寧波軌道交通1號(hào)線環(huán)控系統(tǒng)熱舒適評(píng)價(jià)

匡志江

( 上海海事大學(xué)，上海 201306 )

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寧波軌道交通1號(hào)線環(huán)控系統(tǒng)熱舒適評(píng)價(jià)

匡志江

( 上海海事大學(xué)，上海 201306 )

動(dòng)態(tài)分析環(huán)境熱舒適性更適合地鐵車(chē)站這類短暫的過(guò)渡區(qū)間。本文以寧波市天一廣場(chǎng)地鐵站為案例，進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試與調(diào)研，并用相對(duì)熱指標(biāo)RWI、熱損失率HDR對(duì)測(cè)試熱環(huán)境的熱舒適性進(jìn)行分析。結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果可得用動(dòng)態(tài)分析法來(lái)評(píng)價(jià)地鐵車(chē)站的熱環(huán)境是可行的。

過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)；熱環(huán)境；評(píng)價(jià)指標(biāo)

1　引言

地鐵作為新時(shí)代產(chǎn)物，為市民出行提供更多便捷。地鐵車(chē)站一般位于地下，與外界環(huán)境接觸較少，形成相對(duì)隔絕空間環(huán)境。因此，地鐵完全需要依賴集中空調(diào)系統(tǒng)(地鐵內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)主要是控制地鐵內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì))進(jìn)行空氣交換與微小氣候調(diào)節(jié)。環(huán)控系統(tǒng)主要是地鐵在正常運(yùn)行的情況下消除余熱余濕，保證乘客在地鐵車(chē)站的舒適性要求，同時(shí)為地鐵工作人員提供一個(gè)既安全又舒適衛(wèi)生的環(huán)境條件。隨著地鐵系統(tǒng)逐漸完善，人們對(duì)舒適性要求也越來(lái)越高，在全面提高生活品質(zhì)的大背景下，對(duì)于地鐵站這種人流量大，“短暫停留”的環(huán)境如果仍然按照常規(guī)地面建筑室內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)估方法(靜態(tài)分析方法)不再滿足要求。結(jié)合地鐵車(chē)站屬于動(dòng)態(tài)過(guò)渡區(qū)間的特性，衍生出來(lái)動(dòng)態(tài)分析法為提升地鐵站熱環(huán)境舒適性指標(biāo)提供保障。

2　地鐵站內(nèi)環(huán)境的研究現(xiàn)狀

人們短暫經(jīng)過(guò)地鐵站，在這種短暫的過(guò)渡區(qū)間，人們熱舒適性發(fā)生變化，一進(jìn)入到地鐵站內(nèi)就能感覺(jué)到環(huán)境的劇烈變化，如果按照人們對(duì)穩(wěn)態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的方法分析，就達(dá)不到人們?cè)絹?lái)越高的舒適要求，。

國(guó)內(nèi)對(duì)地鐵站室內(nèi)的空氣品質(zhì)研究較少，設(shè)計(jì)和配置空調(diào)系統(tǒng)一直是以節(jié)能和保證較為穩(wěn)定的空氣溫度、濕度為目的[1]。目前，評(píng)價(jià)地鐵站室內(nèi)空氣品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有出臺(tái)。人們剛進(jìn)入地鐵站時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的空調(diào)不適應(yīng)等不良反應(yīng)，因此，以評(píng)價(jià)常規(guī)建筑室內(nèi)環(huán)境的方法來(lái)評(píng)價(jià)地鐵站室內(nèi)的環(huán)境越來(lái)越不合理。

針對(duì)我國(guó)缺乏對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀，以動(dòng)態(tài)分析法來(lái)評(píng)價(jià)地鐵車(chē)站這一過(guò)渡區(qū)間的熱舒適性環(huán)境作為本次課題的研究對(duì)象，提出在這種短暫的過(guò)渡環(huán)境更符合人們需求的溫、濕度，為實(shí)現(xiàn)人與地鐵的和諧發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3　地鐵站室內(nèi)環(huán)境舒適度調(diào)研

