冬季长春地铁车厢内空气质量调研分析

2020-12-21黄贤闯肖正强

北方建筑 2020年6期

石岩，黄贤闯，李恒，肖正强

（吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林长春 130118）

地铁系统为城市提供了一条生命线，在不增加道路拥堵和交通排放的情况下，实现了高效的人员运输，据统计，每年乘坐地铁超过400 亿人次，是目前世界人口的五倍多[1]。地铁车厢是市民在乘坐地铁中停留时间最长的地方，也是最拥挤的。车厢内部的空气质量直接影响乘客的健康[2]。若机械通风量不足，在拥挤的车厢中CO2，PM2.5 等污染物将达到危险水平[3]。其中PM2.5 颗粒物可通过气血交换进入血管，对人体造成严重危害[4]。

本文采用问卷调查和实地测量的方式，对长春地铁一号线和二号线进行研究，定量分析了CO2，PM2.5 空气污染物的空间分布和时间分布。研究结果可为地铁车厢通风空调系统的运行调节研究提供参考。

长春地铁一号线于2017 年正式运营，共15 个车站，全长18.14 km，单次运行30 min。地铁二号线于2018 年部分运营，共18 个车站，全长20.50 km，单次运行40 min。每辆列车由6 个车厢组成，每个车箱顶部设置2 台变频空调，由空调机组的通风机和机械通风设备一起负责车厢内部新风的供给。随着地铁载客量的增加，特别是早中晚高峰时期，人员拥挤，空气有异味，存在颗粒物、CO2等污染物超标的现象[5-6]。

1 调研概况及结果分析

1.1 调研概况

本次调研主要以问卷调查的形式，于2019 年12 月份和2020 年1 月份，每月随机抽取1 天进行调研，对长春地铁一号线及二号线车厢内的乘客随机抽取调查对象，共发出210 份问卷，回收率100%，有效问卷203 份，有效率为96.6%。调查对象中男性所占百分比为57.1%，女性所占百分比为42.9%。

1.2 调研结果

对地铁车厢内空气质量主观调查，如图1 所示，有5%的乘客对地铁车厢内的空气质量非常满意，有41%的乘客对地铁车厢内的空气质量满意，有51%的乘客对空气质量不满意，认为空气质量为中等，仅有3%的乘客对地铁车厢的空气质量非常不满意。对空气质量满意的乘客占比46%，不满意的占比54%。调研结果表明，地铁车厢空气质量整体偏差，需引起关注。

在对地铁车厢空气异味的调查中显示，如图2所示，有52.4%的乘客表示车厢内部没有异味，17.6%的乘客认为有人体气味，15.2%的乘客认为有刺激性气味，认为有臭味、装修后的味道、洗手间气味的乘客分别为8.6%，4.3%，1.9%。总体上看有47.6%的乘客认为车厢内部有异味，仍需要提高空气新鲜度，增加新风供给。

2 实地测量概况及结果

2.1 实地测量概况

本次实际测量选取长春地铁一号线及地铁二号线，在实际运行的地铁车厢内部进行测量，测量机器高度1.5 m。CO2测量时间为2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取7 天测量，1 月份抽取4 天测量，共计11 次，每天的测量包含高峰时段和非高峰时段。PM2.5 的测量时间同样为2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取6 天测量，1 月份抽取4 天测量，共计10 次。因为此时外界环境非常寒冷，空调车厢通常会为了降低空调能耗从而减少新风的供给。因此很有必要去测量实际的空气质量。本次测量仪器采用美国TSI9565-P-NB测量CO2浓度，采用霍尼韦尔空气检测仪检测PM2.5 浓度。

2.2 测量结果

本次实地测量了CO2，PM2.5，以这些常见的空气污染物作为地铁车厢空气质量的评价参考。

2.2.1 CO2浓度测量结果

图3 为地铁车厢11 次实地测量中的浓度图。我国现行的GB 18883—2016《室内空气质量标准》规定室内CO2浓度不超过日均值的1 000 μmol/mol[7]，GB 9673—1996《公共交通工具卫生标准》的标准值为小于1 500 μmol/mol[8]。所测的11 次数据中，所有的均值都在1 000 μmol/mol 以下，符合GB 18883—2016《室内空气质量标准》。部分时间段的CO2浓度会超出《室内空气质量标准》标准值，其中第1 次、第4 次、第5 次数据中超出标准值的数值最多，分别为32%，27%，29%。地铁车厢11 次空气质量CO2浓度测量总样本数据个数为11 157 个，其中有16%的数据超出《室内空气质量标准》标准值，仅有2.2%的数据超出《公共交通工具卫生标准》的标准值。在梁宝生等人提出的我国CO2室内空气质量三级标准建议值中[9]，本次测量的数据表明冬季长春地铁车厢中CO2属于第三级，即可接受的室内环境，能保护普通人群健康。

