摘要：本文通過分析地下車庫通風(fēng)工程常規(guī)設(shè)計中存在的問題，對國內(nèi)外近幾年來推廣的誘導(dǎo)通風(fēng)方式在車庫中的應(yīng)用進行探討。
目前我國大量興建高層建筑, 設(shè)計中都設(shè)有地下停車庫. 它占有建筑空間的大小, 直接影響到投資的經(jīng)濟性. 本文從探討地下車庫的常規(guī)設(shè)計出發(fā), 根據(jù)目前存在的問題, 介紹了國內(nèi)外近幾年來推廣的誘導(dǎo)通風(fēng)方式在車庫中的應(yīng)用.
1、 停車庫的通風(fēng)量計算
1.1 考慮因素
通風(fēng)量的確定和車庫內(nèi)許多因素有關(guān). 例如, 停車庫規(guī)定的停車數(shù)量(即每個車位的面積指標(biāo))、單位時間出入車庫的車數(shù)與額定停車數(shù)之比(稱出入頻率)、車庫內(nèi)車輛行駛的平均時間及每輛車的CO排量、車庫內(nèi)容許CO濃度以及室外CO濃度.
眾所周知, 停車場的換氣量是按有害氣體(一般以CO為準(zhǔn))稀釋到容許濃度來決定的,同時也要符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)的規(guī)定.
1.2 換氣量的基本公式
室內(nèi)全面通風(fēng)換氣量與有害氣體發(fā)生量和容許濃度的關(guān)系可用下式表示:
通風(fēng)量: L=G/(m1-m0) (1)
式中: L—通風(fēng)換氣量(m3/h);
G—有害氣體發(fā)生量(m3/h);
m1,m0--分別為室內(nèi)容許有害氣體濃度和進風(fēng)空氣中的有害氣體的濃度,m0一般取5ppm(即容積百分率0.0005)
因此: m1=G/L+m0 (2)
雖然車庫的有害氣體成份有CO、CO2、NO2、HCHO、Pb、ＳO2等多種,但按勞動衛(wèi)生法規(guī), 以稀釋汽車排氣中CO含量（0.01-0.1%）到容許濃度的新鮮空氣倍率為最高, 故通風(fēng)量能滿足CO的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時, 其它有害物成份均在可容許范圍內(nèi).停車庫中CO容許濃度規(guī)定為0.01以下(居住房間為0.001).
1.3 CO發(fā)生量的確定
車庫內(nèi)CO的發(fā)生量可按下式計算:
G=mrqt (3)
式中: G—車庫的CO發(fā)生量;
m—停車庫容納車位(輛);
t—停車庫內(nèi)汽車平均停車時間, 一般為2分鐘;
r—汽車出入頻率(1小時內(nèi)進出車量與停車位之比);
q—每輛小汽車的CO排量(m3/min).
小汽車CO發(fā)生量理論上為排氣中CO含有率與總排氣量之積, 實際上因引擎的排氣量、型式、負(fù)荷比例、運行狀態(tài)而異, 一般使用實測結(jié) 果的平均值. 表1為汽油發(fā)動汽車因運行狀態(tài)而產(chǎn)生的CO濃度的比例, 當(dāng)為4缸引擎時, 總排氣量q值可按下式計算:
q=0.4 ξVN×10-3 (4)
其中:q—總排氣量(m3/min)
ξ—負(fù)荷比例(全負(fù)荷時ξ=1)
V—行程容積(L)
N—引擎轉(zhuǎn)速(r/min)
通常計算時可取ξ=0.5, V=1.5
N=1500,故q=0.45 m3/min
出入頻率一般按統(tǒng)計得的經(jīng)驗數(shù)據(jù),可取35～55%.
汽油發(fā)動機汽車運轉(zhuǎn)條件
與排氣中CO的比例
2、確定車庫通風(fēng)量的法規(guī)
對于此規(guī)定各國不盡相同, 如日本, 對于停車場車庫, 停車場面積大于500m2時, 如開口面積不足地板面積1/10, 應(yīng)采用機械通風(fēng),每平方米每小時需提供25 m3以上的新風(fēng)量; 對室內(nèi)停車場, 開口面積不足1/10時, 換氣次數(shù)取10次/時以上.美國對于地下車庫的通風(fēng)換氣次數(shù)建議為4～6次/時或按每m2面積4L/s確定通風(fēng)量. 對于部分與室外相通的車庫, 則應(yīng)具有2.5～5%的開啟面積供自然通風(fēng)之用. 芬蘭建筑法規(guī)規(guī)定辦公大樓地下車庫最小新風(fēng)量為2.7L/s. m2. 我國有關(guān)技術(shù)措施規(guī)定, 換氣量計算當(dāng)無計算資料時, 可按排風(fēng)不小于6次/時,送風(fēng)不小于5次/時作設(shè)計依據(jù).
3、地下停車庫的通風(fēng)裝置設(shè)計
車庫通風(fēng)要求有全面均勻送風(fēng)和全面均勻排風(fēng)的機械通風(fēng)裝置. 排氣量應(yīng)大于進氣量, 以便場內(nèi)有一定的負(fù)壓, 防止場內(nèi)空氣流入與之相鄰的房間. 在布置送風(fēng)和排風(fēng)口時, 應(yīng)防止產(chǎn)生場內(nèi)局部的氣流滯留. 目前, 在我國停車庫通風(fēng)設(shè)計中,依據(jù)GB19-87及GB50067-97中的規(guī)定, 常采用上部送風(fēng), 上、下部同時排風(fēng)的系統(tǒng),通風(fēng)換氣量為6次/h,此為我國衛(wèi)生部門的最低標(biāo)準(zhǔn).在送回風(fēng)口布置時, GB19-87中規(guī)定, 對于分子量大于空氣分子量的污染物采用三分之一上排風(fēng)三分之二下排風(fēng)方式來處理負(fù)荷; 分子量小于空氣分子量的污染物采用三分之一下排風(fēng)三分之二上排風(fēng)方式來處理負(fù)荷; 當(dāng)然從理論上講, 排出的污染物不應(yīng)通過人區(qū), 采用完全下部通風(fēng)量最有力, 但在實際上, 很難做到.
