羅雅蕾 鄧輝

中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司

0 引言

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于地下車(chē)庫(kù)通風(fēng)的計(jì)算方法較多，各種算法下的計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上具有一定的差異，其中有三種方法是在設(shè)計(jì)中廣泛采用的，分別為換氣次數(shù)法，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法以及濃度稀釋法[1-2]。

本文借鑒某新西蘭項(xiàng)目，按新西蘭當(dāng)?shù)匾?guī)范中的車(chē)庫(kù)風(fēng)量計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)其計(jì)算方法的理念，相應(yīng)公式以及計(jì)算結(jié)果，與中國(guó)常用的車(chē)庫(kù)風(fēng)量計(jì)算法得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而分析國(guó)內(nèi)目前所采用的計(jì)算方法的特點(diǎn)。

1 新西蘭風(fēng)量計(jì)算方法及公式分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，新西蘭計(jì)算方法的理念為保證車(chē)庫(kù)內(nèi)CO 濃度不超過(guò)規(guī)范允許數(shù)值。

車(chē)庫(kù)內(nèi)的CO 的產(chǎn)生由兩部分組成：停留在該車(chē)庫(kù)的車(chē)輛啟動(dòng)并到達(dá)出口這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的CO。從該車(chē)庫(kù)以外的區(qū)域經(jīng)過(guò)該車(chē)庫(kù)到達(dá)出口的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的CO，則可表達(dá)為下式：

式中：Y 為車(chē)庫(kù)內(nèi)1 小時(shí)CO 的排放量，g；Y1為1 小時(shí)內(nèi)停泊在該車(chē)庫(kù)內(nèi)的車(chē)輛到達(dá)出口時(shí)間內(nèi)的CO 排放量，g/h；Y2為1 小時(shí)內(nèi)停泊在該車(chē)庫(kù)以外區(qū)域的車(chē)輛經(jīng)過(guò)該車(chē)庫(kù)到達(dá)出口時(shí)間段內(nèi)的CO 排放量，g/h。

對(duì)于式（1）中的Y1，有如下表達(dá)式：

式中：Y1S為1 小時(shí)內(nèi)停泊在該車(chē)庫(kù)內(nèi)的車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)間段的CO 排放量，g/h，根據(jù)式（3）計(jì)算；Y1D為1 小時(shí)內(nèi)停泊在該車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)輛行駛至出口時(shí)間段內(nèi)的CO 排放量，g/h，根據(jù)公式（4）計(jì)算。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，車(chē)輛的啟動(dòng)時(shí)間為0.5 min，經(jīng)過(guò)0.5～1.5 min 從該車(chē)位行駛至出口，而車(chē)輛引擎啟動(dòng)后，第一分鐘內(nèi)的平均CO 排放量為25 g/min，第二分鐘內(nèi)的平均CO 排放量為16 g/min，故有如下關(guān)系式：

式中：n1為該車(chē)庫(kù)的車(chē)位數(shù)；gF為單位車(chē)輛啟動(dòng)后第一分鐘平均CO 的排放量，g/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取25 g/min；tS為車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)間，min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取0.5 min。P 為1 小時(shí)內(nèi)車(chē)輛使用系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[3]表格選取，本文對(duì)該表進(jìn)行翻譯摘錄，見(jiàn)表1。

表1 新西蘭車(chē)庫(kù)使用系數(shù)P 選取表

Y1D則可由下式計(jì)算：

式中：gS為單位車(chē)輛啟動(dòng)后第二分鐘平均CO 的排放量，g/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取16 g/min；tDF為車(chē)輛行駛至出口過(guò)程中，處于車(chē)輛啟動(dòng)后第一分鐘內(nèi)的時(shí)間，min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取0.5 min；tDS為車(chē)輛行駛至出口過(guò)程中，處于車(chē)輛啟動(dòng)后第二分鐘內(nèi)的時(shí)間，min，可由式（5）計(jì)算。

式中：d1為該車(chē)庫(kù)內(nèi)停泊各車(chē)輛行駛至出口的平均距離，m；u 為車(chē)輛行駛速度，m/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取100 m/min。

對(duì)于式（1）中的YB，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，停泊在其他區(qū)域，經(jīng)過(guò)該車(chē)庫(kù)的車(chē)輛在行駛時(shí)，均在引擎啟動(dòng)的第二分鐘內(nèi)，故有如下表達(dá)式：

