李偉格 鄒鉞 徐嘉 趙彥玲 裔昭珺

東華大學環(huán)境科學與工程學院

0 引言

隨著各大城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的日漸成熟與完善，地鐵已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?，隨著地鐵覆蓋面的進一步擴大，人們在地鐵車廂上的停留時間也越來越長，車廂內(nèi)環(huán)境的熱舒適逐漸引起乘客們的關(guān)注。雖然現(xiàn)在車廂內(nèi)都安裝有空調(diào)，但是車廂內(nèi)的熱舒適性卻不盡人意。

課題組針對乘客普遍反映的車廂熱環(huán)境不舒適的情況，對上海地鐵進行現(xiàn)場測試和問卷調(diào)查研究，旨在通過主觀與客觀層面的互補分析，對地鐵車廂內(nèi)熱環(huán)境的舒適性存在的問題做一個系統(tǒng)的研究，并對車廂熱舒適性的改進提出一些可行的建議。

1 研究方法

1.1 實驗對象

九號線地鐵80%為地下運行區(qū)域，20%為地面及高架地面道路，為上海典型的路線模式。本實驗選取上海地鐵九號線車廂作為測量地點，在九號線運行時進行實測，測量時間為冬季及過渡季節(jié)。

1.2 實驗方法及步驟

本實驗分別在冬季、過渡季節(jié)和夏季對上海地鐵九號線車廂進行現(xiàn)場實測和問卷調(diào)查研究，測量數(shù)據(jù)包括空氣溫度、平均輻射溫度、相對濕度和風速等參數(shù)，并結(jié)合swema-multipoint軟件進行記錄。表1為測量儀器儀表介紹，表2為問卷調(diào)查內(nèi)容。

表1 測量儀器儀表

表2 問卷調(diào)查內(nèi)容

1.3 實驗數(shù)據(jù)處理方法

課題小組成員在地鐵車廂內(nèi)共完成問卷521份，其中冬季完成300份，過渡季節(jié)完成107份，初夏完成114份，問卷結(jié)果顯示57%的乘客在地鐵上停留時間為10～30 min，27%停留30～50 min，14%停留50 min以上，乘客在列車內(nèi)平均停留時間在半小時以上，為了對車廂內(nèi)熱環(huán)境的舒適性做一個更加客觀、準確的分析，本實驗將適用于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境下的PMV-PPD評價指標與適用于動態(tài)環(huán)境下的RWI和HDR指標進行比對分析，此外，針對乘客普遍反映的冬夏季的車廂溫度偏離舒適范圍的現(xiàn)象，本文將單獨對車廂內(nèi)的熱中性溫度進行計算，并于車廂實測平均溫度進行對比。

2 測試、調(diào)查結(jié)果及分析

2.1 PMV-PPD與RWI的對比分析結(jié)果

圖1為過渡季節(jié)車廂內(nèi)PMV-PPD分布。過渡季節(jié)測試時室外氣候參數(shù)顯示為空氣溫度最高溫26℃，最低溫17℃，車廂內(nèi)沒有開空調(diào)，雖然九號線地鐵會在地上與地下進行轉(zhuǎn)換，但是PMV和PPD的變化趨勢沒有明顯的顯現(xiàn)出隨列車環(huán)境變化的跡象，車廂內(nèi)環(huán)境溫度最高達23.75℃，最低20.17℃，溫差近4℃，PMV-PPD指標顯示乘客在車廂內(nèi)普遍處于稍暖的熱感覺，且PPD高達40%。圖2為過渡季節(jié)車廂內(nèi)RWI分布。從RWI分布來看，熱感覺位于稍冷與中性之間較多，部分處于稍暖區(qū)域。從圖1和圖2可以看出，過渡季PMV-PPD模型與RWI模型有較大的差異，課題組問卷結(jié)果顯示，41%的乘客認為車廂內(nèi)適中，25%的乘客認為車廂內(nèi)稍暖，20%的乘客認為車廂內(nèi)稍冷，剩下24%乘客覺得車廂內(nèi)環(huán)境很不舒服，問卷結(jié)果與兩種指標都略有不同，PMV-PPD更符合趨勢，分析原因可能是不同乘客對熱環(huán)境的感知能力不同，對較暖環(huán)境的適應(yīng)性比較強，而且過渡季節(jié)乘客搭配服裝熱阻有較大差異，建議列車空調(diào)延長工作時間。

