宁波轨道交通1号线环控系统热舒适评价

匡志江

( 上海海事大学，上海 201306 )



宁波轨道交通1号线环控系统热舒适评价

匡志江

( 上海海事大学，上海 201306 )

动态分析环境热舒适性更适合地铁车站这类短暂的过渡区间。本文以宁波市天一广场地铁站为案例，进行了实地测试与调研，并用相对热指标RWI、热损失率HDR对测试热环境的热舒适性进行分析。结合实地调研结果可得用动态分析法来评价地铁车站的热环境是可行的。

过渡活动状态；热环境；评价指标

1　引言

地铁作为新时代产物，为市民出行提供更多便捷。地铁车站一般位于地下，与外界环境接触较少，形成相对隔绝空间环境。因此，地铁完全需要依赖集中空调系统(地铁内的空调系统主要是控制地铁内环境温度、湿度、空气流速和空气品质)进行空气交换与微小气候调节。环控系统主要是地铁在正常运行的情况下消除余热余湿，保证乘客在地铁车站的舒适性要求，同时为地铁工作人员提供一个既安全又舒适卫生的环境条件。随着地铁系统逐渐完善，人们对舒适性要求也越来越高，在全面提高生活品质的大背景下，对于地铁站这种人流量大，“短暂停留”的环境如果仍然按照常规地面建筑室内热环境的评估方法(静态分析方法)不再满足要求。结合地铁车站属于动态过渡区间的特性，衍生出来动态分析法为提升地铁站热环境舒适性指标提供保障。

2　地铁站内环境的研究现状

人们短暂经过地铁站，在这种短暂的过渡区间，人们热舒适性发生变化，一进入到地铁站内就能感觉到环境的剧烈变化，如果按照人们对稳态环境评价的方法分析，就达不到人们越来越高的舒适要求，。

国内对地铁站室内的空气品质研究较少，设计和配置空调系统一直是以节能和保证较为稳定的空气温度、湿度为目的[1]。目前，评价地铁站室内空气品质的标准还没有出台。人们刚进入地铁站时经常会出现的空调不适应等不良反应，因此，以评价常规建筑室内环境的方法来评价地铁站室内的环境越来越不合理。

针对我国缺乏对地铁空调系统研究的现状，以动态分析法来评价地铁车站这一过渡区间的热舒适性环境作为本次课题的研究对象，提出在这种短暂的过渡环境更符合人们需求的温、湿度，为实现人与地铁的和谐发展做出贡献。

3　地铁站室内环境舒适度调研

宁波的地铁建设分为两期，其中第一期宁波轨道交通一号线一期工程已建设完工，其中天一广场地铁站位于天一广场三江口商业中心，建筑规模较大，为大型客流集散点。此次调研对象分布广泛，人数较多，调研结果能够体现宁波广大市民对地铁一号线地铁站内热环境的评价。

(1)热感觉评价调查情况

在所调查样本中，对于热感觉评价，总共有1581人参加调查。其中觉得稍暖共计80人；觉得舒适共计1017人；觉得稍凉共计353人；觉得凉共计107人；觉得冷共计24人。

表1　热感觉评价调研情况

通过表1热感觉评价调研情况中可以看到在所有参与调研人群中大部分人感觉舒适。

(2)热环境接受程度调查情况

在所调查样本中，针对热环境接受程度调查，总共有1641人参与调查，其中共有1556人表示能够接受，85人表示不能接受，占总人数的5.18%。

(3)湿度评价调研情况

对于湿度评价，总共有1641人参与调研。觉得很干燥共计11人；觉得干燥共计151人；觉得尚可共计1321人；觉得潮湿共计149人；觉得很潮湿共计9人。

表2　湿度评价调研情况

表2意味着针对湿度为45%的热环境在所有被调研的人群中有19.5%表示不适合，只有1.22%这一非常小部分的人表示为极端湿度。大部分人都表示这一湿度较为适合。

(4)风速适宜度评价情况

对于风速适宜度评价，总共有1641人参与调研，其中觉得风速很大共计11人；觉得风速大共计127人；觉得风速尚可共计1178人；觉得风速小共计219人；觉得风速很没感觉共计106人。

表3　风速适宜度评价情况

表3意味着针对风速为0.2m/s的地铁环境，在所有被调研人群中有71.79%觉得尚可，只有0.67%这一非常小部分的人表示为极端风速。

4　探索过渡活动状态的影响因素

地铁天一广场站是地下三层12m岛式站台，总长172m，总宽23 m，车站主体建筑面积14000 m2。

人体进入到地铁站室内候车过程中，所有参数可以作以下假设，其中所做机械功为0，能量代谢率为58W/m2，服装热阻为0.5 clo(衣服的热阻单位，1 clo=0.155m2℃/W)，即0.08m2℃/W[2]。测得地铁车站室内环境温度为23℃，湿度为45%，风速为0.2m/s；室外的环境温度为38℃，湿度为90%。

在地铁车站这类过渡区间短暂停留或者经过该过渡区间的人体活动状态持续变化时，人们对该热环境的感觉是不同于长时间在一热环境作静止时感觉。热损失率HDR和相对热指标RWI这两种新指标，是为了能够准确地计算出地铁系统中站厅、站台内空调系统设计参数(本文把地铁车站作为一个整体研究环境)，用来满足人体在这类过渡活动状态空间对该热环境的热舒适要求[3]

