梁慶慶 張偉偉 夏麟

現(xiàn)代建筑設(shè)計（集團）有限公司

目前，國家正在大力建設(shè)保障性住房，以解決中低收入者的住房問題。保障性住宅的設(shè)計應(yīng)在滿足基本功能的前提下，最大限度地做到節(jié)地、節(jié)材和節(jié)能。在工程設(shè)計中，住宅的地下車庫大多采用機械排風、自然進風的通風模式。但在實際的運行中，物業(yè)往往出于省電考慮，一般不開啟排風機，造成車庫內(nèi)空氣品質(zhì)很差。保障性住宅地下車庫的使用頻率相對較低，因此本文探討是否能采用自然通風模式，這樣既保證了室內(nèi)空氣品質(zhì)又可節(jié)省運行能耗。

1 研究現(xiàn)狀

有關(guān)車庫自然通風的文獻資料較少，目前的地下車庫通風方式以機械排風、自然進風為主。文獻[1]通過數(shù)值模擬和DeST軟件計算對自然通風豎井的尺寸、高度及位置進行了計算分析。文獻[2]通過對沈陽、長春、北京地區(qū)三個典型地下車庫的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在冬季未開啟機械排風設(shè)施的條件下，CO濃度并未明顯超標。文獻[3]通過測試發(fā)現(xiàn)，在機械通風沒有運行的情況下，即使車輛出入頻繁，地下車庫的有害氣體平均濃度也未超標，其原因主要是自然通風對地下車庫有害氣體的稀釋起到了重要作用。文獻[4]分析了不同時間出入地下車庫的車輛數(shù)量不同，污染物排放量隨之不同，用于稀釋污染物濃度的排風量應(yīng)是可變化的。對地下車庫通風量的確定與控制進行了探討。文獻[5]利用某地地下車庫模型，根據(jù)地下車庫室內(nèi)環(huán)境的特殊性建立數(shù)學模型，并對其CO濃度場作進一步的模擬計算。

上述文獻均是針對嚴寒或寒冷地區(qū)的地下車庫自然通風進行分析研究，由于北方地區(qū)冬季室外溫度較低，室內(nèi)外熱壓較大，有利于進行自然通風。上海地區(qū)冬季室外溫度相對較高，熱壓較小，對自然通風的形成不利，有關(guān)南方地區(qū)車庫自然通風的相關(guān)研究還沒有。因此本文將主要針對上海地區(qū)車庫自然通風可行性及可操作性進行研究與探討。

2 汽車庫通風量的確定

自然通風是利用熱壓形成的建筑內(nèi)外的空氣密度差和風壓形成的壓力差使空氣產(chǎn)生流動的一種通風方式。在實際的自然通風計算中，可以根據(jù)熱壓和風壓兩種作用所占比重，對計算模型進行適當簡化。當其中一種作用占主導地位時，可以忽略另一種方式，當兩者作用相當時，就需考慮熱壓和風壓的綜合作用結(jié)果。

地下車庫通風的目的是消除汽車尾氣對室內(nèi)環(huán)境的影響，目前國內(nèi)使用最多的方法是以換氣次數(shù)來確定通風量的。但由相關(guān)文獻可以看出，目前在設(shè)計汽車庫通風系統(tǒng)中所采用的6次/h換氣次數(shù)偏高，通過對汽車出入頻率、尾氣排放量及污染物排放濃度等方面分析得出，地下車庫內(nèi)汽車排放的污染物及曲軸箱的泄漏蒸發(fā)物中主要含有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（CmHn）、氮氧化合物（NOX）等有害物質(zhì)。文獻[3]測試表明在怠速狀態(tài)下，以上三種污染物CO，CmHn及NOX散發(fā)量的比例分別為7%，1.5%和0.2%。由此可見，只要把CO的濃度稀釋到衛(wèi)生標準規(guī)定的濃度，其他污染物的濃度也能滿足衛(wèi)生要求。因此車庫的通風應(yīng)以稀釋汽車尾氣中的CO為目的，達到室內(nèi)允許的CO濃度來確定通風量。

文獻[2]、[4]分別從不同角度計算車庫的通風量，經(jīng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行計算可得出對于非住宅的停車庫，高峰時段為3～4次/h，平時段為1次/h的通風量時，車庫內(nèi)的CO濃度可以滿足衛(wèi)生要求。本文所研究對象為住宅類車庫，其汽車出入頻度比非住宅類車庫要小，因此達到室內(nèi)CO濃度標準的換氣此數(shù)可按3次/h計算。下面將用計算機模擬方法對車庫的自然通風進行分析。

3 自然通風數(shù)值模擬分析

3.1 建立模型

采用FLUENT軟件對一實際項目進行模擬分析，該項目為上海某保障性住宅小區(qū)，其車庫面積為20223m2。具體設(shè)計如圖1和圖2。筆者將基于四季主導風向風速，分析現(xiàn)有車庫通風狀態(tài)，通風量、風速、風壓等指標評價通風效果，然后基于分析結(jié)果進行優(yōu)化設(shè)計，如增設(shè)通風豎井等，旨在保證其通風換氣次數(shù)。

