鐵路大型候車室室內(nèi)空氣品質(zhì)的調(diào)研分析

李鵬高 上海鐵路局蘇州站

改革開(kāi)放以來(lái)，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展需要，我國(guó)鐵路實(shí)施了跨越式大發(fā)展?，F(xiàn)代化鐵路客站和路網(wǎng)性樞紐建設(shè)全面展開(kāi)。這些新客站普遍做到能力充足、功能完善、寬敞透明、節(jié)能環(huán)保、與地域文化有機(jī)融合。其設(shè)計(jì)要適應(yīng)旅客需求，不僅要提升服務(wù)品質(zhì)，使運(yùn)輸產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(duì)候車室環(huán)境也提出了更高要求。其中，候車室室內(nèi)空氣質(zhì)量引起公眾高度重視。調(diào)查分析表明，人們約有90%的時(shí)間都在室內(nèi)度過(guò)，室內(nèi)空氣品質(zhì)不佳是引起病態(tài)建筑綜合癥的主要因素。使用中央空調(diào)的鐵路大型現(xiàn)代化密閉候車室室內(nèi)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(nèi)空氣品質(zhì)，很可能需要增加建筑和空調(diào)系統(tǒng)的投資及維護(hù)費(fèi)用，這給鐵路建設(shè)和工程維護(hù)人員也提出了新的課題。鑒于以上原因，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到解決室內(nèi)空氣品質(zhì)問(wèn)題的重要性與迫切性，室內(nèi)空氣品質(zhì)問(wèn)題已成為當(dāng)前建筑環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在此對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行探討，以達(dá)改善鐵路大型候車室室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的。

1 IAQ的影響因素

1.1 室內(nèi)空氣品質(zhì)

IAQ是室內(nèi)空氣品質(zhì)（Indoor Air Quality）的英文縮寫(xiě)。在近二十年中，長(zhǎng)期生活和工作在現(xiàn)代建筑物中的人們受到室內(nèi)空氣污染時(shí)常表現(xiàn)出一些越來(lái)越嚴(yán)重的病態(tài)反應(yīng)，這一問(wèn)題引起了專家們的廣泛重視，并提出了病態(tài)建筑綜合癥（Sick Building Syndrome）等新概念。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）1983年的定義，病態(tài)建筑綜合癥是因建筑物使用而產(chǎn)生的癥狀，包括眼睛發(fā)紅、流鼻涕、嗓子疼、困倦、頭痛、惡心、頭暈、皮膚搔癢等。

1.2 室內(nèi)污染源

室內(nèi)的污染源大致有五類：一是顆粒污染物，包括來(lái)源于各種室內(nèi)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(xué)品釋放的VOCs（有機(jī)揮發(fā)化合物），如甲醛、苯、氯化涇等；三是生物類污染物，包括來(lái)自于腐敗物和寵物的代謝產(chǎn)物的細(xì)菌、霉菌、病毒、短纖維和毛發(fā)等，它們會(huì)使抵抗力弱的人染病，此外花粉和塵螨會(huì)引發(fā)過(guò)敏體質(zhì)人群的過(guò)敏反應(yīng)；四是氡及其衰減子體，放射性物質(zhì)，它能直接誘發(fā)癌癥，它的來(lái)源是磚頭材料、土壤等；五是人體自身污染，包括身體散發(fā)的異味以及少數(shù)病患者出入公共場(chǎng)所，通過(guò)空氣交叉?zhèn)魅尽＿@些污染源將不同程度地對(duì)IAQ產(chǎn)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(yè)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(shí)間是超過(guò)國(guó)家室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)空氣質(zhì)量是多種因素和過(guò)程相互作用的結(jié)果。

圖5 室內(nèi)空氣質(zhì)量示意圖

1.4 空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的污染

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備本身也易成為污染源。如在表冷器降溫、減濕過(guò)程中，其表面凝水積塵、滴水盤(pán)集水極易滋生細(xì)菌；過(guò)濾器富集灰塵和微生物，如不及時(shí)更換，極易成為系統(tǒng)內(nèi)的一大污染源；另外系統(tǒng)中的連接部件如帆布接頭、法蘭連接處等最易積塵和發(fā)霉。諸如此類因素也會(huì)使IAQ惡化。

1.5 不合適的換氣次數(shù)

有些車站為了節(jié)能，采取減少新風(fēng)量換氣次數(shù)，也會(huì)使IAQ惡化。同樣，人們將加大新風(fēng)量作為當(dāng)然的改善IAQ的方法之一。但這種方法不是萬(wàn)靈藥，對(duì)于室外污染輕微的國(guó)外來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一種解決之道，但對(duì)于中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家，室外空氣質(zhì)量惡劣，室外空氣中的某些質(zhì)量指標(biāo)已超過(guò)室內(nèi)空氣質(zhì)量的控制指標(biāo)，顯然這種情況下引入過(guò)多的新風(fēng)不僅不能起到稀釋作用，而且還會(huì)惡化室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此在換氣次數(shù)的選擇上就存在一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)就是要在能耗和IAQ間取得平衡，而針對(duì)我國(guó)的具體情況則還要加上對(duì)室外空氣質(zhì)量的考慮。

