Состояние микроклимата в вагонах метрополитена в летний период года

Общая оценка условий труда соответствует вредному классу 3.3.

Результаты исследования позволили научно обосновать систему оздоровительных рекомендаций, включавших организационные, гигиенические, медико-профилактические мероприятия, направленные на снижение риска развития заболеваний, связанных с условиями труда, и профессиональных заболеваний у работников, подвергающихся комбинированному воздействию химических веществ в условиях современного производства синтетических смол.

Литер ату р а

1. Андреев В.Г., Бараненко В.В. Химическая и биологическая безопасность как часть национальной безопасности России. Научно-аналитический журнал Обозреватель - Observer. 2012; 7(270): 23-36.

2. Бархатова Е.И. Тенденции развития химического сектора мировой экономики. Известия Иркутской государственной экономической академии. 2011; 3: 111-4.

3. Артемов А.В., Барыкин А.В., Иванов М.Н. Анализ стратегии развития нефтехимии до 2015 года. Российский химический журнал. 2008; 4: 4-14.

4. Валеева Э.Т., Гайнуллина М.К., Каримова Л.К., Якупова А.Х. Современные подходы к оценке состояния условий труда и

здоровья лаборантов нефтехимических производств. Медицинский вестник Башкортостана. 2007; 2: 15-8.

5. Помыткина Т.Е. Гигиеническая характеристика условий труда при производстве азотистых соединений. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН. 2006; 3: 60-2.

References

1. Andreev V.G., Baranenko V.V. Chemical and biological safety as part of the national security of Russia. Nauchno-analiticheskiy zhurnal Obozrevatel' - Observer. 2012; 7

2. Barkhatova E.I. Trends in the development of the chemical sector of the world economy. Izvestiya Irkutskoy gosudarstvennoy ekonomicheskoy akademii. 2011; 3: 111-4.

3. Artemov A.V., Barykin A.V., Ivanov M.N. Analysis of strategy of development of the petrochemical up to 2015. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal. 2008; 4: 4-14.

4. Valeeva E.T., Gainullina M. K., Karimova L.K., Yakupova A.Kh. Up-to-date approaches to assessment of working conditions and the health of petrochemical manufacturing laboratory assistants. Meditsinskiy vestnikBashkortostana. 2007; 2: 15-8.

5. Pomytkina T.E. Hygienic characteristics of working conditions in nitrogen compounds manufacturing. Byulleten'Vostochno-Sibirsk-ogo nauchnogo tsentra SO RAMN. 2006; 3: 60-2.

Поступила 18.1013 Received 18.10.13

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015 УДК 613.5:628.8

Лексин А.Г., ЕвлампиеваМ.Н., Тимошенкова Е.В., Моргунов А.В., Капцов В.А.

СОСТОЯНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ВАГОНАХ МЕТРОПОЛИТЕНА В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД ГОДА

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожной гигиены» Роспотребнадзора, 125438, Москва

Изучены зависимость температуры воздуха в салонах вагонов метрополитена от выделения тепла пассажирами при различной заполненности вагонов людьми в час «пик», а также эффективность принудительной приточно-вытяжной штатной вентиляции или системы кондиционирования воздуха для снятия повышенной тепловой нагрузки на пассажиров. В работе использовался как метод расчета количества выделенного тепла 215 пассажирами (номинальная заполненность салона), так и метод моделирования тепло- и вла-говыделений от такого же числа пассажиров. Показано, что работающая система приточно-вытяжной вентиляции не может снизить среднюю температуру воздуха в салоне до оптимальных значений, и наиболее эффективным в предлагаемых условиях способом снижения тепловой нагрузки на пассажиров является применение системы кондиционирования.

Ключевые слова: микроклимат; вагоны; метрополитен; система вентиляции; система кондиционирования. Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(3): 63-66.

