2022年1月，环境科学与生态学2区期刊《Process Safety and Environmental Protection》（影响因子IF：6.158）刊登了课题组赵磊博士生的最新成果：Field investigation of Pollutant characteristics and targeted ventilation control strategies in high-ceiling aircraft spraying workshop, 2022（https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.01.016），该研究由国家十三五重点研发计划“高污染散发类工业建筑环境保障与节能关键技术研究”项目资助（项目号：2018YFC0705304）。

作者：

Lei Zhao（赵磊，第一作者），Junjie Liu（刘俊杰），Yihui Yin（尹奕卉），Jingjing Pei（裴晶晶，通讯作者），Wu Xiao（肖武），Haiqiao Zhang（张海桥），Shen Wei（魏绅）

研究亮点：

对比飞机喷涂车间和其他行业喷涂车间的共性VOC及特征VOC；

提出飞机喷涂车间内关注的典型VOCs——乙酸丁酯、甲苯和2-丁酮；

引入靶向通风的概念解决高大空间喷涂厂房面临的高效通风净化效果与能耗的矛盾；

建议喷涂车间污染物捕集净化效果的提升应从单体设备、通风气流组织与运营管理三方面整体考虑。

研究背景：

近几十年来，航空业发展迅速，国际航空运输协会（IATA）报告显示，全球航空旅客数量持续增长，2018年超过43亿次旅行，全球化已使得航空旅行成为常态。波音公司预测，到2032年，世界新商用飞机数量将翻一番。期间将建造超过35000架新飞机，飞机涂装行业将迎来新的爆发期。据数据显示，一架空客-320飞机每次喷涂作业将消耗484千克油漆，相当于大约194辆汽车所需的油漆量。尽管在大多数行业中，机械集成喷涂已逐步淘汰人工喷涂，但对于大型交通工具的喷涂（如飞机、轮船、火车），由于工件体积和喷涂步骤繁复的原因，仍使用人工喷涂。喷涂中使用的压缩空气喷漆枪，其喷涂效率约为40%-60%，逃逸的油漆液滴，弥散在高大的厂房中形成漆雾污染，对工人健康、室内外环境造成危害。

有效控制漆雾污染并使排放气体符合当地环保指标是各喷涂行业关切的问题。通常，适当加大通风和污染源控制是喷漆行业解决漆雾污染的两个主要策略。但对于高大空间飞机喷涂厂房来说并不能解决实地问题。有学者研究表明，在高大厂房内一味地加大通风量不能保证良好的通风效率，同时带来了巨大的能源浪费。而采用局部排气通风装置对于污染源进行控制，通常会妨碍飞机喷涂工人的操作。因此，需要对高大空间飞机喷涂厂房提出合适的通风和净化方法。

控制喷漆车间内的污染物，了解污染物的特性是关键，这对通风和净化系统的设计和评估具有重要意义。由于航空工业的特殊性和局限性，对飞机涂装车间VOCs排放特性的研究还不够。因此，有必要在飞机喷涂车间进行现场测试并收集污染物特征数据。当采用通风净化手段时，少量、明确的目标VOC便于选取合适的净化技术和通风策略。综上，本研究致力于认清飞机喷涂厂房内污染物特性并提出有效的通风净化策略。

主要成果：

1.飞机喷涂车间特征VOC

对比分析了不同喷漆行业（5种行业，197个喷涂车间）的VOC数库；

飞机喷涂车间污染物浓度高于其他喷涂行业；

飞机喷涂车间检测到约50种挥发性有机化合物（检出率>50%），其中酯类占36.3%，醛酮占31.9%，联苯占28.5%，

醇类占1.9%，烷烃占1.4%；

提出飞机喷涂车间内应关注的典型VOCs----乙酸乙酯、甲苯和2-丁酮。

图1.不同喷涂行业车间TVOC浓度比较

图2.飞机面漆和清漆喷涂排放的VOCs比例和类别

2.飞机喷涂中具有环境、健康风险的VOCs

基于实测数据，计算飞机喷涂工人全寿命污染物暴露风险；

飞机喷涂散发20种刺激性气体（标黄），7种高风险致癌气体（红框）和12种爆炸风险气体（三角）；

飞机喷涂车间混合暴露指数超标，存在健康风险。

图3.飞机喷涂释放VOCs浓度分析

3.高大空间飞机喷涂厂房污染物控制策略

飞机喷涂传统地沟排风系统其通风口固定在机身下方，不能靠近喷涂点，捕获控制面积有限，漆雾收集效率低；

提出靶向通风概念，采用多个移动式靶向通风单体装置取代原有的地沟排风；

通风系统风量下降75%，飞机喷涂通风能耗降低45000 kWh/架次。

图4.a) 传统地沟排风系统示意图

 图4.b) 靶向通风系统示意图

4.喷漆厂房污染物控制

建议采用整体效率评价指标来进行喷漆厂房污染物控制设计：

整体效率：需考虑单体净化设备效率、系统捕集效率和净化设备开启效率；

喷涂车间通风设计主要考虑工艺要求、生产安全和环境污染。通风系统设计中很少考虑工人的健康和净化设备的

有效性。

图6. 不同污染物控制策略比较

图7. 喷涂行业通风净化设计与污染间的关系

本文引用格式：

Lei Zhao, Junjie Liu, Yihui Yin, Jingjing Pei*, Wu Xiao, Haiqiao Zhang, Shen Wei. Field investigation of Pollutant characteristics and targeted ventilation control strategies in high-ceiling aircraft spraying workshop. PROCESS SAF ENVIRON. Available online 15 January 2022

原文出处：https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.01.016