地鐵車內(nèi)空氣參數(shù)指標(biāo)分析

摘　要　在分析國內(nèi)外建筑室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)研究成果的基礎(chǔ)上,參考鐵路空調(diào)客車空氣參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準,并結(jié)合地鐵客車車體自身特點和運行特點以及車內(nèi)空氣參數(shù)的具體條件,對車內(nèi)空氣參數(shù)的熱舒適性指標(biāo)、空氣品質(zhì)指標(biāo)和氣流組織指標(biāo)的選取進行分析。指出對地鐵客車熱舒適性指標(biāo)的溫、濕度需嚴格控制。同時對地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)指標(biāo)涉及的內(nèi)容和相關(guān)問題進行探討。
關(guān)鍵詞　地下鐵道車輛,空調(diào)客車,空氣參數(shù)
目前地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中,沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以遵循,尤其缺乏車內(nèi)空氣參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準,給地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計帶來一定難度。這樣容易造成車內(nèi)溫、濕度等參數(shù)設(shè)計不合理,無法滿足乘客的熱舒適性要求。車內(nèi)通風(fēng)效果差、低濃度污染物長期存在以及低劣的室內(nèi)空氣品質(zhì),嚴重威脅乘客的身體健康。如不重視車內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)的綜合研究并制定相關(guān)標(biāo)準,必然會出現(xiàn)與病態(tài)建筑綜合癥類似的嚴重問題。本文就地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準涉及的內(nèi)容和相關(guān)問題進行探討。
1 　室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)評價指標(biāo)
1. 1 　室內(nèi)熱環(huán)境評價指標(biāo)
熱環(huán)境是對人的熱損失影響的環(huán)境特性。熱舒適是人對熱環(huán)境滿意與否的表示。熱環(huán)境是客觀存在的;而熱舒適是人的主觀感覺。
國際標(biāo)準組織的標(biāo)準ISO 7730 以丹麥Fanger 教授的PMV(Predicted Mean Vote) 模型為基礎(chǔ),運用PMV -PPD ( Predicted Percentage of Dissatisfied) 指標(biāo)來描述和評價熱環(huán)境。PMV -PPD 指標(biāo)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(biāo)已經(jīng)成為主要的熱環(huán)境評價指標(biāo)。
1. 2 　室內(nèi)空氣品質(zhì)評價指標(biāo)
在美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE) 標(biāo)準ASHRAE62 -1989R 中,首次提出了“ 可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)”的概念,并將其定義為“ 空調(diào)空間中絕大部分人(80 % 或以上) 沒有對室內(nèi)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(chǎn)生嚴重威脅的濃度”。
隨著對室內(nèi)空氣品質(zhì)研究的深入,室內(nèi)空氣的內(nèi)涵不斷擴展。目前,室內(nèi)空氣中發(fā)現(xiàn)所含污染物種類繁多,對空氣品質(zhì)的影響各不相同,因此選取的各項評價指標(biāo)必須具有代表性而避免重復(fù)。除新風(fēng)量是最基本也是最重要的指標(biāo)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(nèi)細菌總數(shù)、溫度、相對濕度、風(fēng)速等12 個指標(biāo)。
1. 3 　室內(nèi)氣流組織評價指標(biāo)
室內(nèi)氣流組織是指氣流的流型與分布特性。室內(nèi)空氣齡、新鮮空氣的利用率、室內(nèi)的換氣效率、空氣的排污效率等指標(biāo)可用來反映所選擇的氣流組織是否恰當(dāng)。
合理的氣流組織,不僅可以將新鮮空氣按質(zhì)按量送到工作區(qū),還可以及時將污染物排出,提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。由于對室內(nèi)氣流組織問題的重要性認識較晚,因而至今尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準。一般認為,室內(nèi)氣流組織的評價指標(biāo)至少應(yīng)包括室內(nèi)空氣齡、新鮮空氣的利用率、室內(nèi)的換氣效率和空氣的排污效率、空氣流速、質(zhì)點空氣變化率等。其中室內(nèi)的換氣效率、室內(nèi)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(biāo)。
1. 4 　綜合評價
從熱環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)的定義出發(fā),不應(yīng)將室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)僅僅等同于一系列污染控制指標(biāo),并簡單地判斷這些指標(biāo)是否合格;而應(yīng)采用主觀評價和客觀評價相結(jié)合的方法,對室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)進行綜合分析。
2 　地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)選取
