摘要 通过对有屏蔽门时地铁隧道和车厢内ＣＯ2浓度的建模与 分析 指出,在冬季如关闭地铁线各车站轨顶站台底的排风机,仅依靠活塞风,在早晚高峰时期能满足隧道中的温度要求,但不能满足列车内人员的卫生要求。经 计算 得出,最不利段隧道内早晚高峰时最小新风量为41ｍ3/ｓ,此值正好与车站轨顶站台底排风机风量相吻合,说明有屏蔽门时早晚高峰时必须开启车站轨顶站台底的排风机。
关键词 地铁 屏蔽门 ＣＯ2浓度 新风量
1 问题 的提出
地铁环境控制(以下简称环控)是地铁能够正常运行的重要保证,车厢内环境品质(ＩＥＱ)的控制是地铁环控的重要 内容 , 目前 国内外的 研究 与实际工程设计[17]均主要针对地铁站厅、站台和隧道的空气新风量进行分析,提出相应的技术指标,并未涉及乘客逗留时间长、人员密度大的车厢内部的人员新风量问题。目前对车厢内部的研究仅指车辆生产厂家配置通风空调系统,其中新风量和空调负荷的算法和固定建筑一样,没有考虑列车停站时的换气量、运行时产生的一系列压力问题以及隧道空气并非室外新风的问题。 文献 [1]中还规定:空调车新风量20ｍ3/(人·ｈ),正压5～10Ｐａ,能提供45ｍｉｎ的应急通风,每节地铁列车通风量不少于4000ｍ3/ｈ,目前设计通风量为7000～8000ｍ3/ｈ。然而地铁列车车厢内的新风量,实际是隧道内的空气,并非真正意义上的新风。
无屏蔽门时,由于站台送风、列车运行的活塞风作用,站台空气和隧道空气有一定的掺混,掺混系数随着站台送风速度和活塞风作用的增强而减小,但掺混量是增加的。为减少站台空调能耗,减少掺混量,一般在站台两端设置迂回风道,减少活塞风对站台的 影响 ,目前地铁运行情况和2003年8月清华大学对广州地铁一号线测试结果表明,这种结构能满足地铁列车车厢内人员要求。
地铁有屏蔽门时,在夏季或过渡季,一般都要开启车站轨顶站台底排风机,其排风量为40～50ｍ3/ｓ,由ＳＴＥＳＳ模拟可知,这时隧道内新风量已大于无屏蔽门时的机械通风工况。但在冬季,隧道中温度不是很高,如关闭地铁线所有车站轨顶站台底的排风机,仅依靠活塞风道的进、排风量是否能满足列车内人员卫生要求?笔者将对此进行探讨。
2 车厢内ＣＯ2浓度的研究 不管有无屏蔽门,以车厢为控制体,车厢壳体为边界,地铁列车在隧道中运行时流入流出控制体的ＣＯ2浓度平衡示意图见图1。
式中 Ｃ0为站台的ＣＯ2体积分数,%,可作为列车的初始ＣＯ2体积分数;Ｃｎ为车厢内ＣＯ2的最终体积分数,%,该值应不大于满足车厢内人员卫生要求的ＣＯ2的允许浓度Ｃｃ;τ为列车运行时间,ｈ,1700ｍ的区间大概运行116ｓ。
由图2可知,当车厢内ＣＯ2初始体积分数变小时,隧道内空气的ＣＯ2体积分数可以高一些。而车厢内ＣＯ2初始体积分数主要跟车站站台内的ＣＯ2体积分数有关。根据文献[2],对上海地铁一号线部分站台的ＣＯ2浓度进行测试,其质量分数为0.064%～0.083%(体积分数为0.042%～0.055%)。假设车厢内ＣＯ2初始质量分数为0.083%(体积分数0.055%),由图2可知,隧道内ＣＯ2质量分数应不大于0.0955%(体积分数不大于0.063%),就可以满足最不利工况下车厢内人员卫生的新风量要求。
进一步讨论的问题是,为保证隧道内ＣＯ2质量分数不大于0.0955%(体积分数不大于0.063%),隧道的通风量与ＣＯ2浓度的关系。
3 隧道内ＣＯ2浓度的 研究 图3中,在Δｔ时间内,如果从活塞风井进入隧道的室外空气量能把列车各车厢排放出的ＣＯ2稀释到隧道允许体积分数0.063%(质量分数0.0955%)以下,就可以认为隧道内ＣＯ2浓度不再升高,也就满足了车厢内人员的卫生要求。
应满足如下不等式:
4 结论
地铁无屏蔽门时,不论是开式运行还是闭式运行,由于列车的活塞风作用,能满足地铁列车车厢内人员的卫生要求;地铁有屏蔽门时,在夏季或过渡季,一般都要开启车站轨顶站台底排风机,其排风量为40～50ｍ3/ｓ,由ＳＴＥＳＳ模拟可知,这时隧道内新风量已大于无屏蔽门时的机械通风工况。但在冬季,隧道中的温度不是很高,如关闭地铁线所有的车站轨顶站台底的排风机,仅依靠活塞风道的进、排风量,在早晚高峰时期是不能满足列车内人员卫生要求的,经 计算 ,最不利段隧道内早晚高峰时最小新风量为41ｍ3/ｓ,这正好是车站轨顶站台底排风机的排风量,也就是说,有屏蔽门时,早晚高峰时必须开启车站轨顶站台底的排风机。
参考 文献 [2] 唐漪灵,朱献忠,严惠琴,等.上海地铁站空气微生物污染情况调查[Ｊ].中国卫生检验杂志,1999,9
(4)[4] ＮｉｓｈｉＪ,ＴａｎａｋａＴ,ＳｅｉｋｉＴ,ｅｔａｌ.Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｐａｃｅｕｓｅ[Ｊ].ＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,2000,151[6] ＲｕｓｓｅｌｌＲＡ.Ｔｒａｃｋｉｎｇｃｈｅｍｉｃａｌｐｌｕｍｅｓｉｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ[Ｊ].Ｒｏｂｏｔｉｃａ,2001,19
(4)
[7] ＯｕｙａｎｇＱｉｎ,ＪｉａｎｇＹｏｎｇ,ＺｈｕＹｉｎｇｘｉｎ.ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｆｏｒｔｈｅｔｒａｉｎｊａｍｉｎｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌｕｓｉｎｇＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ(Ⅱ)[Ｊ].ＰｒｏｃｅｓｓｉｎＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ:ＰａｒｔＢ,2002,3