铁路大型候车室室内空气品质的调研分析

李鹏高 上海铁路局苏州站

改革开放以来，为适应经济社会快速发展需要，我国铁路实施了跨越式大发展。现代化铁路客站和路网性枢纽建设全面展开。这些新客站普遍做到能力充足、功能完善、宽敞透明、节能环保、与地域文化有机融合。其设计要适应旅客需求，不仅要提升服务品质，使运输产品结构满足不同层次旅客需要，而且随着旅客旅行综合舒适度的不断提高，对候车室环境也提出了更高要求。其中，候车室室内空气质量引起公众高度重视。调查分析表明，人们约有90%的时间都在室内度过，室内空气品质不佳是引起病态建筑综合症的主要因素。使用中央空调的铁路大型现代化密闭候车室室内人员受到的影响尤其明显。一方面使人们的健康和工作效率大受影响；另一方面，为了改善室内空气品质，很可能需要增加建筑和空调系统的投资及维护费用，这给铁路建设和工程维护人员也提出了新的课题。鉴于以上原因，人们已经认识到解决室内空气品质问题的重要性与迫切性，室内空气品质问题已成为当前建筑环境领域内的一个研究热点。在此对室内空气质量问题进行探讨，以达改善铁路大型候车室室内空气品质的目的。

1 IAQ的影响因素

1.1 室内空气品质

IAQ是室内空气品质（Indoor Air Quality）的英文缩写。在近二十年中，长期生活和工作在现代建筑物中的人们受到室内空气污染时常表现出一些越来越严重的病态反应，这一问题引起了专家们的广泛重视，并提出了病态建筑综合症（Sick Building Syndrome）等新概念。根据世界卫生组织（WHO）1983年的定义，病态建筑综合症是因建筑物使用而产生的症状，包括眼睛发红、流鼻涕、嗓子疼、困倦、头痛、恶心、头晕、皮肤搔痒等。

1.2 室内污染源

室内的污染源大致有五类：一是颗粒污染物，包括来源于各种室内用品、旅客携带物品的尘埃等；二是建筑装饰材料、涂料、箱包和化学品释放的VOCs（有机挥发化合物），如甲醛、苯、氯化泾等；三是生物类污染物，包括来自于腐败物和宠物的代谢产物的细菌、霉菌、病毒、短纤维和毛发等，它们会使抵抗力弱的人染病，此外花粉和尘螨会引发过敏体质人群的过敏反应；四是氡及其衰减子体，放射性物质，它能直接诱发癌症，它的来源是砖头材料、土壤等；五是人体自身污染，包括身体散发的异味以及少数病患者出入公共场所，通过空气交叉传染。这些污染源将不同程度地对IAQ产生不良影响。

1.3 室外污染源

室外污染源主要包括汽车尾气中所含的氮氧化物，工业和民用锅炉排出的SO2、CO和可吸入颗粒物等。如图1～4所示为苏州站冬夏季两典型日的室外可吸入颗粒物PM10、NOx、CO和SO2浓度变化情况，其中大部分时间是超过国家室内空气标准的。

图1 室外可吸入颗粒物PM10冬夏季典型日浓度变化图

图2 室外NOx冬夏季典型日浓度变化图

图3 室外CO冬夏季典型日浓度变化图

图4 室外SO2冬夏季典型日浓度变化图

如图5所示，候车室室内空气质量是多种因素和过程相互作用的结果。

图5 室内空气质量示意图

1.4 空调设备产生的污染

空调系统设备本身也易成为污染源。如在表冷器降温、减湿过程中，其表面凝水积尘、滴水盘集水极易滋生细菌；过滤器富集灰尘和微生物，如不及时更换，极易成为系统内的一大污染源；另外系统中的连接部件如帆布接头、法兰连接处等最易积尘和发霉。诸如此类因素也会使IAQ恶化。

