长春地铁热环境与热舒适实测分析
长春地铁热环境与热舒适实测分析
谷雅秀; 翟彤; 潘嵩; 孟鑫; 李国庆; 赵慕君; 王春青; 谢浪
【期刊名称】《《都市快轨交通》》
【年(卷),期】2019(032)005
【总页数】8页(P25-32)
【关键词】严寒地区; 地铁站; 热环境; 热舒适
【作 者】长春分类信息谷雅秀; 翟彤; 潘嵩; 孟鑫; 李国庆; 赵慕君; 王春青; 谢浪
【作者单位】长安大学 西安710061; 绿建筑环境与节能技术北京市重点实验室 北京100124; 数字社区教育部工程研究中心 北京100124; 城市轨道交通北京实验室 北京100044; 北京城建设计发展集团股份有限公司 北京100037; 吉林建筑大学 长春130118; 北华航天工业学院 河北廊坊065000
【正文语种】中 文
【中图分类】U231
近几年，我国严寒地区(最冷月平均温度低于–10℃)地铁建设速度显著提升；但近5年国内外地铁热舒适的研究稀少，研究方法多集中于建模与实测两种，且没有针对严寒地区的研究成果。2016年，Wang等针对上海地铁站利用实验台模拟不同的送风方式，以相对热指标RWI为主要评价指标，得出提高过渡环境热舒适的送风气流方式[1]。Katavoutas等针对夏季希腊地铁在车厢、站台搭建固定测点，实测得到热环境参数，从路线、站台深度、空气流速等维度，以PMV、PPD为评价指标，评价了车厢及站台热舒适情况[2]。Han等实测调研了首尔地铁站的热环境与热舒适，得出了热、空气、光、声环境及气流组织等对乘客整体舒适度的影响[3]。朱培根等采用现场测试、问卷调查及动态热舒适评价模型RWI/HDR，得出南京地铁汉中门站不同条件下乘客的热舒适度[4]。基于以上研究方法，以长春地铁为例，利用现场测试、问卷调查，评价了严寒地区地铁车站和车厢的热环境与热舒适，为严寒地区地铁热环境及热舒适研究奠定基础，为地铁环控系统的设计提供参考。
针对长春地铁1号线，选取冬季(12月、1月)、过渡季(3月、4月)、夏季(7月、8月)分别进行实地测试与问卷调查，并布置温湿度自记仪记录站外及车站全年温湿度变化，旨在分析长春地铁热环境与热舒适情况、是否满足规范要求、环控系统的设计是否合理等。
根据长春市冬季严寒的特点，车站公共区采用可调通风型站台门系统(在全高安全门上部设置可开启的电动百叶)。冬季严寒时段可以远程关闭电动百叶，此时的可调通风型站台门起到屏蔽门的作用，并关闭车站排风机和活塞风道，切断活塞风对站厅、站台的影响，同时打开站端的迂回风阀，减小列车的行车阻力。在冬季防寒措施上，除可调通风型站台门外，每个出入口处设置电热风幕，采用分片门并配置厚重门帘，可根据客流调整开启分片门的数量。土建风道防寒措施上阀门均为保温阀。夏季和过渡季节，开启可调型站台门上方的电动百叶，此时的可调通风型站台门相当于全高安全门，采用机械排风结合活塞风道和出入口自然通风的车站公共区通风系统。
在地铁车站内平均布置一定数量的温湿度自记仪，全年监测站外、出入口(室外进入站内的进、出站口)、站厅、站台的温湿度值。依此方法得到1号线4个具有代表性车站(标准站、非标准站、换乘站、端头站)的冬季热环境实测数据。
乘客乘坐地铁的过程为一个动态过程，为了使问卷内容与实际乘坐过程更贴合，将乘坐过程分为以下8个过程：从室外到进站口、从进站口到进站厅、从站厅到站台、从站台到车厢内、从车厢内到站台、从站台到站厅、从站厅到出站口、从出站口到室外，以上过程中共
