冬季長春地鐵車廂內(nèi)空氣質(zhì)量調(diào)研分析

石 巖，黃賢闖，李 恒，肖正強

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 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，實現(xiàn)了高效的人員運輸，據(jù)統(tǒng)計，每年乘坐地鐵超過400 億人次，是目前世界人口的五倍多[1]。地鐵車廂是市民在乘坐地鐵中停留時間最長的地方，也是最擁擠的。車廂內(nèi)部的空氣質(zhì)量直接影響乘客的健康[2]。若機械通風(fēng)量不足，在擁擠的車廂中CO2，PM2.5 等污染物將達到危險水平[3]。其中PM2.5 顆粒物可通過氣血交換進入血管，對人體造成嚴重危害[4]。

本文采用問卷調(diào)查和實地測量的方式，對長春地鐵一號線和二號線進行研究，定量分析了CO2，PM2.5 空氣污染物的空間分布和時間分布。研究結(jié)果可為地鐵車廂通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)研究提供參考。

長春地鐵一號線于2017 年正式運營，共15 個車站，全長18.14 km，單次運行30 min。地鐵二號線于2018 年部分運營，共18 個車站，全長20.50 km，單次運行40 min。每輛列車由6 個車廂組成，每個車箱頂部設(shè)置2 臺變頻空調(diào)，由空調(diào)機組的通風(fēng)機和機械通風(fēng)設(shè)備一起負責車廂內(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期，人員擁擠，空氣有異味，存在顆粒物、CO2等污染物超標的現(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)研主要以問卷調(diào)查的形式，于2019 年12 月份和2020 年1 月份，每月隨機抽取1 天進行調(diào)研，對長春地鐵一號線及二號線車廂內(nèi)的乘客隨機抽取調(diào)查對象，共發(fā)出210 份問卷，回收率100%，有效問卷203 份，有效率為96.6%。調(diào)查對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

對地鐵車廂內(nèi)空氣質(zhì)量主觀調(diào)查，如圖1 所示，有5%的乘客對地鐵車廂內(nèi)的空氣質(zhì)量非常滿意，有41%的乘客對地鐵車廂內(nèi)的空氣質(zhì)量滿意，有51%的乘客對空氣質(zhì)量不滿意，認為空氣質(zhì)量為中等，僅有3%的乘客對地鐵車廂的空氣質(zhì)量非常不滿意。對空氣質(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，地鐵車廂空氣質(zhì)量整體偏差，需引起關(guān)注。

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

2 實地測量概況及結(jié)果

2.1 實地測量概況

本次實際測量選取長春地鐵一號線及地鐵二號線，在實際運行的地鐵車廂內(nèi)部進行測量，測量機器高度1.5 m。CO2測量時間為2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取7 天測量，1 月份抽取4 天測量，共計11 次，每天的測量包含高峰時段和非高峰時段。PM2.5 的測量時間同樣為2019 年的12 月份和2020 年的1 月份，12 月份抽取6 天測量，1 月份抽取4 天測量，共計10 次。因為此時外界環(huán)境非常寒冷，空調(diào)車廂通常會為了降低空調(diào)能耗從而減少新風(fēng)的供給。因此很有必要去測量實際的空氣質(zhì)量。本次測量儀器采用美國TSI9565-P-NB測量CO2濃度，采用霍尼韋爾空氣檢測儀檢測PM2.5 濃度。

2.2 測量結(jié)果

本次實地測量了CO2，PM2.5，以這些常見的空氣污染物作為地鐵車廂空氣質(zhì)量的評價參考。

2.2.1 CO2濃度測量結(jié)果

圖3 為地鐵車廂11 次實地測量中的濃度圖。我國現(xiàn)行的GB 18883—2016《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》規(guī)定室內(nèi)CO2濃度不超過日均值的1 000 μmol/mol[7]，GB 9673—1996《公共交通工具衛(wèi)生標準》的標準值為小于1 500 μmol/mol[8]。所測的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)量標準》。部分時間段的CO2濃度會超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》標準值，其中第1 次、第4 次、第5 次數(shù)據(jù)中超出標準值的數(shù)值最多，分別為32%，27%，29%。地鐵車廂11 次空氣質(zhì)量CO2濃度測量總樣本數(shù)據(jù)個數(shù)為11 157 個，其中有16%的數(shù)據(jù)超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》標準值，僅有2.2%的數(shù)據(jù)超出《公共交通工具衛(wèi)生標準》的標準值。在梁寶生等人提出的我國CO2室內(nèi)空氣質(zhì)量三級標準建議值中[9]，本次測量的數(shù)據(jù)表明冬季長春地鐵車廂中CO2屬于第三級，即可接受的室內(nèi)環(huán)境，能保護普通人群健康。

