匡志江

( 上海海事大學，上海 201306 )

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寧波軌道交通1號線環(huán)控系統(tǒng)熱舒適評價

匡志江

( 上海海事大學，上海 201306 )

動態(tài)分析環(huán)境熱舒適性更適合地鐵車站這類短暫的過渡區(qū)間。本文以寧波市天一廣場地鐵站為案例，進行了實地測試與調(diào)研，并用相對熱指標RWI、熱損失率HDR對測試熱環(huán)境的熱舒適性進行分析。結(jié)合實地調(diào)研結(jié)果可得用動態(tài)分析法來評價地鐵車站的熱環(huán)境是可行的。

過渡活動狀態(tài)；熱環(huán)境；評價指標

1　引言

地鐵作為新時代產(chǎn)物，為市民出行提供更多便捷。地鐵車站一般位于地下，與外界環(huán)境接觸較少，形成相對隔絕空間環(huán)境。因此，地鐵完全需要依賴集中空調(diào)系統(tǒng)(地鐵內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)主要是控制地鐵內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì))進行空氣交換與微小氣候調(diào)節(jié)。環(huán)控系統(tǒng)主要是地鐵在正常運行的情況下消除余熱余濕，保證乘客在地鐵車站的舒適性要求，同時為地鐵工作人員提供一個既安全又舒適衛(wèi)生的環(huán)境條件。隨著地鐵系統(tǒng)逐漸完善，人們對舒適性要求也越來越高，在全面提高生活品質(zhì)的大背景下，對于地鐵站這種人流量大，“短暫停留”的環(huán)境如果仍然按照常規(guī)地面建筑室內(nèi)熱環(huán)境的評估方法(靜態(tài)分析方法)不再滿足要求。結(jié)合地鐵車站屬于動態(tài)過渡區(qū)間的特性，衍生出來動態(tài)分析法為提升地鐵站熱環(huán)境舒適性指標提供保障。

2　地鐵站內(nèi)環(huán)境的研究現(xiàn)狀

人們短暫經(jīng)過地鐵站，在這種短暫的過渡區(qū)間，人們熱舒適性發(fā)生變化，一進入到地鐵站內(nèi)就能感覺到環(huán)境的劇烈變化，如果按照人們對穩(wěn)態(tài)環(huán)境評價的方法分析，就達不到人們越來越高的舒適要求，。

國內(nèi)對地鐵站室內(nèi)的空氣品質(zhì)研究較少，設(shè)計和配置空調(diào)系統(tǒng)一直是以節(jié)能和保證較為穩(wěn)定的空氣溫度、濕度為目的[1]。目前，評價地鐵站室內(nèi)空氣品質(zhì)的標準還沒有出臺。人們剛進入地鐵站時經(jīng)常會出現(xiàn)的空調(diào)不適應等不良反應，因此，以評價常規(guī)建筑室內(nèi)環(huán)境的方法來評價地鐵站室內(nèi)的環(huán)境越來越不合理。

針對我國缺乏對地鐵空調(diào)系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀，以動態(tài)分析法來評價地鐵車站這一過渡區(qū)間的熱舒適性環(huán)境作為本次課題的研究對象，提出在這種短暫的過渡環(huán)境更符合人們需求的溫、濕度，為實現(xiàn)人與地鐵的和諧發(fā)展做出貢獻。

3　地鐵站室內(nèi)環(huán)境舒適度調(diào)研

寧波的地鐵建設(shè)分為兩期，其中第一期寧波軌道交通一號線一期工程已建設(shè)完工，其中天一廣場地鐵站位于天一廣場三江口商業(yè)中心，建筑規(guī)模較大，為大型客流集散點。此次調(diào)研對象分布廣泛，人數(shù)較多，調(diào)研結(jié)果能夠體現(xiàn)寧波廣大市民對地鐵一號線地鐵站內(nèi)熱環(huán)境的評價。

(1)熱感覺評價調(diào)查情況

在所調(diào)查樣本中，對于熱感覺評價，總共有1581人參加調(diào)查。其中覺得稍暖共計80人；覺得舒適共計1017人；覺得稍涼共計353人；覺得涼共計107人；覺得冷共計24人。

