地铁车站空气污染物影响因素探讨<sup>*</sup>

近年来，我国各大城市的公共交通建设蓬勃发展，已经成为人们出行的主要交通工具[1]。但因为地铁交通系统主要位于地下空间，来自室外大气或内部产生的污染物容易积聚，从而影响乘客的身体健康[2-5]。因此，地铁交通系统内的空气质量逐渐受到重视。准确判断影响地铁交通系统空气污染物的各类因素，有助于有效控制污染物浓度，改善地铁交通系统的空气质量。

目前我国有关地铁交通系统空气质量的研究主要集中于对各类污染物浓度的监测和分析[6-9]。樊越胜等[10]研究发现，西安市地铁2号线站厅、站台、车厢空气中的PM2.5浓度超标率分别为30.6%、75.4%、29.5%。程刚等[11]则测定了北京、上海、广州地铁系统的PM2.5浓度，发现其浓度顺序为站外>大厅>站台>车内。Li等[12]监测发现，北京市地铁13号线车厢中的CO2浓度在冬季时期的平均浓度要比夏季时期高150×10-6左右。Cheng等[2]通过监测发现，台北市地铁内空气中的CO2浓度平均比室外大气中的高20%～50%。然而，目前有关地铁站内空气污染物影响因素的研究比较有限，不同因素对地铁站内不同空气污染物的影响效果尚未彻底探明。

本研究以上海市地铁10号线同济大学站为例，利用便携式仪器测定了地铁站空气中的PM2.5和CO2浓度，分析了室外大气空气质量、地铁站客流量及通风条件对上述两类污染物浓度的影响。

1 实验部分

1.1 采样地点

本研究以上海市地铁10号线同济大学地铁站为研究对象，在其B1、B2层分别布置2个采样点，共4个采样点(S1—S4)，如图1所示。采样点S1、S2位于B1层，S1在非付费区域，S2在付费区域。采样点S3、S4位于B2层，S3在B1、B2层楼梯通道的出口与无障碍电梯之间，S4在楼梯通道的出口位置。

1.2 采样时间

本研究利用地铁站中4个采样点的空气龄测试结果表征其不同区域的通风条件。测定空气龄时，每个采样点分别在每天高峰时段(8∶00—9∶00 am)和非高峰时段(10∶00—11∶00 am)进行测试，共进行2 d，日期为2018年5月23—24日。

测定地铁站空气中PM2.5和CO2浓度时，选取空气质量为“优、良、差”(AP1：0～50两次，50～100两次，>100一次)的5个工作日(非下雨天)分别在高峰时段和非高峰时段进行相同的测试，每次测试15 min，日期为：2018年6月5—7日、6月12日、6月15日。每次对地铁站空气中PM2.5和CO2浓度进行测试前，均采用相同方法测试室外大气中相关污染物的浓度。

1.3 采样仪器

采用便携式粉尘测试仪TSI 8532(美国TSI公司)测定室外大气及地铁站空气中的PM2.5浓度。采用便携式CO2测试仪TSI 7575(美国TSI公司)测定室外大气及地铁站空气中的CO2浓度。

1.4 空气龄(τi)测试

空气龄是指空气质点自进入室内空间至到达室内某点所经历的时间，反映了室内空气的新鲜程度。某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好[13]。本研究选用CO2作为示踪气体，采用示踪气体法测定了采样点S1—S4的空气龄。计算方法如式(1)所示：

式中：Ci(0)为t=0时示踪气体在某点的浓度，mg/m3；Ci(t)为t时刻示踪气体在某点的浓度，mg/m3。

2 结果与讨论

2.1 地铁站通风条件

本研究利用地铁站中4个采样点的空气龄测试结果来代表其不同区域的通风条件。图2所示为采样点S1—S4的空气龄测定结果。可知：采样点S1的平均空气龄最大，采样点S4的平均空气龄最小，采样点S2、S3的平均空气龄居中且采样点S3的平均空气龄略小于采样点S2。4个采样点的空气龄在客流高峰时段与非高峰时段无明显变化规律，说明客流量对空气龄无明显影响。

地铁站中的空气龄主要受通风条件的影响。采样点S4位于B1层与B2层楼梯通道的下端出口处，除了受到通风系统的影响，每当地铁进站或出站时，由于B2层气压的变化会导致B1层的空气沿楼梯通道被吸入B2层，所以该处的空气流动最为剧烈，导致示踪气体扩散速度最快，空气龄最小。B2层采样点S3的空气龄小于B1层采样点S1、S2的原因是：B2层空间较小，通风系统对空气的扰动效果相对于B1层更加明显，因此示踪气体扩散更快，空气龄更小。而采样点S2的空气龄小于采样点S1的原因是采样点S2受通风系统的影响相对更大。图3所示为同济大学地铁站通风口分布。由图1、图3可知：B1层共有16个送风口，48个排风口，采样点S1位于送风口下方约10 m处，采样点S2位于排风口下方约3 m处。因此采样点S2距离通风口较近，且所处位置上方的通风口密度较大，所以采样点S2受通风系统的影响相对更大，导致其空气流动程度相对于采样点S1更为剧烈，空气龄更小。