圖1 過渡季節(jié)車廂內(nèi)PMV-PPD分布

圖2 過渡季節(jié)車廂內(nèi)RWI分布

實驗期間，已為初夏，室外溫度高達32℃，車廂內(nèi)空調(diào)已經(jīng)開始工作。從圖3和圖4可以看出，PMV-PPD和RWI分布存在明顯的峰值，與列車行車記錄相比發(fā)現(xiàn)此時，列車在為地上地下段切換之際，車廂人員密度適中，車廂內(nèi)乘客不滿意率較低；進入地上后，人員密度較大，車廂內(nèi)有輕微吹風感，乘客的不滿意率明顯上升，由于測試時段內(nèi)室外空氣溫度較高，分析列車在室外運行階段，車廂內(nèi)熱舒適受室外環(huán)境影響較大，之后列車又進入地下，車廂內(nèi)擁擠，且有明顯吹風感，但在這段期間，PPD有較大的回落，分析原因可能是擁擠的車環(huán)境下，較高的風速能夠緩解乘客的不舒適感，根據(jù)RWI數(shù)值與ASHRAE熱感覺標度對比發(fā)現(xiàn)此階段RWI對應(yīng)車站期間的所顯示的熱感覺比PMV-PPD顯示所顯示的熱感覺低，乘客問卷結(jié)果顯示30.5%的乘客認為車險內(nèi)熱環(huán)境舒適，33.39%的乘客表示車廂內(nèi)稍冷，25.5%的乘客認為稍暖，剩下乘客認為車廂熱環(huán)境較不舒適，問卷結(jié)果與RWI所顯示的熱感覺趨勢較接近，而PMV-PPD所顯示的熱感覺則偏高，但是與前過渡季節(jié)未開空調(diào)車廂相比，開了空調(diào)的車廂乘客熱舒適不滿意率更低。

圖3 初夏車廂內(nèi)PMV-PPD分布

圖4 初夏車廂內(nèi)RWI分布

冬季對九號線進行測試，室外溫度徘徊在5℃左右，但車廂內(nèi)環(huán)境基本不受室外環(huán)境影響，變化趨勢平緩，沒有出現(xiàn)明顯高峰，在每一趟列車的起始階段，PMV與PPD先處于快速上升階段（圖5），后PMV基本穩(wěn)定在稍暖，PPD在20%附近浮動，乘客對車廂環(huán)境基本處于滿意狀態(tài)，相對于過渡季節(jié)的滿意率稍低，分析可能原因是冬季車廂內(nèi)溫度較高，但是風速又很小，車廂內(nèi)空氣近于停滯，乘客在車廂內(nèi)久待，會產(chǎn)生悶熱的感覺，對比車廂內(nèi)的HDR（圖6）可以看出，HDR數(shù)值基本在 40～-20 W/m2之間波動，當HDR≤100 W/m2時，人體處于冷不適，而 HDR≥100 W/m2時，處于熱不適，實驗所測車廂熱環(huán)境基本處于熱中性狀態(tài)到稍冷，問卷結(jié)果顯示僅8.4%乘客認為車廂內(nèi)環(huán)境稍冷到冷，41.2%的乘客認為車廂內(nèi)稍暖至暖，剩下50.4%的乘客認為熱環(huán)境適中，結(jié)果與PMV-PPD指標更接近。

圖5 冬季車廂捏PMV-PPD分布情況

圖6 冬季車廂內(nèi)HDR分布情況

2.2 熱中性溫度

問卷調(diào)查過程中，較多乘客反映車廂內(nèi)溫度在冬夏兩季較不滿意，希望地鐵交通管理方面能對此作出調(diào)整，為此課題組用溫度頻率法將操作溫度to以0.5℃進行間隔，以每個溫度區(qū)間為自變量，每個溫度區(qū)間內(nèi)乘客所做的熱感覺投票平均值MTS為因變量，進行線性回歸，計算不同季節(jié)下車廂內(nèi)的熱中性溫度。

