国外核潜艇舱室空气组分特性研究综述

第３８卷第１期　２０１６年１月　舰船科学技术　Ｖｏｌ＿３８．ＮＯ．１　ＳＨＩＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｊａｎ．，２０１６　国外核潜艇舱室空气组分特性研究综述　余　涛　，周家勇　，徐德辉　，施红旗　，段　晨　（１．武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉４３０２０５；２．中国人民解放军９２３３７部队，辽宁大连１１６０２３）　摘　要：　核潜艇舱室空气组分特性是直接影响艇员健康和制约战斗力的关键因素之一。为改善舱室空气品　质，美国等核潜艇大国开展了广泛深入的组分特性研究，并取得一系列成果。本文以美国核潜艇舱室空气组分特性研　究为例，综述分析了其核潜艇舱室空气组分特性研究历程，并分别从常量组分、微量组分和气溶胶等３个方面归纳总　结其空气组分特性。分析表明，通过合理设计和控制，密闭人工环境中可以实现良好的空气品质，该研究成果对我国　开展潜艇等密闭人工环境空气品质研究具有一定的借鉴意义。　关键词：　核动力潜艇；空气组分特性；室内空气品质　中图分类号：　Ｕ６７４．７６１；Ｘ５１　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１６７２—７６４９（２０１６）１—０００１—０７　ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１６．１．００１　Ｒｅｓｅａｒｃｈｅ　ｏｎ　ａｉｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｎ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｃａｂｉｎ　ＹＵ　Ｔａｏ　，ＺＨＯＵ　Ｊｉａ—ｙｏｎｇ　，ＸＵ　Ｄｅ．ｈｕｉ　，ＳＨＩ　Ｈｏｎｇ—ｑｉ　，ＤＵＡＮ　Ｃｈｅｎ　（１．Ｗｕｈａｎ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｓｈｉｐ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３０２０５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎｏ．９２３３７　Ｕｎｉｔ　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｉｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｎ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｒ　ｈｅａｌｔｈ　ａｎｄ　ｂａｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅｍ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｎ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｄｏｎｅ　ｏｎ　ＵＳ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｍａｄｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｎ　ＵＳ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｌａｂｏｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｕｒｓｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｒａｃｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ａｅｒｏｓｏ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ａ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｖｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｈｅｒｍｅｔｉｃ　ａｒｅａ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｎｕｃｌｅａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ；ａｉｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃａｂｉｎ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　０　引　言　核动力在潜艇上的应用，使得长期潜航成为可　能。此时，舱室空气组分（常量气体、微量气体和　气溶胶等）特性成为影响艇员健康和核潜艇任务成　败的关键因素¨　。特别是弹道导弹核潜艇，作为　常重视舱室空气组分特性研究，经过近几十年的发　展改进，他们相继建立了一套目标一致、但实现途　径各有特色的大气环境控制体系　。我国在开展　潜艇或类似密闭环境空气组分分析研究时，也开展　了部分舱室空气组分特性研究工作，但研究基础相　对薄弱，组分控制效果与国外存在一定差距　。　