1.5 不合适的换气次数

有些车站为了节能，采取减少新风量换气次数，也会使IAQ恶化。同样，人们将加大新风量作为当然的改善IAQ的方法之一。但这种方法不是万灵药，对于室外污染轻微的国外来说，这无疑是一种解决之道，但对于中国这样的发展中国家，室外空气质量恶劣，室外空气中的某些质量指标已超过室内空气质量的控制指标，显然这种情况下引入过多的新风不仅不能起到稀释作用，而且还会恶化室内空气品质。因此在换气次数的选择上就存在一个优化问题，对于国外来说就是要在能耗和IAQ间取得平衡，而针对我国的具体情况则还要加上对室外空气质量的考虑。

2 IAQ的评价

伴随室内IAQ的定义发展起来的是IAQ的评价。IAQ评价是人们认识室内环境的一种科学方法，它是随着人们对室内环境重要性认识不断加深而提出的新概念。由于IAQ涉及到多学科的知识，它的评价应由集中建筑技术、建筑设备工程、医学、环境监测、卫生学、社会心理学等多学科的综合研究小组联合工作。当前，IAQ评价一般采用量化监测和主观调查结合的手段进行。其中的量化监测是指直接测量室内污染物浓度来客观了解、评价IAQ，而主观评价的依据是人类的感觉系统（主要是嗅觉）对室内空气的满意程度。客观评价的依据是人们受到的影响跟各种污染物浓度、种类、作用时间之间的关系，同时还利用了空气年龄（Air Age）、换气效率（Air Exchange Efficiency）、通风效能系数（Ventilation Effectiveness）等概念和方法。由于室内往往是低浓度污染，这些污染物长期作用时对人体的危害还不太清楚，它们影响人体舒适与健康的域值和剂量也不清楚。大量的测试数据表明，室内这些长期低浓度的污染即使在IAQ状况恶化、室内人员抱怨频繁时也很少有超标的。另外,室内有成千上万种空气污染物同时作用于人体,选用哪些污染物作为客观评价的标准还需进行大量的研究。所以IAQ的客观评价有其局限性。

人们的反应跟其个体特征密切相关，即使在相同的室内环境中，人们也会因所处的精神状态、工作压力、性别等因素不同而产生不同的反应。因此，对IAQ的评价必须将上述各种主观因素考虑在内。内容包括对大量建筑进行客观评价、主观评价,或二者相结合，或IAQ与人体热舒适性评价相结合。现阶段在IAQ评价方面人们做了很多工作,但仍缺乏实质性的研究和权威性的评价方法。

3 改进 IAQ的方法

3.1 污染源的控制

污染源的控制包括三个方面：室内、室外和空调系统。

对于候车室室内污染源，主要以建筑装饰材料和旅客携带箱包散发的VOCs为主。国家虽对木制品和箱包的甲醛散发量及建筑物中致癌VOCs的散发量作了规定，但由于我国住房改革导致的装修热，使很多不法企业觉得有利可图，大量生产VOCs散发严重超标的建筑装饰材料，市场上充斥着质量低劣的箱包产品，对人民的健康造成了极大的危害。

对于室外污染源，以国家治理为主。包括制定法规对汽车尾气排放加以限制，减少燃煤锅炉的使用，增加天然气的使用等。另外还可以利用一些先进技术对室外污染物进行消除，如日本有一种光催化涂料，可以涂在建筑物表面，利用太阳光分解室外空气中的氮氧化物和SO2。

对于空调系统自身产生的污染源，只能通过加强系统维护和管理来实现，如定期更换空调箱中过滤器，定期清洗表冷器和凝水盘等。

3.2 选择合适的换气次数

增加换气次数有利于提高室内IAQ，但加大新风量会使系统的能耗增加，因此要在能耗和IAQ间取得平衡选择。

一般来说，铁路大型客站都建造在城中，由于城市的室外空气质量恶劣，可以考虑在较高的位置采集质量较好的新风。对于换气次数的选择，目前还没有相关的研究成果进行指导。通常取暖通空调规范所定义的值，但这样不考虑各地的地方差异，千篇一律，难免会产生很大的偏差。应具体考虑候车室所处位置周围空气质量的好坏，而选择合适的换气次数，以保证IAQ和能耗的平衡。