式中：n2為從其他區(qū)域經(jīng)過(guò)該車(chē)庫(kù)到達(dá)出口的車(chē)輛數(shù)；d2為從其他的區(qū)域經(jīng)過(guò)該車(chē)庫(kù)到達(dá)出口的車(chē)輛在該車(chē)庫(kù)內(nèi)行駛的平均距離，m。

通過(guò)式（1）～（6），可得到車(chē)庫(kù)內(nèi)CO 的排放量的表達(dá)式可為：

按下式進(jìn)行單位換算：

式中：C 為車(chē)庫(kù)內(nèi)CO 的排放量，L；22.4 為氣體摩爾質(zhì)量，L/mol；M 為CO 的摩爾質(zhì)量，g/mol，取28 g/mol。

則車(chē)庫(kù)需要的排風(fēng)量可通過(guò)下式計(jì)算：

式中：L 為稀釋CO 所需排風(fēng)量，L/s；COA為1 h 平均CO 允許濃度，ppm，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取60 ppm；COE為環(huán)境CO 濃度，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取環(huán)境CO 濃度峰值，為單位換算系數(shù)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，稀釋CO 所需排風(fēng)量為：

對(duì)式（10）進(jìn)行取整（0.94≈1）并考慮到15%的余量系數(shù)，則可得到與文獻(xiàn)[3]中要求相一致的車(chē)庫(kù)排風(fēng)量計(jì)算公式：

式中：LN為新西蘭計(jì)算方法下車(chē)庫(kù)排風(fēng)量，L/s。

2 工程概況及計(jì)算

2.1 工程概況

對(duì)某新西蘭項(xiàng)目中的車(chē)庫(kù)，分別按新西蘭及國(guó)內(nèi)算法進(jìn)行計(jì)算。該大樓為零售、辦公及五星級(jí)酒店的商業(yè)綜合體。其中，B6～B3 層均為地下車(chē)庫(kù)，每層建筑面積約為3200 m2。各層車(chē)位數(shù)，層高分別是：

B6：68 個(gè)車(chē)位，3.1 m 高

B5：67 個(gè)車(chē)位，3.1 m 高

B4：68 個(gè)車(chē)位，3.1 m 高

B3：67 個(gè)車(chē)位，3.1 m 高

車(chē)輛需經(jīng)過(guò)在其上方的各層車(chē)庫(kù)從而到達(dá)某一層車(chē)庫(kù)內(nèi)的指定位置。

2.2 計(jì)算過(guò)程及結(jié)果

2.2.1 新西蘭計(jì)算方法

由于該大樓的主要功能介于商業(yè)及零售之間，故取使用系數(shù)P=0.6，其余數(shù)據(jù)根據(jù)上述條件選取，則按新西蘭算法排風(fēng)量計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 新西蘭算法車(chē)庫(kù)排風(fēng)量計(jì)算表

2.2.2 國(guó)內(nèi)計(jì)算方法

按換氣次數(shù)法計(jì)算排風(fēng)量計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表3，計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[1]：

表3 換氣次數(shù)法車(chē)庫(kù)排風(fēng)量計(jì)算表

按商業(yè)建筑，選取單臺(tái)機(jī)動(dòng)車(chē)排風(fēng)量為500 m3/h，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法計(jì)算排風(fēng)量計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表4（計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[2]）：

表4 機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法車(chē)庫(kù)排風(fēng)量計(jì)算表

按濃度稀釋法計(jì)算時(shí)（計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[2]），由于各參數(shù)選值不同（工況1：k=0.5、t=2 min、m=0.02 m3/min、y0=2 mg/m3；工況2：k=1.2、t=6 min、m=0.025 m3/min、y0=3 mg/m3），所得風(fēng)量值將會(huì)差異較大，見(jiàn)表5：

