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摘 要：介绍利用手持技术进行广州市各种公共交通工具车厢内二氧化碳含量的测量的比较实验,初步分析了各种公共交通工具车厢内二氧化碳含量的变化情况,并为市民出行选择各种公共交通工具提出建议。
1、研究背景
近几年,各公交公司纷纷将原来的非空调车更换成高档的空调车,但我们在车站却发现:有些乘客会首选没有空调设备的普通公交车。这里一方面是由于空调车的价格相对较高,但另一方面也有乘客反映搭乘空调车时身体易感到不适。针对这种现象,我们对公交车(包括空调车和非空调车)、出租车和地铁的使用情况及人们对各种交通工具的看法做了一个调查。调查结果表明:市民经常选用的交通工具中,非空调公交车占67.9%,空调公交车占42.9%,地铁占14.3%,出租车占7.14%。而对于使用率最高的非空调公交车和空调公交车,都存在市民反映它们空气质量差的情况。是什么原因造成了车厢内空气质量差呢?
造成车厢内空气质量差的污染物有多种,如可吸入颗粒物、数目繁多的有害气体和霉菌等,然而二氧化碳气体的危害往往被人们忽视。实际上,二氧化碳也是一种污染物。依据我国的第一部《室内空气质量标准》,二氧化碳在空气中的平均含量不应超过0.1%(体积分数),即应不超过1320ppm;但对于公交车内的空气质量,目前尚未制定相关的检测标准。对空调车内二氧化碳含量控制标准规定为:容积浓度小于或等于0.15%[1],即不超过2000ppm。
本研究是在行驶的交通工具上进行,且时间持续性长,因此,仪器的选用是否合适是研究成功的重要因素。在研究过程中,我们采用了手持技术仪器,它由数据采集器和传感器组成,体积小(可在手掌上操作)而精密,具有许多突出的优点,如便携、实时、准确、综合、直观等。其中,便携、自动化操作及实时保存这三大优点对我们的研究成功具有非常大的帮助,有利于我们在可占用空间小而研究时间长的条件下进行随时随地的研究活动。
参照上述二氧化碳含量标准,我们利用手持技术仪器对广州市内的公共交通工具———公交车(空调车和非空调车)、出租车及地铁内的二氧化碳含量进行了定量测定,以期为人们选择交通工具及广州市公共交通发展提供参考建议。
2、研究思路(见图1)
3、研究过程
3.1实验仪器
Fourive数据采集器(2个)(见图2)
二氧化碳气体传感器(2个)(见图3)数据线(2条)
图1车厢内二氧化碳含量的研究概念图
图2 核心仪器—数据采集器
图3二氧化碳气体传感器
图4实验装置图
3.2仪器设置
(1)将二氧化碳气体传感器连接到数据采集器的端口。
(2)如图4所示连接好各实验仪器。
(3)使用数据采集器上的键盘设置数据采集器。数据采集速率:1次/min或1次/10s;数据采样总量:200。
3.3实验内容
[实验1]测量公交车(空调车和非空调车)内CO2含量
[实验2]测量出租车内的CO2含量
[实验3]测量地铁内的CO2含量
3.4实验数据处理
3.4.1实验1图像及分析
(1) 33路非空调公交车内的CO2含量变化图形及分析
①从图5和图6,我们可以知道,无论白天和晚上,33路公交车车厢内二氧化碳含量基本都低于《室内空气质量标准》的控制指标(1320ppm),都是符合标准的。
②图5和图6中车厢内二氧化碳含量的曲线图都是总体呈下降趋势,这是因为车启动后,快速行驶加速了车内外的空气流通。在图5中,车厢中人数较少,车行驶时车厢内二氧化碳含量接近空气中的正常含量(400ppm),曲线呈平稳的下降趋势;图6中,曲线在下降中时而呈回升趋势,这是因为车厢内人数多了,当车停下载客时,车厢内乘客呼出的二氧化碳没能及时与车厢外的空气进行交换,因此车在中途停的时间越短,车厢内二氧化碳含量越低。
(2)248路非空调公交车内的CO2含量变化图形及分析
①从图7和图8中可以看出,248路公交车不论白天还是晚上车厢内CO2含量都严重超标,甚至达到5000ppm。
②与图5和图6相比较,图7和图8中二氧化碳含量的曲线图有很多突起部分,二氧化碳含量会突然升高。这是因为车厢内人数太多,在车停下载客时,乘客呼出大量二氧化碳,同时乘客上车时间延长所致(打开后门时,一些在后门口的人必须要先走下去,再让要下车的乘客下车;上车时,乘客在前面投币后再转去后门上车)。
(3)272路空调公交车内的CO2含量变化图形及分析
图9中空调车行驶全程中车厢内二氧化碳含量都严重超标(2000ppm),约为4400ppm左右,此时车厢内座位还没坐满;图10中车上乘客人数较少,但相对总时间仍有将近一半时间车厢内二氧化碳含量超标,甚至达到4500ppm。综合图9和图10可以知道,空调车车厢内二氧化碳含量严重超标,这是因为空调车内通风、换气设备不足所致。
3.4.2实验2图像及分析