Leksin A. G., Evlampieva M. N., Timoshenkova E. V., Morgunov A. V., Kaptsov V. A. CONDITION IN SUBWAY CARS IN THE SUMMER PERIOD OF THE YEAR

MICROCLIMATE

All-Russian Research Institute of Railway Hygiene of the Federal Service for the Oversight of Consumer Protection and Welfare, Moscow, Russian Federation, 125438

There are presented the results of the work, which aims to identify the relationship between the temperature of air in the salons of subway cars from the heat output ofpassengers in different people occupancy of cars during "peak hours", and to determine the efficacy of forced air handling regular ventilation or air conditioning system to remove the elevated heat load on passengers. In the work there was used the method of calculating the amount of heat output of 215 passengers (nominal fullness of the chamber) and the simulation method of heat and moisture output of the same number of passengers. The operating system of ventilation has been shown to fail to decline the average temperature of the air in the passenger compartment to the optimum values and most efficient approach for the reducing the heat load on the passengers is the use of air conditioning systems.

Key words: climate; cars; underground ventilation system; air conditioning system.

Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94

Микроклимат салонов вагонов метрополитена - одна из основных составляющих комфортной и безопасной перевозки пассажиров. Он формируется тоннельной и

Для корреспонденции: Лексин Александр Георгиевич, leksin@rambler.ru.

For correspondence: Leksin A. G.; leksin@rambler.ru.

вагонной вентиляциеи, тепловыделениями от подвижного состава и пассажиров.

Повышенные летние температуры последних лет стали причиной экстремального повышения температуры воздуха в метро, изменяя устоявшиеся представления о тепловом режиме пассажирских помещений метрополитена.

В настоящее время данные о температуре воздуха на станциях регулярно публикуются на сайте метрополитена; официальные же сведения о тепловой обстановке в вагонах практически отсутствуют. Материалы, представленные корреспондентами различных СМИ и опубликованные в интернете, не претендуя на научную точность и системность, давали общую картину температурных режимов.

Так, если дневная температура воздуха на улице приближается к 30оС, то температура на большинстве станций превышает 28оС. В вагонах без кондиционирования она поднимается до 27-34,5оС, в вагонах, оборудованных системой кондиционирования, находится в пределах 22-26оС.

Остается открытым вопрос: как влияют теплопосту-пления от самих пассажиров в часы «пик» на динамику температуры воздуха в салонах?

Не имея возможности по независящим от нас причинам произвести целенаправленные исследования микроклимата в реальной обстановке вагонов метро, заполненных людьми, мы пошли по пути расчета тепло-поступлений от пассажиров по специальной методике. Была смоделирована тепло-влажностная обстановка заполненного людьми салона с помощью маломощных нагревательных приборов (1 кВт) и оборудования для образования водяного пара.

Работа проводилась в три этапа.

I этап - расчетный: путем использования специальных расчетов был сделан прогноз динамики температуры воздуха в салоне вагона при номинальной (215 человек) и максимальной (272 человека) его заполненности людьми с учетом их тепловыделений.

II этап - экспериментальный: путем имитации тепло- и влаговыделений от 215 человек исследовалась динамика температуры и влажности воздуха в салоне при работающей системе приточно-вытяжной принудительной вентиляции.

III этап - экспериментальный: путем имитации тепло- и влаговыделений от 215 человек исследовалась динамика температуры и влажности воздуха в салоне при работающей системе кондиционирования воздуха.

Для I этапа была выбрана методика, отличительной особенностью которой являлся учет таких значимых параметров, как теплопродукция человека в положении «стоя» и «сидя», вес, рост и площадь поверхности тела человека, которые и определили полную величину тепловыделений [1].

Методика расчета общего количества теплопосту-плений от пассажиров следующая:

Теплопоступления от среднестатистического пассажира метро рассчитывались по формуле:

H = m • A . (1-n), где n - эффективность механической работы (n=0 (внешняя работа/метаболизм); А - теплопродукция человека (в положении стоя А=1,7 Вт/кг, в положении сидя А=1,4 Вт/кг) [1, 2]; m - масса пассажира(т=65 кг).

Полные тепловыделения от среднестатистического пассажира метро составили:

в положении стоя: Н = 65 х 1,7 = 110 Вт; в положении сидя: Н = 65 х 1,4 = 91 Вт.

Таким образом, общие тепловыделения от пассажиров, находящихся в положении «стоя» и «сидя» в салоне вагона метрополитена при номинальной вместимости (215 человек), будут составлять:

Н стоя • «стоя + Н сидя • «сидя = 110 • (215 - 42) + 42 . 91 = 19 030 + 3822 = 22 852 Вт,

Расчетные величины теплопоступлений от пассажиров

Вместимость вагона серии 81/761 Число людей в салоне, n Тепловыделения от людей, Вт

Номинальная 6 человек/м2 215 22 852

Максимальная 8 человек/м2 272 29 122

Места для сидения 42+1 3 822

где п - число пассажиров в салоне.

