大气污染天津地铁环境颗粒物浓度测试与水平分析

大气污染防治
天津地铁环境颗粒物浓度测试与水平分析
池㊀东
(中国铁路设计院集团有限公司,天津300251)
摘要:对天津地铁某三个车站公共区可吸入颗粒物浓度进行监测,分析了站内可吸入颗粒物影响因素和分布特征㊂测试结果显示,站内可吸入颗粒物浓度均满足设计标准要求;颗粒物浓度指标与客流正向相关;封闭式站台门系统室内颗粒物指标优于半高站台门系统;测试时间段内,颗粒物浓度在列车进站过程中会出现明显的峰值㊂站内可吸入颗粒物的粒径分布中,细小粒径占主要成分,小粒径颗粒物浓度之间高度相关,小粒径与大粒径颗粒物浓度之间中度或轻度相关㊂
关键词:地铁;车站公共区;可吸入颗粒物;相关性
TEST AND ANALYSIS OF AIR PARTICULATE MATTER CONCENTRATION
OF METRO STATION IN TIANJIN
Chi Dong
(China Railway Design Corporation,Tianjin 300251,China)
Abstract :Particulate matter concentration in public area of three metro stations in Tianjin were tested.The influencing factors
and distribution characteristics were analyzed.The test results showd that the particulate matter concentration in the station met the design standard requirements.The particulate matter concentration index was positively related to the passengers.The
indoor particulate matter index of the closed platform door system was better than that of the half-height platform door system.
The particulate matter concentration was within obvious peaks would occur during the station.In the particle size distribution of particulate matter in the station,the small particle size occupied the main component.The concentration of small particle size was highly correlated,and the concentration of small particle size and large particle size was moderately or slightly correlated.
Keywords :metro;public area;particulate matter;correlation
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020
-01-16作㊀㊀者:池东(1989-),男,硕士研究生,工程师,从事城市轨道交通室内环境控制研究㊂634594399@
0㊀引㊀言
随着天津城市轨道交通快速发展,地铁已经成为人们出行的主要交通方式之一㊂近年来人们对环境中可吸入颗粒物浓度关注度越来越高,地铁车站内可吸入颗粒物也成为人们关注的重点㊂地下车站公共区空间相对封闭㊁站内主要通过列车的活塞效应和通风空调系统的机械通风实现通风换气,且车站内人员密度高㊁流动性大,车站很容易造成污染物积聚㊂
