北京地鐵可吸入顆粒物分布規(guī)律研究

劉天煬（北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與能源應用工程分部，北京100124）

北京地鐵可吸入顆粒物分布規(guī)律研究

劉天煬（北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與能源應用工程分部，北京100124）

隨著經濟的發(fā)展，空氣環(huán)境的惡化，PM2.5這一名詞得到了越來越多人的關注。室外空氣渾濁，能見度低，那公共建筑物內又是怎樣的場景？與人們息息相關的地鐵交通中，PM2.5的濃度又是怎樣的分布規(guī)律？抱著這樣的問題我們開展了這個課題，即北京可吸入顆粒物分布研究。進一步研究站廳污染物濃度突增的原因；對比島式和側式結構區(qū)別對污染物分布的影響。

PM2.5；地鐵；活塞風

1 前言

當今，人們的生活無時無刻不暴露在空氣中，而地鐵作為一個在大城市有著極其重要地位的交通系統(tǒng)，每天都要輸送大量的人流，空氣質量如何，更加值得重視。

因此，本文通過對北京的一些地鐵站PM2.5濃度的相關測試，得出了一些PM2.5的分布規(guī)律，對地鐵通風空調設計及運行管理提供了一些參考，對提高地鐵內的空氣質量也具有較為重要的意義。

2 測試及研究內容

2.1 實測地點

本論文主要針對的是北京地鐵，考慮地鐵本身的設計以及構造等外在條件，主要選取典型站點進行測試，其中選取閉式系統(tǒng)換乘站宋家莊站以及屏蔽門系統(tǒng)北工大西門站，以及新線14號線十里河換乘站與最早的無安全門的1號線大望路站、國貿站，改造半屏蔽門系統(tǒng)后仍無屏蔽門的建國門站進行測試?？紤]設計標準等相同的內容，下面以宋家莊為主，介紹地鐵的基本情況。

2.2 整體分析

我們將得到的數(shù)據(jù)進行整理，剔除某個測點儀器故障的數(shù)據(jù)后得到15個宋家莊站臺9天的4個測點的完整的數(shù)據(jù)。這十五組數(shù)據(jù)是比較有代表性，規(guī)律性最為明顯的。我們首先把數(shù)據(jù)整體分為室內和室外兩部分，分別取兩組數(shù)據(jù)平均值。地鐵內平均值為145，地鐵外為131，通過這樣直觀的對比我們可以很明顯的從整體角度看出來地鐵內的數(shù)值要遠遠高于室外數(shù)值。

再將十五組數(shù)據(jù)分開做成柱狀圖放在一起作比較如圖1。

可以看出無論室外空氣是否優(yōu)良，地鐵內的污染物濃度都普遍高于室外，如果室外污染物濃度有突變的時候，室內污染物濃度可能會有短暫延時。在excel建立相關性分析發(fā)現(xiàn)室內與室外相關性數(shù)值高達0.94。證明室內外污染物濃度存在很大相關性。

圖1 地鐵站內PM2.5平均值與室外平均值比較

通過測試結果我們仍然可以看出地鐵內數(shù)據(jù)明顯高于室外，同時因為測點的不同，我們看到分層效果較為顯著，即站臺污染大于站廳污染大于室外污染。站廳處污染物濃度較室外相比就有了很大的升高，且與站臺接近。北工大西門站雖然不是傳統(tǒng)意義上的全封閉門系統(tǒng)，但也是百分之九十都是封閉的，其剎車作用產生的微觀粒子對于站廳污染物的影響就不是很顯著了，但是站廳處就出現(xiàn)污染物有一定的攀升的情況，說明可能除剎車作用外，站廳出本身就存在污染源。

2.3 活塞風

在分析數(shù)據(jù)的同時，我們發(fā)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)有著規(guī)律性波動。

分析過程中我們發(fā)現(xiàn)，各測點都具有較明顯的相同的周期性波動趨勢，波動周期為列車進站的間隔時間。我們判斷站臺處污染物情況受活塞風作用。

北工大西門（全屏蔽門）（見圖2）：

我們仍以北工大西門為例。

如圖2中所示對14號線北工大西門站站臺進行的測試，測試中站臺環(huán)境溫度25℃，濕度為44%，列車的頻率為7min/次，測試結果為站臺內PM2.5的平均值為61μg/m3，PM10的平均值為128μg/m3，均高于同時刻的室外環(huán)境值。PM2.5的波動范圍為52～75μg/m3，PM10的波動范圍是112～159μg/m3。圖中紅色箭頭顯示的是列車進站時刻，黑色箭頭顯示的是列車駛出站臺時刻，從圖中可以看出當列車進出站時對于顆粒物有較明顯的并且呈現(xiàn)周期性變化，說明14號線北工大西門站盡管帶有屏蔽門，但是還是會受到一定的列車活塞風影響，造成PM2.5在列車進出站的波動Δ=10μg/m3。

圖2 10月9日北工大西門站站臺顆粒物濃度

無屏蔽門和半屏蔽門：

大望路站是今年剛剛裝上半屏蔽門的，而建國門目前仍然沒有安裝屏蔽門。我們以這種連續(xù)性測試方式很容易能看出屏蔽門對于活塞風作用的影響，僅僅是半屏蔽門就使站臺污染物情況有這樣的改觀，但對于之前針對全屏蔽門的測試發(fā)現(xiàn)活塞風作用仍然明顯，所以這幾項針對屏蔽門的測試可以為有關部門在考慮安全性和污染物濃度的分布的前提下，選擇哪種屏蔽門有了一定的參考價值。

2.4 其他

我們在測試的同時大致統(tǒng)計了一下測試過程中的人流差距。平峰段每半小時大概有200～300人左右出入站臺，而高峰期為600～700人出入，數(shù)量級上大概差兩倍，可是單純的看站廳的污染物數(shù)值，平峰高峰并沒有很大的差距，而且會出現(xiàn)平峰時段污染物濃度高于高峰時段的情況。但是高峰時間段列車的頻率會提高，從7min/次，變?yōu)?min/次，因此出現(xiàn)這樣的數(shù)據(jù)我們判斷仍是與活塞風作用更明顯，人流量方面可能從外界粘帶的污染物或者腳下浮塵等等仍有待考究。

3 成果

（1）我們首次測試并公開展示了北京地鐵污染物實測數(shù)據(jù)。

（2）站臺內污染物濃度相對室外濃度較高，活塞風是影響其變化因素的主要原因。

（3）屏蔽門對活塞風影響較大，針對不同室外條件、相似通風條件時，屏蔽門對站臺污染物濃度有一定的遲延作用，且半屏蔽門對于污染物濃度影響與全屏蔽門無異針對環(huán)境問題選擇屏蔽門時可供參考。

（4）除站臺處剎車因素外，站廳內存在額外的源。

[1]A land use regression model for ambient ultrafine particles in Montreal Canada A comparison of linear regression and a machine learning approach 2016.

[2]A multivariate study for characterizing particulate matter PM10 PM2.5 and PM1 in Seoul metropolitan subway stations Korea 2015 Journal of Hazardous Ma.

X513

A

2095-2066（2016）35-0008-02

“北京地鐵可吸入顆粒物分布規(guī)律研究”，星火基金（XH-2016-04-05）。

2016-12-3