2.2 影响地铁站空气污染物浓度的因素

表1所示为采样点S1—S4在不同日期及不同时段的PM2.5和CO2浓度测试结果。

2.2.1 室外大气空气质量的影响

图4所示为采样点S1—S4的PM2.5浓度平均值与室外大气中PM2.5浓度的线性回归拟合曲线。可知：地铁站空气中PM2.5浓度水平与室外大气PM2.5浓度水平具有强烈的相关性(R2=0.965)，说明地铁站空气中的PM2.5颗粒主要来自于室外大气，室外大气PM2.5浓度水平显著影响地铁站空气中的PM2.5浓度水平。

图5所示为采样点S1—S4的CO2浓度平均值与室外大气CO2浓度的线性回归拟合曲线。可知：地铁站空气中CO2浓度水平与室外大气CO2的浓度水平具有较弱的相关性(R2=0.260)，说明室外大气CO2浓度水平对地铁站空气中的CO2浓度水平影响较小。地铁站空气中CO2浓度的变化主要受其内部因素的影响。

2.2.2 客流量的影响

图6所示为采样点S1—S4在不同日期的PM2.5、CO2测试结果。可知：采样点S1—S4在高峰时段的CO2浓度水平均高于非高峰时段，说明地铁站空气中CO2浓度水平受客流量影响较大。而且，采样点S3、S4在高峰时段与非高峰时段CO2浓度水平的差异要明显大于采样点S1、S2。原因是地铁站B2层空间较小，高峰时段乘客密度远高于B1层，而非高峰时段B1层与B2层的乘客密度则相差不大，由于地铁站空气中CO2的增加量主要来自乘客自身的呼吸过程，所以B2层采样点S3、S4在高峰时段与非高峰时段的CO2浓度水平差异相对较大。由于本实验所选测试日期均为工作日，因此相同采样点在不同日期的CO2浓度水平无明显差别。

地铁站空气中PM2.5浓度水平在高峰时段与非高峰时段无明显变化规律。说明地铁站空气中的PM2.5浓度水平受客流量影响较小。由表1和2.2.1节可知:不同日期间PM2.5浓度水平的变化主要受室外大气空气质量的影响。

2.2.3 通风条件的影响

如图7所示，在相同时期内， B2层采样点S3、S4处的PM2.5浓度高于B1层采样点S1、S2。B1层由于空间较大，随通风系统进入的PM2.5颗粒可以得到有效地扩散而使其浓度降低，而B2层空间较小，室外大气的PM2.5颗粒进入B2层后扩散程度小于B1层，导致其浓度相对较高。且由2.1节可知：B1层的空气会由于地铁的进站和出站而被吸入至B2层，所以B2层空气中的PM2.5颗粒有2个输入渠道，分别为经通风系统由室外大气输入和经楼梯通道由B1层输入。

地铁站的通风条件也会影响其空气中CO2的浓度。如图6所示：在高峰时段B2层采样点S3、S4处的CO2浓度要高于B1层采样点S1、S2，而在非高峰时段，采样点S3、S4处的CO2浓度要低于采样点S1、S2。由2.2.2节可知：地铁站内空气中CO2的浓度受客流量的影响较大，其增加量主要来自乘客自身的呼吸过程。在高峰时段，B2层由于空间较小，乘客密度高于B1层，因此高峰时段B2层采样点S3、S4处的CO2浓度要高于B1层的采样点S1、S2。在非高峰时段，由于客流量的减少，使得B1层与B2层的乘客密度相似，此时空气中CO2的浓度主要受通风条件的影响。由2.1节可知：B2层采样点S3、S4(尤其是采样点S4)的空气龄要小于B1层采样点S1、S2，说明B2层整体的通风条件要优于B1层，有利于空气中CO2的扩散，因此在非高峰时段，B2层采样点S3、S4处的CO2浓度要小于B1层采样点S1、S2。

3 结论

本研究以上海市地铁10号线同济大学地铁站为例，分析了室外大气空气质量，地铁站的客流量及通风条件对地铁站空气中PM2.5和CO2浓度的影响。主要结论如下：

1)室外大气中PM2.5的浓度水平显著影响地铁站空气中PM2.5的浓度水平，二者具有强烈的相关性(R2=0.965)，但室外大气中CO2的浓度水平对地铁站空气中CO2的浓度水平影响较小，二者相关性较弱(R2=0.260)。

2)地铁站空气中CO2的浓度水平主要受客流量的影响，CO2的增加量主要来自乘客自身的呼吸过程，但地铁站的客流量对其PM2.5的浓度水平影响较小。

3)地铁站的通风条件对其空气中的PM2.5和CO2浓度水平都具有一定的影响。通风条件越好，空气流动越剧烈，越有利于空气污染物的扩散，其浓度越低。

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地铁车站空气污染物影响因素探讨*

0 引言

1 实验部分

1.1 采样地点

1.2 采样时间

1.3 采样仪器

1.4 空气龄(τi)测试

2 结果与讨论

2.1 地铁站通风条件

2.2 影响地铁站空气污染物浓度的因素

3 结论

INVESTIGATION OF INFLUENCE FACTORS ON AIR POLLUTION IN METRO STATION

地铁车站空气污染物影响因素探讨*

0 引 言

1 实验部分

1.1 采样地点

1.2 采样时间

1.3 采样仪器

1.4 空气龄(τi)测试

2 结果与讨论

2.1 地铁站通风条件

2.2 影响地铁站空气污染物浓度的因素

3 结 论

INVESTIGATION OF INFLUENCE FACTORS ON AIR POLLUTION IN METRO STATION

0 引言

3 结论