寧波的地鐵建設(shè)分為兩期，其中第一期寧波軌道交通一號(hào)線一期工程已建設(shè)完工，其中天一廣場(chǎng)地鐵站位于天一廣場(chǎng)三江口商業(yè)中心，建筑規(guī)模較大，為大型客流集散點(diǎn)。此次調(diào)研對(duì)象分布廣泛，人數(shù)較多，調(diào)研結(jié)果能夠體現(xiàn)寧波廣大市民對(duì)地鐵一號(hào)線地鐵站內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)。

(1)熱感覺(jué)評(píng)價(jià)調(diào)查情況

在所調(diào)查樣本中，對(duì)于熱感覺(jué)評(píng)價(jià)，總共有1581人參加調(diào)查。其中覺(jué)得稍暖共計(jì)80人；覺(jué)得舒適共計(jì)1017人；覺(jué)得稍涼共計(jì)353人；覺(jué)得涼共計(jì)107人；覺(jué)得冷共計(jì)24人。

表1　熱感覺(jué)評(píng)價(jià)調(diào)研情況

通過(guò)表1熱感覺(jué)評(píng)價(jià)調(diào)研情況中可以看到在所有參與調(diào)研人群中大部分人感覺(jué)舒適。

(2)熱環(huán)境接受程度調(diào)查情況

在所調(diào)查樣本中，針對(duì)熱環(huán)境接受程度調(diào)查，總共有1641人參與調(diào)查，其中共有1556人表示能夠接受，85人表示不能接受，占總?cè)藬?shù)的5.18%。

(3)濕度評(píng)價(jià)調(diào)研情況

對(duì)于濕度評(píng)價(jià)，總共有1641人參與調(diào)研。覺(jué)得很干燥共計(jì)11人；覺(jué)得干燥共計(jì)151人；覺(jué)得尚可共計(jì)1321人；覺(jué)得潮濕共計(jì)149人；覺(jué)得很潮濕共計(jì)9人。

表2　濕度評(píng)價(jià)調(diào)研情況

表2意味著針對(duì)濕度為45%的熱環(huán)境在所有被調(diào)研的人群中有19.5%表示不適合，只有1.22%這一非常小部分的人表示為極端濕度。大部分人都表示這一濕度較為適合。

(4)風(fēng)速適宜度評(píng)價(jià)情況

對(duì)于風(fēng)速適宜度評(píng)價(jià)，總共有1641人參與調(diào)研，其中覺(jué)得風(fēng)速很大共計(jì)11人；覺(jué)得風(fēng)速大共計(jì)127人；覺(jué)得風(fēng)速尚可共計(jì)1178人；覺(jué)得風(fēng)速小共計(jì)219人；覺(jué)得風(fēng)速很沒(méi)感覺(jué)共計(jì)106人。

表3　風(fēng)速適宜度評(píng)價(jià)情況

表3意味著針對(duì)風(fēng)速為0.2m/s的地鐵環(huán)境，在所有被調(diào)研人群中有71.79%覺(jué)得尚可，只有0.67%這一非常小部分的人表示為極端風(fēng)速。

4　探索過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)的影響因素

地鐵天一廣場(chǎng)站是地下三層12m島式站臺(tái)，總長(zhǎng)172m，總寬23 m，車(chē)站主體建筑面積14000 m2。

人體進(jìn)入到地鐵站室內(nèi)候車(chē)過(guò)程中，所有參數(shù)可以作以下假設(shè)，其中所做機(jī)械功為0，能量代謝率為58W/m2，服裝熱阻為0.5 clo(衣服的熱阻單位，1 clo=0.155m2℃/W)，即0.08m2℃/W[2]。測(cè)得地鐵車(chē)站室內(nèi)環(huán)境溫度為23℃，濕度為45%，風(fēng)速為0.2m/s；室外的環(huán)境溫度為38℃，濕度為90%。

在地鐵車(chē)站這類過(guò)渡區(qū)間短暫停留或者經(jīng)過(guò)該過(guò)渡區(qū)間的人體活動(dòng)狀態(tài)持續(xù)變化時(shí)，人們對(duì)該熱環(huán)境的感覺(jué)是不同于長(zhǎng)時(shí)間在一熱環(huán)境作靜止時(shí)感覺(jué)。熱損失率HDR和相對(duì)熱指標(biāo)RWI這兩種新指標(biāo)，是為了能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出地鐵系統(tǒng)中站廳、站臺(tái)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)(本文把地鐵車(chē)站作為一個(gè)整體研究環(huán)境)，用來(lái)滿足人體在這類過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)空間對(duì)該熱環(huán)境的熱舒適要求[3]

