王春青，張鴻偉，潘 嵩，韓曉飛，劉奕巧，謝 浪，王統(tǒng)照，卞彩俠

1吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130118 2北京工業(yè)大學(xué) 綠色建筑環(huán)境與節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124 3北華航天工業(yè)學(xué)院,河北 廊坊 065000 4山東省日照市山東路639號(hào)消防救援支隊(duì),山東 日照 276800 5長(zhǎng)春建筑學(xué)院,長(zhǎng)春 130607

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各種交通工具也陸續(xù)出現(xiàn),有效地緩解了城鎮(zhèn)交通擁堵問(wèn)題.其中，地鐵以方便、快捷、節(jié)能等特點(diǎn)成為了人們出行的首要選擇[1].隨著人們乘坐地鐵的時(shí)間與次數(shù)的增多,人們對(duì)地鐵熱舒適的要求也越來(lái)越高.據(jù)以往的調(diào)查研究表明[2-4],影響地鐵站內(nèi)熱環(huán)境舒適度的因素較多,例如溫度、風(fēng)速、室外空氣參數(shù)和季節(jié)等，然而多數(shù)地鐵熱舒適研究都選取環(huán)控系統(tǒng)為空調(diào)系統(tǒng)的地鐵作為研究對(duì)象,對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的地鐵熱舒適研究相對(duì)較少,而嚴(yán)寒地區(qū)地鐵環(huán)控系統(tǒng)一般采用通風(fēng)系統(tǒng)而非空調(diào)系統(tǒng).因此，本文采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和問(wèn)卷調(diào)查的方法對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)的長(zhǎng)春地鐵作為研究對(duì)象,旨為乘客提供一個(gè)舒適的地鐵環(huán)境,并為長(zhǎng)春地鐵的熱環(huán)境設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范提供參考依據(jù).

1 研究方案

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本文研究對(duì)象為嚴(yán)寒地區(qū)典型城市-長(zhǎng)春市,其氣候特點(diǎn)為冬季寒冷且持續(xù)時(shí)間久,夏季涼爽且持續(xù)時(shí)間短,該地區(qū)的地鐵車(chē)站的環(huán)控系統(tǒng)為通風(fēng)系統(tǒng),因此選取長(zhǎng)春市地鐵作為嚴(yán)寒地區(qū)調(diào)研對(duì)象.此次測(cè)試線(xiàn)路選取長(zhǎng)春市地鐵1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn),均為地下車(chē)站,環(huán)控系統(tǒng)均采用機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)結(jié)合的方式運(yùn)營(yíng).

1.2 研究?jī)?nèi)容及方法

地鐵站屬于地下半封閉建筑,乘客在乘坐地鐵過(guò)程中經(jīng)歷的熱環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的.為了更加全面地研究地鐵熱環(huán)境及乘客熱舒適狀況,本文采取了熱環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及乘客動(dòng)態(tài)舒適度問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,測(cè)試時(shí)間選取2017年12月～2020年12月.為了還原乘客進(jìn)出地鐵站的實(shí)際過(guò)程,將測(cè)試路線(xiàn)分為10個(gè)過(guò)程,包括進(jìn)站5個(gè)過(guò)程和出站5個(gè)過(guò)程.其中進(jìn)站過(guò)程是地鐵站外-進(jìn)站口-售票處-站廳-站臺(tái)-車(chē)廂,出站過(guò)程與進(jìn)站過(guò)程相同.此測(cè)試過(guò)程共設(shè)立12個(gè)測(cè)試點(diǎn),模擬乘客進(jìn)出地鐵站的真實(shí)情況.在每個(gè)過(guò)程中12個(gè)測(cè)點(diǎn)處測(cè)試當(dāng)時(shí)的溫濕度、風(fēng)速,同時(shí)受試者實(shí)時(shí)填寫(xiě)主觀熱感受問(wèn)卷.