高層建筑內(nèi)的地下停車場一般均處在交通密集的鬧市區(qū), 交通車輛的排氣CO污染本已嚴(yán)重,故新風(fēng)取入口應(yīng)避開環(huán)境較差的區(qū)域, 或是將采氣口做得較高. 若該地區(qū)風(fēng)速大于3m/s以上, 則CO濃度與高度關(guān)系不大. 此外, 進排氣塔與建筑物一般都較鄰近, 故噪聲問題亦應(yīng)予以關(guān)心. 停車庫風(fēng)機一般風(fēng)量較大, 風(fēng)壓較小, 故都采用軸流風(fēng)機. 風(fēng)機運行時間長, 全年不停, 從節(jié)能考慮, 應(yīng)選擇運行效率高的風(fēng)機, 我國在工程中也有采用混流風(fēng)機代替軸流風(fēng)機, 此外, 也可通過CO濃度的監(jiān)測來調(diào)節(jié)風(fēng)量, 以獲得較好的經(jīng)濟效果.
在排煙設(shè)計方面, 對于2000m2以上的停車庫, 應(yīng)考慮有效的機械排煙措施. 我國目前在設(shè)計中一般是利用排風(fēng)系統(tǒng)的上部風(fēng)口作為排煙風(fēng)口. 排煙時換氣亦為6次/h, 此時主要考慮避免由于汽油揮發(fā)引起的火災(zāi)或爆炸危險, 排煙口及排煙管的風(fēng)速在火災(zāi)時可較日常通風(fēng)的風(fēng)速適當(dāng)提高. 日本在地下車庫設(shè)計指南中并未規(guī)定具體的做法, 建議與消防當(dāng)局協(xié)商確定.
4、 誘導(dǎo)通風(fēng)方式在地下車庫中的應(yīng)用
4.1 問題的提出
僅從計算公式上看,常規(guī)地下車庫通風(fēng)方式在CO控制方面可以達到要求. 但實際工程中常因氣流短路使車庫中CO濃度高于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn). 這主要因為以下原因:
首先, 對于常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)屬于完全混合式換氣系統(tǒng).但完全混合式換氣系統(tǒng)有著其先天的不足, 即經(jīng)一次換氣之后, 其通風(fēng)有效度(排氣之CO濃度與換氣前空間內(nèi)CO濃度之比)不可能大于50%, 有時甚至更低. 對于常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)其通風(fēng)有效度不大于50%容易理解, 而更低則是因為產(chǎn)生了氣的短路, 無法完全混合后再換氣而造成的.短路原因主要因為車庫層高要求十分嚴(yán)格, 室內(nèi)布置送、排風(fēng)管系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)矛盾較大.對于送回風(fēng)口位置布置,設(shè)計人員十分被動. 所以難以實現(xiàn)極佳的氣流組織.
其次, 因為在常規(guī)的系統(tǒng)中還忽略了一個概念,即呼吸地帶濃度. 由于CO比較特殊, 分子量與空氣相近 (空氣分子量約為29), CO從汽車排氣管中排出后,雖因尾氣溫度會有一定升騰,但由于熱量相對太小,立即被平衡掉,之后CO將按濃度梯度自由擴散. 因此在GB19-87中規(guī)定的針對污染氣體分子量與大氣分子量的差別采用三分之一上排三分之二下排或三分之一下排或三分之二上排的這兩種方式對于CO都不十分適合,由于排風(fēng)出口風(fēng)速衰減很快, 沒有能力抑制汽車尾氣的升騰,所以此時CO會在送風(fēng)風(fēng)壓和濃度差的共同作用下, 從升騰后的位置開始向上、下回排口移動, 而升騰后的位置正好接近人員的呼吸區(qū), 從而使在人的呼吸地帶的CO濃度反而高于整個空間的平均CO濃度.
再有, 對于常規(guī)的通風(fēng)換氣系統(tǒng), 使用CO傳感器會發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方式在各區(qū)段的每個送風(fēng)口和每個排風(fēng)口之間CO的分布是相同的. 即從送風(fēng)口到排風(fēng)口濃度逐步增加. 從而使CO濃度曲線沿程為鋸齒狀,使人員行經(jīng)時經(jīng)過區(qū)域的CO濃度值反而大于整體平均值.
最后, 對于停車庫的CO負(fù)荷產(chǎn)生并非一個連繼穩(wěn)定的過程.通常會在上午8:00和下午3:00出現(xiàn)兩個峰值, 且峰谷與峰底值有很大差別.下午3:00時CO濃度最高,這主要因汽車引擎由低溫起步效率較低而此時車輛移動難度亦較大的原因.而常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)由于換氣方式的限制,使之處理尖峰負(fù)荷的能力較弱,通常需很長時間才能把CO負(fù)荷處理掉.
綜上所述,換氣次數(shù)6次/h雖為衛(wèi)生部門的最低衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),但由于常規(guī)系統(tǒng)中的弊病使氣流短路;送、排風(fēng)口的不連繼性使CO濃度波動及CO密度的特殊性使CO集中于呼吸區(qū);使得依衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的6次/h換氣不能達到如期效果.另外, 還有四個方面的問題較為突出.