设12个测试点。由测试人员带领被测乘客乘坐长春1号线一匡街站至东北师大站的地铁，完成上述乘坐的8个过程，并实时填写问卷。与此同时另一组测试人员使用测试仪器实时记录乘客位于每一测试点时该测点处的温度、相对湿度、CO2浓度、风速等。测试路线和测点的布置如图1、图2所示。
热舒适调查问卷中，个人信息包含受试者姓名、年龄、身高、体重、在长春生活年限、衣着情况等，热感觉投票值按照Fanger[5]提出的7级分度设计。
分析车站内实测的热环境参数，可以用来解释乘客的热舒适状况[6]，本文仅分析地铁运营时段的实测数据。分析设置于一匡街站外、出入口、站厅、站台的自记仪记录的数据，可以得出2017年12月至2018年11月(由于设备损坏，3月份数据未统计)各区域运营时段的温度变化曲线，如图3～图5所示。
由图3可看出，运营时段站外全年温度区间为–21.2～39.8℃，平均温度为14.0℃，最低温度出现于2018年1月23日，最高温度出现于2018年7月23日。从全年变化趋势上看，冬季时间长，12月至次年2月持续低温，4月回暖，气温逐渐攀升，夏季持续时间短，高温天气仅出现在7月末的一周内，8月起气温逐渐下降。出入口的温度区间为4.2～33.7℃，平均温
度为18.95℃，冬季出入口与站外温差约20℃，过渡季与夏季二者温度曲线重叠，温差较小。
如图4所示，运营时段站厅全年温度区间为11.7～30.9℃，平均温度为19.48℃，冬季温度持续稳定于13.5℃左右，过渡季平均温度为18.3℃，夏季为24.4℃。冬季可调型站台门仅两扇端门上百叶打开，站内平均风速为0.28 m/s，此时活塞风小；夏季百叶全部打开，活塞风变大，当列车进出站时站台风速最高可达3.2 m/s，活塞风可将隧道空气与站外空气带入站内，由此站厅一天内温度随站外温度波动冬季小、夏季大。因此，活塞风是影响站厅温度波动的因素之一。
由图5可见，运营时段站台全年温度区间为12.1～25.7℃，平均温度为17.9℃，冬季为13.2℃，过渡季为16.8℃，夏季为22.0℃，站台全年温度变化趋势平稳。
于冬季、过渡季、春季各选取满足与相近几日对比无温度骤变的一天(见图3蓝框处所示)，从6：00起每间隔2 h记录一次温度值，至22：00结束，用平滑的曲线连接一天内所取得的9个温度值，可得一天内运营时段的温度变化，其结果如图6所示。
由图6可看出，冬季时，室外一天内呈早晚温度低、中午温度高的变化趋势，出入口冬季呈早晚温度高、中午温度低的变化趋势，与室外相反，过渡季与夏季未与室外形成鲜明的规律。经调查发现，冬季电热风幕早晚开启，中午因为电热风幕关闭导致冷风渗入，致使温度下降，可见在长春的冬季冷风渗入是影响车站出入口温度的因素之一。冬季几乎没有活塞风，站厅和站台温度曲线重合；夏季活塞风大，列车进站时，站内正压隧道空气从隧道进入站台再进入站厅，隧道空气温度对站台温度影响大，列车出站时，站内负压室外空气从出入口进入站厅再进入站台，室外空气温度对站厅影响大。图6中夏季站厅温度整体高于站台，站厅比站台更接近室外温度，经调查夏季隧道空气温度低于室外空气温度。综上可得出，当可调门电动百叶打开时，活塞风风量变大，车站温度会受室外温度和隧道温度的影响。
实测得出的4个具有代表性的车站及车厢运营时段的温度，见表1；3个季节各区域温度平均值的标准差见表2。
由表2可见，各站环控系统虽然相同，但温度值存在差异，冬季差异最为明显，过渡季次之。根据表1中冬季温度“*”标记处所示，冬季华庆路站、红嘴子站的站厅和站台温度不满足