Величины теплопоступлений от пассажиров при максимальной и минимальной заполняемости салона вагона приведены в таблице [3].

Для определения динамики изменения температуры воздуха в салоне метрополитена в зависимости от числа пассажиров были проведены дополнительные расчеты.

Прежде всего была определена зависимость между временем нагрева салона вагона и количеством поступающего в него тепла от пассажиров по формуле, предложенной проф. Ю.П. Сидоровым и включенной в стандарт системы сертификации Федерального железнодорожного транспорта (СТ ССФЖТ ЦТ-ЦП129-2002) [4, 5]: р

тах \ + (

ср ^

с

т =

ту

эф.

К х F

ср ср.

х Ы

Рт

К х

ср

F

-At'

сек

где Сэф - эффективная теплоёмкость салона, Дж/кгК; Ртах - максимальные теплопоступления, Вт; Кср - средний коэффициент теплопередачи салона, Вт/ (м2 • К);

Fср. - средняя площадь ограждения салона, м2; Л/ - перепад температур воздуха в салоне относительно наружного в начальный момент проведения испыта-ний^ оС;

Л/ - перепад температур воздуха в салоне относительно наружного в конечный момент времени проведения испытаний, оС;

Далее, для расчета времени нагрева салона по представленной формуле была определена его эффективная теплоемкость:

Р

Сфф = (г

эфф v из

х К хF )/Ы

ср ср

к х F

-At'

Р

К х F

-A f

Также были определены необходимые для расчета величины:

- средний коэффициент теплопередачи салона: Кср = 2,06 Вт/(м2 . К);

- средняя площадь ограждений салона: Fр = 177 м2;

- мощность отопителей во время нагрева салона до 26оС: Р = 4100 Вт;

измер 7

- температура в салоне в начальный момент времени: 20,5оС;

- наружная температура: 19,8оС;

- измеренное время нагрева салона до температуры 26оС: 60 мин.

Таким образом, расчетная эффективная теплоемкость салона составила: Сэфф = 834 311 Дж/кгК.

Используя полученную величину эффективной теплоемкости для салона, было рассчитано время его

ср

16

15

о 14

о 13

з" 12

* 11

л а 10

01 с 9

2 ш 8

7

I 6

Щ 3 5

4

т о 3

с 2

о

1

8

9

10

11

12

3 4 5 6 7 Время, мин

Рис. 1. Динамика изменения температуры воздуха в салоне от времени нагрева при различной пассажиронаселенности вагонов. 1 - при максимальной заполненности салона (272 человека); 2 - при номинальной заполненности салона (215 человек).

нагрева, комбинируя следующие параметры: теплопо-ступления (мощность нагрева), время и конечная температура воздуха в салоне.

Оказалось, что если число пассажиров в салоне не превышало 39-43 человек, то время нагрева воздуха на 0,5оС по расчетам составляло 13-15 мин. С учетом того, что время одной поездки между станциями в среднем составляло 3-7 мин (с учетом времени возможных торможений и остановок поезда в тоннелях), влияние те-плопоступлений на температуру воздуха в салоне от данного количества пассажиров было настолько незначительно, что им можно пренебречь.

Однако совсем по-другому выглядит ситуация при номинальной и максимальной заполняемости пассажирами салона (рис. 1). Так, например, при номинальном числе пассажиров в вагоне (215 человек), в котором закрыты все окна и двери, через 2 мин поездки температура воздуха повысится на 1оС, через 3 мин - на 2,5оС, через 5 мин - на 5,3оС, через 9 мин - на 10,5оС.

На основании полученных результатов было рассчитано итоговое значение температуры воздуха в салоне вагона при номинальной вместимости.

Если исходная температура воздуха в пустом салоне составляет в среднем 23-24оС, то при номинальной заполненности вагона (215 человек) она за 3 мин поездки вырастает до 25,5оС (23 + 2,5 = 25,5оС), а за 10 мин - до 33,5оС (23 + 10,5 = 33,5оС).