對初夏進行綜合分析可以得到MTS=0.6277-15.5to，令MTS=0，可以得到初夏車廂熱中性溫度為24.69℃，實測車廂內(nèi)平均溫度分別為23.61℃；實際溫度比比熱中性溫度低1℃左右，課題組討論認為當室外溫度再生升高時，這個溫差會進一步拉大。

對過渡季節(jié)進行綜合分析可得MTS=0.9379-21.05to，令MTS=0，可以得到過渡季節(jié)車廂熱中性溫度為22.44℃，實測車廂內(nèi)平均溫度為22.55℃，與車廂內(nèi)熱中性溫度基本相同。

對冬季九號線車廂進行MTS平均熱感覺進行分析，線性回歸后可以得到MTS=0.156to-2.8581，令MTS=0可以得到車廂內(nèi)的熱中性溫度為18.20℃，而車廂內(nèi)實測平均溫度為23.24℃，比熱中性溫度高近5℃，過高的車廂溫度沒有給乘客帶來更好的熱舒適性，反而造成了嚴重的能源浪費。

3 結(jié)論

地鐵的快速、遍布范圍廣以及票價親民等各種優(yōu)點已經(jīng)成為了人們出門的不二之選，然而地鐵車廂作為一個密閉性的環(huán)境，人流密度波動幅度大，如果不能合理的調(diào)整地鐵車廂內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)，將無法給乘客帶來舒適的乘車感受，甚至造成極大的能源浪費。

基于上述考慮，本課題組在地鐵車廂內(nèi)進行問卷調(diào)查及實測，對冬季及過渡季節(jié)九號線車廂的熱環(huán)境與熱舒適進行研究，主要結(jié)論如下：

1）過渡季節(jié)，地鐵車廂內(nèi)熱舒適性較差，PPD值最高可達50%，感覺到稍暖的比例較大，建議地鐵空調(diào)延長開放時間，提高車廂熱舒適性。

2）風速對乘客熱感覺有調(diào)節(jié)作用，冬季時，車廂內(nèi)溫度較高時，車廂風速低，乘客的不滿意率較高。

3）冬季實測溫度遠高于計算得出的熱中性溫度，建議地鐵空調(diào)系統(tǒng)在后續(xù)調(diào)節(jié)中可以降低空調(diào)溫度；夏季車廂內(nèi)溫度低于熱中性溫度，建議提高車廂空調(diào)送風溫度，提高熱舒適性，并且節(jié)約能源。

4）PMV-PPD指標雖然從原理上適用于穩(wěn)態(tài)環(huán)境而RWI與HDR指標則適合于動態(tài)環(huán)境，但是從前面分析可以看出，對于冬季和過渡季節(jié)的熱舒適評價，PMV-PPD指標比RWI與HDR指標更加接近實際問卷情況，更有可信性；而在夏季時，適用PMV-PPD指標則與實際情況偏差較大，相反，RWI指標與問卷結(jié)果較吻合，針對上述情況，課題組猜測在夏季時可將PMV指標整體下移0.5后進行車廂熱舒適評價。

4 未來展望

課題組對于本實驗在夏季只測試了初夏時候的數(shù)據(jù)感到非常遺憾，課題組成員曾多次過安檢被保安質(zhì)疑所攜帶儀器是否為危險物品。課題組希望將來能有機會對夏季PMV修正的猜想做一個驗證，除此之外課題組在對地鐵車廂內(nèi)進行問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，乘客對車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)關(guān)注度較高，而且在問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)部分乘客在乘車過程存在困倦、頭暈、胸悶等感覺，地鐵車廂作為一個封閉性的環(huán)境，導致乘客出現(xiàn)這些病態(tài)建筑綜合癥（SBS）的直接因素就是車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)，課題組希望將來能有機會對車廂內(nèi)空氣品質(zhì)做一個細致的研究，完善地鐵車廂內(nèi)熱舒適研究。