轨道交通列车客室气压友好化探究

列车进出隧道、车站会产生气压波动，室内气压随之变化。研究客室密封性、客室流场等，是关注车内空气友好性的重要举措。

1.客室对列车外部空气压力变化的响应

车厢空气过冷、过热及空气品质差等是导致环境舒适度下降的主要原因，而这些原因往往与流场组织状态密切相关。简单的调节温度是无法解决这些问题的，送风口的位置与风速、温度及流域中的阻碍情况都会影响整个流场的状况。合理的气流组织分布能减轻污染物浓度；反之，则会加重污染物所产生的危害。轨道交通列车客室气体流场模拟仿真系统（Computational Fluid Dynamics，CFD）能对车厢流场、温度、湿度、微风速、吹风感、均匀性及空气品质等进行模拟仿真，通过仿真对客室空气流场进行有效而快速的预测，对空气调节系统与方案提出快速评估，从而改善车厢舒适度，形成空气调节控制的有益建议。

客室对列车外部空气压力变化的响应表现在室内气流分散特性、人体散热模型修正等方面，采用恰当的研究手段，能深入掌握车厢的流场特性，精准控制，使温度、湿度、微风速、吹风感、均匀性等空气品质指标符合更多乘客的意愿。

2.客室空气气流组织与通风口多元优化

客室空气流速对室内乘客的舒适性具有一定影响，优化客室通风口是室内空气品质友好性提升的又一通道。

城轨车辆与干线铁路车辆结构特征相似，但其空调系统因城轨交通的运行特点而有其特殊性。常规意义上的空调系统遵从的舒适性标准值是基于人体在空调空间中长时间停留的稳定状态得出的，但在城轨车辆运行中乘客最长的乘坐时间通常不超过1h，绝大部分乘客仅乘坐数分钟。虽然在空调技术中以数值的方式规定了乘客舒适范围，但舒适的感觉是人体生理及心理条件决定的。当炎热夏季进入空调列车时，生理要求是散去身体表面热量，蒸发掉汗液；心理要求是能尽快降温或通风达到生理的要求。这是人居条件瞬态变化中追求舒适性的理念期望。但人体的生理活动变化是一个复杂过程，受心理活动、环境变化等因素制约，且变化平缓。因此，人员在环境条件变化时，个人舒适感会有一个过渡期，在经过过渡期后才达到稳定状态。乘客乘坐城轨车辆过程中，乘客基本处于典型的过渡过程中。夏季，人们从户外进入候车厅（如果有的话），随即入车，生理及心理的舒适要求为能够快速将身体表面热量带走以便获得舒适感。但在实际乘车过程中，乘客往往在没有到达稳定状态或刚刚获得了凉爽感觉时就已到站需要下车了。冬季，人们穿着较厚的户外冬装，皮肤表面温度低，即使在乘坐没有采暖的普通车辆情况下，人群集聚度较高车厢拥挤时人们也会获得温暖感觉。当有采暖时，在人们乘车不能脱下外套情况下，车内温度若过高，乘客会产生闷热感甚至会出汗，导致不舒适。故而冬季乘坐轨道交通列车的生理及心理舒适度要求不如夏季乘车迫切，只要在车内温度高于外界温度就会获得舒适感，而且乘客很快会下车走入户外。因此，冬季车内舒适性需求比较特殊。

为此，车内乘客较多，要组织、导引气流，车辆内部最好做到全面送风，即使是空调机回风口区域，也要设送风口。否则，气流受拥挤人群扰动、阻塞，回风往往越过空调机回风口区（乘客头顶）回到空调机内，此处乘客感觉不到气流，而且在超员的情况下，回风温度也较高，不能带给乘客相应的凉爽感觉，无法满足舒适需要。

客室空气温度场、湿度场以及速度场的分布很大程度上取决于送风、回风口的布置方案。常见的送回风布置主要有三种：上送上回、上送侧回和上送下回。有文献指出，采用上送下回时气流组织分布变化不大，能改善车两侧温度偏高的问题，促使车内温度分布更均匀。运营时常出现超员或缺员现象，超员时如果送风不均会导致部分区域空气状况差，温湿度偏高；缺员时则会引起部分区域温度偏低。如何合理分配送风、回风和排风位置及数量，同时兼顾气流组织、人体热舒适和节能，使得气场均匀，都还需要进行细致的研究和分析。

通过车门开闭不能完全置换车内空气，有必要设置废排口，直接将拥挤人群下部散发的热量通过废排口排出，减少上涌热气流对空调系统送风的有效空气的干扰，混合新风使乘客感受清新气息。

3.列车车体压力及气密性保证

在地铁的运行过程中车体表面压力是不断变化的，车体表面压力的改变会向车内传递，导致车厢内部压力变化。车厢自身所具有的密闭性又决定了车厢内外压力变化过程的不同步性。因此，在列车的运动过程中车厢内外始终存在一定的压力差。(www.xing528.com)

受车厢内外的压力差的影响，在地铁的运动过程中车辆通风系统的空气实际工作点偏离额定工作条件，从而使车厢内的实际送风量不完全等同于设计风量。大多数情况下，车厢的实际送风量小于风机的额定风量，导致污染物的累积。

随着列车行驶速度的逐渐增加，对列车的气密性要求也越来越高。这其中一个很重要的原因是列车在行驶速度很高的情况下，如列车进入隧道或两车交会时，车体外表面的压力变化会非常大。根据日本新干线运行的试验，当车速达到200km／h时，压力变化可达2.600～5.320kPa。如果这种车外较大的压力波直接传入车内，严重情况下可使人的耳膜疼痛，造成很大的不舒适感，所以列车得具有越来越高的气密性。

以上可知，开发列车车体压力及气密性保证技术是对客室空气品质提升的有力支撑。

4.站坐席比与客室气流、风场

站坐席比例设计应充分考虑对客室空气气流、风场的影响。

对空气中各种气体成分和颗粒物浓度的调研分析可知，空气成分中仅二氧化碳浓度与站席密度有明显的相关性，且变化幅度较大；其他气体成分或含量过小，或变化量甚微。颗粒物含量更多的是受车厢外部环境的影响，与车厢内站席密度的变化无明显的相关性。

5.客室增氧

平原地区列车车内二氧化碳含量是重要指标，而运行于高原地区的列车强调客室内环境氧含量。

高原地区列车客室氧含量对旅途健康的影响与在低氧环境中暴露的时长有关。工作、生活场所环境低氧度与低氧暴露时间（以小时计）乘积的累计被定义为低氧暴露当量，为无量纲量。定义海拔2 500m环境为低氧1度，海拔每递增500m低氧递增1度来划分环境低氧度，海拔4 000m则为环境低氧4度。以青藏铁路西宁至拉萨的T27／T28次列车运行时间交路为例，单程低氧暴露当量为77.7；一个往返乘务班次低氧暴露当量为196.6。

车内低氧暴露量与高原生理反应有着根源性关系。低氧暴露当量小于1 000／月情况下，持续2年，绝大多数人不会发生高原红细胞增多症和高原心脏病。