過去,室內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準主要以溫、濕度為指標(biāo)的熱舒適性為主,涉及空氣品質(zhì)的也只有二氧化碳含量、含塵量、新風(fēng)量,對其它低濃度污染體的認識不夠。隨著空氣品質(zhì)的深入研究及對低濃度污染物認識的加深,發(fā)現(xiàn)其對人體身心健康有很大影響。因而在制訂地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準時,要考慮將這些低濃度污染物控制在衛(wèi)生標(biāo)準允許的范圍內(nèi)。
地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)可根據(jù)建筑空調(diào)室內(nèi)空氣參數(shù)研究成果,從地鐵車輛的實際情況出發(fā),結(jié)合熱環(huán)境、空氣品質(zhì)、氣流組織等三方面評價的各項指標(biāo)來選取。
2. 1 　熱舒適性指標(biāo)
(1) 溫度
溫度是影響人體熱舒適性的重要指標(biāo)。有效溫度(ET3 ) 是一個等效的干球溫度。ET3 值把真實環(huán)境下的空氣溫度、相對濕度和平均輻射溫度規(guī)整為一個溫度參數(shù),使具有不同空氣溫度、相對濕度和平均輻射溫度的環(huán)境能用一個ET3 值相互比較。它綜合評價室內(nèi)的熱環(huán)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(biāo)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(guān)的現(xiàn)象有很大的影響,因此將濕度又單獨作為一個指標(biāo)。
(3) 空氣流速
空氣流速是車內(nèi)熱舒適性的重要指標(biāo),也是車內(nèi)空氣參數(shù)的一項重要指標(biāo)。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(shù)及濕交換系數(shù),使對流散熱和水分蒸發(fā)散熱隨之增強,加劇人的冷感。氣流速度過小,且衰減快,風(fēng)吹不到地面,容易造成車內(nèi)垂直溫差過大,有頭涼腳熱的感覺。
2. 2 　空氣品質(zhì)指標(biāo)
(1) 新風(fēng)量
新風(fēng)量是車內(nèi)空氣品質(zhì)的一項重要基本指標(biāo), 其作用是調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣質(zhì)量,使車內(nèi)環(huán)境中的各種污染物濃度保持在衛(wèi)生標(biāo)準所容許的濃度值以下。人們對新風(fēng)的研究已從僅僅注重其“ 量”轉(zhuǎn)變到更關(guān)注其“質(zhì)”的問題上來,強調(diào)新風(fēng)的利用效率和新鮮程度。傳統(tǒng)觀念認為,新風(fēng)僅是為清除人體所產(chǎn)生的生物污染。而ASHRAE62 -1989R 中認為用以確定新風(fēng)量的污染物來自人體和室內(nèi)氣體污染源兩方面,對最小新風(fēng)量提出了新的、更嚴格的要求。因此,在空氣參數(shù)標(biāo)準對新風(fēng)量的要求仍不能忽視。
(2) 二氧化碳(CO2)
CO2 是車內(nèi)污染物的主要成分,它由人呼出, 其發(fā)生量與人數(shù)及活動量有關(guān)。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(chǎn)物及其它揮發(fā)氣體(異味產(chǎn)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(fā)的情況。因此CO2 濃度指標(biāo)可以作為車內(nèi)異味(主要是人體體味) 或其它有害物質(zhì)的污染程度的評價指標(biāo),也是可以反映室內(nèi)通風(fēng)情況的評價指標(biāo),是判斷空調(diào)列車污染程度最主要的參數(shù)之一。
(3) 一氧化碳(CO)
CO 作為主要的燃燒產(chǎn)物,往往被作為室內(nèi)環(huán)境煙霧的評價指標(biāo)。ASHRAE62 -1989R 認為, 只要室內(nèi)出現(xiàn)環(huán)境煙草煙霧( ETS) ,就不能達到可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)。據(jù)此,一旦車內(nèi)有吸煙現(xiàn)象發(fā)生,地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣品質(zhì)肯定達不到要求。因此將CO 選為車內(nèi)空氣參數(shù)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(nèi)運行,運行中因電刷、閘瓦制動產(chǎn)生的粉末及隧道內(nèi)灰塵,必然會通過各種渠道進入車內(nèi)。人員的龐雜及其上下流動性較大,對車內(nèi)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(nèi)空氣品質(zhì)必要的衡量指標(biāo)。
(5) 揮發(fā)性有機化合物(VOC)
地鐵車輛為保證車體氣密性及車內(nèi)裝飾和節(jié)能的要求,車內(nèi)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(nèi)污染物的增加,影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。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(zhì)為甲醛。在空氣參數(shù)標(biāo)準中應(yīng)將甲醛作為一項控制標(biāo)準。
(6) 二氧化硫(SO2)
室內(nèi)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(chǎn)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(zhì)指標(biāo)之一。
(7) 空氣微生物
