李偉格 鄒鉞 徐嘉 趙彥玲 裔昭珺

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

0 引言

隨著各大城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的日漸成熟與完善，地鐵已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?，隨著地鐵覆蓋面的進(jìn)一步擴(kuò)大，人們?cè)诘罔F車廂上的停留時(shí)間也越來越長，車廂內(nèi)環(huán)境的熱舒適逐漸引起乘客們的關(guān)注。雖然現(xiàn)在車廂內(nèi)都安裝有空調(diào)，但是車廂內(nèi)的熱舒適性卻不盡人意。

課題組針對(duì)乘客普遍反映的車廂熱環(huán)境不舒適的情況，對(duì)上海地鐵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和問卷調(diào)查研究，旨在通過主觀與客觀層面的互補(bǔ)分析，對(duì)地鐵車廂內(nèi)熱環(huán)境的舒適性存在的問題做一個(gè)系統(tǒng)的研究，并對(duì)車廂熱舒適性的改進(jìn)提出一些可行的建議。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

九號(hào)線地鐵80%為地下運(yùn)行區(qū)域，20%為地面及高架地面道路，為上海典型的路線模式。本實(shí)驗(yàn)選取上海地鐵九號(hào)線車廂作為測(cè)量地點(diǎn)，在九號(hào)線運(yùn)行時(shí)進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)量時(shí)間為冬季及過渡季節(jié)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

本實(shí)驗(yàn)分別在冬季、過渡季節(jié)和夏季對(duì)上海地鐵九號(hào)線車廂進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和問卷調(diào)查研究，測(cè)量數(shù)據(jù)包括空氣溫度、平均輻射溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速等參數(shù)，并結(jié)合swema-multipoint軟件進(jìn)行記錄。表1為測(cè)量?jī)x器儀表介紹，表2為問卷調(diào)查內(nèi)容。

表1 測(cè)量?jī)x器儀表

表2 問卷調(diào)查內(nèi)容

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

課題小組成員在地鐵車廂內(nèi)共完成問卷521份，其中冬季完成300份，過渡季節(jié)完成107份，初夏完成114份，問卷結(jié)果顯示57%的乘客在地鐵上停留時(shí)間為10～30 min，27%停留30～50 min，14%停留50 min以上，乘客在列車內(nèi)平均停留時(shí)間在半小時(shí)以上，為了對(duì)車廂內(nèi)熱環(huán)境的舒適性做一個(gè)更加客觀、準(zhǔn)確的分析，本實(shí)驗(yàn)將適用于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境下的PMV-PPD評(píng)價(jià)指標(biāo)與適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的RWI和HDR指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)分析，此外，針對(duì)乘客普遍反映的冬夏季的車廂溫度偏離舒適范圍的現(xiàn)象，本文將單獨(dú)對(duì)車廂內(nèi)的熱中性溫度進(jìn)行計(jì)算，并于車廂實(shí)測(cè)平均溫度進(jìn)行對(duì)比。

2 測(cè)試、調(diào)查結(jié)果及分析

2.1 PMV-PPD與RWI的對(duì)比分析結(jié)果

圖1為過渡季節(jié)車廂內(nèi)PMV-PPD分布。過渡季節(jié)測(cè)試時(shí)室外氣候參數(shù)顯示為空氣溫度最高溫26℃，最低溫17℃，車廂內(nèi)沒有開空調(diào)，雖然九號(hào)線地鐵會(huì)在地上與地下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是PMV和PPD的變化趨勢(shì)沒有明顯的顯現(xiàn)出隨列車環(huán)境變化的跡象，車廂內(nèi)環(huán)境溫度最高達(dá)23.75℃，最低20.17℃，溫差近4℃，PMV-PPD指標(biāo)顯示乘客在車廂內(nèi)普遍處于稍暖的熱感覺，且PPD高達(dá)40%。圖2為過渡季節(jié)車廂內(nèi)RWI分布。從RWI分布來看，熱感覺位于稍冷與中性之間較多，部分處于稍暖區(qū)域。從圖1和圖2可以看出，過渡季PMV-PPD模型與RWI模型有較大的差異，課題組問卷結(jié)果顯示，41%的乘客認(rèn)為車廂內(nèi)適中，25%的乘客認(rèn)為車廂內(nèi)稍暖，20%的乘客認(rèn)為車廂內(nèi)稍冷，剩下24%乘客覺得車廂內(nèi)環(huán)境很不舒服，問卷結(jié)果與兩種指標(biāo)都略有不同，PMV-PPD更符合趨勢(shì)，分析原因可能是不同乘客對(duì)熱環(huán)境的感知能力不同，對(duì)較暖環(huán)境的適應(yīng)性比較強(qiáng)，而且過渡季節(jié)乘客搭配服裝熱阻有較大差異，建議列車空調(diào)延長工作時(shí)間。