1.3 測(cè)試參數(shù)及測(cè)試儀器

本文測(cè)試了長(zhǎng)春地鐵1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn)從進(jìn)站到出站全過(guò)程中的空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速等熱環(huán)境參數(shù).測(cè)試儀器見(jiàn)表1.

表1 測(cè)試儀器

2 熱環(huán)境分析

長(zhǎng)春地鐵站內(nèi)環(huán)境參數(shù)分布如圖1所示,使用箱線(xiàn)圖進(jìn)行直觀數(shù)據(jù)描繪.

圖1 地鐵內(nèi)各測(cè)點(diǎn)熱環(huán)境參數(shù)分布

箱線(xiàn)圖又稱(chēng)盒式圖,可用于幾種樣本之間的比較并且直接識(shí)別數(shù)據(jù)中的異常值.箱體的高度代表各個(gè)測(cè)點(diǎn)溫濕度相對(duì)于該測(cè)點(diǎn)平均值的偏差程度.其中高度越高,相對(duì)于平均值的波動(dòng)越大.

2.1 環(huán)境溫度

由圖1(a),圖1(b)中可以看出:

(1)夏季站外平均溫度為27.6 ℃,進(jìn)站口為25.5 ℃,售票處為24.8 ℃,站廳為24.4 ℃,站臺(tái)為24 ℃,車(chē)廂為24.3 ℃，地鐵站內(nèi)溫度由站外到站內(nèi)溫度逐漸下降,從進(jìn)入售票處到車(chē)廂內(nèi)溫度變化不大.

(2)冬季站外平均溫度為-8.4 ℃,進(jìn)站口為11.7 ℃,售票處為14.5 ℃,站廳為15.7 ℃,站臺(tái)為17.2 ℃,車(chē)廂為20.3 ℃，冬季地鐵站內(nèi)溫度依次升高,在車(chē)廂內(nèi)達(dá)到最高.

(3)由箱體高度可知,出入口溫度值的波動(dòng)程度偏大,均大于售票處、站廳、站臺(tái)及車(chē)廂.夏季地鐵進(jìn)站口平均溫度比站外低2.1 ℃,售票處比進(jìn)站口低0.7 ℃,站廳比售票處低0.4 ℃,車(chē)廂比站廳高0.3 ℃.通過(guò)比較相鄰測(cè)點(diǎn)的溫度差值可知,出入口受站外溫度影響較大,站內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的溫度變化不大,冬季亦是如此.

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]相關(guān)條例,當(dāng)?shù)罔F車(chē)站采用通風(fēng)系統(tǒng)時(shí),夏季地鐵車(chē)站的進(jìn)風(fēng)一般都來(lái)自于大氣,室內(nèi)計(jì)算溫度不宜高于室外空氣計(jì)算溫度5 ℃,并且不應(yīng)超過(guò)30 ℃.在冬季運(yùn)行模式下,最低溫度不宜低于12 ℃為符合地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范.可知夏季地鐵站平均溫度均符合地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范.冬季地鐵內(nèi)售票處,站廳,站臺(tái)及車(chē)廂均符合規(guī)范,進(jìn)站口溫度較低不符合規(guī)范.

2.2 相對(duì)濕度

從圖1(c),圖1(d)中可以看出,冬夏季各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度箱體高度基本保持一致,因?yàn)樵谕L(fēng)模式下,地鐵站內(nèi)的相對(duì)濕度受室外相對(duì)濕度影響較大,所以地鐵站內(nèi)冬夏相對(duì)濕度的差異幾乎與室外冬夏相對(duì)濕度的季節(jié)性差異一致.夏季地鐵站內(nèi)相對(duì)濕度保持在60 %～80 %范圍內(nèi),平均值一般都在70 %以上.冬季相對(duì)濕度區(qū)間大體保持在30 %～50 %之間,平均值一般都在35 %左右.根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)[5]中規(guī)定:車(chē)站采用空調(diào)系統(tǒng)時(shí),相對(duì)濕度在40 %～70 %范圍內(nèi)符合規(guī)定,但規(guī)范內(nèi)并未對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)下的相對(duì)濕度進(jìn)行規(guī)范.經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)GB/T1 8049-2000[6]中規(guī)定:“熱舒適濕度范圍為30 %～70 %”在T/ASC02 中規(guī)定濕度的限值為30 %～70 %[7].根據(jù)上述規(guī)范可知,冬季各測(cè)點(diǎn)均符合熱舒適濕度范圍,夏季相對(duì)濕度較高,不符合規(guī)范.由于嚴(yán)寒地區(qū)夏季短暫除濕系統(tǒng)使用率低,因此在夏季可以在公共區(qū)域設(shè)置除濕器,并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié),為以后的濕度設(shè)計(jì)和研究提供實(shí)際依據(jù).

