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(zhǔn),并結(jié)合地鐵客車車體自身特點(diǎn)和運(yùn)行特點(diǎn)以及車內(nèi)空氣參數(shù)的具體條件,對(duì)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(jìn)行分析。指出對(duì)地鐵客車熱舒適性指標(biāo)的溫、濕度需嚴(yán)格控制。同時(shí)對(duì)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(jìn)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(jì)過程中,沒有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以遵循,尤其缺乏車內(nèi)空氣參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),給地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǎng)期存在以及低劣的室內(nèi)空氣品質(zhì),嚴(yán)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(zhǔn),必然會(huì)出現(xiàn)與病態(tài)建筑綜合癥類似的嚴(yán)重問題。本文就地鐵空調(diào)客車車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及的內(nèi)容和相關(guān)問題進(jìn)行探討。
1 　室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)
1. 1 　室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)
熱環(huán)境是對(duì)人的熱損失影響的環(huán)境特性。熱舒適是人對(duì)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(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn)ISO 7730 以丹麥Fanger 教授的PMV(Predicted Mean Vote) 模型為基礎(chǔ),運(yùn)用PMV -PPD ( Predicted Percentage of Dissatisfied) 指標(biāo)來描述和評(píng)價(jià)熱環(huán)境。PMV -PPD 指標(biāo)綜合了影響人體熱感覺的6 個(gè)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(dòng)強(qiáng)度。目前,這些指標(biāo)已經(jīng)成為主要的熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。
1. 2 　室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)
在美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(ASHRAE) 標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(dá)到了可能對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅的濃度”。
隨著對(duì)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(kuò)展。目前,室內(nèi)空氣中發(fā)現(xiàn)所含污染物種類繁多,對(duì)空氣品質(zhì)的影響各不相同,因此選取的各項(xiàng)評(píng)價(jià)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(xì)菌總數(shù)、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等12 個(gè)指標(biāo)。
1. 3 　室內(nèi)氣流組織評(píng)價(jià)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(shí)將污染物排出,提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。由于對(duì)室內(nèi)氣流組織問題的重要性認(rèn)識(shí)較晚,因而至今尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為,室內(nèi)氣流組織的評(píng)價(jià)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(diǎn)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(duì)氣流組織進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)。
1. 4 　綜合評(píng)價(jià)
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(jiǎn)單地判斷這些指標(biāo)是否合格;而應(yīng)采用主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法,對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)進(jìn)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(zhǔn)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(duì)其它低濃度污染體的認(rèn)識(shí)不夠。隨著空氣品質(zhì)的深入研究及對(duì)低濃度污染物認(rèn)識(shí)的加深,發(fā)現(xiàn)其對(duì)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(zhǔn)時(shí),要考慮將這些低濃度污染物控制在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(píng)價(jià)的各項(xiàng)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(gè)等效的干球溫度。ET3 值把真實(shí)環(huán)境下的空氣溫度、相對(duì)濕度和平均輻射溫度規(guī)整為一個(gè)溫度參數(shù),使具有不同空氣溫度、相對(duì)濕度和平均輻射溫度的環(huán)境能用一個(gè)ET3 值相互比較。它綜合評(píng)價(jià)室內(nèi)的熱環(huán)境的狀況。
(2) 相對(duì)濕度
對(duì)靜坐者的舒適性來說,濕度對(duì)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(duì)呼吸的健康、霉菌的生長(zhǎng)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(dú)作為一個(gè)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(xiàng)重要指標(biāo)。大量研究表明,空氣流速對(duì)人的熱舒適感有很大的影響。氣流速度增大時(shí),會(huì)提高對(duì)流換熱系數(shù)及濕交換系數(shù),使對(duì)流散熱和水分蒸發(fā)散熱隨之增強(qiáng),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(xiàng)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(zhǔn)所容許的濃度值以下。人們對(duì)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(qiáng)調(diào)新風(fēng)的利用效率和新鮮程度。傳統(tǒng)觀念認(rèn)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(rèn)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(duì)最小新風(fēng)量提出了新的、更嚴(yán)格的要求。因此,在空氣參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(dòng)量有關(guān)。人們?cè)诤舫鯟O2 的同時(shí),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(chǎng)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(píng)價(jià)指標(biāo),也是可以反映室內(nèi)通風(fēng)情況的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)。ASHRAE62 -1989R 認(rèn)為, 只要室內(nèi)出現(xiàn)環(huán)境煙草煙霧( ETS) ,就不能達(dá)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(dá)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(yùn)行,運(yùn)行中因電刷、閘瓦制動(dòng)產(chǎn)生的粉末及隧道內(nèi)灰塵,必然會(huì)通過各種渠道進(jìn)入車內(nèi)。人員的龐雜及其上下流動(dòng)性較大,對(duì)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(jī)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(huì)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(zhǔn)中應(yīng)將甲醛作為一項(xiàng)控制標(biāo)準(zhǔn)。
(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(xì)菌的來源很多,必須選定一個(gè)指標(biāo)來反映空氣微生物的污染情況。室內(nèi)空氣細(xì)菌學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)技術(shù)一般多采用細(xì)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(fù)氧離子
根據(jù)人體衛(wèi)生要求,在每立方米的空間負(fù)氧離子含量不少于400 個(gè),否則人就會(huì)感到不適。當(dāng)負(fù)氧離子濃度達(dá)到一定程度, 可降低車內(nèi)的漂塵、CO2 含量、細(xì)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(xì)菌滋生,改善車內(nèi)的空氣品質(zhì)?？紤]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(xiàng)傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)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(zhǔn)經(jīng)過長(zhǎng)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(zhǔn)的研究提供了經(jīng)驗(yàn)。但地鐵車輛空調(diào)與地面鐵道車輛空調(diào)在運(yùn)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(zhǔn)也應(yīng)有所區(qū)別。
3. 2 　地鐵車輛運(yùn)行特點(diǎn)
地鐵空調(diào)客車雖然室內(nèi)空間狹小、人員密度大,但運(yùn)行區(qū)間短、乘客逗留時(shí)間短、上下乘客相對(duì)多,乘客對(duì)車內(nèi)溫、濕度感受十分明顯,但對(duì)空氣品質(zhì)敏感程度相對(duì)較低?？梢?乘客對(duì)車內(nèi)熱舒適性的溫、濕度的指標(biāo)要求較高,對(duì)車內(nèi)空氣品質(zhì)的要求相對(duì)低一些。因此,建議車內(nèi)空氣參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(xiàng)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(yán)重超員時(shí)可達(dá)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(huì)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(huì)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(huì)從回風(fēng)口又回到機(jī)組);若風(fēng)速過高,由于出風(fēng)口溫度低(僅15～20 ℃),又會(huì)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(zhǔn)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(shí)地鐵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量灰塵,也將污染受地鐵車輛限界影響,制冷機(jī)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(shí), 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(yùn)行,客車吸入的新風(fēng)是隧道內(nèi)的空氣。

參　考　文　獻(xiàn)
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