圖1 過渡季節(jié)車廂內(nèi)PMV-PPD分布

圖2 過渡季節(jié)車廂內(nèi)RWI分布

實(shí)驗(yàn)期間，已為初夏，室外溫度高達(dá)32℃，車廂內(nèi)空調(diào)已經(jīng)開始工作。從圖3和圖4可以看出，PMV-PPD和RWI分布存在明顯的峰值，與列車行車記錄相比發(fā)現(xiàn)此時(shí)，列車在為地上地下段切換之際，車廂人員密度適中，車廂內(nèi)乘客不滿意率較低；進(jìn)入地上后，人員密度較大，車廂內(nèi)有輕微吹風(fēng)感，乘客的不滿意率明顯上升，由于測(cè)試時(shí)段內(nèi)室外空氣溫度較高，分析列車在室外運(yùn)行階段，車廂內(nèi)熱舒適受室外環(huán)境影響較大，之后列車又進(jìn)入地下，車廂內(nèi)擁擠，且有明顯吹風(fēng)感，但在這段期間，PPD有較大的回落，分析原因可能是擁擠的車環(huán)境下，較高的風(fēng)速能夠緩解乘客的不舒適感，根據(jù)RWI數(shù)值與ASHRAE熱感覺標(biāo)度對(duì)比發(fā)現(xiàn)此階段RWI對(duì)應(yīng)車站期間的所顯示的熱感覺比PMV-PPD顯示所顯示的熱感覺低，乘客問卷結(jié)果顯示30.5%的乘客認(rèn)為車險(xiǎn)內(nèi)熱環(huán)境舒適，33.39%的乘客表示車廂內(nèi)稍冷，25.5%的乘客認(rèn)為稍暖，剩下乘客認(rèn)為車廂熱環(huán)境較不舒適，問卷結(jié)果與RWI所顯示的熱感覺趨勢(shì)較接近，而PMV-PPD所顯示的熱感覺則偏高，但是與前過渡季節(jié)未開空調(diào)車廂相比，開了空調(diào)的車廂乘客熱舒適不滿意率更低。

圖3 初夏車廂內(nèi)PMV-PPD分布

圖4 初夏車廂內(nèi)RWI分布

冬季對(duì)九號(hào)線進(jìn)行測(cè)試，室外溫度徘徊在5℃左右，但車廂內(nèi)環(huán)境基本不受室外環(huán)境影響，變化趨勢(shì)平緩，沒有出現(xiàn)明顯高峰，在每一趟列車的起始階段，PMV與PPD先處于快速上升階段（圖5），后PMV基本穩(wěn)定在稍暖，PPD在20%附近浮動(dòng)，乘客對(duì)車廂環(huán)境基本處于滿意狀態(tài)，相對(duì)于過渡季節(jié)的滿意率稍低，分析可能原因是冬季車廂內(nèi)溫度較高，但是風(fēng)速又很小，車廂內(nèi)空氣近于停滯，乘客在車廂內(nèi)久待，會(huì)產(chǎn)生悶熱的感覺，對(duì)比車廂內(nèi)的HDR（圖6）可以看出，HDR數(shù)值基本在 40～-20 W/m2之間波動(dòng)，當(dāng)HDR≤100 W/m2時(shí)，人體處于冷不適，而 HDR≥100 W/m2時(shí)，處于熱不適，實(shí)驗(yàn)所測(cè)車廂熱環(huán)境基本處于熱中性狀態(tài)到稍冷，問卷結(jié)果顯示僅8.4%乘客認(rèn)為車廂內(nèi)環(huán)境稍冷到冷，41.2%的乘客認(rèn)為車廂內(nèi)稍暖至暖，剩下50.4%的乘客認(rèn)為熱環(huán)境適中，結(jié)果與PMV-PPD指標(biāo)更接近。

圖5 冬季車廂捏PMV-PPD分布情況

圖6 冬季車廂內(nèi)HDR分布情況

2.2 熱中性溫度

問卷調(diào)查過程中，較多乘客反映車廂內(nèi)溫度在冬夏兩季較不滿意，希望地鐵交通管理方面能對(duì)此作出調(diào)整，為此課題組用溫度頻率法將操作溫度to以0.5℃進(jìn)行間隔，以每個(gè)溫度區(qū)間為自變量，每個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)乘客所做的熱感覺投票平均值MTS為因變量，進(jìn)行線性回歸，計(jì)算不同季節(jié)下車廂內(nèi)的熱中性溫度。