大国战略核威慑的主要组成部分之一，因为任务需　要，单次巡航一般长达２～３个月，且期间基本无法　与外界进行通风换气。因此，美、英、法等国均非　收稿日期：２０１５—０９—２０；修回日期：２０１５—１１—３０　基金项目：海军装备预研资助项目　密闭人工环境的空气组分特性研究，有助于验　证大气控制系统效能和主被动控制策略的有效性，　并为研究长期暴露对人员健康的影响提供输入。美　作者简介：余涛（１９８７一），男，硕士，工程师，研究方向为船舶大气环境综合控制。　·２·　舰船科学技术　第３８卷　国核潜艇的持有数量和任务频次均处于世界领先水　平，其对核潜艇舱室空气组分特性的研究具有显著　代表性。本文以美国核潜艇为例，对其相关研究进　行评述，以期达到以下目标：１）弄清核潜艇这一　典型密闭人工环境的空气组成特性；２）结合我国　２　研究历程　为创造良好的舱室空气品质，保证任务完成和　艇员健康，几十年来，美国针对核潜艇舱室空气组　分特性，开展了大量系列化研究工作。根据研究的　侧重点和方向差异，大致将其分为３个阶段。　特点，为我国开展潜艇等密闭人工环境空气组分特　性研究和大气环境控制系统设计提供参考。　１　舱室特点　１．１　舱室组成及大气控制系统简介　美国核潜艇舱室一般由反应堆舱、首部舱室（作　战指挥和人员生活区）和尾部舱室（机舱）３部分组　成。根据首部舱室是否带有弹道导弹，又可分为攻击　型核潜艇（ＳＳＮ）和弹道导弹核潜艇（ＳＳＢＮ），典型　ＳＳＮ舱室布置如图１所示　。其中，用于舱室空气　品质控制的大气环境控制系统的关键设备，如全船通　风机室、中央大气监测系统（ＣＡＭＳ）等位于首部舱　室，并通过管路与各舱室连通。　图１典型攻击型核潜艇　Ｆｉｇ．１　Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ａ　ｎｕｃｌｅａｒ－ｐｏｗｅｒｅｄ　ａｔｔａｃｋ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　美国核潜艇大气环境控制系统的主要目的是提　供生命支持保障，确保９０　ｄ巡航周期内无需水面换　气，以及在丧失动力时的７　ｄ呼吸需求　。为满足　上述要求，艇上装备了由制氧、ＣＯ：清除、ＣＯ—Ｈ：　燃烧、气溶胶去除和微量污染物控制等模块组成的　复杂系统来控制舱室大气组分　。　１．２舱室空气组分暴露限值　为保证航行安全和艇员健康，美国海军制定了　潜艇舱室９０　ｄ连续暴露限值（ＣＥＧＬ。。　）、２４　ｈ应急　暴露限值（ＥＥＧＬ　）和１　ｈ应急暴露限值　（ＥＥＧＬ　），并根据舱室空气组分特性和毒理学研究　最新成果进行修订更新，部分典型组分的最新容许　浓度限值见表１¨　。　其中，根据艇员服役期间的暴露特点，ＣＥＧＬ　。　一般介于居住环境和工业场所环境标准限值之间。　２．１探索期　美国核潜艇舱室空气组成研究的探索期开始于　２０世纪５０年代，一直到８Ｏ年代，持续约３０年，其　典型节点为首艘核潜艇服役（１９５４年）和美国国家　研究委员会（ＮＲＣ）发布《潜艇空气品质》报告　（１９８８年）　。受限于认识水平和仪器检测精度，这　一阶段对舱室空气组分特性的研究主要针对常量气　体浓度控制、微量组分组成和典型微量组分浓度检　测，以及事故后的大气回顾分析研究。　通过本阶段的研究，初步建立了完善的舱室大　气环境控制和监测体系，保证了长期潜航时舱室空　气品质的控制和艇员健康，部分典型成果　’”　包括：　１）明确了核潜艇舱室大气组成种类特性，为　大气质量主动、被动控制提供了设计输入；　２）配合大气控制系统设计与改进，实现了常　量气体的有效在线监测和控制；　３）通过多专业跨学科的调研分析，明确了导　致舱室空气品质恶化相关事故的污染物组成和事故　原因。　表１　美国核潜艇典型空气组分暴露限值　Ｔａｂ．１　ＵＳ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ　注：　不含苯；　不含甲烷。　第１期　２．２发展期　余　涛，等：国外核潜艇舱室空气组分特性研究综述　·３·　次ＳＳＢＮ巡航期间舱室ＣＯ，浓度大于１％的时间比　２０世纪８０年代后期至２００１年是美国核潜艇舱　室空气组成研究的发展期，在常量组分研究的基础　上，美国海军对核潜艇舱室微量空气组分进行了系　统的测评研究。这一阶段，通过多种采样手段，如　采样罐、采样管等，对舱室微量组分进行了巡航全　周期回顾分析研究。　通过这一阶段近１５年的研究，对舱室空气组分　有了更加深入的了解，主要成果包括　：　１）明确了潜艇不同区域、不同航次，以及不　同艇之间的舱室空气微量组分浓度分布特性，初步　建立了核潜艇大气微量组分信息数据库；　２）明确了因蒙特利尔协定签订而导致的大气环境　控制系统状态变化对舱室空气微量组分浓度的影响；　３）对比分析了不同采样分析方法对微量组分测试　结果的影响。　２．３完善期　从２００１年至今，是美国核潜艇舱室空气组成研　究的完善期。针对舱室空气组分特性，其开展了潜　艇大气健康评价计划（Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　Ｈｅａｌｔｈ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ，ＳＡＨＡＰ）研究，目的是建立评　估潜艇大气微量组分的方法，以反映艇员暴露于潜　艇大气中的真实状况。　截至目前，该阶段的主要成果包括　：　１）开发出部分重点关注组分的有效监测方法；　２）建立完善的核潜艇舱室空气质量实艇测试　体系，包括监测对象、监测部位和分析方法等；　３）结合新建和改换装后的航行试验，开展了　制度化的实艇测试研究。　