石 巖，黃賢闖，李 恒，肖正強(qiáng)

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

地鐵系統(tǒng)為城市提供了一條生命線，在不增加道路擁堵和交通排放的情況下，實(shí)現(xiàn)了高效的人員運(yùn)輸，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年乘坐地鐵超過(guò)400 億人次，是目前世界人口的五倍多[1]。地鐵車(chē)廂是市民在乘坐地鐵中停留時(shí)間最長(zhǎng)的地方，也是最擁擠的。車(chē)廂內(nèi)部的空氣質(zhì)量直接影響乘客的健康[2]。若機(jī)械通風(fēng)量不足，在擁擠的車(chē)廂中CO2，PM2.5 等污染物將達(dá)到危險(xiǎn)水平[3]。其中PM2.5 顆粒物可通過(guò)氣血交換進(jìn)入血管，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害[4]。

本文采用問(wèn)卷調(diào)查和實(shí)地測(cè)量的方式，對(duì)長(zhǎng)春地鐵一號(hào)線和二號(hào)線進(jìn)行研究，定量分析了CO2，PM2.5 空氣污染物的空間分布和時(shí)間分布。研究結(jié)果可為地鐵車(chē)廂通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)研究提供參考。

長(zhǎng)春地鐵一號(hào)線于2017 年正式運(yùn)營(yíng)，共15 個(gè)車(chē)站，全長(zhǎng)18.14 km，單次運(yùn)行30 min。地鐵二號(hào)線于2018 年部分運(yùn)營(yíng)，共18 個(gè)車(chē)站，全長(zhǎng)20.50 km，單次運(yùn)行40 min。每輛列車(chē)由6 個(gè)車(chē)廂組成，每個(gè)車(chē)箱頂部設(shè)置2 臺(tái)變頻空調(diào)，由空調(diào)機(jī)組的通風(fēng)機(jī)和機(jī)械通風(fēng)設(shè)備一起負(fù)責(zé)車(chē)廂內(nèi)部新風(fēng)的供給。隨著地鐵載客量的增加，特別是早中晚高峰時(shí)期，人員擁擠，空氣有異味，存在顆粒物、CO2等污染物超標(biāo)的現(xiàn)象[5-6]。

1 調(diào)研概況及結(jié)果分析

1.1 調(diào)研概況

本次調(diào)研主要以問(wèn)卷調(diào)查的形式，于2019 年12 月份和2020 年1 月份，每月隨機(jī)抽取1 天進(jìn)行調(diào)研，對(duì)長(zhǎng)春地鐵一號(hào)線及二號(hào)線車(chē)廂內(nèi)的乘客隨機(jī)抽取調(diào)查對(duì)象，共發(fā)出210 份問(wèn)卷，回收率100%，有效問(wèn)卷203 份，有效率為96.6%。調(diào)查對(duì)象中男性所占百分比為57.1%，女性所占百分比為42.9%。

1.2 調(diào)研結(jié)果

對(duì)地鐵車(chē)廂內(nèi)空氣質(zhì)量主觀調(diào)查，如圖1 所示，有5%的乘客對(duì)地鐵車(chē)廂內(nèi)的空氣質(zhì)量非常滿意，有41%的乘客對(duì)地鐵車(chē)廂內(nèi)的空氣質(zhì)量滿意，有51%的乘客對(duì)空氣質(zhì)量不滿意，認(rèn)為空氣質(zhì)量為中等，僅有3%的乘客對(duì)地鐵車(chē)廂的空氣質(zhì)量非常不滿意。對(duì)空氣質(zhì)量滿意的乘客占比46%，不滿意的占比54%。調(diào)研結(jié)果表明，地鐵車(chē)廂空氣質(zhì)量整體偏差，需引起關(guān)注。

在對(duì)地鐵車(chē)廂空氣異味的調(diào)查中顯示，如圖2所示，有52.4%的乘客表示車(chē)廂內(nèi)部沒(méi)有異味，17.6%的乘客認(rèn)為有人體氣味，15.2%的乘客認(rèn)為有刺激性氣味，認(rèn)為有臭味、裝修后的味道、洗手間氣味的乘客分別為8.6%，4.3%，1.9%?？傮w上看有47.6%的乘客認(rèn)為車(chē)廂內(nèi)部有異味，仍需要提高空氣新鮮度，增加新風(fēng)供給。