从图11可以看出,当出租车关闭车窗且打开空调时,车内的二氧化碳含量基本不变,维持在5500ppm;当出租车开窗且关上空调时,二氧化碳含量急剧下降,平均值为1443ppm。因此建议出租车上安装通风设备和二氧化碳含量监测器,当车内二氧化碳含量到达最高限度时,通风设备自动启动,保持空气清新,乘客身体健康。
3.4.3实验3图像及分析
从图12可以知道,地铁内的二氧化碳含量一般低于2000ppm,平均值为759ppm,虽然在刚开始启动时,二氧化碳含量较高,达到1400ppm,但在行驶过程中一度下降至400ppm,接近于空气中二氧化碳的正常含量。
3.5实验结果与讨论
(1)从图分析可知,在各公共交通工具中,二氧化碳含量最高的分别是空调公交车和不打开窗户的出租车,即使乘客人数少,它们大部分时间的二氧化碳含量都达到5000ppm,是非空调车车内二氧化碳控制标准的2.5倍;其次是敞开车窗的出租车和地铁,它们的二氧化碳含量一般都符合室内空气质量标准的限值,对于非空调公交车的二氧化碳含量要具体情况具体分析。
(2)对于非空调公交车,当乘客人数在座位限制的人数范围内,车内通风好,二氧化碳含量一般都低于室内空气质量标准的限值;但随着乘客人数的增加,车内人数过多时,二氧化碳含量急剧上升,甚至达到5500ppm,是室内空气质量标准限值的4倍。虽然广州市目前对于公交车的超载问题并无具体的限制,但研究表明,车内过分拥挤使二氧化碳含量升高,超过了室内空气质量标准限值,这将危害乘客的身体健康。
(3)研究过程中,我们还发现了一个问题:在非封闭的车辆环境中,当车辆停止行驶时,车内的二氧化碳含量明显上升;而当车辆行驶时,由于加速了车内外的空气流动,使二氧化碳含量下降。因此,发展公交车应尽量减少其停留时间,包括出发前的时间、到达每个中间站的停留时间及红绿灯停留时间。另外,当车辆经过的道路环境较好时,车内的二氧化碳含量也会下降。所以,在发展公共交通事业时也要注意道路的环保问题。
4、实验关键
本实验是测量公共交通工具车厢内二氧化碳含量的变化,整个测量过程基本上是处于运动状态的,而且在车厢的不同位置或不同高度处,二氧化碳的含量都是有区别的。为了避免由于空间位置不同而给实验带来的误差,同时,能更好地比较不同公共交通工具内二氧化碳的含量。因此,仪器设置位置的相对固定是非常重要的。
5、实验拓展
(1)可进行定量研究车厢内二氧化碳含量随着人数的增加而呈现的变化,确定车厢内乘客人数的最大值。
(2)可进一步研究开着空调的室内的二氧化碳含量随时间的变化,为室内空调的使用提供依据。
(3)还可利用二氧化碳气体传感器研究生活中的许多问题,如种子在不同状态下呼吸作用的研究[2]。
6、表达与交流
6.1 建议
(1)资料表明,广州市2002年全市公交客运量超过18.8亿人次,日平均容流量515万人次,地铁旅客运输量6629.13万人次[3]。可见,公交车承担了巨大的客运量,而乘客普遍反映广州交通堵塞严重,特别是在上下班高峰期。因此,广州发展城市交通应树立“公交优先”的思想,建立多功能立交桥,开辟公交车快速专用通道,优化公交车站,采取公交车先行的指挥模式,这样才能减少公交车停留时间。
(2)对于空调公交车和长途空调车,建议在车内安装一个可监测二氧化碳含量的仪器,并且当车内二氧化碳含量处于超标状态时,通风设备自动开启,保持车内的空气清新。
(3)地铁由于建立在地下,乘客也反映空气质量不好。对于这种情况,专家指出,也可以采取通风措施,地铁开动时,隧道内有“活塞风”,只要临时开些进气窗和排气窗,安装进气百叶窗和排气百叶窗(开口角度正好相反:前段正压进风,后端负压排风),就可以维持车辆运行时的换气通风量。
6.2实验体会
(1)本实验的问卷调查是通过在车站或在公车上直接进行访问而完成的,访问者与被访问者面对面的进行交流,这显然不同于以往的问卷调查———直接分发到具体确定的个人。因此,通过这次的调查,使我们与众人沟通的能力得到了提高,并且学会了如何进行谈话式访问,得到了一次宝贵的调查经验。
(2)在这次论文的完成过程中,概念图的应用起了很重要的作用。我们在进行这篇论文的创作前,先设计了一个简单的概念图,再根据这个概念图一步步地找资料,进行实验并且随时将自己的想法加到概念图中。另外,概念图使我们更加清楚地知道自己在做什么,更加有系统地去设计整篇论文的结构,清楚每个内容和概念之间的关系。
参考文献：
[1] 甘伟新.铁道车辆,2000,38(3):32-34
[2] 钱扬义.手持技术在理科实验中的应用研究.北京:高等教育出版社,2003:229-233
[3] online.cri.com.cn/773/2003-3-31/116@200678.htm
[4] 钱扬义,杜永锋,李佳,肖常磊等.电化教育研究,2003,(10):59
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