地铁车站内可吸入颗粒物来源主要包括:列车进出站产生的活塞风,夹带着隧道内的灰尘和铁轨摩擦产生的金属颗粒;乘客进出车站携带的污染物;外界雾霾随机械通风系统或出入口带入的颗粒物等[1]㊂实际测试表明,地铁车站内PM 2.5和PM 10指标存在较大差异,具有明显的时间和空间分布特点[2~5]㊂文献[6]对隧道空气中颗粒物体积质量分布进行测试并做出相关性分析,文献[7]对南京地铁车站内的空气温度㊁相对湿度和CO 2浓度质量分数进行检测分析,但并未对车站公共区内颗粒物浓度进行检测㊂
本文选取天津地区某三座具有代表性的地下车站,在早㊁晚高峰时间段内对车站公共区内的可吸入颗粒物浓度进行测试,对颗粒物浓度与车站制式㊁客流㊁行车和室外环境的关系进行讨论,得到了车站内可吸入颗粒物浓度的分布特点,并分析了不同粒径颗粒物浓度之间的相关性㊂测试结果可为研究地铁站内可吸入颗粒物控制㊁通风空调系统设计和运营提供
参考㊂
1㊀测试内容与方法
1.1㊀测试内容
选取天津市运营地铁某三个典型车站为测试对象㊂一号车站为地下二层全封闭站台门制式㊁A/B线换乘车站;二号车站为C/D线换乘站,车站C线为封闭式站台门制式,D线为半高安全门制式;三号车站为地下二层全封闭站台门制式车站㊂测试车站公共区内可吸入颗粒物浓度,记录PM1㊁PM2.5㊁PM4㊁PM10浓度值㊂
1.2㊀测试设备
采用美国TSI公司TSI8533型号颗粒物浓度在线监测设备,仪器可以实现时时在线监测PM1㊁PM2.5㊁PM4㊁PM10和总尘浓度等参数㊂
1.3㊀研究方法
选取车站换乘厅㊁站厅层和站台层中间位置作为测试地点,采样口高度为1.5m,测试时间为每组300s,最终记录300s内可吸入颗粒物浓度的平均值㊂同时对室外颗粒物浓度进行测试㊂选取一号车站站台层为测试特征区,每组测试时间为600s,研究测试时间内浓度的随时间变化的波动规律㊂
2㊀测试结果与分析
2.1㊀车站公共区PM
2.5和PM10测试结果
PM2.5为空气动力学当量直径在2.5μm以下的细颗粒物,化学成分主要包括有机碳㊁元素碳㊁硝酸盐㊁硫酸盐㊁铵盐㊁钠盐等㊂PM10为可吸入颗粒物,通常指粒径小于或等于10μm的颗粒物㊂此两种级别的颗粒物是人们关注的重点㊂根据‘地铁设计规范“GB50157 2013要求:地下车站公共区空气中可吸入颗粒物日平均浓度应小于0.25mg/m3㊂
2.1.1㊀一号车站
一号车站为A㊁B线换乘车站,早㊁晚高峰车站客流量均比较大,且A线客流量高于B线㊂一号车站PM2.5和PM10测试结果如图1所示㊂
如图1所示,车站公共区内PM2.5的浓度范围为0.11~0.15mg/m3,PM10的浓度范围为0.14~0.20 mg/m3,均满足设计规范要求且均低于室外浓度;站台层浓度高于换乘大厅浓度;A线站台层浓度高于B 线,因为A线客流量明显高于B线客流量㊂
2.1.2㊀二号车站
二号车站为C㊁D线换乘车站,早㊁
晚高峰车站客 ʏ PM2.5; һ PM10; 室外PM2.5;----室外PM10㊂
图1㊀一号车站测试结果
流量均比较大㊂C线为全封闭式站台门制式系统,与一号车站A㊁B线制式相同,D线为半高安全门制式系统㊂二号车站PM2.5和PM10测试结果如图2所示,D 线站台层内颗粒物浓度明显高于C线站台层和换乘大厅,晚高峰时间段内甚至高于室外浓度,因为D线为半高安全门制式系统,车站公共区与隧道相通,隧道内的灰尘和铁轨摩擦产生的金属颗粒会进入公共区
㊂
ʏ PM2.5; һ PM10; 室外PM2.5;----室外PM10㊂
图2㊀二号车站测试结果
2.1.3㊀三号车站
三号车站为全封闭式站台门制式系统单线车站,
客流量相对较小,三号车站PM 2.5和PM 10测试结果如图3所示㊂如图所示,站台层颗粒物浓度高于站厅层颗粒物浓度㊂由于客流量较小,三号车站颗粒物浓度浓度低于一号车站和二号车站
㊂
ʏ PM 2.5; һ PM 10; 室外PM 2.5;----室外PM10㊂