2 實(shí)地測(cè)量概況及結(jié)果

2.1 實(shí)地測(cè)量概況

本次實(shí)際測(cè)量選取長(zhǎng)春地鐵一號(hào)線及地鐵二號(hào)線，在實(shí)際運(yùn)行的地鐵車(chē)廂內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量機(jī)器高度1.5 m。CO2測(cè)量時(shí)間為2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取7 天測(cè)量，1 月份抽取4 天測(cè)量，共計(jì)11 次，每天的測(cè)量包含高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段。PM2.5 的測(cè)量時(shí)間同樣為2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取6 天測(cè)量，1 月份抽取4 天測(cè)量，共計(jì)10 次。因?yàn)榇藭r(shí)外界環(huán)境非常寒冷，空調(diào)車(chē)廂通常會(huì)為了降低空調(diào)能耗從而減少新風(fēng)的供給。因此很有必要去測(cè)量實(shí)際的空氣質(zhì)量。本次測(cè)量?jī)x器采用美國(guó)TSI9565-P-NB測(cè)量CO2濃度，采用霍尼韋爾空氣檢測(cè)儀檢測(cè)PM2.5 濃度。

2.2 測(cè)量結(jié)果

本次實(shí)地測(cè)量了CO2，PM2.5，以這些常見(jiàn)的空氣污染物作為地鐵車(chē)廂空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)參考。

2.2.1 CO2濃度測(cè)量結(jié)果

圖3 為地鐵車(chē)廂11 次實(shí)地測(cè)量中的濃度圖。我國(guó)現(xiàn)行的GB 18883—2016《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定室內(nèi)CO2濃度不超過(guò)日均值的1 000 μmol/mol[7]，GB 9673—1996《公共交通工具衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)值為小于1 500 μmol/mol[8]。所測(cè)的11 次數(shù)據(jù)中，所有的均值都在1 000 μmol/mol 以下，符合GB 18883—2016《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。部分時(shí)間段的CO2濃度會(huì)超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)值，其中第1 次、第4 次、第5 次數(shù)據(jù)中超出標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)值最多，分別為32%，27%，29%。地鐵車(chē)廂11 次空氣質(zhì)量CO2濃度測(cè)量總樣本數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為11 157 個(gè)，其中有16%的數(shù)據(jù)超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)值，僅有2.2%的數(shù)據(jù)超出《公共交通工具衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)值。在梁寶生等人提出的我國(guó)CO2室內(nèi)空氣質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建議值中[9]，本次測(cè)量的數(shù)據(jù)表明冬季長(zhǎng)春地鐵車(chē)廂中CO2屬于第三級(jí)，即可接受的室內(nèi)環(huán)境，能保護(hù)普通人群健康。

表1 為隨機(jī)抽取的1 次地鐵車(chē)廂空氣質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)中地鐵運(yùn)行高峰時(shí)段與非高峰時(shí)段的統(tǒng)計(jì)信息。數(shù)據(jù)顯示高峰時(shí)段CO2濃度的平均值為947.71 μmol/mol，已經(jīng)非常接近《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的CO2日平均值濃度標(biāo)準(zhǔn)上限1 000 μmol/mol。高峰時(shí)段的CO2濃度最大值超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)最大值的186.9%。所測(cè)366 個(gè)高峰時(shí)段的樣本中超出國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值104 個(gè)，超標(biāo)率為28.42%。非高峰時(shí)段樣本數(shù)為1 176 個(gè)，平均值752.39 μmol/mol，最大值1 553 μmol/mol，超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》日平均上限值的樣本數(shù)為127 個(gè)，超標(biāo)率為10.77%。綜合樣本數(shù)據(jù)來(lái)看，高峰時(shí)段相較于非高峰時(shí)段乘客明顯增多，新風(fēng)供給不足，CO2堆積在車(chē)廂內(nèi)部是導(dǎo)致高峰時(shí)段CO2濃度偏高的的原因。

2.2.2 PM2.5 測(cè)量結(jié)果

圖4 和表2 為10 次地鐵車(chē)廂中PM2.5 測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖表。我國(guó)現(xiàn)行的GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了顆粒物PM2.5 的日均濃度限值35 μg/m3（一級(jí)）和75 μg/m3（二級(jí)）[10]。本次地鐵車(chē)廂10 次PM2.5 測(cè)量數(shù)據(jù)中，第1 次、第6 次、第7 次、第9 次的數(shù)據(jù)平均值在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)限值75 μg/m3以下，其余的測(cè)量數(shù)據(jù)平均值均在二級(jí)限制以上，最高的1 次測(cè)量數(shù)據(jù)平均值達(dá)到了208.41 μg/m3，超出一級(jí)限值595%，二級(jí)限值278%。10 次測(cè)量總樣本數(shù)據(jù)為8 546 個(gè)，99.37%的數(shù)據(jù)超出一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值75 μg/m3。地鐵車(chē)廂中PM2.5 濃度超標(biāo)嚴(yán)重，對(duì)乘客及工作人員的健康將會(huì)造成嚴(yán)重影響[11]。