При максимальной вместимости вагона (272 человека) рассчитанная по той же методике температура воздуха в салоне через 3 мин составит 26,8оС (23 + 3,8 = 26,8оС), а за 10 мин - 38оС (23 + 15 = 38оС).

Таким образом, наши расчеты выявили общую тенденцию: как номинальная, так и максимальная заполненность пассажирами вагона за короткое время значительно меняет микроклимат в салоне, увеличивая тепловую нагрузку на людей в часы «пик» до величины недопустимой с физиологической точки зрения.

Снизить температуру воздуха и не допустить перегревания пассажиров возможно лишь путем применения систем регулирования микроклимата: принудительной вентиляцией или кондиционированием. Предстояло выяснить, какая из упомянутых систем окажется наиболее эффективной в условиях эксплуатации метрополитена в летний период в часы его максимальной загруженности.

Для решения поставленной задачи специалистами лаборатории испытаний новой техники ФГУП ВНИИЖГ Роспотребнадзора были проведены исследования по моделированию влияния тепловыделений от пассажиров на температуру воздуха в салоне вагона ме-

35 34 33 32 31 30 29

о°28

«27

5 25

щ 24

I 23 ш 22

21 20 19 18 17 16

15

ч* ч* ....

Время

Рис. 2. Термограмма средней температуры воздуха в салоне при созданной тепло-влажностной нагрузке и работе штатной системы при-точно-вытяжной вентиляции.

1 - средняя температура воздуха в салоне; 2 - наружная температура воздуха.

трополитена при работе системы принудительной при-точно-вытяжной вентиляции (II этап).

Исследования проводились в салоне вагона метро, стоящего в депо и оборудованного штатной принудительной системой вентиляции.

В салоне была создана тепло-влажностная нагрузка, имитирующая присутствие пассажиров в количестве 215 человек (номинальная вместимость). Принимая, что теплопродукция от одного пассажира составляет 100 Вт, в салоне равномерно разместили отопители мощностью 1 кВт каждый и оборудование для образования водяного пара, обеспечив общую тепло-влажностную нагрузку от установленного оборудования в 21 500 Вт.

Одновременно включались штатная система принудительной приточно-вытяжной вентиляции и измерительное оборудование (термостанция). На протяжении всего периода испытаний измерялась температура воздуха в салоне в 15 точках и температура наружного воздуха (в депо).

За час до конца испытаний тепло-влажностная нагрузка специально была уменьшена в 3 раза по сравнению с первоначальной (до 7200 Вт).

Результаты исследований представлены на термограмме (рис. 2).

Как следует из рис. 2, средняя температура воздуха в салоне на всем протяжении периода испытаний (почти

4 ч) при работе приточно-вытяжной вентиляции и даже при снижении тепло-влажностной нагрузки в 3 раза держится в пределах 32-33оС, что соответствует тепловому дискомфорту для пассажиров.

Таким образом, независимо от числа пассажиров, остановок и открытий дверей в салоне вагона средняя температура воздуха остается высокой и работающая при этом система приточно-вытяжной вентиляции не смогла ее снизить до определенных оптимальных значений.

Результаты проведенных на III этапе исследований для салона вагона, оборудованного штатной системой кондиционирования, представлены на термограмме (рис. 3).

Как видно из рис. 3, средняя температура воздуха в салоне, несмотря на тепло-влажностную нагрузку в 21 500 Вт, поддерживалась системой кондиционирования на всем протяжении испытаний (примерно в течение 2 ч) в пределах 22-23оС (при наружной температуре 24-25оС).

о

281 27

26

25

«24 ft

5 23 а. 0) 1 22 о) н

2120 19

18

<

о>

о ^ о 4х \ч 4х Ч" Ч*

Время

Рис. 3. Термограмма средней температуры воздуха в салоне при созданной тепло-влажностной нагрузке и работе штатной системы кондиционирования.

1 - наружная температура воздуха; 2 - средняя температура воздуха в салоне.

Для подтверждения общей тенденции значительного повышения температуры воздуха в салоне с пассажирами в начальный момент времени по полученным результатам исследований на II и III этапах был проведен анализ динамики ее изменения.

Результаты расчетов (I этап) и проводимых исследований на II и III этапах приведены на рис. 4.

