地鐵空氣品質影響因素及評價指標分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14186地鐵空氣品質影響因素及評價指標分析案例 1145691.1地鐵車站空氣品質影響因素分析 149161.1.1室內空氣品質定義 1247501.1.2影響因素分析 2146181.2地鐵站內空氣品質評價方法 8111291.1.1客觀現(xiàn)場測試法 8263411.1.2主觀問卷調查法 9114491.1.3數值模擬分析法 1091901.3地鐵車站空氣品質的評價指標 1044981.3.1室內空氣品質控制指標 1018921.3.2風亭排放污染物控制指標 11291.3.3主觀評價標準及指標 11人體暴露于污濁的空氣環(huán)境中，會產生皮膚刺激和神經系統(tǒng)刺激等不良反應。通過文獻調研找出影響地鐵站內空氣品質的影響因素和其對應評價指標有重要研究意義。本章主要介紹影響地鐵車站室內空氣品質的因素種類，地鐵風亭排放的主要污染物和三種地鐵站內空氣品質評價方法，對比三種評價方法的優(yōu)缺點，并總結主客觀評價指標的相關規(guī)定值，介紹接下來研究所要涉及的內容，采用的評價方法和相應的評價方向，為后續(xù)的調查及數據分析提供理論基礎。1.1地鐵車站空氣品質影響因素分析1.1.1室內空氣品質定義室內空氣品質是在特定環(huán)境中定義某些要素對人群工作、生活的適宜程度，室內空氣品質反映了人們的滿意程度，是以滿意度的形式來反映人們的具體要求。一個優(yōu)良的室內空氣環(huán)境應該是令大多數室內成員感受到舒適并認可的熱濕環(huán)境，同時也能夠為室內人員提供新鮮宜人、激發(fā)活力并且對健康無不良影響的高品質空氣，以滿足人體舒適和健康的需要[38]。室內空氣質量的問題最早出現(xiàn)于第二十世紀七十年代末，半個世紀以年來一直被世界關注。對于室內空氣品質這一概念的認識，人們通過研究的不斷深入，也經歷了許多變化。最早，對于室內空氣質量的認識幾近等同于一些污染物濃度參數的指標[39]。近年來，人們開始逐漸認識到單純以污染物物理量多少為評價標準的定義不足以概括室內空氣品質的全部內容，所以，各權威機構以主客觀相結合的方式將室內空氣環(huán)境對人類舒適和健康的影響給出準確定義。1989年，在室內空氣品質討論大會上，來自丹麥哥本哈根大學的教授Fanger[40]提出：空氣品質表達了人們對周圍所處空氣環(huán)境的滿意程度，假如人們對空氣環(huán)境感到滿意，就是高品質；反之，就是低品質。在ASHRAE（美國供熱制冷空調工程師協(xié)會(American

Society

of

Heating，Refrigerating

and

Air-conditioning

Engineers，簡稱ASHRAE）標準61.1-2016[41]提出了可接受的室內空氣品質的定義為：可接受的室內空氣品質應是室內已知的污染物沒有達到權威機構所確定的有害濃度，處于該環(huán)境中的絕大多數（≥80%）人員沒有感到不滿意。該定義與其它概念相比，最顯著的變化就是用污染物大的允許濃度指標作為客觀評價加上人的主觀評價，這樣顯得更加客觀具體。如今地鐵已經是很多人上班、出行的首要選擇，地鐵空氣品質的好壞直接影響乘客乘坐地鐵時的心情，若地鐵內總是擁擠、有異味，也會直接導致乘客出現(xiàn)困倦、煩躁、頭暈惡心等癥狀。乘客在地鐵中停留的時間一般較短，而在地鐵中的工作人員一般每天在地鐵中的時間大于8小時，若長期暴露在空氣品質不好的環(huán)境中，還會對工作人員的健康產生不良影響。1.1.2影響因素分析地鐵站室內空氣品質是通過現(xiàn)場監(jiān)測站內空氣中污染物含量，然后收集乘客的主觀評價來綜合評價的[78]。其中，地鐵站內污染物的濃度主要與地鐵自身特點及外界環(huán)境有關,自身特點主要包括地鐵站內裝修使用的材料、通風狀況、車站運營年限等方面，外界環(huán)境因素主要指地鐵所處的地域、氣候、室外空氣環(huán)境[79]等方面。除此以外，站內環(huán)境的溫濕度、客流量的大小、噪聲、光照等環(huán)境因素也會影響污染物的散發(fā)與傳播，使污染物濃度上升，不光影響客觀測量值，還會影響乘客的主觀判斷。同時，每個人對于同一事物都有不同的看法和認知，不同乘客和地鐵工作人員自身因素也會影響地鐵站空氣品質的評價。上述各因素之間的主要關系如圖2-1所示。圖2-1地鐵車站空氣品質影響因素溫度溫度是影響人的主觀舒適性的一個重要因素，它表明室內冷熱環(huán)境的狀況。而舒適溫度，是指某一環(huán)境在給定人體活動量、衣著熱阻值及環(huán)境溫度的條件下滿足舒適要求的當量溫度。

