地铁车站内部空气污染原因分析

陈嘉麒



地铁车站内部空气污染原因分析

陈嘉麒

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 西安 710043）

针对地铁地下车站空气污染来源进行调查分析，从地铁车站新风井环境以及新风量取值，车站新风量计算方法，以及空调系统纯滞后大惯性的特征等方面分析了地铁车站公共区域空气污染原因，对提升地铁车站公共区品质具有一定的借鉴意义。

新风量；在站乘客；通风空调系统；行车间隔

0 引言

目前地铁车站内的卫生情况所引发的人体不舒适及不健康的影响已开始被社会普遍关注，尤其是近两年来空气污染严重，雾霾天气频发，由于室内空气质量下降，乘客往往感到眼、鼻、咽喉部粘膜干燥和刺激，并伴有头痛、嗜睡、恶心等症状，统称为“病态建筑综合症SBS（Sick Building syndrome）”，引起SBS这些症状的确切原因与在低品质室内环境中停留的时间长短有关，地下车站空气中主要的污染物有室内挥发性有机物、悬浮微生物和尘埃粒子等，同时存在CO、CO2、甲醛、氨等，相关研究表明地铁车站空气中的污染物浓度比其他环境中要高得多，提升地铁地下车站空气品质显得尤为必要，影响地铁车站室内空气品质的原因是综合性的、多方面的，除了车站出入口、风亭所在位置的空气品质与站内空气质量有直接的关系外，地铁车站本身的幽闭特征，通风换气不足以及系统运行特点等都是造成车站内部污染物浓度偏高、空气品质下降的主要因素。

1 原因分析

1.1 通风不良

地铁地下车站多数为狭长封闭空间，常规车站仅有两端两组风井、车站出入口与室外大气相通，一般6辆A型车编组的地铁车站长度约为250m，标准岛式车站主体面积约为6000～7200m2，车站两端用于通风的新风井总面积约为20m2，两者面积比仅为1:300。地下车站基本在地下十几米甚至几十米深处，车站通风换气全靠风机机械做功将室外新鲜空气送入车站内，受到室外地块规划限制，车站风道一般较长，风井、风道呈扁平状，车站内部管线较多，风管弯头、风管阀门，消声器等附件偏多，导致通风系统运行不良，换气次数不足导致车站内污染物浓度得不到及时稀释。

1.2 新风污染

地铁线路一般沿城市交通干线敷设，车站新风井均设置在交通干线两侧，交通干线两侧空气污浊，空气中充斥着汽车尾气与车流扰动浮起来的悬浮颗粒物。由于规划等因素，地铁大多数新风井均为敞口低矮风井，地铁规范规定，当车站新风井设置在道路边时，风井口部距地不应小于2m，当新风井周边有3m宽的绿化带时，风井高度可以降低至2m，而实际工程中，新风井的设置均很难达到要求，如图1所示。风井风道装修标准不高是形成车站空气源污染另一个重要因素，与车站公共区、强弱电设备用房装修标准不同，车站新风道一般仅采用水泥抹面，地面采用水泥砂浆找平，通风空调机房内地面为水泥地面或水磨石地面。由于设置道路边低矮敞口风井，风井底部杂物与废弃物长期无人清理，风井底部雨水口长期存水，对新风道造成一定程度的污染，如图2所示。

图1 路边敞口风井

图2 风井底部设备

1.3 空调新风量不足

对于大多数城市采用站台设置封闭站台门的空调系统，车站公共区与轨行区独立分隔，车站公共区空调系统均采用一次回风系统，车站人员新风量采用12.6m3/（h·人）与空调系统总送风量的10%的较大值，一般车站新风量只能取到车站总送风量的10%。

首先，《地铁设计规范》GB 50157中车站公共区人员新风量标准采用12.6m3/（h·人）较小，国内现行《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019中规定工业建筑应保证每人不小于30m3/（h·人）的新风量，对于人员密集的公共建筑，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736有具体规定，其中人员密度P≤0.4的区域，如公共交通候车室，新风量不小于19m3/（h·人），《公共场所集中空调通风卫生规范》WS394中要求，候车（机、船）室、公共交通工具人员新风量应大于等于20m3/（h·人）。与地面通畅开阔的公共建筑相比，地铁车站空间显得幽闭压抑，而实际设计过程中地铁车站新风量标准却远低于同类型的公共建筑。

其次，车站公共区新风量是根据远期公共区客流预测计算的，公共区高峰小时瞬时人数计算一般按照如下公式：

其中：G为站厅计算人员数量；G为站台计算人员数量；1为车站远期乘超高峰小时系数的高峰预测上车客流；2为车站远期乘超高峰小时系数的高峰预测下车客流；1为上车乘客在站厅停留的时间，一般取2min；2为上车乘客在站台停留的时间，取高峰时段行车间隔；1为下车乘客在站厅停留的时间，一般取1.5min；2为下车乘客在站台停留的时间，一般取1.5min。

