一方面也使得客艙空氣更換速度大大加快了。

具有空調(diào)設(shè)備的普通建筑內(nèi)的空氣更換速度為1~2.5次/小時；醫(yī)院救護(hù)車和手術(shù)室約為5次/小時；現(xiàn)代飛機(jī)客艙空氣更換速度為20~30次/小時（即不到3分鐘就更換1次）。

盡管通過空氣再循環(huán)系統(tǒng)傳播SARS的可能性基本很小，但是有些航空公司為了使旅客放心，便將再循環(huán)風(fēng)扇關(guān)斷，從而切斷了SARS通過再循環(huán)空氣傳播這條途徑。這種做法公司的主觀愿望是出自于對旅客高度負(fù)責(zé)，但隨之而來的是一個重要問題就是關(guān)閉了再循環(huán)風(fēng)扇，原客艙約40%的空氣將不能繼續(xù)投入再循環(huán)使用，也就意味著發(fā)動機(jī)引氣量要增加約60%，這無形中加大了飛機(jī)發(fā)動的工作負(fù)荷，時間長了，容易引起其他技術(shù)問題。

另外，如果以一架在昆明巫家壩機(jī)場準(zhǔn)備起飛的波音737-300為例，其飛機(jī)起飛條件及起飛限重如下：

外界溫度38℃，靜風(fēng)，襟翼5，再循環(huán)風(fēng)扇開，防冰關(guān)，起飛限重：47.6噸；

外界溫度38℃，靜風(fēng)，襟翼5，再循環(huán)風(fēng)扇關(guān)，防冰關(guān)，起飛限重：46.0噸。

可見兩者對應(yīng)的起飛限重相差1.6噸，因此，在再循環(huán)風(fēng)扇關(guān)斷的情況下，當(dāng)起飛重量接近起飛限重表中提供的重量值時，應(yīng)考慮減載。如果再碰上短、濕滑跑道或復(fù)雜機(jī)場等情況，更應(yīng)在此基礎(chǔ)上做好相應(yīng)的減載措施。

由于采用Hepa空氣濾的客艙空氣再循環(huán)系統(tǒng)的飛機(jī)，空氣中99.97%以上的有害微粒被去除，使得客艙的空氣質(zhì)量達(dá)到醫(yī)院手術(shù)室的標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通建筑物中的空氣質(zhì)量，所以沒有必要人工關(guān)閉再循環(huán)系統(tǒng)。

注釋：

確切而言，有意關(guān)閉再循環(huán)系統(tǒng)，不是“沒有必要”而是有害。這篇文章已經(jīng)指出了再循環(huán)風(fēng)扇的幾個作用：減少引氣的使用、使Hepa氣濾發(fā)揮作用、建立微循環(huán)。關(guān)閉了再循環(huán)風(fēng)扇，這幾個作用都沒有了，結(jié)果是：引氣使用量增加、Hepa氣濾不起作用、通道縱向氣流增加。

案例中，B737-300關(guān)閉再循環(huán)風(fēng)扇造成起飛限重減少，是由于關(guān)閉風(fēng)扇以后，發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)提供給空調(diào)系統(tǒng)的引氣輸出增加了，因此有效的推力減少了。再循環(huán)風(fēng)扇能為發(fā)動機(jī)“減負(fù)”。

非常時期的非常措施

為了把SARS的疫情的傳播限制在最小范圍，我國民航已經(jīng)在各個環(huán)節(jié)都設(shè)置了嚴(yán)格的層層把關(guān)措施，但是這不能絕對排除還是會有極個別的“漏網(wǎng)”的帶菌者登上飛機(jī)，從而對鄰座的乘客和通過在通道的活動對其他乘客造成感染的可能性，這也是乘坐飛機(jī)最具威脅的SARS傳播方式。對此，航空公司也已經(jīng)采取了一系列特別的措施，包括：

加強(qiáng)機(jī)上再循環(huán)風(fēng)扇系統(tǒng)的日常清理、維護(hù)工作。

在飛機(jī)起降前后對飛機(jī)進(jìn)行消毒和檢疫。

盡量減少旅客之間的直接接觸，切斷傳播途徑，如盡量減少乘客在客艙內(nèi)的走動和乘客之間的交談。

乘務(wù)員應(yīng)全程佩戴口罩，旅客也應(yīng)做到全程佩戴口罩。

隨時啟動應(yīng)急程序。機(jī)上一旦發(fā)現(xiàn)非典患者或疑似病例，立即進(jìn)行隔離，隔離位置選在機(jī)艙尾部，并有專人看護(hù)。

消除恐懼 加強(qiáng)防范 乘坐飛機(jī)依然安全

總的來看，現(xiàn)代飛機(jī)的客艙空氣是健康的、潔凈的，客艙空氣質(zhì)量可達(dá)到醫(yī)院手術(shù)室的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。乘客應(yīng)當(dāng)消除對飛機(jī)客艙空氣的一些不準(zhǔn)確的理解，減少不必要的恐懼心理。特別是有些旅客在乘機(jī)時會感到不適，許多并不是客艙空氣質(zhì)量造成的，而是出自于其他原因。如：飛機(jī)在不同高度飛行產(chǎn)生的客艙壓力變化、飛機(jī)的顛簸或俯仰、發(fā)動機(jī)噪音以及長時間乘機(jī)旅行等。當(dāng)然，為了嚴(yán)防SARS在飛機(jī)上的傳播，除了民航各部門和各航空公司采取的一系列應(yīng)急措施之外，個人還是要自覺地采取一些必要的自我防護(hù)措施，這樣乘坐飛機(jī)的安全是完全可以得到保證的。