(1)室內(nèi)布置送、排風(fēng)低速風(fēng)道系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)矛盾較大,往往必須增加地下車庫層高,以致影響到土建投資;
(2)風(fēng)管截面尺寸大,使車庫有壓迫感;
(3)風(fēng)管上積聚塵土難以清掃;
(4)運行費用較高.
為此,采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)來代替一般低速風(fēng)管系統(tǒng),便被視作解決這一問題的一種有效途徑.
4.2 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的原理及特點:
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是利用高速噴出之少量氣體來誘導(dǎo)及攪拌周圍之大量空氣,并帶動至特定的目標(biāo)方向. 這個系統(tǒng)是由噴嘴、高壓風(fēng)機、小口徑螺旋風(fēng)管所組成,對特殊環(huán)境或空間能發(fā)揮較常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)更佳的效果. 其主要運用理論來自空氣動力學(xué)中高速噴流的擾動特性, 擾動噴流能夠有效的誘導(dǎo)周圍靜止的空氣, 而帶動空氣流通. 噴流的中心速度由噴嘴出口點起逐漸減低, 但是噴流寬度逐漸增加, 所誘導(dǎo)周圍的空氣量也逐漸增加, 垂直于中心軸, 各個截面的空氣總動量不變. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)利用高速噴口送風(fēng), 誘導(dǎo)周圍空氣, 一方面稀釋室內(nèi)有害氣體, 一方面帶動室內(nèi)空氣流動, 沿著預(yù)設(shè)的空氣流道行進 ,從而確保車庫內(nèi)的良好換氣.這時,雖然進風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機仍須采用, 但其所需風(fēng)壓遠比設(shè)有分支管道的低速風(fēng)道時為小.
其中噴嘴空氣出流符合空氣動力學(xué)中圓斷面氣體射流的計算公式:
Vm/Vo=0.48/(as/do+0.147)
Qm/Qo=0.23/(as/do+0.147)
D/do=6.8/(as/do+0.147)
式中: S—距噴嘴距離(m) a--為噴嘴紊流系數(shù)
Vo--噴嘴處氣體流速 (m/s) Vm—距噴口S米處射流中心線速度(m/s)
Qo--噴嘴流量 (m3/h) Qm—距噴口S米處射流截面流量(m3/h)
do--噴嘴直徑 (m) D--距噴口S米處射流截面直徑(m)
以上最為重要數(shù)據(jù)為a, 但與紊流系數(shù)相關(guān)因素很多,如管路幾何尺寸, 斷面上速度均勻性, 流體粘度、密度, 脈動速度均方根等. 因此紊流系數(shù)很難有準(zhǔn)確的計算結(jié)果, 大部分為實驗值.
目前,生產(chǎn)此種產(chǎn)品的廠家不多,但產(chǎn)品規(guī)格不同, 所以紊流系數(shù)各不相同,但其a值一般在0.069左右.實際工程中噴嘴的射流為周邊受限射流, 因為此過程十分復(fù)雜, 所以各公司最終所得對氣體射流的描繪公式均為經(jīng)驗公式且各不相同.
4.3 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的性能
對于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng), 又稱為活塞式換氣系統(tǒng), 各只噴嘴誘導(dǎo)的系統(tǒng),形成一面活塞式的氣墻,向前推進,使其通風(fēng)有效度理論上可達100%. 其用于通風(fēng)換氣比常規(guī)系統(tǒng)徹底的多. 只要布置好噴嘴的方向和位置可以避免任何位置的空氣滯流, 實現(xiàn)有效換氣.
再有, 利用對噴射角度的調(diào)整可使 CO隨主氣流位于地表面不通過人區(qū),使呼吸地帶的CO濃度下降. 系統(tǒng)CO濃度沿程曲線為向排風(fēng)口上升的曲線,但既使CO濃度在最高值處,由于高濃度區(qū)位于地表面,呼吸帶CO濃度亦低于常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng).且非鋸齒狀分布, 處處低于國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).
另外, 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)具有較高的通風(fēng)換氣效率, 其處理尖峰負(fù)荷的能力遠遠優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng). 通常,誘導(dǎo)風(fēng)通系統(tǒng)處理某一尖峰負(fù)荷所需的時間僅為常規(guī)系統(tǒng)的一半.
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)相比不僅性能優(yōu)越而且在許多方面都較常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)更具優(yōu)勢.眾所周知,為避免過大的土方開挖費用,地下停車庫的層高一般較低,并對暖通設(shè)計師常有管路設(shè)計空間的限制,最常見為把送回風(fēng)管定于從天花板下返500mm的范圍內(nèi).對于一個層高3.0m面積為2000m2的防火分區(qū),6次/h的換氣次數(shù)需36000m3/h的風(fēng)量,既使管內(nèi)風(fēng)速選8m/s,主送回風(fēng)管道的尺寸只有一種選擇即2500mm×500mm,這樣的長寬比無疑是十分浪費的,并且使水管、電路的配合難度加大. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)所需管徑通常為Φ200mm,Φ150mm可穿梁敷設(shè), 上述煩惱一應(yīng)而消,還可進一步降低層高,大量節(jié)約土建費用.且每套誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)面積相同, 屬模塊化設(shè)計,可避免水力計算、風(fēng)口風(fēng)速核算等繁瑣工作,大大提高設(shè)計工作的效率.