表4　RWI的分度與ASHRAE熱感覺(jué)標(biāo)度

(1)溫度對(duì)過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)的影響

當(dāng)?shù)罔F站室內(nèi)是一個(gè)確定熱環(huán)境時(shí)，通過(guò)計(jì)算人們從地鐵站入口進(jìn)入到站廳候車(chē)這段過(guò)渡區(qū)間的RWI值隨著時(shí)間的一個(gè)變化。設(shè)定不同的地鐵室內(nèi)熱環(huán)境溫度(17～30℃)，其他參數(shù)不變，確定每個(gè)室內(nèi)環(huán)境溫度下，隨著時(shí)間由t1=0s到t11=300s之間的相對(duì)熱指標(biāo)RWI。通過(guò)調(diào)研得出人們從地鐵站入口進(jìn)入，到坐地鐵離開(kāi)，總共需花費(fèi)時(shí)間平均為5分鐘。

在地鐵站室外環(huán)境溫度為38℃時(shí)，不同的地鐵環(huán)境室內(nèi)溫度下，計(jì)算人們從地鐵站口進(jìn)入的時(shí)刻t1=0s開(kāi)始，到t11=300s之間的RWI值，并畫(huà)出相應(yīng)的折線圖。圖1中反映了隨著人們進(jìn)入地鐵站后的時(shí)間越長(zhǎng)，相對(duì)熱指標(biāo)就越小。當(dāng)?shù)罔F站室內(nèi)溫度偏低時(shí)，人們進(jìn)入地鐵站后，隨著時(shí)間的增加，就會(huì)感覺(jué)到稍涼；當(dāng)?shù)罔F站室內(nèi)溫度設(shè)置得較高時(shí)，人們進(jìn)入地鐵站后，隨著時(shí)間的增加，就會(huì)感覺(jué)到適中。

不同地鐵站室內(nèi)熱環(huán)境溫度下，人們從地鐵站入口進(jìn)入開(kāi)始t1=0s到t11=300s這段過(guò)渡區(qū)間，地鐵站室內(nèi)環(huán)境溫度低的熱損失率較溫度高的要更大。由于當(dāng)溫度在17～30℃之間變化時(shí)，始終有HDRmax<100W/m2，且HDRmax>-100W/m2，所以人們?cè)诖_定室內(nèi)濕度情況下通過(guò)改變溫度值，人體不會(huì)出現(xiàn)冷不適(HDR≤-100W/m2)也不會(huì)出現(xiàn)熱不適(HDR≥100W/m2)，即在濕度一定情況下，通過(guò)改變溫度對(duì)熱損失HDR的影響不是很大，人們?nèi)匀惶幱谳^舒適環(huán)境。

(2)濕度變化對(duì)過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)影響的研究

當(dāng)把地鐵車(chē)站內(nèi)環(huán)境參數(shù)不變時(shí)，通過(guò)改變地鐵站室內(nèi)的濕度(由30%逐步增加到80%)，得到相應(yīng)空氣濕度下水蒸氣分壓力值(kPa)。

圖3反映了只考慮地鐵站室內(nèi)濕度影響情況下，人體相對(duì)熱指標(biāo)RWI只隨時(shí)間增加而減少，并逐漸接近中性的熱感覺(jué)RWI=0.08，在RWI計(jì)算公式中沒(méi)有出現(xiàn)濕度這一變化量，所以濕度對(duì)相對(duì)熱指標(biāo)RWI影響不大。

圖4表明在只考慮地鐵站室內(nèi)濕度影響情況下，人體熱損失率HDR只隨時(shí)間增加而增加，由-51.52逐漸增加接近0，在HDR計(jì)算公式中也沒(méi)有出現(xiàn)濕度這一變化量，所以濕度對(duì)熱損失率HDR沒(méi)有影響。

