鐵路大型候車室室內空氣品質的調研分析

李鵬高 上海鐵路局蘇州站

改革開放以來，為適應經濟社會快速發展需要，我國鐵路實施了跨越式大發展?，F代化鐵路客站和路網性樞紐建設全面展開。這些新客站普遍做到能力充足、功能完善、寬敞透明、節能環保、與地域文化有機融合。其設計要適應旅客需求，不僅要提升服務品質，使運輸產品結構滿足不同層次旅客需要，而且隨著旅客旅行綜合舒適度的不斷提高，對候車室環境也提出了更高要求。其中，候車室室內空氣質量引起公眾高度重視。調查分析表明，人們約有90%的時間都在室內度過，室內空氣品質不佳是引起病態建筑綜合癥的主要因素。使用中央空調的鐵路大型現代化密閉候車室室內人員受到的影響尤其明顯。一方面使人們的健康和工作效率大受影響；另一方面，為了改善室內空氣品質，很可能需要增加建筑和空調系統的投資及維護費用，這給鐵路建設和工程維護人員也提出了新的課題。鑒于以上原因，人們已經認識到解決室內空氣品質問題的重要性與迫切性，室內空氣品質問題已成為當前建筑環境領域內的一個研究熱點。在此對室內空氣質量問題進行探討，以達改善鐵路大型候車室室內空氣品質的目的。

1 IAQ的影響因素

1.1 室內空氣品質

IAQ是室內空氣品質（Indoor Air Quality）的英文縮寫。在近二十年中，長期生活和工作在現代建筑物中的人們受到室內空氣污染時常表現出一些越來越嚴重的病態反應，這一問題引起了專家們的廣泛重視，并提出了病態建筑綜合癥（Sick Building Syndrome）等新概念。根據世界衛生組織（WHO）1983年的定義，病態建筑綜合癥是因建筑物使用而產生的癥狀，包括眼睛發紅、流鼻涕、嗓子疼、困倦、頭痛、惡心、頭暈、皮膚搔癢等。

1.2 室內污染源

室內的污染源大致有五類：一是顆粒污染物，包括來源于各種室內用品、旅客攜帶物品的塵埃等；二是建筑裝飾材料、涂料、箱包和化學品釋放的VOCs（有機揮發化合物），如甲醛、苯、氯化涇等；三是生物類污染物，包括來自于腐敗物和寵物的代謝產物的細菌、霉菌、病毒、短纖維和毛發等，它們會使抵抗力弱的人染病，此外花粉和塵螨會引發過敏體質人群的過敏反應；四是氡及其衰減子體，放射性物質，它能直接誘發癌癥，它的來源是磚頭材料、土壤等；五是人體自身污染，包括身體散發的異味以及少數病患者出入公共場所，通過空氣交叉傳染。這些污染源將不同程度地對IAQ產生不良影響。

1.3 室外污染源

室外污染源主要包括汽車尾氣中所含的氮氧化物，工業和民用鍋爐排出的SO2、CO和可吸入顆粒物等。如圖1～4所示為蘇州站冬夏季兩典型日的室外可吸入顆粒物PM10、NOx、CO和SO2濃度變化情況，其中大部分時間是超過國家室內空氣標準的。

圖1 室外可吸入顆粒物PM10冬夏季典型日濃度變化圖

圖2 室外NOx冬夏季典型日濃度變化圖

圖3 室外CO冬夏季典型日濃度變化圖

圖4 室外SO2冬夏季典型日濃度變化圖

如圖5所示，候車室室內空氣質量是多種因素和過程相互作用的結果。

圖5 室內空氣質量示意圖

1.4 空調設備產生的污染

空調系統設備本身也易成為污染源。如在表冷器降溫、減濕過程中，其表面凝水積塵、滴水盤集水極易滋生細菌；過濾器富集灰塵和微生物，如不及時更換，極易成為系統內的一大污染源；另外系統中的連接部件如帆布接頭、法蘭連接處等最易積塵和發霉。諸如此類因素也會使IAQ惡化。