目前国内地铁最大行车对数均按照30对/h控制，即行车最小间隔为2min，而运营线路实际客流比预测客流严重不符是国内地铁建设的一个常见现象。列车运行对数与行车数量在早晚高峰与乘客数量不匹配。在越来越多的车站，早晚高峰乘客滞留一趟甚至两趟行车时间间隔的现象出现（见图3）。因此早晚高峰乘客在站人数与通风空调计算方法存在偏差，导致实际新风量不足。

图3 乘客滞留站台

1.4 空调系统运行模式

车站通风空调在空调季节最小新风与全新风的转换依据为室外空气焓值，当测点的焓值大于室内空气的焓值时，空调系统运行小新风工况，当室外空气焓值小于室内空气焓值且室外温度大于室内温度时，运行全新风工况，当室外温度低于室内温度时，运行通风工况，在全新风工况与通风工况下，公共区通风换气次数基本可达到在5次/h以上，在最小新风工况下，CO2浓度为公共区空气品质的主控因素，目前在建或新开通线路车站公共区也有设置CO2浓度探头，车站CO2浓度升高时，加大空调系统的新风风量，设置最小新风机的系统关闭最小新风机，开启全新风新风阀并调节大风阀角度，保证车站新风量。这种运行模式能降低车站公共区的CO2浓度，与公共区温度控制逻辑相同，CO2浓度控制为闭环控制，单回路控制框图（见图4）如下。

图4 CO2浓度控制单回路框图

但在实际运行过程中，车站公共区空调系统具有纯滞后大惯性控制过程的特征，这类控制过程的特点是：当控制作用产生后，在滞后时间范围内，被控参数完全没有响应，使得系统不能及时随被控量进行调整以克服系统所受的扰动。即公共区污染物浓度升高后，空调系统运行策略才有改变，车站的舒适度已经降低，人员不适感已经发生，公共区新风量增加后，由于公共区本身气体容量大，以及空气的流动性，CO2浓度改变具有大的惯性，当公共区污染物浓度下降，但乘客已乘车离开，高峰客流已经回落。由于大空间的浓度控制存在较大的迟滞性，因此控制量的控制效果不能在短时间内完成，根据空调系统的运行特性，可将CO2浓度控制简化为大滞后一阶系统，传递公式如下：

其中：为放大系数，为时间常数。

当输入信号为阶跃函数时，系统的响应函数是一个递增的指数函数，时间常数不同，单位阶跃响应曲线上升的速度不同，时间常数越大，上升越慢（见图5）。对于一般地铁公共区通风空调系统，可取200～400s，当容许误差取2%时，一阶系统过渡时间约为4，即公共区CO2浓度控制系统响应时间在800～1600s。高峰小时最小行车间隔为120s，其系统响应时间约为6～12个行车间隔，而高峰客流一般滞留不超过3个行车间隔。

图5 CO2浓度控制系统响应曲线

另外，在通风季节，部分车站执行只排不送的工况，即车站公共区回排风机运行，新风从车站出入口引入，这种工况能减少公共区风机运行数量，降低运行能耗，但车站出入口一般设置在交通干线上人员密集处，出入口口部直接与室外地面连接，出入口内部为乘客通行通道，当公共区排风机运行时，出入口会形成至上而下的自然风速，将出入口口部地面、通道内的尘土、颗粒物卷席到空气中，导致车站公共区污染物浓度增加，空气品质下降，因此在通风季节，虽然换气次数足够，但由于新风品质不高，同样污染了车站内部空气。

1.5 其他污染源

公共区地面一般采用人造大理石材，墙面采用钢化玻璃或石材，吊顶采用金属方通，主材一般导致公共区空气污染的概率较低，施工用的玻璃胶、粘结剂等辅材是形成公共区空气污染的又一因素，车站公共区卫生间设置在车站站台时，由于通风系统不顺畅，污染站台公共区的空气品质，设置在出入口时，影响出入口空气品质，当车站公共区执行排风模式时，就会影响车站公共区空气品质。

2 结论

车站公共区室内空气品质的控制是一项复杂的系统控制工程，除了上述影响车站空气品质的因素外，拥挤的乘客也是一个重要的污染源。针对室内空气品质的提升，除了对地铁通风空调系统控制方式进行完善外，针对室外汽车尾气、雾霾天气等方面的措施也是十分有必要的，提高风道装修标准、加装新风道过滤器等保证新风洁净度的措施等对提高室内空气品质具有重要意义。

[1] GB 50490-2009,城市轨道交通技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

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Analysis of Air Pollution in Subway Station

Chen JiaQi

( China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd, Xi'an, 710043 )

This paper makes an investigation and analysis of the sources of air pollution of underground subway station. It analyzes the cause of air pollution in the public area of the subway station from the environment of the fresh air shaft and the value of fresh air, the calculation method of the station fresh air, the characteristics of pure lag and large inertia of air conditioning system. It has a certain reference for improving the quality of the public district of the subway station.

Fresh Air Rate; Passenger at Station; Ventilation and Air condition; Headway

U231+.5

A

1671-6612（2018）02-175-04

陈嘉麒（1970-），男，工程师，E-mail：1094721542@qq.com

2018-01-15