Как видно из рис. 4, в начальный период времени (до 4,5 мин) кривая изменения температуры, полученная расчетным путем (I этап), подтверждается экспериментальными данными (II этап). Затем кривая снижается и идет более полого, что объясняется наличием работающей системы вентиляции, снижающей среднюю температуру в салоне в первые 6 мин приблизительно на 1,6-2оС по сравнению с расчетом, где влияние принудительной вентиляции не учитывалось.

Что касается испытаний вагона с системой кондиционирования, то в начальный период времени (до 9 мин) идет интенсивное снижение средней температуры воздуха в салоне (III этап), а затем она устанавливается ниже на 3-4оС по сравнению с первоначальной температурой.

Выводы

1. Тепловыделение от пассажиров вагона в часы «пик» за короткое время значительно меняет микроклимат в салоне, увеличивая температуру воздуха до недопустимых с физиологической точки зрения значений (32оС и выше), что подтверждается экспериментальными данными, полученными при проведении испытаний на II этапе.

2. При работе принудительной системы вентиляции и при имитации тепло- влаговыделений от 215 пассажиров в салоне вагона средняя температура воздуха держалась в пределах 32-33оС при наружной температуре 22-23оС. Работающая система приточно-вытяжной вентиляции не смогла снизить среднюю температуру воздуха в салоне до оптимальных значений.

3. При работе системы кондиционирования в вагоне и при имитации тепло- влаговыделений от 215 пассажиров было определено, что средняя температура воздуха удерживалась в пределах 22-24оС, что соответствовало оптимальному тепловому состоянию.

4. При работе системы кондиционирования в вагоне и при имитации тепло- влаговыделений от 215 пассажиров средняя температура воздуха удерживалась в пределах 22-24оС, что соответствовало оптимальному тепловому состоянию.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время, мин

Рис. 4. Сравнение средней температуры воздуха в салоне в начальные моменты тепло-влажностной нагрузки от пассажиров в количестве 215 человек.

1 - расчетные данные, 2 - при работе штатной приточно-вытяжной системы вентиляции, 3 - при работе штатной системы кондиционирования.

5. Доказано, что самым эффективным способом создания нормального микроклимата в салоне является установка климатической системы кондиционирования, способная поддерживать среднюю температуру воздуха в пределах оптимальных значений.

Литер ату р а

1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Тепловой и газовый комфорт с учетом индивидуальных особенностей человека. Электронный журнал энергосервисной компании ЭСКО «Экологические системы» 2004: 5. Available at: www.climatepiter.com.

2. Кандрор И.С. Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии. Л.: Наука; 1984.

3. Вагоны метрополитена модели 81-760/761. Техническое задание; 2008.

4. Сидоров Ю.П. Методы расчета и выбора теплотехнических параметров ограждающих конструкций и режимов работы систем кондиционирования пассажирских вагонов и кабин локомотивов: Дисс. ... докт. тех. наук. М.: МИИТ; 1986.

5. СТ ССФЖТ ЦТ-ЦП 129-2002 Методики испытаний по показателям систем обеспечения микроклимата. Локомотивы, моторвагонный и специальный подвижной состав железных дорог. Кабины, салоны, служебные и бытовые помещения. М.: 2002.

References

1. Burtsev S.I., Tsvetkov Yu.N. Heat and Gas comfort tailored to the individual to individual. Elektronnyy zhurnal energoservisnoy kompanii ESKO «Ekologicheskie sistemy». 2004:5. Available at: www.climatepiter.com.

2. Kandror I.S. Physiology of Thermoregulation: A Guide to Physiology [Fiziologiya Termoregulyatsii: Rukovodstvo po Fiziolo-gii]. Leningrad: Nauka; 1984.

3. Vagony metropolitena modeli 81-760/761. Tekhnicheskoe zadanie; 2008.

4. Sidorov Yu.P. Methods of Calculation and Choice of Thermal Parameters Walling and Modes of Operation of Air Conditioning Systems of Passenger Cars and Locomotive Cabs: Diss. Moscow: MIIT; 1986.

5. ST SSFZhT TsT-TsP 129-2002 Metodiki ispytaniy po pokazate-lyam sistem obespecheniya mikroklimata. Lokomotivy, motor-vagonnyy i spetsial'nyy podvizhnoy sostav zheleznykh dorog. Kabiny, salony, sluzhebnye i bytovye pomeshcheniya. Moscow; 2002.

Поступила 30.07.13 Received 30.07.13