青藏铁路地处高原地区,沿线自然环境恶劣,其特殊的地理环境和气候条件对现有客车机车车辆的要求已超出相关技术规范和标准的范围,因此高原气候对车内环境品质的影响也是一个值得探讨的问题。
a)低气压、缺氧。青藏铁路全线海拔高于 4 000m的地段长达965 km,大气压力及大气含氧量相当于平原的60%左右;在沿线最高海拔 5 072m的唐古拉山口,大气压力及含氧量分别为 54.4 kPa和165 g/m3,仅相当于平原的54%左右。
b)阳光辐射强。青藏高原日照时间长,太阳辐射照度远大于平原地区,属高紫外辐射区。
c)平均气温低、日较差大。青藏高原年均气温0℃以下,极端高温为25~26℃,极端低温为一45~一36℃,海拔4500 m以上区域夏季最高气温低于0℃。一天中的最大温差达22℃。
d)相对湿度小、风速大。青藏铁路沿线1月的相对湿度基本在50%以下,平均风速在4 m/x以上,空气较干燥。而7月相对湿度则大于60%,空气较湿润,可以满足人体舒适性要求,但平均风速也基本在3 m/s以上。
青藏高原气候对铁路客车车内环境品质的影响
2.1 高原低气压与人体热舒适
影响人体热舒适的环境因素主要包括空气温度、湿度、风速和热辐射等多个参数,它们对人体的作用又有叠加、补偿等相互影响。对于青藏铁路客车空调,还存在高原低气压影响人体与环境间的换热过程的问题,这也是高原客车空调不同于一般客车空调的原因。
2.1.1 青藏高原年平均气温低,夏季平均气温亦低,且均随海拔增加而降低,递减率为0.4~0.5℃/hm。可见,青藏铁路沿线的气温全年绝大部分时间低于我国铁路空调客车的冬季车内空气参数标准,因此对于在格拉段(格尔木一拉萨)运行的客车主要解决的是供暖问题,车内气温设定值已不能按常规的冬夏季分别确定,全年均应按冬季工况考虑。
在人体与环境的换热方式中,对流换热和蒸发散热与环境气压和气流速度有关。严格来说,自然对流换热系数和由风引起的强迫对流换热系数都与空气压力或空气密度有关,而且对于人体的感受来说强迫对流的重要性远远超过自然对流。人体的蒸发散热量在环境温度较低时随风速增加而增大,环境温度较高时由于被对流换热所掩盖而不明显;蒸发速率与空气密度的平方根成正比,表明活动水平等一定时高原低气压下人体蒸发散热量较常压下有所增加。 可见,气压对人体的影响首先是与呼吸有关,但就人与环境换热而言,气压也是不可忽略的重要因素,它既影响对流换热又影响蒸发速率。因此当环境气压下降时,其对流换热量略有减少,故满足舒适要求的环境温度可能有所下降;另一方面按质传递理论,低气压有利于蒸发,故满足舒适要求的环境温度略有上升。
2.1.2 相对湿度
在高原低气压环境下,低相对湿度对人体的不良影响更为明显,”,因此应注意高原客车内空
气相对湿度的下限值。文献[2]同时推荐,当舱室处于海拔5 000m时,允许的最小相对湿度不低于30%,与我国现行的空调客车车内空气参数标准(冬季)一致。青藏铁路沿线1月相对湿度在50%以下,空调新风由一20℃最终处理成18—20℃,空
气相对湿度下降到不足5%,所以应考虑对空气加湿。
综上所述,青藏高原低温干燥的气候环境要求有较小的车体传热系数及较强的供暖能力;应考虑对空气加湿;从换热角度看高原低气压对舒适温度具有双重影响,而高原缺氧也可能对舒适温度有影响,高原低气压对人体舒适温度的影响尚需系统研究。