表1 高峰時(shí)段與非高峰時(shí)段CO2 濃度對(duì)比

表2 10 次地鐵車(chē)廂實(shí)地測(cè)量中PM2.5 濃度分析

3 分析與建議

主觀空氣質(zhì)量調(diào)研中，有54%的乘客對(duì)空氣質(zhì)量并不滿意，并且大約有一半的乘客認(rèn)為空氣有異味。新風(fēng)量與空氣質(zhì)量有著正相關(guān)的關(guān)系[12]，空氣不新鮮，新風(fēng)量不足是乘客對(duì)空氣質(zhì)量不滿意的主要原因，增加新風(fēng)量也可以降低乘客的異味感，因此我們應(yīng)該適量增加新風(fēng)量以滿足乘客對(duì)空氣質(zhì)量的要求。

11 次CO2濃度測(cè)量樣本數(shù)據(jù)的平均值均在《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值以下，但是總體數(shù)據(jù)中仍然有16%的數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)值以上，特別是第1次、第3 次、第5 次測(cè)量數(shù)據(jù)中都有將近1/3 的數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)值，但是總體上符合《公共交通工具衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)。以其中的某次為例，地鐵運(yùn)行高峰時(shí)段的測(cè)量數(shù)據(jù)平均值要比非高峰時(shí)段高出約200 μmol/mol，測(cè)量數(shù)據(jù)超標(biāo)率也高出163.9%。武在天利用多元線性回歸篩選得出：乘客人數(shù)和CO2有較強(qiáng)相關(guān)性[13]，在本次的測(cè)量數(shù)據(jù)分析后也得到了相同的觀點(diǎn)。究其原因，在地鐵車(chē)廂中，CO2主要是由人呼吸產(chǎn)生，當(dāng)車(chē)廂中乘客增多，若新風(fēng)量沒(méi)有變化，CO2就會(huì)在車(chē)廂中聚集。因此在地鐵運(yùn)行中，應(yīng)盡量采用動(dòng)態(tài)的新風(fēng)供給方式，既能減少能耗，也能保證地鐵車(chē)廂中的空氣品質(zhì)[14-15]。

PM2.5 對(duì)人健康的危害比較大，空氣中的PM2.5，可以通過(guò)呼吸道，進(jìn)入肺泡，在肺泡內(nèi)積聚，引發(fā)各種疾病。美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)的一項(xiàng)群體研究表明，如果大氣中PM2.5 的濃度長(zhǎng)期＞10 μg/m3，死亡風(fēng)險(xiǎn)就開(kāi)始上升。濃度每增加10 μg/m3，總的死亡風(fēng)險(xiǎn)就上升4%，患心肺疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升6%，患肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升8%[16]。本次對(duì)地鐵車(chē)廂PM2.5濃度測(cè)量數(shù)據(jù)中99.37%的數(shù)據(jù)超出一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值75 μg/m3，最高的1 次測(cè)量數(shù)據(jù)平均值達(dá)到了208.41 μg/m3，超出一級(jí)限值595%，二級(jí)限值278%?？梢钥闯龆鹃L(zhǎng)春地鐵車(chē)廂中的PM2.5 嚴(yán)重超標(biāo)，將會(huì)嚴(yán)重的影響乘客特別是地鐵工作人員的健康。長(zhǎng)春地鐵中PM2.5 來(lái)源主要由室外帶入，在平均值最高的第2 次測(cè)量時(shí)，當(dāng)天室外PM2.5 平均濃度達(dá)到了229 μg/m3，屬于嚴(yán)重污染水平。因此，建議地鐵車(chē)廂的新風(fēng)系統(tǒng)采用可過(guò)濾PM2.5 的濾網(wǎng)，以此來(lái)降低地鐵車(chē)廂中PM2.5 濃度，進(jìn)而給乘客和地鐵工作人員一個(gè)健康的呼吸環(huán)境。

4 結(jié)論

1）有54%的乘客對(duì)地鐵車(chē)廂的空氣質(zhì)量不滿意，46%的乘客滿意。總體上看有47.6%的乘客認(rèn)為車(chē)廂內(nèi)部有異味，其余的乘客認(rèn)為空氣中沒(méi)有異味。

2）每次所測(cè)CO2數(shù)據(jù)中，所有的均值均在1 000 μmol/mol 以下，符合GB 18883—2016《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》?？倶颖緮?shù)據(jù)中，其中有16%的數(shù)據(jù)超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)值，僅有2.2%的數(shù)據(jù)超出《公共交通工具衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)值。高峰時(shí)段相較于非高峰時(shí)段CO2濃度明顯升高。

3）地鐵車(chē)廂PM2.5 濃度測(cè)量數(shù)據(jù)中99.37%的數(shù)據(jù)超出一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值75 μg/m3，冬季長(zhǎng)春地鐵車(chē)廂中的PM2.5 嚴(yán)重超標(biāo)。室外PM2.5 濃度嚴(yán)重超標(biāo)是地鐵車(chē)廂中PM2.5 超標(biāo)的主要原因。