地鐵車內空氣參數指標分析

摘　要　在分析國內外建筑室內環境品質研究成果的基礎上,參考鐵路空調客車空氣參數的相關標準,并結合地鐵客車車體自身特點和運行特點以及車內空氣參數的具體條件,對車內空氣參數的熱舒適性指標、空氣品質指標和氣流組織指標的選取進行分析。指出對地鐵客車熱舒適性指標的溫、濕度需嚴格控制。同時對地鐵空調客車車內空氣參數指標涉及的內容和相關問題進行探討。
關鍵詞　地下鐵道車輛,空調客車,空氣參數
目前地鐵車輛空調系統設計過程中,沒有現成經驗可以遵循,尤其缺乏車內空氣參數的相關標準,給地鐵車輛空調系統設計帶來一定難度。這樣容易造成車內溫、濕度等參數設計不合理,無法滿足乘客的熱舒適性要求。車內通風效果差、低濃度污染物長期存在以及低劣的室內空氣品質,嚴重威脅乘客的身體健康。如不重視車內空氣環境品質的綜合研究并制定相關標準,必然會出現與病態建筑綜合癥類似的嚴重問題。本文就地鐵空調客車車內空氣參數標準涉及的內容和相關問題進行探討。
1 　室內環境品質評價指標
1. 1 　室內熱環境評價指標
熱環境是對人的熱損失影響的環境特性。熱舒適是人對熱環境滿意與否的表示。熱環境是客觀存在的;而熱舒適是人的主觀感覺。
國際標準組織的標準ISO 7730 以丹麥Fanger 教授的PMV(Predicted Mean Vote) 模型為基礎,運用PMV -PPD ( Predicted Percentage of Dissatisfied) 指標來描述和評價熱環境。PMV -PPD 指標綜合了影響人體熱感覺的6 個因素,即:空氣溫度、濕度、平均輻射溫度、空氣流速、衣服熱阻和活動強度。目前,這些指標已經成為主要的熱環境評價指標。
1. 2 　室內空氣品質評價指標
在美國暖通空調工程師協會(ASHRAE) 標準ASHRAE62 -1989R 中,首次提出了“ 可接受的室內空氣品質”的概念,并將其定義為“ 空調空間中絕大部分人(80 % 或以上) 沒有對室內空氣表示不滿意, 并且空氣中沒有已知的污染物濃度達到了可能對人體健康產生嚴重威脅的濃度”。
隨著對室內空氣品質研究的深入,室內空氣的內涵不斷擴展。目前,室內空氣中發現所含污染物種類繁多,對空氣品質的影響各不相同,因此選取的各項評價指標必須具有代表性而避免重復。除新風量是最基本也是最重要的指標外,一般還推薦一氧化碳、二氧化碳、可吸入性微粒(IP) 、二氧化硫、甲醛、室內細菌總數、溫度、相對濕度、風速等12 個指標。
1. 3 　室內氣流組織評價指標
室內氣流組織是指氣流的流型與分布特性。室內空氣齡、新鮮空氣的利用率、室內的換氣效率、空氣的排污效率等指標可用來反映所選擇的氣流組織是否恰當。
合理的氣流組織,不僅可以將新鮮空氣按質按量送到工作區,還可以及時將污染物排出,提高室內空氣品質。由于對室內氣流組織問題的重要性認識較晚,因而至今尚未形成統一的標準。一般認為,室內氣流組織的評價指標至少應包括室內空氣齡、新鮮空氣的利用率、室內的換氣效率和空氣的排污效率、空氣流速、質點空氣變化率等。其中室內的換氣效率、室內的排污效率是從排除污染物的角度對氣流組織進行評價的指標。
1. 4 　綜合評價
從熱環境和室內空氣品質的定義出發,不應將室內環境品質僅僅等同于一系列污染控制指標,并簡單地判斷這些指標是否合格;而應采用主觀評價和客觀評價相結合的方法,對室內空氣環境品質進行綜合分析。
2 　地鐵空調客車車內空氣參數選取