常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)還有許多缺點,如泄漏量大,查補都很麻煩;設(shè)計彈性小,不適合負(fù)荷變化;全天候運行,耗電量大;為保證通暢,風(fēng)管須定期清理;氣流流線集中于送回風(fēng)口,易出現(xiàn)死角;機房中有巨型彎頭,消耗較大面積;施工費用高,周期長;風(fēng)管截面巨大,車庫猶如風(fēng)管世界, 外觀極差……
從系統(tǒng)設(shè)置來講,誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)代替了常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)管、下排風(fēng)管、各種風(fēng)口閥門和為克服這些阻力的壓頭,從而大大減少了電耗.其耗電量僅為3w/m2.誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)泄漏可能性小,既使泄漏,使用專用熱縮封帶幾分鐘即可氣密完畢;其系統(tǒng)設(shè)計簡單,變動彈性大,即使系統(tǒng)施工完畢,仍可視實際情況增減風(fēng)量;由于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)使用高速螺旋風(fēng)管,基本無需維護;其氣流流線可以據(jù)建筑特征布置,可徹底消滅死角;誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)送回風(fēng)機房面積較小,一般在一個防火分區(qū)內(nèi)可據(jù)車型不同可多規(guī)劃1～2個車位(在上海市區(qū)一個車位售價約為人民幣30萬元),對業(yè)主及使用者都有好處;誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)施工費用低且周期短;其外觀加以精心布置,甚至可以起到裝飾的作用……
在誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)使用中,仍保留一條上排風(fēng)管作為排煙管,此管路專用于排煙系統(tǒng),所以風(fēng)速可取20m/s,風(fēng)口風(fēng)速也可選用最高值,可大大縮小截面尺寸. 此排煙風(fēng)機日常通風(fēng)時停用, 可以加大其使用壽命. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機箱及風(fēng)管使用金屬材料屬不燃燒體, 完全符合我國的停車庫設(shè)計防火規(guī)范.
5、構(gòu)造與布置
誘導(dǎo)型送風(fēng)裝置及其技術(shù)最早由瑞典Flakt公司開發(fā)的. 應(yīng)用于大空間 (工廠車間、體育館、倉庫等) 的通風(fēng)空調(diào)中,目前應(yīng)用于車庫亦相當(dāng)廣泛. 其誘導(dǎo)系統(tǒng)的基本構(gòu)件一為送風(fēng)機箱,一為噴嘴裝置,極為簡單.
送風(fēng)箱內(nèi)設(shè)直聯(lián)風(fēng)機, 內(nèi)作消聲處理,風(fēng)量范圍2400～3600 m3/h,風(fēng)壓為1600Pa, 電機功率為1.5kw～3.7kw(二極). 噴嘴送出風(fēng)量為90～360 m3/h左右, 接管直徑Φ80mm,出口處呈錐形,出口風(fēng)速30m/s左右,其噪聲值為55dB(A)左右.
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置時主要考慮以下因素:
(1)、設(shè)置主干線: 由于每個嘴所誘導(dǎo)的風(fēng)量相同, 但地下車庫的形狀各異, 使得車庫中主截面亦不相同. 因此要設(shè)置主干線來保證應(yīng)有的換氣次數(shù), 再設(shè)置輔助噴嘴對空氣進行攪拌.
(2)、防止氣流短路: 由于地下車庫中送回風(fēng)豎井的布置需綜合考慮, 所以有時送, 排風(fēng)口相距很近, 這時就需要利用噴嘴來虛擬分隔, 設(shè)置流程, 防止短路.
(3)、對電梯間保護: 電梯間或其前室為車庫中人員停留時間最久的區(qū)域, 所以應(yīng)對電梯間或其它進入主樓的入口進行特別考慮.
(4)、設(shè)置不同的噴射角度: 在布置噴嘴時應(yīng)考慮因?qū)痈卟煌o予噴嘴不同的下傾角度和各噴嘴間橫向豎向的距離. 以保證污染物處于地表面.
(5)、車位的設(shè)置: 綜合考慮車位的分布和車尾(污染物排出處)的方向來布置噴嘴.
6、CO濃度計算示例.
采用這種方式能否把CO稀釋到容許濃度, 實質(zhì)上還是取于全面通風(fēng)時的大小.這可利用前述計算方法作一計算驗證. 車間體積50m×46m×4m, 有效空間為8500m2, 若用10次換氣次數(shù), 則送風(fēng)量為85000m3/h, 停車位70輛, 出入頻率為0.6.
(1)、前已述及, 由(4)式, 根據(jù)一般ξ、V、N的值, 可得一輛汽車的排氣量為0.45 m3/min.
(2)、根據(jù)表1, 汽車減速時排氣中的CO比率, 一輛汽車的co發(fā)生量q為:q=0.45×5.5/100=0.025 m3/min
(3)、1小時全部汽車發(fā)生的CO量可按(3)式計算:G=0.025×2×70×0.6=2.1 m3/h
(4)、由(2)式得排氣濃度量為: m1 =0.00297
計算結(jié)果表明, 按此風(fēng)量采用, 室內(nèi)的CO濃度將遠比容許濃度為低.需要指出, 誘導(dǎo)送風(fēng)的采用是確保空氣氣流傳輸、擴散、稀釋的一種手段,關(guān)鍵還是總通風(fēng)量的大小, 即在豎井處用風(fēng)機確定總的換氣量 .
7、誘導(dǎo)通風(fēng)的應(yīng)用前景:
誘導(dǎo)通風(fēng)技術(shù)已有近二十年的歷史, 在歐洲, 東南亞, 日本等國, 其在車庫的使用中已相當(dāng)廣泛. 盡管國外各生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品命名不同,如Jet inducting system, air treatment system, cycle Jet air system但其均為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng). 我國目前大量建造高層建筑, 在地下車庫的設(shè)計上, 都存在送風(fēng)方式的方案問題. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)可以節(jié)省大量土方開挖、電耗、日常維護(如.清灰、補漏)等費用, 并具更佳的通風(fēng)效果, 因此采用誘導(dǎo)式系統(tǒng)是解決這類矛盾的一種適當(dāng)途徑.