舒適溫度是人體感覺最舒適，人體表面熱負荷為零時根據范格熱方程計算出氣流精致的均勻空間溫度。車站內溫度最好保持在20-25℃；若溫度過高或過低都會令人不舒適。地鐵中的溫度調節(jié)主要受外界氣候變化、空調系統(tǒng)設定及乘客數量等因素的影響。1.相對濕度在封閉的地下車站里，濕度也是影響人在其中是否感到舒適的重要因素。同時，潮濕的地下空間也極易滋生細菌和其他微生物。實驗證明，相對濕度與室內揮發(fā)性有機物的濃度之間有很大關系[47]。當相對濕度超過70%時，人體會感到不適，比如胸悶。當冬季濕度為30%—80%，夏季濕度為30%—60%時，是相對舒適的環(huán)境。3.可吸入顆粒物可吸入顆粒物是指室內空氣中的粉塵空氣動力學直徑小于10微米的顆粒物，能進入人體的呼吸系統(tǒng)，用PM10來表示；細顆粒物(PM1.5)是指空氣動力學粒徑小于1.5微米的顆粒物。污染物中的顆粒物按其動力學直徑可細分為如表2-1所示的幾類。表2-1大氣中顆粒物的分類分類粒徑來源可吸入顆粒物…粗顆粒≥1.5μm揚塵、煙囪等細顆粒＜1.5μm硫酸鹽、硝酸鹽等超細顆粒＜1μm碳燃燒在地鐵中主要對人體健康產生影響的顆粒物污染就是PM10和PM1.5[30]?？諝庵辛酱笥?0微米的顆粒物，往往在呼吸時便被鼻子過濾掉，細顆粒物粒徑小，極易進入人體呼吸道和肺部，而且能夠在在大氣中長時間停留，所以對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響更大。其中小于2微米的顆粒物甚至可以100%到達人體支氣管和肺泡內，進入肺泡的極細顆粒物能透過肺部黏膜進入到血液循環(huán)中去[48]。負載的多環(huán)芳烴（PAHs）、亞硝酸銨等致癌物隨呼吸進入肺泡，會在肺泡上沉積，久而久之引起肺組織慢性纖維化，并且引發(fā)咳嗽、哮喘、支氣管炎等癥狀，嚴重時甚至會危及生命[49]。如圖2-2所示為可吸入顆粒物在人體呼吸道中的停留點。圖2-2可吸入顆粒物在呼吸系統(tǒng)的停留點[29]為了描述空氣清潔或者污染的程度，以及對健康的影響，《環(huán)境空氣質量指數（AQI）技術規(guī)定（試行）》（HJ