2 IAQ的評(píng)價(jià)

伴隨室內(nèi)IAQ的定義發(fā)展起來(lái)的是IAQ的評(píng)價(jià)。IAQ評(píng)價(jià)是人們認(rèn)識(shí)室內(nèi)環(huán)境的一種科學(xué)方法，它是隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境重要性認(rèn)識(shí)不斷加深而提出的新概念。由于IAQ涉及到多學(xué)科的知識(shí)，它的評(píng)價(jià)應(yīng)由集中建筑技術(shù)、建筑設(shè)備工程、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生學(xué)、社會(huì)心理學(xué)等多學(xué)科的綜合研究小組聯(lián)合工作。當(dāng)前，IAQ評(píng)價(jià)一般采用量化監(jiān)測(cè)和主觀調(diào)查結(jié)合的手段進(jìn)行。其中的量化監(jiān)測(cè)是指直接測(cè)量室內(nèi)污染物濃度來(lái)客觀了解、評(píng)價(jià)IAQ，而主觀評(píng)價(jià)的依據(jù)是人類的感覺(jué)系統(tǒng)（主要是嗅覺(jué)）對(duì)室內(nèi)空氣的滿意程度。客觀評(píng)價(jià)的依據(jù)是人們受到的影響跟各種污染物濃度、種類、作用時(shí)間之間的關(guān)系，同時(shí)還利用了空氣年齡（Air Age）、換氣效率（Air Exchange Efficiency）、通風(fēng)效能系數(shù)（Ventilation Effectiveness）等概念和方法。由于室內(nèi)往往是低濃度污染，這些污染物長(zhǎng)期作用時(shí)對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)表明，室內(nèi)這些長(zhǎng)期低濃度的污染即使在IAQ狀況惡化、室內(nèi)人員抱怨頻繁時(shí)也很少有超標(biāo)的。另外,室內(nèi)有成千上萬(wàn)種空氣污染物同時(shí)作用于人體,選用哪些污染物作為客觀評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)行大量的研究。所以IAQ的客觀評(píng)價(jià)有其局限性。

人們的反應(yīng)跟其個(gè)體特征密切相關(guān)，即使在相同的室內(nèi)環(huán)境中，人們也會(huì)因所處的精神狀態(tài)、工作壓力、性別等因素不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng)。因此，對(duì)IAQ的評(píng)價(jià)必須將上述各種主觀因素考慮在內(nèi)。內(nèi)容包括對(duì)大量建筑進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)、主觀評(píng)價(jià),或二者相結(jié)合，或IAQ與人體熱舒適性評(píng)價(jià)相結(jié)合?，F(xiàn)階段在IAQ評(píng)價(jià)方面人們做了很多工作,但仍缺乏實(shí)質(zhì)性的研究和權(quán)威性的評(píng)價(jià)方法。

3 改進(jìn) IAQ的方法

3.1 污染源的控制

污染源的控制包括三個(gè)方面：室內(nèi)、室外和空調(diào)系統(tǒng)。

對(duì)于候車室室內(nèi)污染源，主要以建筑裝飾材料和旅客攜帶箱包散發(fā)的VOCs為主。國(guó)家雖對(duì)木制品和箱包的甲醛散發(fā)量及建筑物中致癌VOCs的散發(fā)量作了規(guī)定，但由于我國(guó)住房改革導(dǎo)致的裝修熱，使很多不法企業(yè)覺(jué)得有利可圖，大量生產(chǎn)VOCs散發(fā)嚴(yán)重超標(biāo)的建筑裝飾材料，市場(chǎng)上充斥著質(zhì)量低劣的箱包產(chǎn)品，對(duì)人民的健康造成了極大的危害。

對(duì)于室外污染源，以國(guó)家治理為主。包括制定法規(guī)對(duì)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(jìn)技術(shù)對(duì)室外污染物進(jìn)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(yáng)光分解室外空氣中的氮氧化物和SO2。

對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的污染源，只能通過(guò)加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)和管理來(lái)實(shí)現(xiàn)，如定期更換空調(diào)箱中過(guò)濾器，定期清洗表冷器和凝水盤(pán)等。

3.2 選擇合適的換氣次數(shù)