目前我國大量興建高層建筑, 設(shè)計中都設(shè)有地下停車庫. 它占有建筑空間的大小, 直接影響到投資的經(jīng)濟性. 本文從探討地下車庫的常規(guī)設(shè)計出發(fā), 根據(jù)目前存在的問題, 介紹了國內(nèi)外近幾年來推廣的誘導(dǎo)通風(fēng)方式在車庫中的應(yīng)用.
1、 停車庫的通風(fēng)量計算
1.1 考慮因素
通風(fēng)量的確定和車庫內(nèi)許多因素有關(guān). 例如, 停車庫規(guī)定的停車數(shù)量(即每個車位的面積指標(biāo))、單位時間出入車庫的車數(shù)與額定停車數(shù)之比(稱出入頻率)、車庫內(nèi)車輛行駛的平均時間及每輛車的CO排量、車庫內(nèi)容許CO濃度以及室外CO濃度.
眾所周知, 停車場的換氣量是按有害氣體(一般以CO為準(zhǔn))稀釋到容許濃度來決定的,同時也要符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)的規(guī)定.
1.2 換氣量的基本公式
室內(nèi)全面通風(fēng)換氣量與有害氣體發(fā)生量和容許濃度的關(guān)系可用下式表示:
通風(fēng)量: L=G/(m1-m0) (1)
式中: L—通風(fēng)換氣量(m3/h);
G—有害氣體發(fā)生量(m3/h);
m1,m0--分別為室內(nèi)容許有害氣體濃度和進風(fēng)空氣中的有害氣體的濃度,m0一般取5ppm(即容積百分率0.0005)
因此: m1=G/L+m0 (2)
雖然車庫的有害氣體成份有CO、CO2、NO2、HCHO、Pb、ＳO2等多種,但按勞動衛(wèi)生法規(guī), 以稀釋汽車排氣中CO含量（0.01-0.1%）到容許濃度的新鮮空氣倍率為最高, 故通風(fēng)量能滿足CO的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時, 其它有害物成份均在可容許范圍內(nèi).停車庫中CO容許濃度規(guī)定為0.01以下(居住房間為0.001).
1.3 CO發(fā)生量的確定
車庫內(nèi)CO的發(fā)生量可按下式計算:
G=mrqt (3)
式中: G—車庫的CO發(fā)生量;
m—停車庫容納車位(輛);
t—停車庫內(nèi)汽車平均停車時間, 一般為2分鐘;
r—汽車出入頻率(1小時內(nèi)進出車量與停車位之比);
q—每輛小汽車的CO排量(m3/min).
小汽車CO發(fā)生量理論上為排氣中CO含有率與總排氣量之積, 實際上因引擎的排氣量、型式、負(fù)荷比例、運行狀態(tài)而異, 一般使用實測結(jié) 果的平均值. 表1為汽油發(fā)動汽車因運行狀態(tài)而產(chǎn)生的CO濃度的比例, 當(dāng)為4缸引擎時, 總排氣量q值可按下式計算:
q=0.4 ξVN×10-3 (4)
其中:q—總排氣量(m3/min)
ξ—負(fù)荷比例(全負(fù)荷時ξ=1)
V—行程容積(L)
N—引擎轉(zhuǎn)速(r/min)
通常計算時可取ξ=0.5, V=1.5
N=1500,故q=0.45 m3/min
出入頻率一般按統(tǒng)計得的經(jīng)驗數(shù)據(jù),可取35～55%.
汽油發(fā)動機汽車運轉(zhuǎn)條件
與排氣中CO的比例
2、確定車庫通風(fēng)量的法規(guī)
對于此規(guī)定各國不盡相同, 如日本, 對于停車場車庫, 停車場面積大于500m2時, 如開口面積不足地板面積1/10, 應(yīng)采用機械通風(fēng),每平方米每小時需提供25 m3以上的新風(fēng)量; 對室內(nèi)停車場, 開口面積不足1/10時, 換氣次數(shù)取10次/時以上.美國對于地下車庫的通風(fēng)換氣次數(shù)建議為4～6次/時或按每m2面積4L/s確定通風(fēng)量. 對于部分與室外相通的車庫, 則應(yīng)具有2.5～5%的開啟面積供自然通風(fēng)之用. 芬蘭建筑法規(guī)規(guī)定辦公大樓地下車庫最小新風(fēng)量為2.7L/s. m2. 我國有關(guān)技術(shù)措施規(guī)定, 換氣量計算當(dāng)無計算資料時, 可按排風(fēng)不小于6次/時,送風(fēng)不小于5次/時作設(shè)計依據(jù).
3、地下停車庫的通風(fēng)裝置設(shè)計
車庫通風(fēng)要求有全面均勻送風(fēng)和全面均勻排風(fēng)的機械通風(fēng)裝置. 排氣量應(yīng)大于進氣量, 以便場內(nèi)有一定的負(fù)壓, 防止場內(nèi)空氣流入與之相鄰的房間. 在布置送風(fēng)和排風(fēng)口時, 應(yīng)防止產(chǎn)生場內(nèi)局部的氣流滯留. 目前, 在我國停車庫通風(fēng)設(shè)計中,依據(jù)GB19-87及GB50067-97中的規(guī)定, 常采用上部送風(fēng), 上、下部同時排風(fēng)的系統(tǒng),通風(fēng)換氣量為6次/h,此為我國衛(wèi)生部門的最低標(biāo)準(zhǔn).在送回風(fēng)口布置時, GB19-87中規(guī)定, 對于分子量大于空氣分子量的污染物采用三分之一上排風(fēng)三分之二下排風(fēng)方式來處理負(fù)荷; 分子量小于空氣分子量的污染物采用三分之一下排風(fēng)三分之二上排風(fēng)方式來處理負(fù)荷; 當(dāng)然從理論上講, 排出的污染物不應(yīng)通過人區(qū), 采用完全下部通風(fēng)量最有力, 但在實際上, 很難做到.