2.3 風(fēng)速

由圖2得到夏季地鐵站外平均風(fēng)速0.89 m/s,進(jìn)站口0.53 m/s,售票處0.28 m/s,站廳0.24 m/s,站臺(tái)0.46 m/s,車(chē)廂0.52 m/s,進(jìn)入地鐵車(chē)站后,風(fēng)速逐漸降低,在站廳達(dá)到最小值,到達(dá)站臺(tái)后風(fēng)速又逐漸增大.冬季站外平均風(fēng)速1.3 m/s,進(jìn)站口0.79 m/s,售票處0.42 m/s,站廳0.32 m/s,站臺(tái)0.41 m/s,車(chē)廂0.46 m/s,風(fēng)速變化趨勢(shì)與夏季相同,風(fēng)速均呈正V型.

圖2 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速箱線(xiàn)圖

3 主觀調(diào)查問(wèn)卷分析

3.1 主觀熱感覺(jué)

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷的數(shù)據(jù)結(jié)果,對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的乘客熱感覺(jué)投票值及熱舒適投票值統(tǒng)計(jì)分析，將7級(jí)指標(biāo)熱感覺(jué)投票值分為偏冷、適中和偏熱3個(gè)區(qū)間，分別計(jì)算各個(gè)測(cè)點(diǎn)處3種區(qū)間的受試者人數(shù)占該測(cè)點(diǎn)總?cè)藬?shù)的百分比,做出熱感覺(jué)堆積圖如圖3所示.

圖3 乘客經(jīng)歷各測(cè)點(diǎn)的熱感覺(jué)投票百分比

圖3中可以看出,在夏季時(shí),售票處和站廳有80 %以上的乘客熱感覺(jué)較好,售票處與站廳相鄰近,對(duì)于剛進(jìn)入地鐵站的乘客熱敏感度不高，到達(dá)站臺(tái)后,乘客熱感覺(jué)投票值下降,站臺(tái)61 %的受試者熱感覺(jué)為偏冷.這是由于站臺(tái)一般處于地下二層,環(huán)境陰冷潮濕,與站外熱環(huán)境距離較遠(yuǎn),影響較小，由于列車(chē)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的活塞風(fēng),導(dǎo)致站臺(tái)溫度降低,且地鐵站未有空調(diào)系統(tǒng)故無(wú)法提高夏季站臺(tái)溫度.進(jìn)入車(chē)廂內(nèi)有60 %的乘客熱感覺(jué)中性,33 %的乘客熱感覺(jué)偏冷.根據(jù)熱環(huán)境參數(shù)分布可知,地鐵車(chē)廂內(nèi)溫度較低,當(dāng)列車(chē)突然加速或減速時(shí),車(chē)廂會(huì)產(chǎn)生較大風(fēng)速,使乘客產(chǎn)生冷感.由于夏季長(zhǎng)春氣候炎熱,人們出行衣著較少,地鐵位于地下,使乘客感受到偏冷狀態(tài).