图3㊀三号车站测试结果
2.2㊀颗粒物浓度特征分析2.2.1㊀颗粒物浓度与时间相关性
以一号车站站台层为测试特征区,每组测试时间为600s,研究测试时间内浓度的波动规律㊂图4为
一号车站站台层逐时测试浓度㊂
晚高峰时间段内行车间隔为120s,由图4逐时
测试结果可明显看出测试时间内PM 2.5和PM 10在列车进出站会出现明显的峰值㊂列车进站乘客上下车过程中,公共区通过打开的站台门和隧道区相通,隧道内的颗粒物会进入公共区造成颗粒物浓度突增㊂2.2.2㊀颗粒物粒径分布特征
全站各粒径颗粒物浓度取平均值后结果如图5所示㊂三个站具有同样的规律,PM1的浓度远远大于PM1~2.5(颗粒物粒径在1~2.5μm 的颗粒物),
PM 2.5~4(颗粒物粒径在2.5~4μm 的颗粒物)和
PM4~10(颗粒物粒径在4~10μm 的颗粒物)的浓
度㊂其中,PM1浓度与PM 10浓度比值为58.3%~
78.6%,PM1~2.5浓度与PM 10浓度比值为4.5%~9.9%,PM 2.5~4浓度与PM 10浓度比值为2.6%~8.2%,PM4~10浓度与PM 10浓度比值为14.3%~26.9%,说明地铁车站内可吸入颗粒物以细小粒径颗
粒物为主
㊂
图4㊀一号车站站台层晚高峰PM 2.5/PM 10
逐时变化规律
图5㊀各站各粒径颗粒物浓度
另外测试时间段内,各站PM 2.5浓度与PM 10浓
度比值为66.7%~83.1%,室外PM 2.5浓度与PM 10浓度比值为69.3%,除三号车站晚高峰外,占比均低于室内,说明通风空调系统对大粒径颗粒物处理效率高于细小粒径㊂目前,地铁车站通风空调系统对室外空气颗粒物处理主要采用设置粗效过滤器和静电杀菌除尘装置的设计方案㊂粗效过滤器主要过滤大粒径颗粒物,静电杀菌除尘装置主要处里小粒径微尘及细
菌,属于分类处理㊂
2.2.3㊀颗粒物粒径相关性分析
皮尔逊相关系数是用于度量两个变量之间的相关的量,反应两个变量之间相关关系的密切程度,其值介于-1~1㊂相关系数的绝对值在0.3以上,两个变量物直线相关;0.8以上为高度相关㊂当相关系数较高时,表示两者来自同一来源㊂
图6为车站内分级粒径浓度相关性分析㊂由相关性分析结果可知:PM1与PM1~2.5,PM1与PM 2.5~4,PM1~2.5与PM 2.5~4相关系数绝对值分别为0.910,0.846和0.958,即这三种粒径颗粒物高
度相关,来源相同;PM1与PM4~10,PM1~2.5与PM4~10,PM 2.5~4与PM4~10相关系数绝对值分别为0.518,0.429和0.534,中度或低度相关
㊂
图6㊀
车站内小粒径颗粒物浓度相关性分析
图7㊀车站内小粒径与大粒径颗粒物浓度相关性分析
3㊀结㊀论
总结分析测试结果和现场客流情况,结论如下:1)选取车站内的颗粒物浓度测试结果均满足现行设计规范要求㊂
2)全封闭站台门系统室内颗粒物浓度指标优于
半高站台门系统,建议在条件允许的情况下,车站制式优先选择全封闭式站台门系统㊂对于全封闭站台门系统的车站,当室外空气品质较好时,室内颗粒物指标也相对较好㊂地铁室内空气品质受室外环境影响较大,测量日室外空气均为优㊁良,当室外连续雾霾严重,可能会导致颗粒物浓度超过规范要求㊂当室外空气品质较差时,建议降低车站的通风次数,仅保持最低的新风送入㊂
3)颗粒物浓度与客流正向相关,客流量较大车
站颗粒物浓度较高,反之较低;站台层聚集乘客人数高于换乘厅或者站厅层,其颗粒物浓度也较高㊂4)测试时间段内,颗粒物浓度在列车进站和出站过程中会出现明显的峰值,列车进出站活塞效应会将隧道内的灰尘带入车站,列车内的污染物也会随客
流进入车站㊂
5)车站内颗粒物浓度的粒径分布中,细小粒径
颗粒物占主要成分㊂小粒径颗粒物浓度之间高度相关,小粒径与大粒径颗粒物浓度之间中度或轻度相关,说明站内小粒径颗粒物来源相同,大粒径颗粒物浓度来源较多㊂
参考文献
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