表5 濃度稀釋法車(chē)庫(kù)排風(fēng)量計(jì)算表

3 分析與討論

根據(jù)上述所提及的各種計(jì)算方法，對(duì)所得的風(fēng)量結(jié)果進(jìn)行匯總，見(jiàn)表6：

表6 各計(jì)算方法排風(fēng)量匯總表

由公式分析可得，在計(jì)算過(guò)程中，由于兩國(guó)背景不同，主要有以下幾點(diǎn)差異因素：

a）允許CO 濃度標(biāo)準(zhǔn)不同：新西蘭允許CO 濃度為60 ppm；國(guó)內(nèi)規(guī)范允許CO 濃度為30 mg/m3（24 ppm）（文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]）。

b）環(huán)境CO 濃度的基準(zhǔn)取值不同：新西蘭選用峰值CO 濃度9 ppm；國(guó)內(nèi)規(guī)范要求CO 濃度為2～3 mg/m3（1.6～2.4 ppm）（文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]）。

c）車(chē)庫(kù)使用情況不同：由于新西蘭人口稀疏，而國(guó)內(nèi)人口密集，其次，新西蘭對(duì)于無(wú)碳出行的普及程度高于國(guó)內(nèi)，故而，在車(chē)庫(kù)使用情況上，國(guó)內(nèi)車(chē)庫(kù)的使用率可能高于新西蘭的車(chē)庫(kù)使用率。但根據(jù)目前文獻(xiàn)[3]中給出的P 值數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），新西蘭對(duì)于車(chē)庫(kù)的使用率設(shè)定值有保守估計(jì)的可能性，故該使用率與國(guó)內(nèi)情況難以進(jìn)行具體比較，故在此不作數(shù)據(jù)性分析。

鑒于第a、b 兩點(diǎn)差異，故對(duì)表6 中數(shù)據(jù)LN進(jìn)行修正，結(jié)果記作L’N。其中修正系數(shù)(60-9)ppm/(24-1.6)ppm≈2.3。

表7 修正后排風(fēng)量對(duì)比表

結(jié)合各計(jì)算方法的算法機(jī)理以及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，可得到如下結(jié)果：

1）新西蘭在車(chē)庫(kù)通風(fēng)計(jì)算方法上與國(guó)內(nèi)的濃度稀釋法的根本理念是一致的，即控制一定的允許CO 濃度，但兩者對(duì)于CO 濃度產(chǎn)生的算法有差異：新西蘭算法中將CO 濃度的產(chǎn)生主要分成了兩部分，一部分為本車(chē)庫(kù)的汽車(chē)從啟動(dòng)到駛出車(chē)庫(kù)所產(chǎn)生的CO，另一部分為本車(chē)庫(kù)以外的車(chē)輛行駛經(jīng)過(guò)本車(chē)庫(kù)所產(chǎn)生的CO。這一算法使得第二部分非停泊在本車(chē)庫(kù)的車(chē)輛造成的影響也能在公式中具體體現(xiàn)。國(guó)內(nèi)的濃度稀釋法則主要考慮了本車(chē)庫(kù)內(nèi)的汽車(chē)造成的影響。

2）根據(jù)換氣次數(shù)法及濃度稀釋法計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步可得，在這算到國(guó)內(nèi)目前規(guī)范規(guī)定的CO 允許濃度情況下，對(duì)于單層車(chē)庫(kù)所得到的的計(jì)算值與新西蘭算法所得到的計(jì)算值趨于一致。但對(duì)于多層以上的情況，國(guó)內(nèi)三種算法均小于新西蘭算法。這是由于新西蘭算法中包含了為本車(chē)庫(kù)以外的車(chē)輛行駛經(jīng)過(guò)本車(chē)庫(kù)所產(chǎn)生的CO。這一部分在計(jì)算機(jī)理上是合理的。雖然系數(shù)k，即車(chē)位利用系數(shù)，取值范圍在0.5～1.2（文獻(xiàn)[1]），但根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，是不足以包含這一部分所需要的排風(fēng)量的，這一問(wèn)題在地下層數(shù)越多的情況下，尤為明顯。

3）計(jì)算數(shù)據(jù)還表明，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法的結(jié)果遠(yuǎn)小于新西蘭按國(guó)內(nèi)CO 允許濃度下的風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，而對(duì)比國(guó)內(nèi)其他兩種算法，該算法的計(jì)算結(jié)果也偏小。

因此，結(jié)合以上數(shù)據(jù)結(jié)果，可得到各計(jì)算方法的特點(diǎn)如下：

1）機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法不能作為有效控制室內(nèi)CO 濃度從而達(dá)到通風(fēng)效果的計(jì)算方法。