冬季乘客從站外進(jìn)入地鐵車(chē)站后,在出入口處,有17 %的乘客感受到中性,甚至有4 %的乘客感受到偏熱,可能是因?yàn)槌丝鸵呀?jīng)適應(yīng)了室外寒冷天氣,心理期望溫度較低,更容易接受室內(nèi)低溫環(huán)境.伴隨進(jìn)入地鐵的過(guò)程,乘客總體熱感覺(jué)值大幅度上升.進(jìn)入車(chē)廂后,43 %的乘客感受到偏冷,39 %的乘客熱感覺(jué)值為中性,另外18 %的乘客感受到偏熱,因?yàn)槌丝烷L(zhǎng)時(shí)間處于較低溫度環(huán)境,突然進(jìn)入較熱環(huán)境中,熱感覺(jué)敏感度上升.

3.2 主觀熱舒適

熱舒適投票值為0～4的5級(jí)指標(biāo),投票值為0記作舒適,為1記作稍不舒適,為2記作不舒適,為3記作很不舒適,為4記作不可忍受.分別計(jì)算5類(lèi)投票值的人占總?cè)藬?shù)的百分比做出熱舒適堆積圖如圖4所示.

圖4 乘客經(jīng)歷各測(cè)點(diǎn)的熱舒適投票百分比

由圖4可以看出,夏季乘客舒適度明顯優(yōu)于冬季,尤其在售票處與站廳,絕大多數(shù)受試者感到舒適.對(duì)比而言，站臺(tái)與車(chē)廂內(nèi)的不舒適乘客偏多,其中站臺(tái)占42 %,車(chē)廂內(nèi)占60 %.通過(guò)對(duì)比熱感覺(jué)投票百分比可知,站臺(tái)與車(chē)廂的熱感覺(jué)偏冷會(huì)引起乘客的不舒適感,所以地鐵車(chē)廂應(yīng)適當(dāng)提升溫度或減少活塞風(fēng)來(lái)提高乘客熱舒適度.

冬季,隨著乘客進(jìn)入地鐵站的過(guò)程中,乘客熱舒適度逐漸上升,但仍有大部分乘客感受到不舒適.進(jìn)站口處感受到不舒適的乘客最多,占77 %,主要受室外溫度的影響,但由于乘客在進(jìn)站口停留時(shí)間較短,所以認(rèn)為無(wú)需改變環(huán)控系統(tǒng)來(lái)升高進(jìn)站口溫度.根據(jù)熱感覺(jué)投票值看出，進(jìn)站口、售票處、站廳及站臺(tái)的不舒適感主要是由于乘客的熱感覺(jué)偏冷,而車(chē)廂內(nèi)的不舒適感主要因?yàn)槌丝偷臒岣杏X(jué)偏熱.這可能是因?yàn)槎境丝烷L(zhǎng)時(shí)間處于低溫狀態(tài)且衣著偏多,進(jìn)入車(chē)廂后溫度升高,空間較密閉,人體機(jī)能會(huì)感到不舒適,因此說(shuō)明車(chē)廂內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足.

3.3 車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度

熱中性溫度指的是人們?cè)谒幁h(huán)境中感受到不冷不熱時(shí)的溫度[8].地鐵車(chē)廂內(nèi)熱環(huán)境與地鐵站內(nèi)環(huán)境有所不同,屬于較封閉區(qū)域.調(diào)查問(wèn)卷的數(shù)據(jù)中顯示,有較多乘客反映對(duì)車(chē)廂內(nèi)環(huán)境較不滿(mǎn)意,希望可做出調(diào)整.本文對(duì)車(chē)廂內(nèi)溫度與乘客熱感覺(jué)平均值運(yùn)用Origin軟件進(jìn)行回歸分析,得到熱中性溫度回歸方程MTS=at+b(a,b均為常數(shù)),令MTS=0時(shí)得到熱中性溫度.圖5為長(zhǎng)春地鐵車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度擬合曲線(xiàn),通過(guò)整理得到表2.