圖1 小區(qū)規(guī)劃總圖

圖2 地下車庫平面圖

選取太陽能和風能資源評估（SWERA）氣象數(shù)據(jù)庫作為分析依據(jù)，太陽能和風能資源評估項目（SWERA）由聯(lián)合國環(huán)境計劃署資助，用于14個發(fā)展中國家太陽能和風能資源開發(fā)的高質(zhì)量信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)的梳理分析，上海地區(qū)一年四季的風向風頻與風速情況如表 1～2。

表1 上海地區(qū)四季風向頻數(shù)（%）

表2 上海地區(qū)四季風向平均速度（m/s）

本項目周圍比較空曠，因此忽略周邊建筑物影響。

3.2 模擬結(jié)果分析

通過模擬計算，可以分別得出四季的車庫內(nèi)的風速圖和風壓圖，并折算出車庫的通風換氣次數(shù)。

1）春季：計算結(jié)果表明換氣次數(shù)為1.42次/h，大部分區(qū)域風速位于1m/s以下，具體情況如圖3～4。

圖3 春季-3.25m高度風壓圖

圖4 春季-3.25m高度風速矢量圖

圖5 秋季-3.25m高度風壓圖

2）秋季：計算結(jié)果表明換氣次數(shù)為2.96次/h，大部分區(qū)域風速位于1m/s以下，具體情況如圖5～6。

圖6 秋季-3.25m高度風速矢量圖

3.3 優(yōu)化分析

通過以上計算結(jié)果可以看出，在現(xiàn)有的條件下車庫的通風換氣次數(shù)較小。因此通過在地面增設(shè)通風豎井來提高自然通風量。共設(shè)豎井29個，水平間距29m，豎向間距17m，通風豎井的設(shè)置原則為：①避開道路；②離開敏感物（住宅的窗戶等）10m；③百葉開口避開行人。通風豎井布置如圖7。

通風豎井長寬高為 2m×2m×2m，開口高度為0.5m。

1）春季優(yōu)化結(jié)果

計算結(jié)果表明換氣次數(shù)為2.9次/h，大部分區(qū)域風速位于1m/s以下，具體情況如圖8～10。

圖7 通風豎井布置圖

圖8 春季優(yōu)化-3.25m高度風壓圖

圖9 春季優(yōu)化-3.25m高度風速矢量圖

圖10 春季優(yōu)化風口風速矢量圖

2）秋季優(yōu)化結(jié)果

計算結(jié)果表明換氣次數(shù)為6.4次/h，大部分區(qū)域風速位于1m/s以下，北側(cè)通道部分的速度位于2～5m/s之間，具體情況如圖11～12。

圖11 秋季優(yōu)化-3.25m高度風壓圖

圖12 秋季優(yōu)化-3.25m高度風速矢量圖

圖13 秋季優(yōu)化風口風速矢量圖

4 結(jié)語

1）通過與土建專業(yè)的配合，在地面增設(shè)通風豎井的設(shè)計方案，可以使原有車庫設(shè)計的自然通風效果在春、秋兩季分別提高107%和86.2%，換氣次數(shù)接近甚至超過3次/h，滿足住宅類車庫3次/h換氣的要求。

2）經(jīng)過改進設(shè)計可以減少整個區(qū)域的壓強差，空氣流動較為均勻，并且車輛出入口的風速在2～5m/s之間。

3）冬季和夏季的主導風向和平均風速與秋季和春季相似，因此自然通風效果基本相同。

4）由于上海地區(qū)冬季地下車庫無供暖系統(tǒng)，室內(nèi)外溫差較小，熱壓自然通風效果不明顯。

因此，對于上海地區(qū)的保障性住宅地下車庫采用自然通風模式具有可行性，其自然通風作用主要靠風壓作用，熱壓作用不明顯。通過模擬計算和優(yōu)化設(shè)計，在地塊周邊開闊且土建條件允許的情況下，可以嘗試采用自然通風的形式滿足地下車庫換氣次數(shù)的要求（并預留機械排風所需電源和豎井，為以后改善通風創(chuàng)造條件），在保證室內(nèi)CO濃度不超標的情況下，節(jié)省運行能耗。

[1]樊德璽,劉欣彤.地下車庫自然通風的設(shè)計[J].哈爾濱商業(yè)大學學報,2010,26(6):363-367

[2]葛鳳華.地下停車庫的自然通風[J].暖通空調(diào),2006,36(8):97-99

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[4]陳剛.地下車庫通風量的確定與控制[J].暖通空調(diào),2002,32(1):62-63

[5]顧登峰,張泠,蘭麗,等.一種地下車庫空氣環(huán)境數(shù)值模擬研究方法[J].制冷與空調(diào),2007,(1):39-42