對(duì)初夏進(jìn)行綜合分析可以得到MTS=0.6277-15.5to，令MTS=0，可以得到初夏車廂熱中性溫度為24.69℃，實(shí)測(cè)車廂內(nèi)平均溫度分別為23.61℃；實(shí)際溫度比比熱中性溫度低1℃左右，課題組討論認(rèn)為當(dāng)室外溫度再生升高時(shí)，這個(gè)溫差會(huì)進(jìn)一步拉大。

對(duì)過渡季節(jié)進(jìn)行綜合分析可得MTS=0.9379-21.05to，令MTS=0，可以得到過渡季節(jié)車廂熱中性溫度為22.44℃，實(shí)測(cè)車廂內(nèi)平均溫度為22.55℃，與車廂內(nèi)熱中性溫度基本相同。

對(duì)冬季九號(hào)線車廂進(jìn)行MTS平均熱感覺進(jìn)行分析，線性回歸后可以得到MTS=0.156to-2.8581，令MTS=0可以得到車廂內(nèi)的熱中性溫度為18.20℃，而車廂內(nèi)實(shí)測(cè)平均溫度為23.24℃，比熱中性溫度高近5℃，過高的車廂溫度沒有給乘客帶來更好的熱舒適性，反而造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

3 結(jié)論

地鐵的快速、遍布范圍廣以及票價(jià)親民等各種優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為了人們出門的不二之選，然而地鐵車廂作為一個(gè)密閉性的環(huán)境，人流密度波動(dòng)幅度大，如果不能合理的調(diào)整地鐵車廂內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)，將無法給乘客帶來舒適的乘車感受，甚至造成極大的能源浪費(fèi)。

基于上述考慮，本課題組在地鐵車廂內(nèi)進(jìn)行問卷調(diào)查及實(shí)測(cè)，對(duì)冬季及過渡季節(jié)九號(hào)線車廂的熱環(huán)境與熱舒適進(jìn)行研究，主要結(jié)論如下：

1）過渡季節(jié)，地鐵車廂內(nèi)熱舒適性較差，PPD值最高可達(dá)50%，感覺到稍暖的比例較大，建議地鐵空調(diào)延長開放時(shí)間，提高車廂熱舒適性。

2）風(fēng)速對(duì)乘客熱感覺有調(diào)節(jié)作用，冬季時(shí)，車廂內(nèi)溫度較高時(shí)，車廂風(fēng)速低，乘客的不滿意率較高。

3）冬季實(shí)測(cè)溫度遠(yuǎn)高于計(jì)算得出的熱中性溫度，建議地鐵空調(diào)系統(tǒng)在后續(xù)調(diào)節(jié)中可以降低空調(diào)溫度；夏季車廂內(nèi)溫度低于熱中性溫度，建議提高車廂空調(diào)送風(fēng)溫度，提高熱舒適性，并且節(jié)約能源。

4）PMV-PPD指標(biāo)雖然從原理上適用于穩(wěn)態(tài)環(huán)境而RWI與HDR指標(biāo)則適合于動(dòng)態(tài)環(huán)境，但是從前面分析可以看出，對(duì)于冬季和過渡季節(jié)的熱舒適評(píng)價(jià)，PMV-PPD指標(biāo)比RWI與HDR指標(biāo)更加接近實(shí)際問卷情況，更有可信性；而在夏季時(shí)，適用PMV-PPD指標(biāo)則與實(shí)際情況偏差較大，相反，RWI指標(biāo)與問卷結(jié)果較吻合，針對(duì)上述情況，課題組猜測(cè)在夏季時(shí)可將PMV指標(biāo)整體下移0.5后進(jìn)行車廂熱舒適評(píng)價(jià)。

4 未來展望

課題組對(duì)于本實(shí)驗(yàn)在夏季只測(cè)試了初夏時(shí)候的數(shù)據(jù)感到非常遺憾，課題組成員曾多次過安檢被保安質(zhì)疑所攜帶儀器是否為危險(xiǎn)物品。課題組希望將來能有機(jī)會(huì)對(duì)夏季PMV修正的猜想做一個(gè)驗(yàn)證，除此之外課題組在對(duì)地鐵車廂內(nèi)進(jìn)行問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，乘客對(duì)車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)關(guān)注度較高，而且在問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)部分乘客在乘車過程存在困倦、頭暈、胸悶等感覺，地鐵車廂作為一個(gè)封閉性的環(huán)境，導(dǎo)致乘客出現(xiàn)這些病態(tài)建筑綜合癥（SBS）的直接因素就是車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)，課題組希望將來能有機(jī)會(huì)對(duì)車廂內(nèi)空氣品質(zhì)做一個(gè)細(xì)致的研究，完善地鐵車廂內(nèi)熱舒適研究。