過去,室內空氣參數標準主要以溫、濕度為指標的熱舒適性為主,涉及空氣品質的也只有二氧化碳含量、含塵量、新風量,對其它低濃度污染體的認識不夠。隨著空氣品質的深入研究及對低濃度污染物認識的加深,發現其對人體身心健康有很大影響。因而在制訂地鐵空調客車車內空氣參數標準時,要考慮將這些低濃度污染物控制在衛生標準允許的范圍內。
地鐵空調客車車內空氣參數可根據建筑空調室內空氣參數研究成果,從地鐵車輛的實際情況出發,結合熱環境、空氣品質、氣流組織等三方面評價的各項指標來選取。
2. 1 　熱舒適性指標
(1) 溫度
溫度是影響人體熱舒適性的重要指標。有效溫度(ET3 ) 是一個等效的干球溫度。ET3 值把真實環境下的空氣溫度、相對濕度和平均輻射溫度規整為一個溫度參數,使具有不同空氣溫度、相對濕度和平均輻射溫度的環境能用一個ET3 值相互比較。它綜合評價室內的熱環境的狀況。
(2) 相對濕度
對靜坐者的舒適性來說,濕度對人體熱舒適性的影響不大。雖在有效溫度指標也包含了濕度的作用,但由于濕度對呼吸的健康、霉菌的生長和其它與濕度有關的現象有很大的影響,因此將濕度又單獨作為一個指標。
(3) 空氣流速
空氣流速是車內熱舒適性的重要指標,也是車內空氣參數的一項重要指標。大量研究表明,空氣流速對人的熱舒適感有很大的影響。氣流速度增大時,會提高對流換熱系數及濕交換系數,使對流散熱和水分蒸發散熱隨之增強,加劇人的冷感。氣流速度過小,且衰減快,風吹不到地面,容易造成車內垂直溫差過大,有頭涼腳熱的感覺。
2. 2 　空氣品質指標
(1) 新風量
新風量是車內空氣品質的一項重要基本指標, 其作用是調節車內空氣質量,使車內環境中的各種污染物濃度保持在衛生標準所容許的濃度值以下。人們對新風的研究已從僅僅注重其“ 量”轉變到更關注其“質”的問題上來,強調新風的利用效率和新鮮程度。傳統觀念認為,新風僅是為清除人體所產生的生物污染。而ASHRAE62 -1989R 中認為用以確定新風量的污染物來自人體和室內氣體污染源兩方面,對最小新風量提出了新的、更嚴格的要求。因此,在空氣參數標準對新風量的要求仍不能忽視。
(2) 二氧化碳(CO2)
CO2 是車內污染物的主要成分,它由人呼出, 其發生量與人數及活動量有關。人們在呼出CO2 的同時,身體其他部分也不斷排出污染物,如汗的分解產物及其它揮發氣體(異味產生的主要因素) 。在以人為主要污染源的場合,CO2 濃度的高低基本上能完全反映人體污染物散發的情況。因此CO2 濃度指標可以作為車內異味(主要是人體體味) 或其它有害物質的污染程度的評價指標,也是可以反映室內通風情況的評價指標,是判斷空調列車污染程度最主要的參數之一。
(3) 一氧化碳(CO)
CO 作為主要的燃燒產物,往往被作為室內環境煙霧的評價指標。ASHRAE62 -1989R 認為, 只要室內出現環境煙草煙霧( ETS) ,就不能達到可接受的室內空氣品質。據此,一旦車內有吸煙現象發生,地鐵空調客車車內空氣品質肯定達不到要求。因此將CO 選為車內空氣參數的目的是防止CO 濃度過高而危害人的健康。
(4) 可吸入性微粒(IP)
地鐵在隧道內運行,運行中因電刷、閘瓦制動產生的粉末及隧道內灰塵,必然會通過各種渠道進入車內。人員的龐雜及其上下流動性較大,對車內塵埃濃度有很大的影響。再加煙霧中含有大量的煙塵微粒,使可吸入性微粒也成為車內空氣品質必要的衡量指標。
(5) 揮發性有機化合物(VOC)
地鐵車輛為保證車體氣密性及車內裝飾和節能的要求,車內使用了大量的裝飾材料和保溫材料。這些材料釋放的VOC , 造成車內污染物的增加,影響室內空氣品質。VOC 的濃度過高會直接刺激人們的嗅覺和其它器官。其主要代表物質為甲醛。在空氣參數標準中應將甲醛作為一項控制標準。
(6) 二氧化硫(SO2)