高層建筑內(nèi)的地下停車場一般均處在交通密集的鬧市區(qū), 交通車輛的排氣CO污染本已嚴(yán)重,故新風(fēng)取入口應(yīng)避開環(huán)境較差的區(qū)域, 或是將采氣口做得較高. 若該地區(qū)風(fēng)速大于3m/s以上, 則CO濃度與高度關(guān)系不大. 此外, 進排氣塔與建筑物一般都較鄰近, 故噪聲問題亦應(yīng)予以關(guān)心. 停車庫風(fēng)機一般風(fēng)量較大, 風(fēng)壓較小, 故都采用軸流風(fēng)機. 風(fēng)機運行時間長, 全年不停, 從節(jié)能考慮, 應(yīng)選擇運行效率高的風(fēng)機, 我國在工程中也有采用混流風(fēng)機代替軸流風(fēng)機, 此外, 也可通過CO濃度的監(jiān)測來調(diào)節(jié)風(fēng)量, 以獲得較好的經(jīng)濟效果.
在排煙設(shè)計方面, 對于2000m2以上的停車庫, 應(yīng)考慮有效的機械排煙措施. 我國目前在設(shè)計中一般是利用排風(fēng)系統(tǒng)的上部風(fēng)口作為排煙風(fēng)口. 排煙時換氣亦為6次/h, 此時主要考慮避免由于汽油揮發(fā)引起的火災(zāi)或爆炸危險, 排煙口及排煙管的風(fēng)速在火災(zāi)時可較日常通風(fēng)的風(fēng)速適當(dāng)提高. 日本在地下車庫設(shè)計指南中并未規(guī)定具體的做法, 建議與消防當(dāng)局協(xié)商確定.
4、 誘導(dǎo)通風(fēng)方式在地下車庫中的應(yīng)用
4.1 問題的提出
僅從計算公式上看,常規(guī)地下車庫通風(fēng)方式在CO控制方面可以達到要求. 但實際工程中常因氣流短路使車庫中CO濃度高于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn). 這主要因為以下原因:
首先, 對于常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)屬于完全混合式換氣系統(tǒng).但完全混合式換氣系統(tǒng)有著其先天的不足, 即經(jīng)一次換氣之后, 其通風(fēng)有效度(排氣之CO濃度與換氣前空間內(nèi)CO濃度之比)不可能大于50%, 有時甚至更低. 對于常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)其通風(fēng)有效度不大于50%容易理解, 而更低則是因為產(chǎn)生了氣的短路, 無法完全混合后再換氣而造成的.短路原因主要因為車庫層高要求十分嚴(yán)格, 室內(nèi)布置送、排風(fēng)管系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)矛盾較大.對于送回風(fēng)口位置布置,設(shè)計人員十分被動. 所以難以實現(xiàn)極佳的氣流組織.
其次, 因為在常規(guī)的系統(tǒng)中還忽略了一個概念,即呼吸地帶濃度. 由于CO比較特殊, 分子量與空氣相近 (空氣分子量約為29), CO從汽車排氣管中排出后,雖因尾氣溫度會有一定升騰,但由于熱量相對太小,立即被平衡掉,之后CO將按濃度梯度自由擴散. 因此在GB19-87中規(guī)定的針對污染氣體分子量與大氣分子量的差別采用三分之一上排三分之二下排或三分之一下排或三分之二上排的這兩種方式對于CO都不十分適合,由于排風(fēng)出口風(fēng)速衰減很快, 沒有能力抑制汽車尾氣的升騰,所以此時CO會在送風(fēng)風(fēng)壓和濃度差的共同作用下, 從升騰后的位置開始向上、下回排口移動, 而升騰后的位置正好接近人員的呼吸區(qū), 從而使在人的呼吸地帶的CO濃度反而高于整個空間的平均CO濃度.
再有, 對于常規(guī)的通風(fēng)換氣系統(tǒng), 使用CO傳感器會發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方式在各區(qū)段的每個送風(fēng)口和每個排風(fēng)口之間CO的分布是相同的. 即從送風(fēng)口到排風(fēng)口濃度逐步增加. 從而使CO濃度曲線沿程為鋸齒狀,使人員行經(jīng)時經(jīng)過區(qū)域的CO濃度值反而大于整體平均值.
最后, 對于停車庫的CO負(fù)荷產(chǎn)生并非一個連繼穩(wěn)定的過程.通常會在上午8:00和下午3:00出現(xiàn)兩個峰值, 且峰谷與峰底值有很大差別.下午3:00時CO濃度最高,這主要因汽車引擎由低溫起步效率較低而此時車輛移動難度亦較大的原因.而常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)由于換氣方式的限制,使之處理尖峰負(fù)荷的能力較弱,通常需很長時間才能把CO負(fù)荷處理掉.
綜上所述,換氣次數(shù)6次/h雖為衛(wèi)生部門的最低衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),但由于常規(guī)系統(tǒng)中的弊病使氣流短路;送、排風(fēng)口的不連繼性使CO濃度波動及CO密度的特殊性使CO集中于呼吸區(qū);使得依衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的6次/h換氣不能達到如期效果.另外, 還有四個方面的問題較為突出.
(1)室內(nèi)布置送、排風(fēng)低速風(fēng)道系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)矛盾較大,往往必須增加地下車庫層高,以致影響到土建投資;
(2)風(fēng)管截面尺寸大,使車庫有壓迫感;
(3)風(fēng)管上積聚塵土難以清掃;
(4)運行費用較高.