３　空气组分特性　分别从常量组分、微量组分和气溶胶等３个方　面，总结归纳美国核潜艇舱室空气组分特性发展历　程和最新现状。　３．１常量组分　常量组分（Ｏ：、ＣＯ　）浓度变化主要来自舱室人　员呼吸。对常量气体的有效控制是保证潜艇长期潜航　的基本前提。核潜艇诞生初期，受限于大气环境控制　系统水平，舱室ＣＯ　浓度长期维持在较高浓度。随着　对ＣＯ：毒理学研究的不断深入和ＣＯ　吸收设备的改进，　舱室ＣＯ：浓度得到有效降低，图２为６０—７０年代５４６　例　。实测表明，通过大气环境综合控制系统改进，　美国核潜艇巡航期间舱室ＣＯ，平均浓度从６０年代的大　于１％逐步降低到７０年代初的０．８５％左右。　２０世纪７０年代初，基于质谱原理的ＣＡＭＳ—Ｉ　装艇后，实现了舱室常量组分和典型微量组分的在　线巡检和自动存储…　。１９９４年，根据ＣＡＭＳ记录的　３．５万小时的水下航行期间舱室空气组分监测数据，　得到Ｏ　和ＣＯ：浓度出现频次如图３所示。从图中　可以看出，这一期间，舱室Ｏ，浓度稳定在２０％左　右，ＣＯ，浓度稳定在０．４％左右。　图２舱室ＣＯ：浓度出现比例　Ｆｉｇ．２　Ｓｕｍｍａ￣ｏｆ　ａｖｅｒａｇｅ　ＣＯ２　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｎ　ＳＳＢＮ　ｐａｔｒｏｌｓ　图３　Ｏ　和ＣＯ：浓度出现频次　Ｆｉｇ．３　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｏ２　ａｎｄ　ＣＯ２　ｒｅａｄｉｎｇｓ　·　·　舰船科学技术　第３８卷　根据２００３年报道，９艘ＳＳＢＮ和１０艘ＳＳＮ的相　的影响，开展了系列化专题研究，包括实验室研究、　海上短期航行测试和长航测试。测试结果表明，改进　关数据表明，ＳＳＢＮ的舱室Ｏ：和Ｃ０２平均浓度分别为　１９．５％（１４８　ｍｍＨｇ）和０．３５％，ＳＳＮ的舱室Ｏ　和　前后舱室ｃＯ等空气组分浓度不存在显著差异　。　１９９６—２００１年期间，基于前期研究成果，增加　了核潜艇舱室空气回顾分析手段，如全空气采样和　Ｃ０，平均浓度为１９．６％（１４９　ｍｍＨｇ）和０．４１％”…。　３．２微量组分　３．２．１探索期　多种主动吸附采样管采样等¨　。其中，针对同一艘　潜艇的多个航次不同采样方法的分析结果见表５和　表６；某艇巡航期间的污染物逐１３浓度变化情况如　核潜艇诞生初期的随艇大气监测，即发现舱室　空气中存在很高浓度的总烃（即碳氢化合物），峰　值高达２００　ｍｇ／ｍ。左右¨，　，舱室总烃散发速率达　０．６８　ｋｇ／ｄ［　。　文献［５］对这一阶段的研究情况进行总结，给　出检出的１２５种微量组分清单及其主要散发来源。　这些组分中，主要为脂肪烃（６０％～７０％）和芳香　烃（２５％～３０％）。。　，其中部分典型污染物浓度见　表２。相关研究报告表明，在这一阶段，由于舱室　空气品质不佳，美国核潜艇曾发生多起大气相关事　故，导致艇员健康受损或任务失败　。　简言之，受限于这一阶段的科技水平，舱室大　气微量组分浓度测试结果较为离散，多为定性分析，　且缺乏巡航周期内的浓度连续变化趋势研究。　表２美国早期核潜艇典型微量组分浓度　Ｔａｂ．２　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｅ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ　ａｂｏａｒｄ　ｅａｒｌｙ　ＵＳ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ　３．２．２发展期　１９８７—１９８８年期间，美国针对３艘不同型号核　潜艇，开展了航行期间空气微量组分主动采样回顾　分析研究，结果表明　：　１）ＳＳＮ上脂肪烃浓度相对较高，ＳＳＢＮ上卤代　烃和芳香烃浓度相对较高（见表３）；　２）潜艇大气环境混合较为均匀，舱内各个区　域的各类污染物平均浓度基本一致，差异较小，如　某ＳＳＢＮ典型舱室部位浓度检测结果（见表４）；　３）微量污染物浓度水平均在ｐｐｂ级，但分析结　果均为短期采样样品，采样量远小于总周期的　１０％，故不能确定艇员长期暴露量是否超过９０　ｄ连　续暴露限值。　９０年代初，为了研究氟利昂替代对舱室空气组成　图４所示。结果表明，舱室微量空气组分实测浓度　均小于ＣＥＧＬ。。　。　表３　核潜艇舱室微量组分浓度（ｐｐｂ）　Ｔａｂ．３　Ａｖｅｒａｇｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｅ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ　ａｂｏａｒｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ（ｐｐｂ）　采样批次　１　２　３　表４　“阿拉巴马”号核潜艇不同区域微量组分浓度（ｐｐｂ）　Ｔａｂ．４　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｉｎ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＳＳ　Ａｌａｂａｍａ（ｐｐｂ）　机舱　辅机舱　住舱　餐厅　若　６２　６ｌ　８８　７８　甲苯　９７　９１　１１５　９５　二甲苯　３９　３８　５１　３５　乙苯　７　７　１　７　辛烷　１０　９　１３　１０　壬烷　７　５　７　６　癸烷　６　４　５　３　十二烷４　４　５　３　四氯化碳　３　６　４　２　三氯乙烷　１５１　１４８　２３４　１５３　三氯乙烯　２８　２６　３２　２９　四氯乙烯　２　２　３　２　氯苯　１　２　１　１　第１期　余　涛，等：国外核潜艇舱室空气组分特性研究综述　·５·　表５　“阿拉巴马”号核潜艇不同区域微量组分浓度（ｐｐｂ）　Ｔａｂ．５　Ａｖｅｒａｇｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ（±ｓｔａｎｄａｒｄ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）ａｂｏａｒｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ（ｐｐｂ）　通过这一阶段的研究，基本明确了核潜艇舱室　空气组分时空分布的基本特性和主要影响因素，建　立了舱室空气污染数据库，为后续开展艇员健康评　价打下了基础。　３．２．３　完善期　这一阶段，通过借鉴民用环境监测领域的最　新研究成果，结合ＳＡＨＡＰ计划，开展了典型商业　电化学传感器的潜艇环境适用性研究　和典型微　量空气组分的被动采样技术研究¨　，筛选和开发　出适用于艇上环境的典型污染物检测用电化学传　感器和被动采样器。在上述研究的基础上，总结　完善了实艇测试方法，开展了制度化的大气质量　实艇测试研究，近年来开展的部分测试情况见　表７。上述大气质量实艇测试研究成果公开较少，　仅能通过第三方文献引用中获得部分典型空气组　分监测结果，如甲醛、乙醇胺等　。　表６　１９９６—２０００年某核潜艇巡航期间微量组分浓度　（均值４－标准偏差）（ｐｐｂ）　Ｔａｂ．６　Ａｖｅｒａｇｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ（４－ｓｔａｎｄａｒｄ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｂｏａｒｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ（ｐｐｂ）　全空气采样罐采样　Ｃａｒｂｏｔｒａｐ主动采样管采样　巡航１　巡航２　巡航３　巡航４　巡航５　巡航６　巡航天数　１２　１２　１５　４１　２７　３４　１，１一二氯乙烯　３２±３１　２９±２１　１２±１３　１５±２４　１０±６　８±９　二氯甲烷　１１±９　１０±６　１２±４　６±１７　５±６　３±２　三氯乙烷　５６±６１　５１±２９　１２±１３　３９±４１　５５±３４　４３±３５　三氯乙烯　未检测１±０．５未检测　１±９　１±１　１±１　苯　１０±１８　１０±８　６±４　５±９　７±８　１２±１１　甲苯　１８±１４　２２±１０　９±９　１９±２１　１８±８　２８±１５　乙苯４±６　６±５　２±２　７±１２　９±１７　７±４　临、间二甲苯　１５±２４　１７±９　３±４　２７±３５　２０±８　３１±２３　对二甲苯８±１０　６±３　５±６　１９±２６　１４±６　２０±１１　苯乙烯　２±２　２±１　１±２　６±１１　７±３　６±３　１．３，５一三甲基苯１２±１３　１０±５　７±８　８４±１０５　４７±２８　９６±６３　１，２，４一三甲基苯２９±３０　３１±２１　１９±２２　２７６±２７５　１７６±１０６　４３３±２６５　表７　近年来的美国核潜艇大气质量实艇测试情况　Ｔａｂ．７　Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｔｒｉａｌｓ　ｏｎ　ＵＳ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ　图４某潜艇巡航期间舱室典型污染物浓度　Ｆｉｇ．４　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　１，１，１一ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ　ａｎｄ　ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ　ａｂｏａｒｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　３．３　气溶胶　核潜艇诞生之初，美国即针对核潜艇舱室空气　中的气溶胶浓度进行了测试研究，典型测试结果如　图５所示　。其中，早期核潜艇舱室允许吸烟，为　了明确吸烟对舱室气溶胶浓度的影响，测试期间部　分时间禁止吸烟。结果表明：舱室气溶胶浓度在　０．３５ｍｇ／ｍ　左右波动，当舱室禁止吸烟时，气溶胶　浓度降低显著。　之后，随着静电除尘类设备的可靠性提高，舱　室气溶胶浓度显著降低，首部舱室气溶胶浓度稳定　在０．１　ｍｇ／ｍ　左右，尾部舱室气溶胶浓度稳定在　０．２　ｍｇ／ｍ　左右…。　·６·　舰船科０．８　－　０．６　，　宣　·　善０．４　／　．　＾　爱　０．２　／＼　／　、，｝＼／＿＼　一　，　·＼　／　●　．卜……　叫禁止吸烟０　．．　．　０　１００　２００　３００　时间／ｈ　图５　美国早期核潜艇潜航期间舱室气溶胶浓度　Ｆｉｇ．５　Ａｅｒｏｓｏｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅａｒｌｙ　ＵＳ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　表８　“怀俄明”号核潜艇舱室空气超细颗粒浓度　Ｔａｂ．８　Ｕｈｒａｆｉｎｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｒｅｃｏｒｄｅｄ　ｏｎｂｏａｒｄ　ＵＳＳ　Ｗｙｏｍｉｎｇ　２０００年初，为了明确核潜艇舱室超细颗粒　（ＵＦＰ，即直径≤０．１　ｍ的颗粒）浓度分布，研究　了“怀俄明”号弹道导弹核潜艇码头停靠和航行期　间舱室典型部位（机舱、控制室、厨房、住舱、辅　机舱以及休息室）的超细颗粒浓度情况　。结果表　明：核潜艇舱室环境中的ＵＦＰ浓度水平不会对艇员　健康造成危害。首部舱室ＵＦＰ浓度与一般建筑室内　浓度处于同一水平。尾部舱室ＵＦＰ浓度相对较高，　但也低于大部分室外环境。　４　结　语　为了创造良好的核潜艇舱室空气品质，美国开　展了近７０年的空气组分特性研究，取得了一系列显　著成果。研究表明：　１）通过合理设计和控制，密闭人工环境可实　现良好的空气品质，满足设备稳定运行和人员健康　需求。　学技术　第３８卷　２）核潜艇不同部位、不同任务周期和不同艇　型的舱室空气组分之间可能存在显著差异，因此应　定期开展制度化的大气质量实艇测试工作，以明确　大气控制系统的运行状态和主动、被动环境控制措　施的有效性。　上述研究经验和研究成果对我国开展潜艇、航　天和地下人防等密闭人工环境空气品质控制具有一　定的借鉴和参考价值。　参考文献：　［１］　ＫＮＩＧＨＴ　Ｄ　Ｒ，ＴＡＰＰＡＮ　Ｄ　Ｖ，ＢＯＷＭＡＮ　Ｊ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｓｕｂｍ．　ａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｊ］．Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９８９，４９（２）：　２４３—２５１．　［２］　ＭＡＺＵＲＥＫ　Ｗ．Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｍ］．Ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉ’ｎ　ａｉｒｐｌａｎｅ　ｃａｂｉｎｓ　ａｎｄ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｃｌｏｓｅｄ　ｓｐａｃｅｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　Ｂｅｒｌｉｎ　Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，２００５：３５１—３８２．　［３］　ＤＩＡＭＯＮＤ　Ｄ，ＬＵＮＮ　Ｍ，ＢＯＬＬＡＮ　Ｈ．Ｒｏｙａｌ　ｎａｖｙ　ｓｕｂｍａ—　ｒｉｎｅ　ａｉｒ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ—ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ［Ｃ］／／３　１　Ｉｎｔｅｒｎａ—　ｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｏｒｌａｎｄｏ，　Ｆｌｏｒｉｄａ，２００１，７：９—１２．　［４］　ＰＥＥＬ　Ａ　Ｅ，ＡＲＳＡＣ　Ｆ，ＪＯＵＡＮＤＯＮ　Ｅ．Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆｒｅｎｃｈ　ｎａｖｙ［Ｃ］／／ＡＩＡＡ　４０　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　Ｂａｒｃｅｌｏｎａ，Ｓｐａｉｎ，２０１０．　［５］　ＮＲＣ．Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ：Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｉｎ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ．　Ｈｅａｌｔｈ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｄｉｖｅｒｓ　ｏｆ　ｂｒｅａｔｈｉｎｇ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｉｒ　ｕｎｄｅｒ　ｈｙｐｅｒｂａｒｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｒ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ　Ｐｒｅｓｓ，　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄ．Ｃ．，１９８８．　［６］　余秉良，刘爱竹，许峰，等．核潜艇舱室空气污染分析及　卫生学评价［Ｊ］．航天医学与医学工程，１９８９，２（４）：２６９　—２７５．　ＹＵ　Ｂｉｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＬＩＵ　Ａｉ—ｚｈｕ，ＸＵ　Ｆｅｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｈｙｇｉｅｎｉｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｃｈａｍｂｅｒｓ［Ｊ］．Ｓｐａｃｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ＆Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　１９８９，２（４）：２６９—２７５．　［７］　王腾蛟，章晓霞，刘洪林，等．潜艇空气污染物定性分析　研究［Ｊ］．解放军预防医学杂志，１９８８，６（１）：２４—２８．　［８］　罗修裕，汪南平，肖存杰，等．潜艇舱室空气组分定量分　析［Ｊ］．解放军预防医学杂志，１９９０，８（２）：１５７—１５８．　［９］　张晓静，连之伟，兰丽．改善潜艇舱室热舒适和空气品质　的技术探讨［Ｊ］．中国舰船研究，２０１２，７（４）：１１—　１６，２９．　ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｊｉｎｇ，ＬＩＡＮ　Ｚｈｉ—ｗｅｉ，ＬＡＮ　Ｌｉ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　第１期　余涛，等：国外核潜艇舱室空气组分特性研究综述　·７·　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ａｎｄ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｃａｂｉｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，７（４）：　１１—１６，２９．　［１０］　ＮＲＣ．Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｆｏｒ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ：Ｖｏｌｕｍｅ　１［Ｒ］．　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ　Ｐｒｅｓｓ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄ．Ｃ．，２００７．　［１１］　ＷＹＡＴＴ　Ｊ　Ｒ，ＣＡＬＬＡＨＡＮ　Ｊ　Ｈ，ＤＡＬＥＹ　Ｔ　Ｊ．Ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｃ］／／２５　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｊｕｌｙ，　１９９５：１０—１３．　［１２］　ＴＲＥＮＴ　Ｒ　Ｗ．Ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｉｎ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ［Ｊ］．ＡＳＨＲＡＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００１，４３（１）：２０—２３．　［１３］　ＭＩＬＬＥＲ　Ｒ　Ｒ，ＰＬＡＴＴ　Ｖ　Ｒ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｐｕｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｎ　ｎｕｃｌｅａｒ　—ｐｏｗｅｒｅｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ［Ｒ］．Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄ．Ｃ．，１９６０．　［１４］　ＣＡＬＬＡＨＡＮ　Ｊ　Ｈ．ＷＹＡＴＴ　Ｊ　Ｒ．Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｕ．Ｓ．Ｎａｖｙ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｃ］／／２９　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　Ｄｅｎｖｅｒ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ，１９９９，７：１２一ｌ５．　［１５］　ＣＡＬＬＡＨＡＮ　Ｊ　Ｈ，ＤＩＮＡＲＤＩ　Ｓ　Ｒ，ＭＡＮＮＩＮＧ　Ｃ　Ｒ．Ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｏｆ　ＵＳ　Ｎａｖｙ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｃ］／／３２　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓａｎ　Ａｎｔｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ　２００２，７：１５—１８．　［１６］　ＥＶＡＮＳ　Ｔ　Ｗ，ＷＥＲＮＥＲ　Ｊ，ＲＯＳＥ—ＰＥＨＲＳＳＯＮ　Ｓ　Ｌ，ｅｔ　ａ１．　Ｐｈａｓｅ　１：Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｉｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｒ］．ＮＲＬ　Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍ　Ｒｅｐｏｒｔ，ＮＲＬ／ＭＲ／６１１０—０３—８７０４，２００３，８．　