633—2012）[51]中用空氣污染指數（API）來反映和評價空氣質量，并根據

API

的大小對空氣質量進行評級。如表

2-2所示為空氣污染指數范圍及其相應的空氣質量類別，而表

2-3為空氣污染指數對應的顆粒物（PM10

和

PM1.5）濃度的濃度限值。表2-2空氣污染指數范圍及相應的空氣質量類別空氣污染指數API空氣質量級別空氣質量狀況0~50一級優(yōu)51~100二級良101~150三級輕度污染151~200四級中度污染201~300五級重度污染＞300六級嚴重污染表2-3空氣污染指數對應的污染物濃度限值污染指數API50100150200300400500污染物濃度μg/m3PM1050150250350420500600PM1.53575115150250350500雖然PM1.5是空氣中的非主要構成成分，但它能夠很大程度決定空氣品質的優(yōu)劣。經文獻調研后發(fā)現(xiàn)[13]，地鐵系統(tǒng)顆粒物通常含有金屬元素，如鐵、錳、鉻、鎳、銅等，這些含有金屬元素的顆粒物進入人體后，對人們的健康危害極大。最近研究表明[52]，軌道交通列車在運行過程中因摩擦產生的顆粒物，其富含有金屬粒子，會對人體呼吸系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)造成傷害。會造成以下情況：①呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、支氣管炎、肺癌、發(fā)熱、咳嗽等；②眼和鼻的刺激感，以及出現(xiàn)其它過敏反應；③呼吸系統(tǒng)疾病和心臟疾病等的死亡率增高。地鐵車站內部的可吸入顆粒物來源如表2-4所示。表2-4車站內部可吸入顆粒物來源可吸入顆粒物來源站臺，站廳風亭，隧道內街道機動車排放廢氣√×行進中車輪的機械磨損√√制動時剎車系統(tǒng)摩擦√√活塞風吹起的粉塵×√4.一氧化碳CO是一種無色氣體，有微弱的臭味，有劇毒，難溶于水。CO性質穩(wěn)定，能夠在空氣中長期累積，不易引起人們注意，所以危害性很大。CO與血紅蛋白的親和能力高出O2約230~270倍，且與血紅蛋白結合的穩(wěn)定性極高，能與血紅蛋白結合形成羥基血紅蛋白(HbCO)，當二者同時存在時，血紅蛋白會首先選擇CO，這就抑制了O2進入血液中，會造成血液中缺氧，產生中毒癥狀。一氧化碳主要來源于燃料的不完全燃燒，所以地鐵車站內的CO來源主要為室外。不同CO濃度對人體產生的影響如表2-5所示表2-5不同CO濃度對人體產生的影響CO濃度（ppm）人體反應<100(接觸時間為6-8小時)輕度頭痛，胸悶，認識辨別能力下降<500(接觸時間為1小時)情緒不定，劇烈疼痛，惡心，意識錯亂<1000(接觸時間為1小時)意識喪失，呼吸緩慢、長時間會導致死亡5.二氧化碳CO2是無色無味的氣體，無助燃性，無毒性，但空氣中含量增多也會氧氣不足導致人呼吸不暢產生不適感，且對中樞神經有強烈刺激作用，若空氣中CO2含量過多，人就會出現(xiàn)頭痛、頭暈、呼吸困難、肌肉感到無力、耳嗚等情況，嚴重的導致窒息。不同的CO2濃度對人產生的影響如表2-6所示表2-6不同CO2濃度下人體反應情況CO2濃度（%）人體反應0.03~0.04呼吸頻次正常0.5~1呼吸略有增大1~3呼吸加深，感到呼吸急促3~5產生不適感，伴有頭痛的癥狀5~10出現(xiàn)耳鳴癥狀，精神恍惚，可能導致死亡10~20呼吸困難，失去知覺，嚴重導致死亡二氧化碳的產生可以來自物體燃燒、人的呼吸、吸煙等。它主要來自人體呼出，所以其產生量主要受人數以及人的活動量影響。《地鐵設計規(guī)范》[44]中對車廂中CO2濃度的要求是不超過0.15％。當車廂出于滿員狀態(tài)下時，CO2濃度會很快升高。相關調查表明，客流量大的站點在早晚的高峰時期CO2濃度較高[53]，說明地鐵站內CO2的濃度與客流量呈現(xiàn)正相關關系，且濃度普遍會隨著車站內乘客數量的增多而超出規(guī)范標準。6.甲醛甲醛是一種無色有刺激性氣味的氣體，易溶于水。甲醛會對人的皮膚黏膜產生刺激作用，當環(huán)境中甲醛的濃度超出一定范圍時，會對人體健康產生不良的影響。甲醛對人體會產生刺激作用，主要是會令眼睛、皮膚產生不適感，引起眼睛疼痛、偶爾流淚、皮膚發(fā)炎等癥狀。