地铁车内空气参数指标分析
摘 要 在分析国内外建筑室内环境品质研究成果的基础上,参考铁路空调客车空气参数的相关标准,并结合地铁客车车体自身特点和运行特点以及车内空气参数的具体条件,对车内空气参数的热舒适性指标、空气品质指标和气流组织指标的选取进行分析。指出对地铁客车热舒适性指标的温、湿度需严格控制。同时对地铁空调客车车内空气参数指标涉及的内容和相关问题进行探讨。
关键词 地下铁道车辆,空调客车,空气参数
目前地铁车辆空调系统设计过程中,没有现成经验可以遵循,尤其缺乏车内空气参数的相关标准,给地铁车辆空调系统设计带来一定难度。这样容易造成车内温、湿度等参数设计不合理,无法满足乘客的热舒适性要求。车内通风效果差、低浓度污染物长期存在以及低劣的室内空气品质,严重威胁乘客的身体健康。如不重视车内空气环境品质的综合研究并制定相关标准,必然会出现与病态建筑综合症类似的严重问题。本文就地铁空调客车车内空气参数标准涉及的内容和相关问题进行探讨。
1 室内环境品质评价指标
1. 1 室内热环境评价指标
热环境是对人的热损失影响的环境特性。热舒适是人对热环境满意与否的表示。热环境是客观存在的;而热舒适是人的主观感觉。
国际标准组织的标准ISO 7730 以丹麦Fanger 教授的PMV(Predicted Mean Vote) 模型为基础,运用PMV -PPD ( Predicted Percentage of Dissatisfied) 指标来描述和评价热环境。PMV -PPD 指标综合了影响人体热感觉的6 个因素,即:空气温度、湿度、平均辐射温度、空气流速、衣服热阻和活动强度。目前,这些指标已经成为主要的热环境评价指标。
1. 2 室内空气品质评价指标
在美国暖通空调工程师协会(ASHRAE) 标准ASHRAE62 -1989R 中,首次提出了“ 可接受的室内空气品质”的概念,并将其定义为“ 空调空间中绝大部分人(80 % 或以上) 没有对室内空气表示不满意, 并且空气中没有已知的污染物浓度达到了可能对人体健康产生严重威胁的浓度”。
随着对室内空气品质研究的深入,室内空气的内涵不断扩展。目前,室内空气中发现所含污染物种类繁多,对空气品质的影响各不相同,因此选取的各项评价指标必须具有代表性而避免重复。除新风量是最基本也是最重要的指标外,一般还推荐一氧化碳、二氧化碳、可吸入性微粒(IP) 、二氧化硫、甲醛、室内细菌总数、温度、相对湿度、风速等12 个指标。
1. 3 室内气流组织评价指标
室内气流组织是指气流的流型与分布特性。室内空气龄、新鲜空气的利用率、室内的换气效率、空气的排污效率等指标可用来反映所选择的气流组织是否恰当。
合理的气流组织,不仅可以将新鲜空气按质按量送到工作区,还可以及时将污染物排出,提高室内空气品质。由于对室内气流组织问题的重要性认识较晚,因而至今尚未形成统一的标准。一般认为,室内气流组织的评价指标至少应包括室内空气龄、新鲜空气的利用率、室内的换气效率和空气的排污效率、空气流速、质点空气变化率等。其中室内的换气效率、室内的排污效率是从排除污染物的角度对气流组织进行评价的指标。
1. 4 综合评价
从热环境和室内空气品质的定义出发,不应将室内环境品质仅仅等同于一系列污染控制指标,并简单地判断这些指标是否合格;而应采用主观评价和客观评价相结合的方法,对室内空气环境品质进行综合分析。
2 地铁空调客车车内空气参数选取
过去,室内空气参数标准主要以温、湿度为指标的热舒适性为主,涉及空气品质的也只有二氧化碳含量、含尘量、新风量,对其它低浓度污染体的认识不够。随着空气品质的深入研究及对低浓度污染物认识的加深,发现其对人体身心健康有很大影响。因而在制订地铁空调客车车内空气参数标准时,要考虑将这些低浓度污染物控制在卫生标准允许的范围内。