《地铁设计规范》(GB 50157—2013)中“地下车站公共区冬季室内空气计算温度应低于当地地层的自然温度，但最低温度不宜低于12℃”的要求[7]。出入口温度较低，经调查，华庆路出入口长度几乎为0，室外通过扶梯直接到达站厅，导致冷风渗入严重，站内实测温度与设计温度相差较大。红嘴子站为端头站，随着列车的运行，站外冷风通过隧道从站台渗入站内，所以冬季站台温度小于站厅，也小于出入口。上述测试结果再次说明冷风渗入对热环境的影响，所以对于特殊结构的车站，地铁环控系统的设计应做相应调整。另外，根据表1中夏季温度“*”标记处所示，夏季一匡街站出入口温度最大值超过30℃，不满足《地铁设计规范》(GB 50157—2013)中“当车站采用通风系统时，公共区夏季室内空气计算温度不应超过30℃”的要求[7]。考虑到乘客于出入口处逗留时间短，可不改变环控系统方式来降低站内夏季温度。
将站外、出入口、站厅、站台、休息室5个区域自记仪记录的数据分析汇总，得到各区域2017年12月23日至2018年11月25日6：00—22：00时段的湿度值，将其绘制为箱型图，如图7所示。
由上文可知，长春地铁1号线的所有车站均未设置空调系统，其全年均为通风系统运行。《
地铁设计规范》(GB 50157—2013)中规定“当车站采用空调系统时，公共区相对湿度均应为40%—70%”，但并未对通风系统下湿度范围进行规定。《热环境的人类工效学：通过计算PMV和PPD指数与局部热舒适准则对热舒适进行分析测定与解释》(GB/T 18049—2017)中规定：“热舒适湿度范围为30%～70%”[8]，《建筑健康评价标准》(T/ASC 02)中表述湿度的限值为30%～70%[9]。
夏季出入口、站厅、站台、休息室均存在超过70%的湿度值，其中站台夏季的湿度值整体高于70%，平均值可达87%。相对湿度越高，空气中的水蒸气分压力越大，人体皮肤表面的蒸发量越少，可以带走的热量就越少。因此高温环境下，空气湿度偏高会增加人体的热感[10]。考虑到地铁站内并未安装空调系统，无法靠环控系统达到夏季除湿效果，而更改环控系统成本太高，且严寒地区夏季短暂，除湿系统使用率低，此外文献中并未有关于地铁站通风系统下湿感觉的探究，所以不能判断当地铁站内湿度高于民用建筑上限70%时会使站内乘客感到不适。笔者认为应开展关于地铁站内湿环境及湿感觉的探究，从而能得出地下车站的湿度设计规范，为以后的设计和研究提供依据。
站内夏季的湿度值大于过渡季湿度值，同时也大于冬季湿度值，站外3个季节的湿度波动程度大于站内，站内冬季的湿度波动程度最小。
本次共获得公共区调查问卷758份。受试者个人信息汇总见表3。问卷中设有服装选项，乘客根据自身衣着情况进行勾选，将结果汇总计算得冬季平均服装热阻为1.5 Clo(1 Clo=0.155 m·K/W)，过渡季为0.76 Clo，夏季为0.34 Clo。
将乘客热感觉投票值在–1和+1之间的记为可接受，投票值在其他区间的记为不可接受。在ASHRAE标准中，取80%的接受率作为乘客的可接受温度范围[10]，即PPD(predicted percent dissatisfied)≤20%。统计不同位置满足PPD≤20%时的温湿度值。用框线框出接受率大于等于80%的状态点，不同季节车站及车厢80%满意率舒适区见图8。
车站与车厢不同季节80%舒适区温度值范围见表4。
经统计，冬季车站实测温度80%舒适区在9.8～14.3℃区间的占比为45%，过渡季在15.8～21.0℃区间的占比为72%，夏季在22.3～28.2℃区间的占比为96%，可以看出，随着室外温度的升高，乘客满意率逐渐上升。

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