室內空氣中含有的SO2 成分主要來自室外大氣污染滲透和吸煙產生的煙霧之中,雖然SO2 濃度不是很高,但由于其危害性較大,也將其選取為空氣品質指標之一。
(7) 空氣微生物
客車內空氣中細菌的來源很多,必須選定一個指標來反映空氣微生物的污染情況。室內空氣細菌學的評價指標技術一般多采用細菌總數。我國仿照日本采用層降菌法,以菌落數判斷空氣清潔程度。
(8) 空氣負氧離子
根據人體衛生要求,在每立方米的空間負氧離子含量不少于400 個,否則人就會感到不適。當負氧離子濃度達到一定程度, 可降低車內的漂塵、CO2 含量、細菌數目等,也可消除懸浮的微生物、車內有害氣體、霉菌,并抑制細菌滋生,改善車內的空氣品質。考慮到空調客車人員密度極大的特殊情況,有必要將其作為衡量車內空氣品質的指標之一。
2. 3 　氣流組織指標
換氣次數是一項傳統的通風設計參數。室內空氣齡定量反映了室內空氣的新鮮程度,可以綜合衡量車內的通風換氣效果。地鐵空調客車雖然車內限界低、空間狹小、人員多且站立,但車輛到站頻繁、車門多且寬、開關門頻繁、乘客停留時間短,因此只要保證一定換氣次數就可獲得較好的通風換氣效果,無須具體地研究空氣齡等指標。
3 　地鐵空調客車的特殊性
3. 1 　地鐵車輛與鐵道車輛
地鐵車輛從某種程度上可視為“ 移動的建筑物”,與地面鐵路客車有許多相似之處。地面鐵路客車車內空氣參數標準經過長期研究,積累了豐富的成果,也為地鐵空調客車車內空氣參數標準的研究提供了經驗。但地鐵車輛空調與地面鐵道車輛空調在運行條件和舒適性要求方面有很大差別,因而兩者的車內空氣參數標準也應有所區別。
3. 2 　地鐵車輛運行特點
地鐵空調客車雖然室內空間狹小、人員密度大,但運行區間短、乘客逗留時間短、上下乘客相對多,乘客對車內溫、濕度感受十分明顯,但對空氣品質敏感程度相對較低。可見,乘客對車內熱舒適性的溫、濕度的指標要求較高,對車內空氣品質的要求相對低一些。因此,建議車內空氣參數標準中仍然以熱舒適性指標為主,而空氣品質中某些指標可適當降低,其中CO2 含量和含塵量標準可以適當放寬。
3. 3 　空氣流速
空氣流速不僅是室內熱舒適性的重要指標,也是室內空氣參數的一項重要指標。地鐵客車室內限界低、空間狹小,頂高僅為2. 1 m 左右,且乘客人員多(定員為6 人/m2 ,嚴重超員時可達8 人/m2 ,多數人處于站立狀態),因此不能直接把風送到地板上,會有頭涼足熱的感覺。此外,由于工作區離送風口較近,給送、回風帶來一定難度:若送風的平均風速低,乘客就會感到不涼爽,且由于風速低、衰減快而排風困難,容易造成送風短路(即風剛出送風口未經人體熱交換就會從回風口又回到機組);若風速過高,由于出風口溫度低(僅15～20 ℃),又會使人有吹冷風的感覺。因而,地鐵客車室內的空氣流速指標應充分考慮上述影響因素,與建筑空調及鐵路客車標準有較大區別。道內的空氣主要是通過隧道通風設備攝取的地面空氣,在通風過程中可能出現二次污染,其“ 質”有所下降。
3. 4 　新風問題
同時地鐵運行時產生大量灰塵,也將污染受地鐵車輛限界影響,制冷機組的選型受到限隧道內的空氣。在地鐵車輛的新風問題上,不僅要制,一定程度上限制了車內新風量的攝取。新風清注重“量”,更要注重“質”的要求。特別是地鐵客車潔度近年也受到人們的關注,在地鐵空調客車內新新風量受到各種限制時, 新風利用率更加顯得重風的質量也應該引起重視。特別是地鐵車輛在隧要。道內運行,客車吸入的新風是隧道內的空氣。

參　考　文　獻
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