圖1　各溫度下不同時(shí)刻的熱損失率

圖2　各溫度下不同時(shí)刻的熱損失率

圖3　不同濕度的相對(duì)熱指標(biāo)RWI值

圖4　不同濕度的熱損失率HDR值

圖5　不同風(fēng)速的逐時(shí)RWI變化

(3)風(fēng)速變化對(duì)過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)影響的研究

為了更好地分析風(fēng)速在過(guò)渡活動(dòng)區(qū)間對(duì)熱濕環(huán)境影響，地鐵車(chē)站室內(nèi)其他環(huán)境參數(shù)不變，只改變風(fēng)速，計(jì)算不同風(fēng)速時(shí)RWI值和HDR值。

在該地鐵熱環(huán)境中只改變風(fēng)速，相對(duì)熱指標(biāo)

RWI值隨風(fēng)速增加而減小，人體熱感覺(jué)由暖轉(zhuǎn)為稍涼。根據(jù)ASHRAE熱感覺(jué)標(biāo)度與相對(duì)熱指標(biāo)RWI的分度之間的關(guān)系，可以得到RWI=0.08時(shí)熱感覺(jué)為中性，可知熱感覺(jué)能夠在300s內(nèi)達(dá)到中性的最佳風(fēng)速為0.24m/s。

當(dāng)由圖6所示熱損失率HDR值隨著風(fēng)速增加而增大，當(dāng)風(fēng)速0.04≤V≤0.44m/s時(shí),-100≤HDR≤100W/m2，表明在該熱環(huán)境下改變風(fēng)速對(duì)人體熱舒適影響不大，即通過(guò)改變風(fēng)速，人體在該熱環(huán)境(溫度為23℃，濕度為45%)下既不會(huì)感到冷不適也不會(huì)感到熱不適。

5　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于乘客來(lái)說(shuō)，地鐵車(chē)站屬于短暫停留的過(guò)渡區(qū)間。溫度為23℃，濕度為45%的地鐵熱環(huán)境，按照過(guò)渡熱環(huán)境的分析方法，得出乘客表示該地鐵熱環(huán)境熱感覺(jué)為中性，計(jì)算結(jié)果和調(diào)查結(jié)果吻合。由此得到：用過(guò)渡活動(dòng)狀態(tài)熱舒適指標(biāo)來(lái)評(píng)估地鐵站的熱環(huán)境非常適合。

[1] 胡春蓮，張登春.關(guān)于空調(diào)列車(chē)車(chē)廂內(nèi)空氣品質(zhì)的現(xiàn)狀分析與對(duì)策[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2008，122(29)：54-58

[2] 楊培志，陳煥新.熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)PMV-PPD在空調(diào)列車(chē)上的應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2009，12(25)：173-179

[3] 孫鈞，彭世雄，李樹(shù)芳.地鐵通風(fēng)的節(jié)能環(huán)保與新技術(shù)實(shí)施[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8(1)：1557-1559

[4] 楊培志，陳煥新.熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)PMV-PPD在空調(diào)列車(chē)上的應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2009，12(25)：173-179

[5] 王春，馮煉，劉應(yīng)清.用相對(duì)熱指標(biāo)確定成都地鐵環(huán)控設(shè)計(jì)中的溫度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2009，12(15)：52-76

[6] 劉赟.上海郊區(qū)室內(nèi)熱舒適與空氣品質(zhì)研究及其測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].上海：東華大學(xué)，2009

Feasibility of Air Conditioning System with Ice Storage in Ningbo Subway Station

KUANG Zhijiang

( Shanghai Maritime University，Shanghai 201306 )

Dynamic analysis of thermal comfort is more suitable for subway station that across quickly.Taking Ningbo Tianyi Square subway station as a case study,conducted field testing and research,respectively,with the relative thermal index RWI and heat loss rate HDR to analyze the thermal comfort.Field research results show that relative thermal index RWI and the rate HDR of heat loss to evaluate the thermal environment of subway station is more appropriate.

Subway station；Thermal environment；Evaluation index

2016-1-5

匡志江(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向：冷熱電三聯(lián)供。Email：1119724135@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-049-06

TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼：Bdoi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.009