3.3 空气净化器的使用

目前的空气净化器主要由两部分组成，一部分为消除可吸入颗粒物的过滤段，另一部分为消除有害气体的净化段，按照作用原理不同，净化段又分为吸附型和光催化型两种。

通常过滤器按过滤效率的高低可分为初、中、高三种。初效过滤器多采用玻璃纤维、人造纤维、金属丝网及粗孔聚氨酯泡沫塑料，对粒径>5μm的灰尘可以有效过滤；中效过滤器主要滤料为玻璃纤维、人造纤维合成的无纺布及中细孔聚乙烯泡沫塑料,可作成袋式或抽屉式，对>1μm的灰尘可以有效过滤；高效过滤器按照其效率不同还可细分，其中0.1μm级高效过滤器可以对0.1μm的灰尘过滤效率高达99.99%以上，不过这样的过滤器通常使用在对空气洁净度要求很高的地方，如手术室和洁净室等。通常铁路候车室中央空调中使用的是初、中效过滤器。

使用吸附原理净化空气是一项历史悠久的技术。吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，这些作用力分为两大类---物理作用力和化学作用力，它们分别引起物理吸附和化学吸附。物理吸附是可逆过程，只能暂时阻挡污染而不能消除污染。而化学吸附是不可逆的过程，是挥发性物质的分子与吸附剂起化学反应而生成非挥发性的物质，这种机理可使得低沸点的物质如甲醛被吸附掉。活性碳是最常用的吸附剂，它对许多VOCs都是很有效的，但对甲醛作用很小。浸了高锰酸钾的氧化铝（PIA）对甲醛及低浓度的醛和有机酸有很高的去除效率，所以PIA经常与活性炭联合起来使以提高过滤器的效率。

使用光催化材料净化空气是近年来兴起的一项新技术，由于它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染以及可连续工作等优点，日益受到人们的重视。半导体光催化作用的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导体的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的光子时，电子（e－）会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电的空穴（h+）。价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体反应。例如空穴可以使H2O氧化，电子使空气中的O2还原，生成H2O2、·OH基团和HO2·，这些基团的氧化能力都很强，能有效地将有机和无机污染物氧化，最终将其分解为 CO2、H2O、PO43－、SO42－、NO23－以及卤素离子等无机小分子，达到消除VOCs的目的。

4 IAQ领域的研究方向

4.1 室内有机污染源散发特性的研究

铁路候车室室内建筑装饰材料、旅客携带物品和人体活动会产生大量的VOCs，它们是室内的主要有机污染源。目前其散发特性是IAQ领域的一个研究热点，研究方法主要包括实验研究和模型研究两种。

4.2 室内空气净化技术的研究

目前室内空气净化技术的研究主要集中在活性炭吸附和光催化设备上，它们各自有不同的特点。目前许多厂家都在开发这类设备，然而这些设备用到实际中去还有许多问题需要研究，如其性能的评价指标、性能优化、摆放位置的优化等问题都是值得深入研究的课题。

4.3 CFD技术在IAQ领域的应用

近二十年来，随着计算机科学计算技术的发展，利用CFD对室内空气流动进行数值模拟的方法应运而生。数值模拟方法通过求解质量、动量、能量、气体组份质量守恒方程和粒子运动方程，得到室内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度、空气年龄等参数，从而分析评价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等。由于数值模拟方法具有周期短、费用低等特点，并且能够预先进行，因此这一方法近十年来得到了长足的发展。随着计算机运算速度的提高、计算流体模型的完善，数值模拟方法将会成为IAQ客观评价的有效工具。

5 结束语

IAQ是一门综合科学,除空气本身的质量外,还有一些尚不清楚的因素在影响人们对环境的感觉和反应。到目前为止,IAQ的标准仍有许多是基于常识而不是科学，我们在今后的研究中仍需在理论上充分理解IAQ问题的本质。在实践中，如何将IAQ意识贯穿到有关人员的行动中是另一重大课题，进而才能真正改善铁路大型候车室室内空气品质。