為此,采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)來代替一般低速風(fēng)管系統(tǒng),便被視作解決這一問題的一種有效途徑.
4.2 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的原理及特點:
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)是利用高速噴出之少量氣體來誘導(dǎo)及攪拌周圍之大量空氣,并帶動至特定的目標(biāo)方向. 這個系統(tǒng)是由噴嘴、高壓風(fēng)機、小口徑螺旋風(fēng)管所組成,對特殊環(huán)境或空間能發(fā)揮較常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)更佳的效果. 其主要運用理論來自空氣動力學(xué)中高速噴流的擾動特性, 擾動噴流能夠有效的誘導(dǎo)周圍靜止的空氣, 而帶動空氣流通. 噴流的中心速度由噴嘴出口點起逐漸減低, 但是噴流寬度逐漸增加, 所誘導(dǎo)周圍的空氣量也逐漸增加, 垂直于中心軸, 各個截面的空氣總動量不變. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)利用高速噴口送風(fēng), 誘導(dǎo)周圍空氣, 一方面稀釋室內(nèi)有害氣體, 一方面帶動室內(nèi)空氣流動, 沿著預(yù)設(shè)的空氣流道行進 ,從而確保車庫內(nèi)的良好換氣.這時,雖然進風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機仍須采用, 但其所需風(fēng)壓遠比設(shè)有分支管道的低速風(fēng)道時為小.
其中噴嘴空氣出流符合空氣動力學(xué)中圓斷面氣體射流的計算公式:
Vm/Vo=0.48/(as/do+0.147)
Qm/Qo=0.23/(as/do+0.147)
D/do=6.8/(as/do+0.147)
式中: S—距噴嘴距離(m) a--為噴嘴紊流系數(shù)
Vo--噴嘴處氣體流速 (m/s) Vm—距噴口S米處射流中心線速度(m/s)
Qo--噴嘴流量 (m3/h) Qm—距噴口S米處射流截面流量(m3/h)
do--噴嘴直徑 (m) D--距噴口S米處射流截面直徑(m)
以上最為重要數(shù)據(jù)為a, 但與紊流系數(shù)相關(guān)因素很多,如管路幾何尺寸, 斷面上速度均勻性, 流體粘度、密度, 脈動速度均方根等. 因此紊流系數(shù)很難有準(zhǔn)確的計算結(jié)果, 大部分為實驗值.
目前,生產(chǎn)此種產(chǎn)品的廠家不多,但產(chǎn)品規(guī)格不同, 所以紊流系數(shù)各不相同,但其a值一般在0.069左右.實際工程中噴嘴的射流為周邊受限射流, 因為此過程十分復(fù)雜, 所以各公司最終所得對氣體射流的描繪公式均為經(jīng)驗公式且各不相同.
4.3 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的性能
對于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng), 又稱為活塞式換氣系統(tǒng), 各只噴嘴誘導(dǎo)的系統(tǒng),形成一面活塞式的氣墻,向前推進,使其通風(fēng)有效度理論上可達100%. 其用于通風(fēng)換氣比常規(guī)系統(tǒng)徹底的多. 只要布置好噴嘴的方向和位置可以避免任何位置的空氣滯流, 實現(xiàn)有效換氣.
再有, 利用對噴射角度的調(diào)整可使 CO隨主氣流位于地表面不通過人區(qū),使呼吸地帶的CO濃度下降. 系統(tǒng)CO濃度沿程曲線為向排風(fēng)口上升的曲線,但既使CO濃度在最高值處,由于高濃度區(qū)位于地表面,呼吸帶CO濃度亦低于常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng).且非鋸齒狀分布, 處處低于國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).
另外, 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)具有較高的通風(fēng)換氣效率, 其處理尖峰負(fù)荷的能力遠遠優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng). 通常,誘導(dǎo)風(fēng)通系統(tǒng)處理某一尖峰負(fù)荷所需的時間僅為常規(guī)系統(tǒng)的一半.
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)相比不僅性能優(yōu)越而且在許多方面都較常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)更具優(yōu)勢.眾所周知,為避免過大的土方開挖費用,地下停車庫的層高一般較低,并對暖通設(shè)計師常有管路設(shè)計空間的限制,最常見為把送回風(fēng)管定于從天花板下返500mm的范圍內(nèi).對于一個層高3.0m面積為2000m2的防火分區(qū),6次/h的換氣次數(shù)需36000m3/h的風(fēng)量,既使管內(nèi)風(fēng)速選8m/s,主送回風(fēng)管道的尺寸只有一種選擇即2500mm×500mm,這樣的長寬比無疑是十分浪費的,并且使水管、電路的配合難度加大. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)所需管徑通常為Φ200mm,Φ150mm可穿梁敷設(shè), 上述煩惱一應(yīng)而消,還可進一步降低層高,大量節(jié)約土建費用.且每套誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)面積相同, 屬模塊化設(shè)計,可避免水力計算、風(fēng)口風(fēng)速核算等繁瑣工作,大大提高設(shè)計工作的效率.