圖5 熱中性溫度擬合曲線(xiàn)

表2 車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度

冬季回歸方程為MTS=0.19t-3.40,令MTS=0得到冬季車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度為17.3℃,同理得到夏季車(chē)廂熱中性溫度為25.4 ℃,對(duì)數(shù)據(jù)整合計(jì)算得到冬季車(chē)廂內(nèi)平均溫度為20.3 ℃,夏季為24.3 ℃.通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),冬季車(chē)廂內(nèi)平均溫度偏高,夏季平均溫度偏低,這與上述車(chē)廂內(nèi)乘客熱感覺(jué)百分比相對(duì)應(yīng).在夏季,室外溫度偏高,然而車(chē)廂內(nèi)平均溫度仍低于熱中性溫度造成人體不舒適和能源浪費(fèi).冬季室外寒冷,人體長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)歷室外寒冷天氣時(shí)乘客對(duì)環(huán)境溫度期望變低,更容易接受溫度較低的室內(nèi)環(huán)境[9].這與文獻(xiàn)[10]所得出的熱中性溫度值相吻合,說(shuō)明長(zhǎng)春地鐵車(chē)廂內(nèi)熱環(huán)境應(yīng)根據(jù)該情況下熱中性溫度進(jìn)行改善.

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)長(zhǎng)春地鐵站內(nèi)溫度分析統(tǒng)計(jì),得到夏季站外平均溫度為27.6 ℃,進(jìn)站口為25.5 ℃,售票處為24.8 ℃,站廳為24.4 ℃,站臺(tái)為24 ℃,車(chē)廂內(nèi)為24.3 ℃.冬季站外平均溫度為-8.4 ℃,進(jìn)站口為11.7 ℃,售票處為14.5 ℃,站廳為15.7 ℃,站臺(tái)為17.2 ℃,車(chē)廂為20.3 ℃.冬季地鐵站內(nèi)溫度依次升高,在車(chē)廂內(nèi)達(dá)到最高.依據(jù)規(guī)范,夏季溫度均符合設(shè)計(jì)規(guī)范,冬季除進(jìn)站口外也均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范.

(2)對(duì)濕度分析得到夏季相對(duì)濕度范圍為60 %～80 %,平均值一般都在70 %以上,冬季相對(duì)濕度范圍為30 %～50 %,平均值一般在35 %左右.依據(jù)規(guī)范可知，冬季相對(duì)濕度較好,夏季相對(duì)濕度較高,應(yīng)在公共區(qū)域設(shè)置除濕器來(lái)提高乘客舒適度.

(3)夏季地鐵站外平均風(fēng)速0.89 m/s,進(jìn)站口0.53 m/s,售票處0.28 m/s,站廳0.24 m/s,站臺(tái)0.46 m/s,車(chē)廂0.52 m/s.冬季站外平均風(fēng)速1.3 m/s,進(jìn)站口0.79 m/s,售票處0.42 m/s,站廳0.32 m/s,站臺(tái)0.41 m/s,車(chē)廂0.46 m/s,風(fēng)速變化趨勢(shì)與夏季相同,風(fēng)速均呈正V型.

(4)乘客進(jìn)入地鐵站后,熱感覺(jué)逐漸舒適,到達(dá)站廳后,舒適度下降.由于冬、夏季氣候差異較大,乘客對(duì)環(huán)境溫度的期望不同,夏季期望溫度較高,冬季期望溫度較低.夏季車(chē)廂內(nèi)33 %的乘客感覺(jué)到偏冷,冬季18 %的乘客感覺(jué)到偏熱.所以需要根據(jù)改善車(chē)廂內(nèi)環(huán)境來(lái)提高乘客熱舒適度.

(5)經(jīng)回歸分析得到冬、夏季車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度回歸方程,分析得到地鐵車(chē)廂內(nèi)夏季熱中性溫度為25.4 ℃,冬季地鐵車(chē)廂內(nèi)熱中性溫度為17.3 ℃.通過(guò)與車(chē)廂內(nèi)的平均溫度和乘客車(chē)廂內(nèi)的熱感覺(jué)的對(duì)比得出,車(chē)廂內(nèi)溫度應(yīng)對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,以便為車(chē)廂環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)的確定提供參考.