1.5 不合適的換氣次數

有些車站為了節能，采取減少新風量換氣次數，也會使IAQ惡化。同樣，人們將加大新風量作為當然的改善IAQ的方法之一。但這種方法不是萬靈藥，對于室外污染輕微的國外來說，這無疑是一種解決之道，但對于中國這樣的發展中國家，室外空氣質量惡劣，室外空氣中的某些質量指標已超過室內空氣質量的控制指標，顯然這種情況下引入過多的新風不僅不能起到稀釋作用，而且還會惡化室內空氣品質。因此在換氣次數的選擇上就存在一個優化問題，對于國外來說就是要在能耗和IAQ間取得平衡，而針對我國的具體情況則還要加上對室外空氣質量的考慮。

2 IAQ的評價

伴隨室內IAQ的定義發展起來的是IAQ的評價。IAQ評價是人們認識室內環境的一種科學方法，它是隨著人們對室內環境重要性認識不斷加深而提出的新概念。由于IAQ涉及到多學科的知識，它的評價應由集中建筑技術、建筑設備工程、醫學、環境監測、衛生學、社會心理學等多學科的綜合研究小組聯合工作。當前，IAQ評價一般采用量化監測和主觀調查結合的手段進行。其中的量化監測是指直接測量室內污染物濃度來客觀了解、評價IAQ，而主觀評價的依據是人類的感覺系統（主要是嗅覺）對室內空氣的滿意程度。客觀評價的依據是人們受到的影響跟各種污染物濃度、種類、作用時間之間的關系，同時還利用了空氣年齡（Air Age）、換氣效率（Air Exchange Efficiency）、通風效能系數（Ventilation Effectiveness）等概念和方法。由于室內往往是低濃度污染，這些污染物長期作用時對人體的危害還不太清楚，它們影響人體舒適與健康的域值和劑量也不清楚。大量的測試數據表明，室內這些長期低濃度的污染即使在IAQ狀況惡化、室內人員抱怨頻繁時也很少有超標的。另外,室內有成千上萬種空氣污染物同時作用于人體,選用哪些污染物作為客觀評價的標準還需進行大量的研究。所以IAQ的客觀評價有其局限性。

人們的反應跟其個體特征密切相關，即使在相同的室內環境中，人們也會因所處的精神狀態、工作壓力、性別等因素不同而產生不同的反應。因此，對IAQ的評價必須將上述各種主觀因素考慮在內。內容包括對大量建筑進行客觀評價、主觀評價,或二者相結合，或IAQ與人體熱舒適性評價相結合?，F階段在IAQ評價方面人們做了很多工作,但仍缺乏實質性的研究和權威性的評價方法。

3 改進 IAQ的方法

3.1 污染源的控制

污染源的控制包括三個方面：室內、室外和空調系統。

對于候車室室內污染源，主要以建筑裝飾材料和旅客攜帶箱包散發的VOCs為主。國家雖對木制品和箱包的甲醛散發量及建筑物中致癌VOCs的散發量作了規定，但由于我國住房改革導致的裝修熱，使很多不法企業覺得有利可圖，大量生產VOCs散發嚴重超標的建筑裝飾材料，市場上充斥著質量低劣的箱包產品，對人民的健康造成了極大的危害。

對于室外污染源，以國家治理為主。包括制定法規對汽車尾氣排放加以限制，減少燃煤鍋爐的使用，增加天然氣的使用等。另外還可以利用一些先進技術對室外污染物進行消除，如日本有一種光催化涂料，可以涂在建筑物表面，利用太陽光分解室外空氣中的氮氧化物和SO2。

對于空調系統自身產生的污染源，只能通過加強系統維護和管理來實現，如定期更換空調箱中過濾器，定期清洗表冷器和凝水盤等。

3.2 選擇合適的換氣次數

增加換氣次數有利于提高室內IAQ，但加大新風量會使系統的能耗增加，因此要在能耗和IAQ間取得平衡選擇。

一般來說，鐵路大型客站都建造在城中，由于城市的室外空氣質量惡劣，可以考慮在較高的位置采集質量較好的新風。對于換氣次數的選擇，目前還沒有相關的研究成果進行指導。通常取暖通空調規范所定義的值，但這樣不考慮各地的地方差異，千篇一律，難免會產生很大的偏差。應具體考慮候車室所處位置周圍空氣質量的好壞，而選擇合適的換氣次數，以保證IAQ和能耗的平衡。