2）換氣次數(shù)法適用于在設(shè)計(jì)的前期過(guò)程中，由于停車(chē)數(shù)、車(chē)庫(kù)規(guī)模及使用情況均無(wú)法確定，對(duì)于單層的車(chē)庫(kù)，可快速地給出具有指導(dǎo)意義排風(fēng)量估算值。

3）稀釋濃度法有點(diǎn)在于對(duì)以控制CO 濃度為基準(zhǔn)的各類(lèi)車(chē)輛的封閉場(chǎng)所均有效，能對(duì)車(chē)庫(kù)的實(shí)際情況提供針對(duì)性計(jì)算。當(dāng)實(shí)際的環(huán)境CO 濃度有不同或者車(chē)輛、燃料性能有了變化，也可以通過(guò)更改相應(yīng)參數(shù)而計(jì)算出該情況下的風(fēng)量。又如車(chē)庫(kù)的使用情況可通過(guò)對(duì)車(chē)輛使用系數(shù)的調(diào)整以計(jì)算出恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。

但該方法亦存在一些問(wèn)題，對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)的選取的要求也就比較高。對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，需要對(duì)于各種參數(shù)的把握有一定精準(zhǔn)度，即需要一定的經(jīng)驗(yàn)累積以及分析，建議規(guī)范編寫(xiě)時(shí)可以對(duì)各種各參數(shù)的選取情況進(jìn)行研究分析，從而列出不同情況下的參數(shù)選擇情況，對(duì)于設(shè)計(jì)將會(huì)有很大的指導(dǎo)意義。

此外，目前規(guī)范現(xiàn)行的取值可滿(mǎn)足單層車(chē)庫(kù)情況的風(fēng)量計(jì)算，對(duì)于類(lèi)似于本項(xiàng)目中的這類(lèi)每層需要經(jīng)過(guò)其上的各層車(chē)庫(kù)方可以達(dá)到室外的車(chē)庫(kù)，在不修改計(jì)算方法以及規(guī)范要求的允許CO 濃度前提下，建議對(duì)各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行修改。

而對(duì)于車(chē)庫(kù)內(nèi)所允許CO 濃度，新西蘭當(dāng)?shù)氐囊鬄?0 ppm（文獻(xiàn)[3]）。故國(guó)內(nèi)要求的30 mg/m3（24 ppm）（文獻(xiàn)[1]）是否有調(diào)整的空間。

由該計(jì)算方法需要知道停車(chē)數(shù)、車(chē)庫(kù)規(guī)模、車(chē)庫(kù)使用情況，故而對(duì)建筑的信息輸入的需求較高，不適用于方案、初步階段，建筑信息比較模糊的階段。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某新西蘭項(xiàng)目按新西蘭當(dāng)?shù)匾?guī)范中的車(chē)庫(kù)通風(fēng)量計(jì)算方法以及國(guó)內(nèi)的機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法，換氣次數(shù)法以及濃度稀釋法，分別計(jì)算所需的車(chē)庫(kù)通風(fēng)量。以數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)比新西蘭規(guī)范的計(jì)算機(jī)理與國(guó)內(nèi)三種計(jì)算方法的計(jì)算機(jī)理，從而可參考新西蘭規(guī)范中的計(jì)算方法對(duì)比分析國(guó)內(nèi)計(jì)算方法的特點(diǎn)。

相應(yīng)得到機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量法所得結(jié)果無(wú)法提供有效的通風(fēng)效果，換氣次數(shù)法僅適用于項(xiàng)目初期進(jìn)行風(fēng)量估算，而稀釋濃度法則可提供更準(zhǔn)確且適應(yīng)項(xiàng)目情況的有效通風(fēng)風(fēng)量。

同時(shí)，在研究中發(fā)現(xiàn)，稀釋濃度法存在的一些問(wèn)題，如各種參數(shù)選擇困難、對(duì)多層車(chē)庫(kù)未計(jì)入非本層車(chē)庫(kù)內(nèi)停車(chē)的同行車(chē)輛未表征，濃度限制取值恰當(dāng)性等，因此建議規(guī)范編寫(xiě)時(shí)可以對(duì)各種參數(shù)的選取情況進(jìn)行研究分析，從而列出不同情況下的參數(shù)選擇情況，對(duì)于設(shè)計(jì)將會(huì)有很大的指導(dǎo)意義。