［１７］　ＤＥＬＥＹ　Ｔ　Ｊ，ＨＡＧＡＲ　Ｒ　Ａ，ＤＡＮＡＲＤＩ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｔｒｉａｌｓ　ｏｎ　ｕｎｉｔｅｄ　ｓｔａｔｅｓ　ｎａｖｙ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ［Ｒ］．３５　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｒｏｍｅ，　Ｉｔａｌｙ，２００５，７：１１—１４．　［１８］张卫东，余涛，田琬，等．美国密闭环境大气长期监测被　动采样技术研究综述［Ｊ］．舰船科学技术，２０１５，３７（１）：　１—５．　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ—ｄｏｎｇ，ＹＵ　Ｔａｏ，ＴＩＡＮ　Ｗａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｆｏｒ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ａｉｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｎ　ＵＳ　ｅｎｃｌｏｓｅｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｓｈｉｐ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２０１５，３７（１）：１—５．　［１９］ＴＡＮＳＥＹ　Ｗ　Ａ，ＷＩＬＳＯＮ　Ｊ　Ｍ，ＳＣＨＡＥＦＥＲ　Ｋ．Ｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅａｌｔｈ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　１０　ｙｅａｒｓ　ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｓ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｐａｔｒｏｌｓ　［Ｊ］．Ｕｎｄｅｒｓｅａ　Ｂｉｏｍｅｄ．Ｒｅｓ，１９７９，６（Ｓ１）：２１７—２４６．　［２Ｏ］ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｊ　Ｅ．Ｎｕｃｌｅａｒ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ［Ｒ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．　Ｃ．Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，１９６２．　［２１］ＵＭＳＴＥＡＤ　Ｍ　Ｅ，ＳＭＩＴＨ　ＷＤ，ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｊ　Ｅ．Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｂｏａｒｄ　ＵＳＳ　ＳＣＵＬＰＩＮ［Ｒ］．Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，１９６４．　［２２］ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｊ　Ｅ，ＧＨＩＡＮＴＥＬＬＡ　Ａ　Ｊ，ＳＡＵＮＤＥＲＳ　Ｒ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＵＳＳ　ＴＥＣＵＭＳＥＨ　（ＳＳＢＮ６２８）．Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．　Ｃ．，１９６５．　［２３］ＭＣＣＡＲＲＩＣＫ　Ａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ　ｎｅａｒ　ａ　ＵＳ　ｎａｖｙ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｃｒｕｂｂｅｒ［Ｃ］／／４０　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　Ｂａｒｃｅｌｏｎａ，　Ｓｐａｉｎ，２０１０．　［２４］ＪＯＨＮＳＯＮ　Ｋ　Ｊ，ＨＵＧＨＥＳ　Ｊ　Ｍ．Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ　ｆｉｖｅ—ｄａｙ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｄｏｓｉｍｅｔｅｒ　ｂａｄｇｅ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ［Ｒ］．　Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，２０１２．　［２５］ＢＥＮＴＯＮ　Ｐ　Ｊ，ＳＬＡＶＩＮ　Ｄ　Ｅ，ＤＩＮＡＲＤＩ　Ｓ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｔｕｄｙ［Ｒ］．Ｎａｖａｌ　Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｇｒｏｔｏｎ，ＣＴ，２００５．