王東黎,郭懷勇,趙宇,劉爍,栗麗

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

站車衛(wèi)生

空調(diào)列車車廂PM2.5質(zhì)量濃度及變化規(guī)律

王東黎,郭懷勇,趙宇,劉爍,栗麗

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

對空調(diào)列車車廂PM2.5的質(zhì)量濃度進(jìn)行了監(jiān)測，并對其濃度及變化規(guī)律進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：空調(diào)列車車廂PM2.5濃度存在一定程度的超標(biāo)，其超標(biāo)率25型車大于高鐵列車。車廂PM2.5質(zhì)量濃度具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性。車廂可吸入顆粒物組分中，以粒徑小于等于2.5 μm的細(xì)粒子為主。

空調(diào)列車；PM2.5；變化規(guī)律

旅客列車車廂污染物具有一定行業(yè)特征，污染物濃度與車體密閉性緊密相關(guān)，同時隨客流、季節(jié)、外部環(huán)境等因素變化，具有較大的不確定性。車廂顆粒物主要為PM10(可吸入顆粒物)和PM2.5(細(xì)顆粒物)。PM2.5是指空氣動力學(xué)直徑小于等于2.5μm的氣溶膠顆粒物，被吸入人體后會直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)哮喘、支氣管炎和心血管等方面的疾病，較PM10而言，PM2.5對人體健康的危害更大。2012年環(huán)保部發(fā)布了GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，增設(shè)了PM2.5年均、日均濃度限值，并于2016年實(shí)施。隨著大氣環(huán)境國家標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，鐵路列車空氣質(zhì)量的評價指標(biāo)也將進(jìn)行相應(yīng)的研究與調(diào)整。之前鐵路系統(tǒng)對車廂空氣質(zhì)量的監(jiān)測均未涉及PM2.5指標(biāo)，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也未提及，因此有必要針對車廂空氣中PM2.5的污染水平及變化規(guī)律進(jìn)行研究。

本文對空調(diào)列車車廂PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行了監(jiān)測，分析了空調(diào)列車車廂PM2.5季節(jié)性、區(qū)域性的變化規(guī)律，為管理部門了解車廂PM2.5污染水平及變化，進(jìn)而采取針對性治理措施提供依據(jù)。

1 車廂PM2.5污染水平

1.1 PM2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測方案

監(jiān)測儀器為帶PM2.5/PM10粒子切割器的微電腦激光粉塵儀。測量范圍0.001～100 mg/m3，精度為0.001 mg/m3。為保證數(shù)據(jù)可靠，測試前與國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了比對。25型車PM2.5監(jiān)測線路為京廣、京滬、京沈、京九等線路，監(jiān)測時間為2013年1～3季度，監(jiān)測車廂為軟臥、硬臥、硬座和餐車。高鐵列車監(jiān)測線路為京滬線，監(jiān)測時間為2013年—2014年夏季8～9月和冬季12～1月，監(jiān)測車廂為1等、2等和VIP車廂。列車開行后開始測試。每個測點(diǎn)測5 min，取平均值。判定標(biāo)準(zhǔn)為GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，PM2.5大于0.075 mg/m3為超標(biāo)。

1.2 結(jié)果與分析

1.2.1 25型車監(jiān)測結(jié)果

由表1看出，25型車PM2.5平均超標(biāo)率為73.0%，其中，第1季度超標(biāo)最嚴(yán)重，超標(biāo)率達(dá)95.1%。

表1 25型車PM2.5濃度水平

季度監(jiān)測數(shù)(n)均值(mg/m3)極大值(mg/m3)極小值(mg/m3)超標(biāo)數(shù)(m)超標(biāo)率(%)1610 200 630 075895 12610 130 290 043557 43630 110 330 024266 7合計1850 150 630 0213573 0

1.2.2 高鐵列車監(jiān)測結(jié)果

由表2看出，高鐵列車PM2.5平均超標(biāo)率為15.5%。冬季PM2.5質(zhì)量濃度明顯高于夏季。

表2 高鐵列車PM2.5濃度水平

季節(jié)監(jiān)測數(shù)(n)均值(mg/m3)極大值(mg/m3)極小值(mg/m3)超標(biāo)數(shù)(m)超標(biāo)率%夏季720 01510 0750 00100冬季1090 0620 1480 0142825 7合計1810 0380 1480 0012815 5