客車內(nèi)空氣中細菌的來源很多,必須選定一個指標(biāo)來反映空氣微生物的污染情況。室內(nèi)空氣細菌學(xué)的評價指標(biāo)技術(shù)一般多采用細菌總數(shù)。我國仿照日本采用層降菌法,以菌落數(shù)判斷空氣清潔程度。
(8) 空氣負氧離子
根據(jù)人體衛(wèi)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(dāng)負氧離子濃度達到一定程度, 可降低車內(nèi)的漂塵、CO2 含量、細菌數(shù)目等,也可消除懸浮的微生物、車內(nèi)有害氣體、霉菌,并抑制細菌滋生,改善車內(nèi)的空氣品質(zhì)。考慮到空調(diào)客車人員密度極大的特殊情況,有必要將其作為衡量車內(nèi)空氣品質(zhì)的指標(biāo)之一。
2. 3 　氣流組織指標(biāo)
換氣次數(shù)是一項傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計參數(shù)。室內(nèi)空氣齡定量反映了室內(nèi)空氣的新鮮程度,可以綜合衡量車內(nèi)的通風(fēng)換氣效果。地鐵空調(diào)客車雖然車內(nèi)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(guān)門頻繁、乘客停留時間短,因此只要保證一定換氣次數(shù)就可獲得較好的通風(fēng)換氣效果,無須具體地研究空氣齡等指標(biāo)。
3 　地鐵空調(diào)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(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準經(jīng)過長期研究,積累了豐富的成果,也為地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準的研究提供了經(jīng)驗。但地鐵車輛空調(diào)與地面鐵道車輛空調(diào)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(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準也應(yīng)有所區(qū)別。
3. 2 　地鐵車輛運行特點
地鐵空調(diào)客車雖然室內(nèi)空間狹小、人員密度大,但運行區(qū)間短、乘客逗留時間短、上下乘客相對多,乘客對車內(nèi)溫、濕度感受十分明顯,但對空氣品質(zhì)敏感程度相對較低。可見,乘客對車內(nèi)熱舒適性的溫、濕度的指標(biāo)要求較高,對車內(nèi)空氣品質(zhì)的要求相對低一些。因此,建議車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準中仍然以熱舒適性指標(biāo)為主,而空氣品質(zhì)中某些指標(biāo)可適當(dāng)降低,其中CO2 含量和含塵量標(biāo)準可以適當(dāng)放寬。
3. 3 　空氣流速
空氣流速不僅是室內(nèi)熱舒適性的重要指標(biāo),也是室內(nèi)空氣參數(shù)的一項重要指標(biāo)。地鐵客車室內(nèi)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(shù)人處于站立狀態(tài)),因此不能直接把風(fēng)送到地板上,會有頭涼足熱的感覺。此外,由于工作區(qū)離送風(fēng)口較近,給送、回風(fēng)帶來一定難度:若送風(fēng)的平均風(fēng)速低,乘客就會感到不涼爽,且由于風(fēng)速低、衰減快而排風(fēng)困難,容易造成送風(fēng)短路(即風(fēng)剛出送風(fēng)口未經(jīng)人體熱交換就會從回風(fēng)口又回到機組);若風(fēng)速過高,由于出風(fēng)口溫度低(僅15～20 ℃),又會使人有吹冷風(fēng)的感覺。因而,地鐵客車室內(nèi)的空氣流速指標(biāo)應(yīng)充分考慮上述影響因素,與建筑空調(diào)及鐵路客車標(biāo)準有較大區(qū)別。道內(nèi)的空氣主要是通過隧道通風(fēng)設(shè)備攝取的地面空氣,在通風(fēng)過程中可能出現(xiàn)二次污染,其“ 質(zhì)”有所下降。
3. 4 　新風(fēng)問題
同時地鐵運行時產(chǎn)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(nèi)的空氣。在地鐵車輛的新風(fēng)問題上,不僅要制,一定程度上限制了車內(nèi)新風(fēng)量的攝取。新風(fēng)清注重“量”,更要注重“質(zhì)”的要求。特別是地鐵客車潔度近年也受到人們的關(guān)注,在地鐵空調(diào)客車內(nèi)新新風(fēng)量受到各種限制時, 新風(fēng)利用率更加顯得重風(fēng)的質(zhì)量也應(yīng)該引起重視。特別是地鐵車輛在隧要。道內(nèi)運行,客車吸入的新風(fēng)是隧道內(nèi)的空氣。

參　考　文　獻
1 　ASHRAE Standard 62 -1989R : Ventilation for acceptable indoor air quality. 1989
2 　Abdou O A , Losch H G. The impact of the building indoor environment on occupant productivity -recent of indoor air quality. ASHRAE Trans , 1994 : 902
3 　Persily A K. Evaluating Building IAQ and Ventilation with Indoor Carbon Dioxide. ASHRAE Trans , 1997 : 193
4 　沈晉明. 室內(nèi)污染物與室內(nèi)空氣品質(zhì)評價. 通風(fēng)除塵,1995 ,24(4) :10
5 　李先庭,楊建榮,王欣. 室內(nèi)空氣品質(zhì)研究現(xiàn)況與發(fā)展. 暖通空調(diào),2000 ,30(3) :36～40
6 　鄭徐濱. 地鐵客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)分析. 鐵道車輛,2000 ,8(12) :55～57
7 　向獻紅,郝晉豫,彭彪等. 客車車內(nèi)空氣品質(zhì)問題探討. 鐵道車輛,1998 ,36(3) :25～27