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(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)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(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程分部，北京100124）

隨著經(jīng)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(guān)注。室外空氣渾濁，能見度低，那公共建筑物內(nèi)又是怎樣的場景？與人們息息相關(guān)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(cè)式結(jié)構(gòu)區(qū)別對污染物分布的影響。

PM2.5；地鐵；活塞風(fēng)

1 前言

當(dāng)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(zhì)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(guān)測試，得出了一些PM2.5的分布規(guī)律，對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計及運行管理提供了一些參考，對提高地鐵內(nèi)的空氣質(zhì)量也具有較為重要的意義。

2 測試及研究內(nèi)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(shè)計以及構(gòu)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(mào)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。考慮設(shè)計標準等相同的內(nèi)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(nèi)和室外兩部分，分別取兩組數(shù)據(jù)平均值。地鐵內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)污染物濃度可能會有短暫延時。在excel建立相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)室內(nèi)與室外相關(guān)性數(shù)值高達0.94。證明室內(nèi)外污染物濃度存在很大相關(guān)性。

圖1 地鐵站內(nèi)PM2.5平均值與室外平均值比較

通過測試結(jié)果我們?nèi)匀豢梢钥闯龅罔F內(nèi)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(chǎn)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(fēng)

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(fēng)作用。

北工大西門（全屏蔽門）（見圖2）：

我們?nèi)砸员惫ご笪鏖T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(jié)果為站臺內(nèi)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(dāng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)作用仍然明顯，所以這幾項針對屏蔽門的測試可以為有關(guān)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(fēng)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(nèi)污染物濃度相對室外濃度較高，活塞風(fēng)是影響其變化因素的主要原因。

（3）屏蔽門對活塞風(fēng)影響較大，針對不同室外條件、相似通風(fēng)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(nèi)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