表1 為隨機抽取的1 次地鐵車廂空氣質(zhì)量測量數(shù)據(jù)中地鐵運行高峰時段與非高峰時段的統(tǒng)計信息。數(shù)據(jù)顯示高峰時段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)量標準》規(guī)定的CO2日平均值濃度標準上限1 000 μmol/mol。高峰時段的CO2濃度最大值超出規(guī)定標準最大值的186.9%。所測366 個高峰時段的樣本中超出國家規(guī)定標準值104 個，超標率為28.42%。非高峰時段樣本數(shù)為1 176 個，平均值752.39 μmol/mol，最大值1 553 μmol/mol，超出《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》日平均上限值的樣本數(shù)為127 個，超標率為10.77%。綜合樣本數(shù)據(jù)來看，高峰時段相較于非高峰時段乘客明顯增多，新風(fēng)供給不足，CO2堆積在車廂內(nèi)部是導(dǎo)致高峰時段CO2濃度偏高的的原因。

2.2.2 PM2.5 測量結(jié)果

圖4 和表2 為10 次地鐵車廂中PM2.5 測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計圖表。我國現(xiàn)行的GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定了顆粒物PM2.5 的日均濃度限值35 μg/m3（一級）和75 μg/m3（二級）[10]。本次地鐵車廂10 次PM2.5 測量數(shù)據(jù)中，第1 次、第6 次、第7 次、第9 次的數(shù)據(jù)平均值在國家標準二級限值75 μg/m3以下，其余的測量數(shù)據(jù)平均值均在二級限制以上，最高的1 次測量數(shù)據(jù)平均值達到了208.41 μg/m3，超出一級限值595%，二級限值278%。10 次測量總樣本數(shù)據(jù)為8 546 個，99.37%的數(shù)據(jù)超出一級標準限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級標準限值75 μg/m3。地鐵車廂中PM2.5 濃度超標嚴重，對乘客及工作人員的健康將會造成嚴重影響[11]。

表1 高峰時段與非高峰時段CO2 濃度對比

表2 10 次地鐵車廂實地測量中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%的乘客對空氣質(zhì)量并不滿意，并且大約有一半的乘客認為空氣有異味。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)量以滿足乘客對空氣質(zhì)量的要求。

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

PM2.5 對人健康的危害比較大，空氣中的PM2.5，可以通過呼吸道，進入肺泡，在肺泡內(nèi)積聚，引發(fā)各種疾病。美國癌癥協(xié)會的一項群體研究表明，如果大氣中PM2.5 的濃度長期＞10 μg/m3，死亡風(fēng)險就開始上升。濃度每增加10 μg/m3，總的死亡風(fēng)險就上升4%，患心肺疾病的死亡風(fēng)險上升6%，患肺癌的死亡風(fēng)險上升8%[16]。本次對地鐵車廂PM2.5濃度測量數(shù)據(jù)中99.37%的數(shù)據(jù)超出一級標準限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級標準限值75 μg/m3，最高的1 次測量數(shù)據(jù)平均值達到了208.41 μg/m3，超出一級限值595%，二級限值278%?？梢钥闯龆鹃L春地鐵車廂中的PM2.5 嚴重超標，將會嚴重的影響乘客特別是地鐵工作人員的健康。長春地鐵中PM2.5 來源主要由室外帶入，在平均值最高的第2 次測量時，當天室外PM2.5 平均濃度達到了229 μg/m3，屬于嚴重污染水平。因此，建議地鐵車廂的新風(fēng)系統(tǒng)采用可過濾PM2.5 的濾網(wǎng)，以此來降低地鐵車廂中PM2.5 濃度，進而給乘客和地鐵工作人員一個健康的呼吸環(huán)境。

4 結(jié)論

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

2）每次所測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)量標準》?？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)量標準》的標準值，僅有2.2%的數(shù)據(jù)超出《公共交通工具衛(wèi)生標準》的標準值。高峰時段相較于非高峰時段CO2濃度明顯升高。

3）地鐵車廂PM2.5 濃度測量數(shù)據(jù)中99.37%的數(shù)據(jù)超出一級標準限值35 μg/m3，58.13%的數(shù)據(jù)超出二級標準限值75 μg/m3，冬季長春地鐵車廂中的PM2.5 嚴重超標。室外PM2.5 濃度嚴重超標是地鐵車廂中PM2.5 超標的主要原因。