常規(guī)通風(fēng)換氣系統(tǒng)還有許多缺點,如泄漏量大,查補都很麻煩;設(shè)計彈性小,不適合負(fù)荷變化;全天候運行,耗電量大;為保證通暢,風(fēng)管須定期清理;氣流流線集中于送回風(fēng)口,易出現(xiàn)死角;機房中有巨型彎頭,消耗較大面積;施工費用高,周期長;風(fēng)管截面巨大,車庫猶如風(fēng)管世界, 外觀極差……
從系統(tǒng)設(shè)置來講,誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)代替了常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)管、下排風(fēng)管、各種風(fēng)口閥門和為克服這些阻力的壓頭,從而大大減少了電耗.其耗電量僅為3w/m2.誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)泄漏可能性小,既使泄漏,使用專用熱縮封帶幾分鐘即可氣密完畢;其系統(tǒng)設(shè)計簡單,變動彈性大,即使系統(tǒng)施工完畢,仍可視實際情況增減風(fēng)量;由于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)使用高速螺旋風(fēng)管,基本無需維護;其氣流流線可以據(jù)建筑特征布置,可徹底消滅死角;誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)送回風(fēng)機房面積較小,一般在一個防火分區(qū)內(nèi)可據(jù)車型不同可多規(guī)劃1～2個車位(在上海市區(qū)一個車位售價約為人民幣30萬元),對業(yè)主及使用者都有好處;誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)施工費用低且周期短;其外觀加以精心布置,甚至可以起到裝飾的作用……
在誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)使用中,仍保留一條上排風(fēng)管作為排煙管,此管路專用于排煙系統(tǒng),所以風(fēng)速可取20m/s,風(fēng)口風(fēng)速也可選用最高值,可大大縮小截面尺寸. 此排煙風(fēng)機日常通風(fēng)時停用, 可以加大其使用壽命. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機箱及風(fēng)管使用金屬材料屬不燃燒體, 完全符合我國的停車庫設(shè)計防火規(guī)范.
5、構(gòu)造與布置
誘導(dǎo)型送風(fēng)裝置及其技術(shù)最早由瑞典Flakt公司開發(fā)的. 應(yīng)用于大空間 (工廠車間、體育館、倉庫等) 的通風(fēng)空調(diào)中,目前應(yīng)用于車庫亦相當(dāng)廣泛. 其誘導(dǎo)系統(tǒng)的基本構(gòu)件一為送風(fēng)機箱,一為噴嘴裝置,極為簡單.
送風(fēng)箱內(nèi)設(shè)直聯(lián)風(fēng)機, 內(nèi)作消聲處理,風(fēng)量范圍2400～3600 m3/h,風(fēng)壓為1600Pa, 電機功率為1.5kw～3.7kw(二極). 噴嘴送出風(fēng)量為90～360 m3/h左右, 接管直徑Φ80mm,出口處呈錐形,出口風(fēng)速30m/s左右,其噪聲值為55dB(A)左右.
誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置時主要考慮以下因素:
(1)、設(shè)置主干線: 由于每個嘴所誘導(dǎo)的風(fēng)量相同, 但地下車庫的形狀各異, 使得車庫中主截面亦不相同. 因此要設(shè)置主干線來保證應(yīng)有的換氣次數(shù), 再設(shè)置輔助噴嘴對空氣進行攪拌.
(2)、防止氣流短路: 由于地下車庫中送回風(fēng)豎井的布置需綜合考慮, 所以有時送, 排風(fēng)口相距很近, 這時就需要利用噴嘴來虛擬分隔, 設(shè)置流程, 防止短路.
(3)、對電梯間保護: 電梯間或其前室為車庫中人員停留時間最久的區(qū)域, 所以應(yīng)對電梯間或其它進入主樓的入口進行特別考慮.
(4)、設(shè)置不同的噴射角度: 在布置噴嘴時應(yīng)考慮因?qū)痈卟煌o予噴嘴不同的下傾角度和各噴嘴間橫向豎向的距離. 以保證污染物處于地表面.
(5)、車位的設(shè)置: 綜合考慮車位的分布和車尾(污染物排出處)的方向來布置噴嘴.
6、CO濃度計算示例.
采用這種方式能否把CO稀釋到容許濃度, 實質(zhì)上還是取于全面通風(fēng)時的大小.這可利用前述計算方法作一計算驗證. 車間體積50m×46m×4m, 有效空間為8500m2, 若用10次換氣次數(shù), 則送風(fēng)量為85000m3/h, 停車位70輛, 出入頻率為0.6.
(1)、前已述及, 由(4)式, 根據(jù)一般ξ、V、N的值, 可得一輛汽車的排氣量為0.45 m3/min.
(2)、根據(jù)表1, 汽車減速時排氣中的CO比率, 一輛汽車的co發(fā)生量q為:q=0.45×5.5/100=0.025 m3/min
(3)、1小時全部汽車發(fā)生的CO量可按(3)式計算:G=0.025×2×70×0.6=2.1 m3/h
(4)、由(2)式得排氣濃度量為: m1 =0.00297
計算結(jié)果表明, 按此風(fēng)量采用, 室內(nèi)的CO濃度將遠比容許濃度為低.需要指出, 誘導(dǎo)送風(fēng)的采用是確保空氣氣流傳輸、擴散、稀釋的一種手段,關(guān)鍵還是總通風(fēng)量的大小, 即在豎井處用風(fēng)機確定總的換氣量 .
7、誘導(dǎo)通風(fēng)的應(yīng)用前景:
誘導(dǎo)通風(fēng)技術(shù)已有近二十年的歷史, 在歐洲, 東南亞, 日本等國, 其在車庫的使用中已相當(dāng)廣泛. 盡管國外各生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品命名不同,如Jet inducting system, air treatment system, cycle Jet air system但其均為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng). 我國目前大量建造高層建筑, 在地下車庫的設(shè)計上, 都存在送風(fēng)方式的方案問題. 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)可以節(jié)省大量土方開挖、電耗、日常維護(如.清灰、補漏)等費用, 并具更佳的通風(fēng)效果, 因此采用誘導(dǎo)式系統(tǒng)是解決這類矛盾的一種適當(dāng)途徑.