表1　熱感覺評價調(diào)研情況

通過表1熱感覺評價調(diào)研情況中可以看到在所有參與調(diào)研人群中大部分人感覺舒適。

(2)熱環(huán)境接受程度調(diào)查情況

在所調(diào)查樣本中，針對熱環(huán)境接受程度調(diào)查，總共有1641人參與調(diào)查，其中共有1556人表示能夠接受，85人表示不能接受，占總?cè)藬?shù)的5.18%。

(3)濕度評價調(diào)研情況

對于濕度評價，總共有1641人參與調(diào)研。覺得很干燥共計11人；覺得干燥共計151人；覺得尚可共計1321人；覺得潮濕共計149人；覺得很潮濕共計9人。

表2　濕度評價調(diào)研情況

表2意味著針對濕度為45%的熱環(huán)境在所有被調(diào)研的人群中有19.5%表示不適合，只有1.22%這一非常小部分的人表示為極端濕度。大部分人都表示這一濕度較為適合。

(4)風速適宜度評價情況

對于風速適宜度評價，總共有1641人參與調(diào)研，其中覺得風速很大共計11人；覺得風速大共計127人；覺得風速尚可共計1178人；覺得風速小共計219人；覺得風速很沒感覺共計106人。

表3　風速適宜度評價情況

表3意味著針對風速為0.2m/s的地鐵環(huán)境，在所有被調(diào)研人群中有71.79%覺得尚可，只有0.67%這一非常小部分的人表示為極端風速。

4　探索過渡活動狀態(tài)的影響因素

地鐵天一廣場站是地下三層12m島式站臺，總長172m，總寬23 m，車站主體建筑面積14000 m2。

人體進入到地鐵站室內(nèi)候車過程中，所有參數(shù)可以作以下假設(shè)，其中所做機械功為0，能量代謝率為58W/m2，服裝熱阻為0.5 clo(衣服的熱阻單位，1 clo=0.155m2℃/W)，即0.08m2℃/W[2]。測得地鐵車站室內(nèi)環(huán)境溫度為23℃，濕度為45%，風速為0.2m/s；室外的環(huán)境溫度為38℃，濕度為90%。

在地鐵車站這類過渡區(qū)間短暫停留或者經(jīng)過該過渡區(qū)間的人體活動狀態(tài)持續(xù)變化時，人們對該熱環(huán)境的感覺是不同于長時間在一熱環(huán)境作靜止時感覺。熱損失率HDR和相對熱指標RWI這兩種新指標，是為了能夠準確地計算出地鐵系統(tǒng)中站廳、站臺內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)(本文把地鐵車站作為一個整體研究環(huán)境)，用來滿足人體在這類過渡活動狀態(tài)空間對該熱環(huán)境的熱舒適要求[3]

表4　RWI的分度與ASHRAE熱感覺標度

(1)溫度對過渡活動狀態(tài)的影響

當?shù)罔F站室內(nèi)是一個確定熱環(huán)境時，通過計算人們從地鐵站入口進入到站廳候車這段過渡區(qū)間的RWI值隨著時間的一個變化。設(shè)定不同的地鐵室內(nèi)熱環(huán)境溫度(17～30℃)，其他參數(shù)不變，確定每個室內(nèi)環(huán)境溫度下，隨著時間由t1=0s到t11=300s之間的相對熱指標RWI。通過調(diào)研得出人們從地鐵站入口進入，到坐地鐵離開，總共需花費時間平均為5分鐘。

在地鐵站室外環(huán)境溫度為38℃時，不同的地鐵環(huán)境室內(nèi)溫度下，計算人們從地鐵站口進入的時刻t1=0s開始，到t11=300s之間的RWI值，并畫出相應的折線圖。圖1中反映了隨著人們進入地鐵站后的時間越長，相對熱指標就越小。當?shù)罔F站室內(nèi)溫度偏低時，人們進入地鐵站后，隨著時間的增加，就會感覺到稍涼；當?shù)罔F站室內(nèi)溫度設(shè)置得較高時，人們進入地鐵站后，隨著時間的增加，就會感覺到適中。