增加換氣次數(shù)有利于提高室內(nèi)IAQ，但加大新風(fēng)量會(huì)使系統(tǒng)的能耗增加，因此要在能耗和IAQ間取得平衡選擇。

一般來(lái)說(shuō)，鐵路大型客站都建造在城中，由于城市的室外空氣質(zhì)量惡劣，可以考慮在較高的位置采集質(zhì)量較好的新風(fēng)。對(duì)于換氣次數(shù)的選擇，目前還沒(méi)有相關(guān)的研究成果進(jìn)行指導(dǎo)。通常取暖通空調(diào)規(guī)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(huì)產(chǎn)生很大的偏差。應(yīng)具體考慮候車室所處位置周圍空氣質(zhì)量的好壞，而選擇合適的換氣次數(shù)，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(guò)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(guò)濾器按過(guò)濾效率的高低可分為初、中、高三種。初效過(guò)濾器多采用玻璃纖維、人造纖維、金屬絲網(wǎng)及粗孔聚氨酯泡沫塑料，對(duì)粒徑>5μm的灰塵可以有效過(guò)濾；中效過(guò)濾器主要濾料為玻璃纖維、人造纖維合成的無(wú)紡布及中細(xì)孔聚乙烯泡沫塑料,可作成袋式或抽屜式，對(duì)>1μm的灰塵可以有效過(guò)濾；高效過(guò)濾器按照其效率不同還可細(xì)分，其中0.1μm級(jí)高效過(guò)濾器可以對(duì)0.1μm的灰塵過(guò)濾效率高達(dá)99.99%以上，不過(guò)這樣的過(guò)濾器通常使用在對(duì)空氣潔凈度要求很高的地方，如手術(shù)室和潔凈室等。通常鐵路候車室中央空調(diào)中使用的是初、中效過(guò)濾器。

使用吸附原理凈化空氣是一項(xiàng)歷史悠久的技術(shù)。吸附是由于吸附劑和吸附質(zhì)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(xué)作用力，它們分別引起物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是可逆過(guò)程，只能暫時(shí)阻擋污染而不能消除污染。而化學(xué)吸附是不可逆的過(guò)程，是揮發(fā)性物質(zhì)的分子與吸附劑起化學(xué)反應(yīng)而生成非揮發(fā)性的物質(zhì)，這種機(jī)理可使得低沸點(diǎn)的物質(zhì)如甲醛被吸附掉?；钚蕴际亲畛Ｓ玫奈絼?，它對(duì)許多VOCs都是很有效的，但對(duì)甲醛作用很小。浸了高錳酸鉀的氧化鋁（PIA）對(duì)甲醛及低濃度的醛和有機(jī)酸有很高的去除效率，所以PIA經(jīng)常與活性炭聯(lián)合起來(lái)使以提高過(guò)濾器的效率。

使用光催化材料凈化空氣是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，由于它具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、可減少二次污染以及可連續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視。半導(dǎo)體光催化作用的本質(zhì)是在光電轉(zhuǎn)換中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。根據(jù)半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)，當(dāng)其吸收一個(gè)能量不小于其帶隙能（Eg）的光子時(shí)，電子（e－）會(huì)從充滿的價(jià)帶躍遷到空的導(dǎo)帶，而在價(jià)帶留下帶正電的空穴（h+）。價(jià)帶空穴具有強(qiáng)氧化性，而導(dǎo)帶電子具有強(qiáng)還原性，它們可以直接與反應(yīng)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(yīng)。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(tuán)和HO2·，這些基團(tuán)的氧化能力都很強(qiáng)，能有效地將有機(jī)和無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)小分子，達(dá)到消除VOCs的目的。

4 IAQ領(lǐng)域的研究方向

4.1 室內(nèi)有機(jī)污染源散發(fā)特性的研究

鐵路候車室室內(nèi)建筑裝飾材料、旅客攜帶物品和人體活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的VOCs，它們是室內(nèi)的主要有機(jī)污染源。目前其散發(fā)特性是IAQ領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)研究和模型研究?jī)煞N。

4.2 室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究

目前室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究主要集中在活性炭吸附和光催化設(shè)備上，它們各自有不同的特點(diǎn)。目前許多廠家都在開(kāi)發(fā)這類設(shè)備，然而這些設(shè)備用到實(shí)際中去還有許多問(wèn)題需要研究，如其性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)、性能優(yōu)化、擺放位置的優(yōu)化等問(wèn)題都是值得深入研究的課題。

4.3 CFD技術(shù)在IAQ領(lǐng)域的應(yīng)用

近二十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，利用CFD對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬的方法應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)值模擬方法通過(guò)求解質(zhì)量、動(dòng)量、能量、氣體組份質(zhì)量守恒方程和粒子運(yùn)動(dòng)方程，得到室內(nèi)各個(gè)位置的風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度、污染物濃度、空氣年齡等參數(shù)，從而分析評(píng)價(jià)通風(fēng)換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等。由于數(shù)值模擬方法具有周期短、費(fèi)用低等特點(diǎn)，并且能夠預(yù)先進(jìn)行，因此這一方法近十年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高、計(jì)算流體模型的完善，數(shù)值模擬方法將會(huì)成為IAQ客觀評(píng)價(jià)的有效工具。

5 結(jié)束語(yǔ)

IAQ是一門(mén)綜合科學(xué),除空氣本身的質(zhì)量外,還有一些尚不清楚的因素在影響人們對(duì)環(huán)境的感覺(jué)和反應(yīng)。到目前為止,IAQ的標(biāo)準(zhǔn)仍有許多是基于常識(shí)而不是科學(xué)，我們?cè)诮窈蟮难芯恐腥孕柙诶碚撋铣浞掷斫釯AQ問(wèn)題的本質(zhì)。在實(shí)踐中，如何將IAQ意識(shí)貫穿到有關(guān)人員的行動(dòng)中是另一重大課題，進(jìn)而才能真正改善鐵路大型候車室室內(nèi)空氣品質(zhì)。