表4　RWI的分度与ASHRAE热感觉标度

(1)温度对过渡活动状态的影响

当地铁站室内是一个确定热环境时，通过计算人们从地铁站入口进入到站厅候车这段过渡区间的RWI值随着时间的一个变化。设定不同的地铁室内热环境温度(17～30℃)，其他参数不变，确定每个室内环境温度下，随着时间由t1=0s到t11=300s之间的相对热指标RWI。通过调研得出人们从地铁站入口进入，到坐地铁离开，总共需花费时间平均为5分钟。

在地铁站室外环境温度为38℃时，不同的地铁环境室内温度下，计算人们从地铁站口进入的时刻t1=0s开始，到t11=300s之间的RWI值，并画出相应的折线图。图1中反映了随着人们进入地铁站后的时间越长，相对热指标就越小。当地铁站室内温度偏低时，人们进入地铁站后，随着时间的增加，就会感觉到稍凉；当地铁站室内温度设置得较高时，人们进入地铁站后，随着时间的增加，就会感觉到适中。

不同地铁站室内热环境温度下，人们从地铁站入口进入开始t1=0s到t11=300s这段过渡区间，地铁站室内环境温度低的热损失率较温度高的要更大。由于当温度在17～30℃之间变化时，始终有HDRmax<100W/m2，且HDRmax>-100W/m2，所以人们在确定室内湿度情况下通过改变温度值，人体不会出现冷不适(HDR≤-100W/m2)也不会出现热不适(HDR≥100W/m2)，即在湿度一定情况下，通过改变温度对热损失HDR的影响不是很大，人们仍然处于较舒适环境。

(2)湿度变化对过渡活动状态影响的研究

当把地铁车站内环境参数不变时，通过改变地铁站室内的湿度(由30%逐步增加到80%)，得到相应空气湿度下水蒸气分压力值(kPa)。

图3反映了只考虑地铁站室内湿度影响情况下，人体相对热指标RWI只随时间增加而减少，并逐渐接近中性的热感觉RWI=0.08，在RWI计算公式中没有出现湿度这一变化量，所以湿度对相对热指标RWI影响不大。

图4表明在只考虑地铁站室内湿度影响情况下，人体热损失率HDR只随时间增加而增加，由-51.52逐渐增加接近0，在HDR计算公式中也没有出现湿度这一变化量，所以湿度对热损失率HDR没有影响。

图1　各温度下不同时刻的热损失率

图2　各温度下不同时刻的热损失率

图3　不同湿度的相对热指标RWI值

图4　不同湿度的热损失率HDR值

图5　不同风速的逐时RWI变化

(3)风速变化对过渡活动状态影响的研究

为了更好地分析风速在过渡活动区间对热湿环境影响，地铁车站室内其他环境参数不变，只改变风速，计算不同风速时RWI值和HDR值。

在该地铁热环境中只改变风速，相对热指标

RWI值随风速增加而减小，人体热感觉由暖转为稍凉。根据ASHRAE热感觉标度与相对热指标RWI的分度之间的关系，可以得到RWI=0.08时热感觉为中性，可知热感觉能够在300s内达到中性的最佳风速为0.24m/s。

当由图6所示热损失率HDR值随着风速增加而增大，当风速0.04≤V≤0.44m/s时,-100≤HDR≤100W/m2，表明在该热环境下改变风速对人体热舒适影响不大，即通过改变风速，人体在该热环境(温度为23℃，湿度为45%)下既不会感到冷不适也不会感到热不适。

5　结语

对于乘客来说，地铁车站属于短暂停留的过渡区间。温度为23℃，湿度为45%的地铁热环境，按照过渡热环境的分析方法，得出乘客表示该地铁热环境热感觉为中性，计算结果和调查结果吻合。由此得到：用过渡活动状态热舒适指标来评估地铁站的热环境非常适合。

[1] 胡春莲，张登春.关于空调列车车厢内空气品质的现状分析与对策[J].制冷空调与电力机械，2008，122(29)：54-58

[2] 杨培志，陈焕新.热舒适评价指标PMV-PPD在空调列车上的应用[J].制冷空调与电力机械，2009，12(25)：173-179

[3] 孙钧，彭世雄，李树芳.地铁通风的节能环保与新技术实施[J].地下空间与工程学报，2012，8(1)：1557-1559

[4] 杨培志，陈焕新.热舒适评价指标PMV-PPD在空调列车上的应用[J].制冷空调与电力机械，2009，12(25)：173-179

[5] 王春，冯炼，刘应清.用相对热指标确定成都地铁环控设计中的温度设计标准[J].中国铁道科学，2009，12(15)：52-76

[6] 刘赟.上海郊区室内热舒适与空气品质研究及其测试系统开发[D].上海：东华大学，2009

Feasibility of Air Conditioning System with Ice Storage in Ningbo Subway Station

KUANG Zhijiang

( Shanghai Maritime University，Shanghai 201306 )

Dynamic analysis of thermal comfort is more suitable for subway station that across quickly.Taking Ningbo Tianyi Square subway station as a case study,conducted field testing and research,respectively,with the relative thermal index RWI and heat loss rate HDR to analyze the thermal comfort.Field research results show that relative thermal index RWI and the rate HDR of heat loss to evaluate the thermal environment of subway station is more appropriate.

Subway station；Thermal environment；Evaluation index

2016-1-5

匡志江(1991-)，男，硕士研究生，主要研究方向：冷热电三联供。Email：1119724135@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-049-06

TU831文献标示码：Bdoi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.009