不同地鐵站室內(nèi)熱環(huán)境溫度下，人們從地鐵站入口進入開始t1=0s到t11=300s這段過渡區(qū)間，地鐵站室內(nèi)環(huán)境溫度低的熱損失率較溫度高的要更大。由于當溫度在17～30℃之間變化時，始終有HDRmax<100W/m2，且HDRmax>-100W/m2，所以人們在確定室內(nèi)濕度情況下通過改變溫度值，人體不會出現(xiàn)冷不適(HDR≤-100W/m2)也不會出現(xiàn)熱不適(HDR≥100W/m2)，即在濕度一定情況下，通過改變溫度對熱損失HDR的影響不是很大，人們?nèi)匀惶幱谳^舒適環(huán)境。

(2)濕度變化對過渡活動狀態(tài)影響的研究

當把地鐵車站內(nèi)環(huán)境參數(shù)不變時，通過改變地鐵站室內(nèi)的濕度(由30%逐步增加到80%)，得到相應空氣濕度下水蒸氣分壓力值(kPa)。

圖3反映了只考慮地鐵站室內(nèi)濕度影響情況下，人體相對熱指標RWI只隨時間增加而減少，并逐漸接近中性的熱感覺RWI=0.08，在RWI計算公式中沒有出現(xiàn)濕度這一變化量，所以濕度對相對熱指標RWI影響不大。

圖4表明在只考慮地鐵站室內(nèi)濕度影響情況下，人體熱損失率HDR只隨時間增加而增加，由-51.52逐漸增加接近0，在HDR計算公式中也沒有出現(xiàn)濕度這一變化量，所以濕度對熱損失率HDR沒有影響。

圖1　各溫度下不同時刻的熱損失率

圖2　各溫度下不同時刻的熱損失率

圖3　不同濕度的相對熱指標RWI值

圖4　不同濕度的熱損失率HDR值

圖5　不同風速的逐時RWI變化

(3)風速變化對過渡活動狀態(tài)影響的研究

為了更好地分析風速在過渡活動區(qū)間對熱濕環(huán)境影響，地鐵車站室內(nèi)其他環(huán)境參數(shù)不變，只改變風速，計算不同風速時RWI值和HDR值。

在該地鐵熱環(huán)境中只改變風速，相對熱指標

RWI值隨風速增加而減小，人體熱感覺由暖轉(zhuǎn)為稍涼。根據(jù)ASHRAE熱感覺標度與相對熱指標RWI的分度之間的關(guān)系，可以得到RWI=0.08時熱感覺為中性，可知熱感覺能夠在300s內(nèi)達到中性的最佳風速為0.24m/s。

當由圖6所示熱損失率HDR值隨著風速增加而增大，當風速0.04≤V≤0.44m/s時,-100≤HDR≤100W/m2，表明在該熱環(huán)境下改變風速對人體熱舒適影響不大，即通過改變風速，人體在該熱環(huán)境(溫度為23℃，濕度為45%)下既不會感到冷不適也不會感到熱不適。

5　結(jié)語

對于乘客來說，地鐵車站屬于短暫停留的過渡區(qū)間。溫度為23℃，濕度為45%的地鐵熱環(huán)境，按照過渡熱環(huán)境的分析方法，得出乘客表示該地鐵熱環(huán)境熱感覺為中性，計算結(jié)果和調(diào)查結(jié)果吻合。由此得到：用過渡活動狀態(tài)熱舒適指標來評估地鐵站的熱環(huán)境非常適合。

[1] 胡春蓮，張登春.關(guān)于空調(diào)列車車廂內(nèi)空氣品質(zhì)的現(xiàn)狀分析與對策[J].制冷空調(diào)與電力機械，2008，122(29)：54-58

[2] 楊培志，陳煥新.熱舒適評價指標PMV-PPD在空調(diào)列車上的應用[J].制冷空調(diào)與電力機械，2009，12(25)：173-179

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[5] 王春，馮煉，劉應清.用相對熱指標確定成都地鐵環(huán)控設(shè)計中的溫度設(shè)計標準[J].中國鐵道科學，2009，12(15)：52-76

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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，碩士研究生，主要研究方向：冷熱電三聯(lián)供。Email：1119724135@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-049-06

TU831文獻標示碼：Bdoi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.009