2 車廂PM2.5質(zhì)量濃度變化規(guī)律

2.1 PM2.5質(zhì)量濃度區(qū)域性變化

以京滬線路為研究對象。測試了北京到上海的往返高鐵列車PM2.5濃度變化，同時測定了北京南站、濟(jì)南西站、南京南站、上海虹橋站車站站臺PM2.5濃度。測試時間為冬季。

2.1.1 車廂PM2.5質(zhì)量濃度與外環(huán)境相關(guān)性

比較了部分車站站臺外環(huán)境與車廂內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度。由表3、圖1看出，同一車站站臺PM2.5濃度明顯高于車廂內(nèi)。由于高鐵列車密閉性較好，與站臺相比，車廂內(nèi)PM2.5濃度低于大氣濃度63.5%～78.6%。車廂內(nèi)PM2.5與外環(huán)境PM2.5濃度變化趨勢相同，兩者正相關(guān)。

表3 車廂內(nèi)、外環(huán)境PM2.5濃度比較

車站站臺PM2 5(mg/m3)車廂PM2 5(mg/m3)濃度差(%)北京南0 3840 1463 5濟(jì)南西0 3620 1266 8南京南0 2960 06179 4上海虹橋0 2190 04778 6

圖1 車廂PM2.5與外環(huán)境PM2.5濃度變化趨勢

2.1.2 運(yùn)行過程中車廂PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢

由圖2、圖3看出，北京南至上海虹橋高鐵列車行駛過程中，PM2.5濃度持續(xù)下降，濃度值由0.140 mg/m3降至0.047 mg/m3。當(dāng)日下午自上海虹橋返回北京，PM2.5濃度開始上升，濃度值由0.062 mg/m3持續(xù)升至0.124 mg/m3。

說明車廂PM2.5質(zhì)量濃度與南北大氣環(huán)境密切相關(guān)，列車運(yùn)行時隨大氣環(huán)境動態(tài)變化。

圖2 北京至上海高鐵列車PM2.5濃度變化趨勢

圖3 上海至北京高鐵列車PM2.5濃度變化趨勢

2.2 車廂可吸入顆粒中細(xì)粒子含量

在同一測點(diǎn)，對車廂內(nèi)PM2.5與PM10同步監(jiān)測，分析車廂內(nèi)可吸入顆粒物中PM2.5組分在PM10組分中所占質(zhì)量比。由表4看出，25型空調(diào)列車ρ( PM2.5)/ρ(PM10)的平均比值為0.751；高鐵列車ρ( PM2. 5)/ρ( PM10) 的平均比值為0.924。

表4 車廂PM2.5占PM10比例關(guān)系

車型監(jiān)測數(shù)(n)ρ最大ρ最小ρ平均25型500 9390 2430 751高鐵500 9790 7500 924

說明空調(diào)列車可吸入顆粒物( PM10)中細(xì)粒子(PM2.5) 含量大于粗粒子含量(PM2.5～10)?？晌腩w粒物組分中，高鐵列車比25型車PM2.5含量更高。

3 討論與分析

3.1 目前，我國空調(diào)列車車廂部分時間段PM2.5質(zhì)量濃度超出國家標(biāo)準(zhǔn)。25型車車廂平均超標(biāo)率73.0%。高鐵列車車廂平均超標(biāo)率15.5%。由于25型車旅客超員較多，人員活動頻繁，乘客攜帶的行李箱包等都對PM2.5產(chǎn)生了較大貢獻(xiàn)，因此超標(biāo)現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