3.3 空氣凈化器的使用

目前的空氣凈化器主要由兩部分組成，一部分為消除可吸入顆粒物的過濾段，另一部分為消除有害氣體的凈化段，按照作用原理不同，凈化段又分為吸附型和光催化型兩種。

通常過濾器按過濾效率的高低可分為初、中、高三種。初效過濾器多采用玻璃纖維、人造纖維、金屬絲網及粗孔聚氨酯泡沫塑料，對粒徑>5μm的灰塵可以有效過濾；中效過濾器主要濾料為玻璃纖維、人造纖維合成的無紡布及中細孔聚乙烯泡沫塑料,可作成袋式或抽屜式，對>1μm的灰塵可以有效過濾；高效過濾器按照其效率不同還可細分，其中0.1μm級高效過濾器可以對0.1μm的灰塵過濾效率高達99.99%以上，不過這樣的過濾器通常使用在對空氣潔凈度要求很高的地方，如手術室和潔凈室等。通常鐵路候車室中央空調中使用的是初、中效過濾器。

使用吸附原理凈化空氣是一項歷史悠久的技術。吸附是由于吸附劑和吸附質分子間的作用力引起的，這些作用力分為兩大類---物理作用力和化學作用力，它們分別引起物理吸附和化學吸附。物理吸附是可逆過程，只能暫時阻擋污染而不能消除污染。而化學吸附是不可逆的過程，是揮發性物質的分子與吸附劑起化學反應而生成非揮發性的物質，這種機理可使得低沸點的物質如甲醛被吸附掉?；钚蕴际亲畛Ｓ玫奈絼?，它對許多VOCs都是很有效的，但對甲醛作用很小。浸了高錳酸鉀的氧化鋁（PIA）對甲醛及低濃度的醛和有機酸有很高的去除效率，所以PIA經常與活性炭聯合起來使以提高過濾器的效率。

使用光催化材料凈化空氣是近年來興起的一項新技術，由于它具有能耗低、操作簡便、反應條件溫和、可減少二次污染以及可連續工作等優點，日益受到人們的重視。半導體光催化作用的本質是在光電轉換中進行氧化還原反應。根據半導體的電子結構，當其吸收一個能量不小于其帶隙能（Eg）的光子時，電子（e－）會從充滿的價帶躍遷到空的導帶，而在價帶留下帶正電的空穴（h+）。價帶空穴具有強氧化性，而導帶電子具有強還原性，它們可以直接與反應物作用，還可以與吸附在催化劑上的其他電子給體和受體反應。例如空穴可以使H2O氧化，電子使空氣中的O2還原，生成H2O2、·OH基團和HO2·，這些基團的氧化能力都很強，能有效地將有機和無機污染物氧化，最終將其分解為 CO2、H2O、PO43－、SO42－、NO23－以及鹵素離子等無機小分子，達到消除VOCs的目的。

4 IAQ領域的研究方向

4.1 室內有機污染源散發特性的研究

鐵路候車室室內建筑裝飾材料、旅客攜帶物品和人體活動會產生大量的VOCs，它們是室內的主要有機污染源。目前其散發特性是IAQ領域的一個研究熱點，研究方法主要包括實驗研究和模型研究兩種。

4.2 室內空氣凈化技術的研究

目前室內空氣凈化技術的研究主要集中在活性炭吸附和光催化設備上，它們各自有不同的特點。目前許多廠家都在開發這類設備，然而這些設備用到實際中去還有許多問題需要研究，如其性能的評價指標、性能優化、擺放位置的優化等問題都是值得深入研究的課題。

4.3 CFD技術在IAQ領域的應用

近二十年來，隨著計算機科學計算技術的發展，利用CFD對室內空氣流動進行數值模擬的方法應運而生。數值模擬方法通過求解質量、動量、能量、氣體組份質量守恒方程和粒子運動方程，得到室內各個位置的風速、溫度、相對濕度、污染物濃度、空氣年齡等參數，從而分析評價通風換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等。由于數值模擬方法具有周期短、費用低等特點，并且能夠預先進行，因此這一方法近十年來得到了長足的發展。隨著計算機運算速度的提高、計算流體模型的完善，數值模擬方法將會成為IAQ客觀評價的有效工具。

5 結束語

IAQ是一門綜合科學,除空氣本身的質量外,還有一些尚不清楚的因素在影響人們對環境的感覺和反應。到目前為止,IAQ的標準仍有許多是基于常識而不是科學，我們在今后的研究中仍需在理論上充分理解IAQ問題的本質。在實踐中，如何將IAQ意識貫穿到有關人員的行動中是另一重大課題，進而才能真正改善鐵路大型候車室室內空氣品質。