地铁空调客车车内空气参数可根据建筑空调室内空气参数研究成果,从地铁车辆的实际情况出发,结合热环境、空气品质、气流组织等三方面评价的各项指标来选取。
2. 1 热舒适性指标
(1) 温度
温度是影响人体热舒适性的重要指标。有效温度(ET3 ) 是一个等效的干球温度。ET3 值把真实环境下的空气温度、相对湿度和平均辐射温度规整为一个温度参数,使具有不同空气温度、相对湿度和平均辐射温度的环境能用一个ET3 值相互比较。它综合评价室内的热环境的状况。
(2) 相对湿度
对静坐者的舒适性来说,湿度对人体热舒适性的影响不大。虽在有效温度指标也包含了湿度的作用,但由于湿度对呼吸的健康、霉菌的生长和其它与湿度有关的现象有很大的影响,因此将湿度又单独作为一个指标。
(3) 空气流速
空气流速是车内热舒适性的重要指标,也是车内空气参数的一项重要指标。大量研究表明,空气流速对人的热舒适感有很大的影响。气流速度增大时,会提高对流换热系数及湿交换系数,使对流散热和水分蒸发散热随之增强,加剧人的冷感。气流速度过小,且衰减快,风吹不到地面,容易造成车内垂直温差过大,有头凉脚热的感觉。
2. 2 空气品质指标
(1) 新风量
新风量是车内空气品质的一项重要基本指标, 其作用是调节车内空气质量,使车内环境中的各种污染物浓度保持在卫生标准所容许的浓度值以下。人们对新风的研究已从仅仅注重其“ 量”转变到更关注其“质”的问题上来,强调新风的利用效率和新鲜程度。传统观念认为,新风仅是为清除人体所产生的生物污染。而ASHRAE62 -1989R 中认为用以确定新风量的污染物来自人体和室内气体污染源两方面,对最小新风量提出了新的、更严格的要求。因此,在空气参数标准对新风量的要求仍不能忽视。
(2) 二氧化碳(CO2)
CO2 是车内污染物的主要成分,它由人呼出, 其发生量与人数及活动量有关。人们在呼出CO2 的同时,身体其他部分也不断排出污染物,如汗的分解产物及其它挥发气体(异味产生的主要因素) 。在以人为主要污染源的场合,CO2 浓度的高低基本上能完全反映人体污染物散发的情况。因此CO2 浓度指标可以作为车内异味(主要是人体体味) 或其它有害物质的污染程度的评价指标,也是可以反映室内通风情况的评价指标,是判断空调列车污染程度最主要的参数之一。
(3) 一氧化碳(CO)
CO 作为主要的燃烧产物,往往被作为室内环境烟雾的评价指标。ASHRAE62 -1989R 认为, 只要室内出现环境烟草烟雾( ETS) ,就不能达到可接受的室内空气品质。据此,一旦车内有吸烟现象发生,地铁空调客车车内空气品质肯定达不到要求。因此将CO 选为车内空气参数的目的是防止CO 浓度过高而危害人的健康。
(4) 可吸入性微粒(IP)
地铁在隧道内运行,运行中因电刷、闸瓦制动产生的粉末及隧道内灰尘,必然会通过各种渠道进入车内。人员的庞杂及其上下流动性较大,对车内尘埃浓度有很大的影响。再加烟雾中含有大量的烟尘微粒,使可吸入性微粒也成为车内空气品质必要的衡量指标。
(5) 挥发性有机化合物(VOC)
地铁车辆为保证车体气密性及车内装饰和节能的要求,车内使用了大量的装饰材料和保温材料。这些材料释放的VOC , 造成车内污染物的增加,影响室内空气品质。VOC 的浓度过高会直接刺激人们的嗅觉和其它器官。其主要代表物质为甲醛。在空气参数标准中应将甲醛作为一项控制标准。
(6) 二氧化硫(SO2)
室内空气中含有的SO2 成分主要来自室外大气污染渗透和吸烟产生的烟雾之中,虽然SO2 浓度不是很高,但由于其危害性较大,也将其选取为空气品质指标之一。
(7) 空气微生物
客车内空气中细菌的来源很多,必须选定一个指标来反映空气微生物的污染情况。室内空气细菌学的评价指标技术一般多采用细菌总数。我国仿照日本采用层降菌法,以菌落数判断空气清洁程度。