表1 为随机抽取的1 次地铁车厢空气质量测量数据中地铁运行高峰时段与非高峰时段的统计信息。数据显示高峰时段CO2浓度的平均值为947.71 μmol/mol，已经非常接近《室内空气质量标准》规定的CO2日平均值浓度标准上限1 000 μmol/mol。高峰时段的CO2浓度最大值超出规定标准最大值的186.9%。所测366 个高峰时段的样本中超出国家规定标准值104 个，超标率为28.42%。非高峰时段样本数为1 176 个，平均值752.39 μmol/mol，最大值1 553 μmol/mol，超出《室内空气质量标准》日平均上限值的样本数为127 个，超标率为10.77%。综合样本数据来看，高峰时段相较于非高峰时段乘客明显增多，新风供给不足，CO2堆积在车厢内部是导致高峰时段CO2浓度偏高的的原因。

2.2.2 PM2.5 测量结果

图4 和表2 为10 次地铁车厢中PM2.5 测量数据的统计图表。我国现行的GB 3095—2012《环境空气质量标准》规定了颗粒物PM2.5 的日均浓度限值35 μg/m3（一级）和75 μg/m3（二级）[10]。本次地铁车厢10 次PM2.5 测量数据中，第1 次、第6 次、第7 次、第9 次的数据平均值在国家标准二级限值75 μg/m3以下，其余的测量数据平均值均在二级限制以上，最高的1 次测量数据平均值达到了208.41 μg/m3，超出一级限值595%，二级限值278%。10 次测量总样本数据为8 546 个，99.37%的数据超出一级标准限值35 μg/m3，58.13%的数据超出二级标准限值75 μg/m3。地铁车厢中PM2.5 浓度超标严重，对乘客及工作人员的健康将会造成严重影响[11]。

表1 高峰时段与非高峰时段CO2 浓度对比

表2 10 次地铁车厢实地测量中PM2.5 浓度分析

3 分析与建议

主观空气质量调研中，有54%的乘客对空气质量并不满意，并且大约有一半的乘客认为空气有异味。新风量与空气质量有着正相关的关系[12]，空气不新鲜，新风量不足是乘客对空气质量不满意的主要原因，增加新风量也可以降低乘客的异味感，因此我们应该适量增加新风量以满足乘客对空气质量的要求。

11 次CO2浓度测量样本数据的平均值均在《室内空气质量标准》规定的标准值以下，但是总体数据中仍然有16%的数据在标准值以上，特别是第1次、第3 次、第5 次测量数据中都有将近1/3 的数据超出标准值，但是总体上符合《公共交通工具卫生标准》的标准。以其中的某次为例，地铁运行高峰时段的测量数据平均值要比非高峰时段高出约200 μmol/mol，测量数据超标率也高出163.9%。武在天利用多元线性回归筛选得出：乘客人数和CO2有较强相关性[13]，在本次的测量数据分析后也得到了相同的观点。究其原因，在地铁车厢中，CO2主要是由人呼吸产生，当车厢中乘客增多，若新风量没有变化，CO2就会在车厢中聚集。因此在地铁运行中，应尽量采用动态的新风供给方式，既能减少能耗，也能保证地铁车厢中的空气品质[14-15]。

PM2.5 对人健康的危害比较大，空气中的PM2.5，可以通过呼吸道，进入肺泡，在肺泡内积聚，引发各种疾病。美国癌症协会的一项群体研究表明，如果大气中PM2.5 的浓度长期＞10 μg/m3，死亡风险就开始上升。浓度每增加10 μg/m3，总的死亡风险就上升4%，患心肺疾病的死亡风险上升6%，患肺癌的死亡风险上升8%[16]。本次对地铁车厢PM2.5浓度测量数据中99.37%的数据超出一级标准限值35 μg/m3，58.13%的数据超出二级标准限值75 μg/m3，最高的1 次测量数据平均值达到了208.41 μg/m3，超出一级限值595%，二级限值278%。可以看出冬季长春地铁车厢中的PM2.5 严重超标，将会严重的影响乘客特别是地铁工作人员的健康。长春地铁中PM2.5 来源主要由室外带入，在平均值最高的第2 次测量时，当天室外PM2.5 平均浓度达到了229 μg/m3，属于严重污染水平。因此，建议地铁车厢的新风系统采用可过滤PM2.5 的滤网，以此来降低地铁车厢中PM2.5 浓度，进而给乘客和地铁工作人员一个健康的呼吸环境。