3.2 空調(diào)列車PM2.5質(zhì)量濃度具有很強(qiáng)的季節(jié)性。通過對25型車測試結(jié)果顯示，以第1季度PM2.5濃度值達(dá)到最高。同樣，高鐵列車PM2.5濃度值也顯示冬季高于夏季。近幾年，我國環(huán)境空氣日趨惡化。PM2.5污染越來越嚴(yán)重，尤其以冬季超標(biāo)更為嚴(yán)重。主要原因是冬季氣溫低，氣流穩(wěn)定，空氣對流活動較弱，導(dǎo)致顆粒物不易擴(kuò)散。而夏季的降水對去除顆粒物有一定的貢獻(xiàn)。

3.3 旅客列車PM2.5的來源與大氣外環(huán)境、旅客人數(shù)、行李箱包、人員活動等因素相關(guān)。列車空調(diào)過濾系統(tǒng)在進(jìn)行氣體交換時，將室外大部分顆粒較大的粒子除去。過濾效果越好，能夠通過空調(diào)過濾管道進(jìn)入車廂的粒子數(shù)越少。目前，我國旅客列車空調(diào)過濾系統(tǒng)尚不具備過濾PM2.5的高效過濾設(shè)備，當(dāng)大氣污染嚴(yán)重時，車廂PM2.5濃度往往超出環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 空調(diào)列車車廂PM2.5質(zhì)量濃度具有明顯的區(qū)域性。由于地理位置、氣候等因素不同，我國南北地區(qū)空氣質(zhì)量存在較大差異。通常，北方地區(qū)PM2.5濃度污染更為嚴(yán)重。車廂內(nèi)PM2.5變化規(guī)律也與大氣PM2.5變化規(guī)律相同。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，由北京至上海行駛的高鐵列車，列車動態(tài)運(yùn)行，隨著室外PM2.5濃度不斷下降，車廂PM2.5濃度也不斷下降。

3.5 可吸入顆粒物組分中，PM2.5所占比例越高，對人體危害越大。通常認(rèn)為，PM2.5與PM10比值范圍在50%～88%之間不等，60%～70%比較常見。由于空調(diào)列車密閉性較強(qiáng)，加上空調(diào)過濾系統(tǒng)的過濾作用，粗粒子對顆粒物的貢獻(xiàn)不大。數(shù)據(jù)顯示，鐵路空調(diào)列車車廂可吸入顆粒物組分中，PM2.5所占比重較高。高鐵列車比值高達(dá)0.924，25型車比值為0.751。高鐵列車可吸入顆粒物中，PM2.5貢獻(xiàn)率更高。因此，應(yīng)合理設(shè)計高鐵空調(diào)系統(tǒng)，以有效減少細(xì)顆粒物對旅客健康的影響。

3.6 針對列車PM2.5污染狀況，目前，鐵路系統(tǒng)已經(jīng)在組織科研單位進(jìn)行立項(xiàng)研究。已有專家提議將該指標(biāo)納入空調(diào)列車乘車環(huán)境控制指標(biāo)當(dāng)中，并定期監(jiān)測。目前各種有效的多重復(fù)合空氣凈化技術(shù)正在研發(fā)?？照{(diào)列車PM2.5污染狀況在不久的將來有望得以解決，使旅客乘車環(huán)境更加清新。

Pollution Levels and Changing Rules of PM2.5in Air-conditionned Railway Carriages

WANG Dongli, GUO Huaiyong, ZHAO Yu, LIU Shuo, LI li

(EnergySaving&EnvironmentalProtiction&OccupationalSafetyandHealthResearchInstitute,ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China)

This paper analyzed the pollution levels and changing of PM2.5in air conditioned train carriages. Result shows that PM2.5pollutant concentration exceeds permissible standard, while exceeding radio of traditional trains is higher than high-speed rail trains. PM2.5mass concentration has obvious seasonal and regional characteristics. Fine particles with diameters below 2.5μm are main components of inhalable particles.

air conditioned trains; PM2.5; changing rules

2016-05-16；

2016-05-18

鐵道部科技研究開發(fā)計劃《空調(diào)列車乘車環(huán)境空氣質(zhì)量分析及控制指標(biāo)研究》(編號：2012Z003-A)

王東黎(1964—)，女，北京人，副研究員，從事環(huán)境衛(wèi)生檢測工作。

2095-1671(2016)03-0129-03

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