(8) 空气负氧离子
根据人体卫生要求,在每立方米的空间负氧离子含量不少于400 个,否则人就会感到不适。当负氧离子浓度达到一定程度, 可降低车内的漂尘、CO2 含量、细菌数目等,也可消除悬浮的微生物、车内有害气体、霉菌,并抑制细菌滋生,改善车内的空气品质。考虑到空调客车人员密度极大的特殊情况,有必要将其作为衡量车内空气品质的指标之一。
2. 3 气流组织指标
换气次数是一项传统的通风设计参数。室内空气龄定量反映了室内空气的新鲜程度,可以综合衡量车内的通风换气效果。地铁空调客车虽然车内限界低、空间狭小、人员多且站立,但车辆到站频繁、车门多且宽、开关门频繁、乘客停留时间短,因此只要保证一定换气次数就可获得较好的通风换气效果,无须具体地研究空气龄等指标。
3 地铁空调客车的特殊性
3. 1 地铁车辆与铁道车辆
地铁车辆从某种程度上可视为“ 移动的建筑物”,与地面铁路客车有许多相似之处。地面铁路客车车内空气参数标准经过长期研究,积累了丰富的成果,也为地铁空调客车车内空气参数标准的研究提供了经验。但地铁车辆空调与地面铁道车辆空调在运行条件和舒适性要求方面有很大差别,因而两者的车内空气参数标准也应有所区别。
3. 2 地铁车辆运行特点
地铁空调客车虽然室内空间狭小、人员密度大,但运行区间短、乘客逗留时间短、上下乘客相对多,乘客对车内温、湿度感受十分明显,但对空气品质敏感程度相对较低。可见,乘客对车内热舒适性的温、湿度的指标要求较高,对车内空气品质的要求相对低一些。因此,建议车内空气参数标准中仍然以热舒适性指标为主,而空气品质中某些指标可适当降低,其中CO2 含量和含尘量标准可以适当放宽。
3. 3 空气流速
空气流速不仅是室内热舒适性的重要指标,也是室内空气参数的一项重要指标。地铁客车室内限界低、空间狭小,顶高仅为2. 1 m 左右,且乘客人员多(定员为6 人/m2 ,严重超员时可达8 人/m2 ,多数人处于站立状态),因此不能直接把风送到地板上,会有头凉足热的感觉。此外,由于工作区离送风口较近,给送、回风带来一定难度:若送风的平均风速低,乘客就会感到不凉爽,且由于风速低、衰减快而排风困难,容易造成送风短路(即风刚出送风口未经人体热交换就会从回风口又回到机组);若风速过高,由于出风口温度低(仅15～20 ℃),又会使人有吹冷风的感觉。因而,地铁客车室内的空气流速指标应充分考虑上述影响因素,与建筑空调及铁路客车标准有较大区别。道内的空气主要是通过隧道通风设备摄取的地面空气,在通风过程中可能出现二次污染,其“ 质”有所下降。
3. 4 新风问题
同时地铁运行时产生大量灰尘,也将污染受地铁车辆限界影响,制冷机组的选型受到限隧道内的空气。在地铁车辆的新风问题上,不仅要制,一定程度上限制了车内新风量的摄取。新风清注重“量”,更要注重“质”的要求。特别是地铁客车洁度近年也受到人们的关注,在地铁空调客车内新新风量受到各种限制时, 新风利用率更加显得重风的质量也应该引起重视。特别是地铁车辆在隧要。道内运行,客车吸入的新风是隧道内的空气。
参 考 文 献
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 沈晋明. 室内污染物与室内空气品质评价. 通风除尘,1995 ,24(4) :10
5 李先庭,杨建荣,王欣. 室内空气品质研究现况与发展. 暖通空调,2000 ,30(3) :36～40
6 郑徐滨. 地铁客车空调系统设计参数分析. 铁道车辆,2000 ,8(12) :55～57
7 向献红,郝晋豫,彭彪等. 客车车内空气品质问题探讨. 铁道车辆,1998 ,36(3) :25～27