甲醛對人體產生毒性，主要是針對眼部、呼吸系統(tǒng)、肺功能、神經系統(tǒng)功能和免疫系統(tǒng)。甲醛本身具有較強的致癌性，也可導致基因突變，對人體具有致癌作用。不同甲醛濃度環(huán)境中對人體的影響如表2-7所示表2-7不同甲醛濃度環(huán)境中對人體的影響HCHO濃度（mg/m3）人體反應0~0.05不會感到刺激和不適感0.05~1.5對人體神經系統(tǒng)造成影響0.1~25上呼吸道出現(xiàn)刺激反應5.0~30人體呼吸系統(tǒng)和肺部出現(xiàn)刺激反應50~100人體出現(xiàn)肺部水腫及肺炎100導致死亡地鐵站內的甲醛主要來自裝修時所用的建筑裝飾材料的有機物散發(fā)及生活用品等。此外，溫度、濕度、風速以及新風量大小也是引起甲醛的濃度變化的因素。研究表明[54]，新風量是能夠有效控制室內空氣中甲醛濃度的重要因素。若地鐵內的通風換氣量足夠，那么甲醛對人健康的影響就會大大降低。7.揮發(fā)性有機物揮發(fā)性有機物（VolatileOrganicCompounds）是一類有機化合物的統(tǒng)稱，世界衛(wèi)生組織對揮發(fā)性有機化合物（VOCs)的定義為，熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。揮發(fā)性有機物的來源主要為自然源和人為源，人為源中交通運輸和溶劑使用是共同重點源。其中人為源在城市中高度集中，使得人為排放的揮發(fā)性有機物成為影響區(qū)域空氣品質的主要污染物，是除顆粒物外第二大分布廣泛和種類繁多的大氣污染物。揮發(fā)性有機物照成的危害主要表現(xiàn)在三個方面：一是部分具有毒性和致癌性，危害人體身體健康；VOCs對人體的影響主要為氣味，感官，黏膜刺激和其他系統(tǒng)毒性導致的病態(tài)及基因和致癌性[55]，個別揮發(fā)性有機物有毒有害，具有強烈刺激性和致癌的風險，當超過一定濃度時，會造成人體呼吸系統(tǒng)紊亂，誘發(fā)免疫系統(tǒng)疾病，濃度過高時會對人體器官產生刺激性過敏反應,不同濃度下對人體的影響如表2-8所示；參與光化學煙霧反應，形成臭氧，過氧乙酰硝酸酯等；還參與大氣中二次氣溶膠形成，從而顯著降低大氣能見度。表2-8不同VOCs濃度環(huán)境中對人體的影響VOCs濃度（mg/m3）人體反應0~0.2不會感到刺激和不適感0.2~3.0感到刺激并出現(xiàn)不適感3~25引發(fā)頭痛，胸悶等癥狀25對神經系統(tǒng)產生毒害作用8.細菌地鐵站內空氣中微生物污染，可引起人類多種疾病如眼刺激、哮喘、感冒、過敏性皮炎、過敏性肺炎和傳染性疾病，甚至死亡。地鐵車站為細菌和真菌等微生物的滋生提供了潮濕陰暗的環(huán)境。地鐵車站內細菌與病毒的主要來自地鐵隧道內，通過新風系統(tǒng)將隧道空氣內含有的細菌、病毒等帶入車站內，風亭和地鐵出入口產生的異味主要就是來源于細菌等微生物[37]。1.2地鐵站內空氣品質評價方法1.1.1客觀現(xiàn)場測試法客觀評價法：采用專業(yè)儀器直接測試車站內某些典型污染物的濃度來客觀描述站內空氣品質。該方法是最先被采用，也是發(fā)展較為成熟的評價方法。目前被采用的客觀評價法有：檢測評價法、數學模型評價法、人體模型評價法、計算機模擬等。其中數學模型法包括模糊綜合評判法、灰色綜合評判法、神經網絡法等。表2-9常用指數評價模型類型模型特點單因子指數法單一值I適合于單一污染物，當Ii最大值I多個污染物中，某個占優(yōu)污染物算術平均值I=各個污染物分指數的算術平均數加權平均值I=根據各污染物權重比確定的綜合指數多因子指數法沈氏模型I=兼顧最大單因子指數和算數平均指數綜合指數I=兼顧最大單因子指數和算數平均指數并突顯最大單因子指數在客觀評價體系中，由于沒有考慮處于環(huán)境中人對室內環(huán)境因子的監(jiān)測，通常用綜合指數法評估室內環(huán)境的優(yōu)劣[57-58]，綜合指數法主要是用室內檢測的污染物濃度比上標準中污染物濃度的相對值來反映污染物造成的空氣污染的程度，常用的單、多因子指數評價模型如表2-9所示，根據計算出的指數I即可評價室內環(huán)境等級，評價分級描述如表2-10所示。表2-10室內空氣品質分級描述指數級別評估描述I≤0.49Ⅰ清潔適宜人類生活0.5<I≤0.99Ⅱ未污染污染物不超標，人類可正常生活1.00<I≤1.49Ⅲ輕污染至少有一個環(huán)境污染物超標，除敏感者外，一般不會發(fā)生急慢性中毒1.5<I≤1.99Ⅳ中污染一般有2~3污染物超標，人類健康明顯受害，敏感者受害嚴重I>2.00Ⅴ重污染一般有3~4環(huán)境污染物超標，人群健康受害嚴重，敏感者可能死亡本文評價采用改進后的綜合指數模型進行計算，如公式2-1所示，該指數模式簡單,能適應污染物個數的增減,可以直觀地描述各種污染物對室內空氣的污染程度,并能突顯最大污染物的影響,實際應用說明該評價模式是比較理想的室內空氣質量綜合評價模式。 I=max式中IimaxIn—評價污染物種類；客觀評價法，通過具體的數據，將模糊的空氣品質量化，更加直觀的反映空氣中各項污染物情況，有利于人們具體的評判空氣質量，同時也可以針對性的做出改善。但是，客觀評價法本身有一定的局限性，主要體現(xiàn)在兩方面：一方面有關地鐵車廂內空氣污染物限值標準尚未出臺，現(xiàn)有的可參考標準相關規(guī)定不完全一致，有待商榷，且限制的污染物類別有限；另一方面，一些污染物濃度較低，測試儀器精度有限，實現(xiàn)對限定的所有污染物都進行測試也是比較困難的；若只針對常規(guī)典型污染物測試，多種低濃度污染物綜合作用的效果也是無法呈現(xiàn)[80]。其次，該方法無法反映空氣異味及對人體產生的刺激，且未考慮作為主體人的感受，通常即使各類污染物濃度均未超標，但仍有不少乘客對當前空氣環(huán)境表示不滿，這也是客觀評價法最大的缺陷。1.1.2主觀問卷調查法主觀評價法，乘客根據自身感覺器官，對當前地鐵車廂內空氣環(huán)境做出主觀性評價，主要包括乘客對當前空氣品質的評價，通常采用調查問卷的形式來實現(xiàn)[58]。主觀評價法，彌補了客觀評價對于乘客主觀感受考慮不足的缺陷，從人的角度對當前環(huán)境做出評價。對于儀器無法測得的某些污染也能準確感知，更加直接準確的獲得乘客對于當前空氣品質的評價。雖然考慮了乘客的感受，但是乘客對于當前站內空氣品質的主觀感受同時受到地鐵車站環(huán)境和自身兩方面的影響。其中，車廂環(huán)境除了空氣污染物和異味，還包括周圍的冷熱環(huán)境、干濕環(huán)境、噪聲、光照、振動、人流量等，站內環(huán)境很多時候無法完全控制，使得乘客的主觀感受不單純是針對空氣品質的。且由于人感覺器官的局限性，一些無色無味的有害污染物，短時間內無法感知識別，從而嚴重干擾室內空氣品質的評判結果。另外，由于調查樣本量有限，也會導致一定的誤差[81]。因此，單純的主觀評價也不能完全反映車廂內空氣品質的實際情況。1.1.3數值模擬分析法由于測量儀器的精度有限，對于各種污染物不能夠有效的得出分布規(guī)律。隨著計算機硬件條件的飛速發(fā)展，為各種數值模擬軟件的應用提供了基礎平臺。使用數值模擬軟件對站內污染物流體基本方程進行離散后，通過對流動控制方程的離散求解，可以得出在計算域中任何位置上的基本物理量的近似值，通過對相關物理量近似值的收集對比和研究，可以得到其隨時間變化規(guī)律和計算域內的分布[體育館更衣室-張含芝]，因此，計算機數值模擬以更便捷的方式可以作為研究中現(xiàn)場實測研究方法的補充。1.3地鐵車站空氣品質的評價指標1.3.1室內空氣品質控制指標表2-11室內空氣品質評價指標評價指標單位控制標準規(guī)范來源備注溫度oC夏24~28冬18~20GB9672-1996《公共交通等待室衛(wèi)生標準》—濕度%40~80GB9672-1996《公共交通等待室衛(wèi)生標準》—PM1.5mg/m375GB50157-2013《地鐵設計規(guī)范》24h平均值PM10mg/m3250GB50157-2013《地鐵設計規(guī)范》24h平均值甲醛mg/m30.10GB3095-2002《室內空氣質量標準》8h平均值VOCsmg/m30.6GB3095-2002《室內空氣質量標準》1h平均值參考國內外文獻資料，評價空氣品質標準的指標可以分為四類：微小氣候指標；化學指標；微生物指標和新風量。一般對地鐵空氣品質的評價標準選用如《公共交通等候室衛(wèi)生標準》(GB9672