地下车库通风优化设计方法

Vol.37)No.9in2009(TotalNo.223，doi：10.3969/j.issn.1673-7237.2009.09.006

建筑节能

■暖通与设备

HEATINGVENTILATION&EQUIPMENT

地下车库通风优化设计方法

樊德玺，刘欣彤

(大连城建设计研究院有限公司，辽宁大连

116011)

摘要：提出一种不同车库不同分析的优化设计方法。对地下车库通风最不利时刻进行分析，给出此时刻通风量的计算方法，并在此基

础上结合数值模拟方法，确定通风系统。该方法既提高地下车库内的空气品质，又节省造价、节约运行费用，具有节能意义。

关键词：地下车库通风；优化设计；数值模拟；节能中图分类号：TU96+2

文献标志码：A

文章编号：1673-7237(2009)09-0020-03

AnOptimalDesignofUndergroundGarageVentilation

FANDe-xi,LIUXin-tong

(DalianInstituteOfUrbanAndArchitectureDesignCo.,Ltd.,Dalian116001,Liaoning,China)

Abstract:Anoptimaldesignofundergroundgarageventilationwaspresented.Ventilationoftheundergroundgarageatatimewhenthemostunfavorablewasanalyzed,andthecalculationmethodsofventilationwereputforward.Basedonthecombinationofnumericalsimulationmethods,theventilationsystemwasdetermined.Thedesignimprovestheundergroundgarageoftheairquality,savecostsandrunningcosts,andhasthesignificanceofenergyefficiency.

Keywords:undergroundgarageventilation;optimaldesign;numericalsimulation;energyefficiency

0引言

在城市用地紧张，轿车又逐渐进入家庭的情形

下，建设地下车库是缓解停车难的有效手段；同时由于车辆排放的一氧化碳(CO)对车库内人员的危害极大，所以地下车库的通风设计显得尤为重要。

《汽车库建筑设计规范》(JGJ100-98)中规定，地下车库的排风按换气次数6次/h取值。工程中普遍采用以下两类系统形式：

(1)多支管系统。车库上部设系统总管，由总管均匀地接出向下的立管，总管上与立管的下部均设有排风口，按照下部排出2/3，上部排出1/3设计；

(2)诱导式通风系统。车库顶部均匀布置诱导风机，排风口集中布置。

但是这两类系统都存在着以下问题：(1)设计方面。不具体问题具体分析，套用规范规定的换气次数选用通风设备，导致设备参数过大或过小；系统设备布置不合理，通风效果差；

(2)管理方面。由于通风设备造价高、耗电量大，管

理者不运行通风系统。

针对以上情况，本文从设计角度，提出一种根据车库的具体情况，分析和计算所需要的通风量、合理设置排风设备的优化设计方法。

1计算最不利情况通风量

地下车库通风量是按照稀释CO浓度达到标准进行计算的。

1.1车辆状态与CO排放量的关系

车库内的车辆大致处于以下3种状态：

(1)行驶状态。此状态车辆的CO排放量最大。车辆的平均尾气排放量为1.2～1.5m3/(h·台)；排放CO的平均浓度为55000mg/m3；因此，每台车辆行驶状态的CO排放量为18mg/s[1]；

(2)怠速状态。车辆的怠速是指一种工作状况，对外没有功率输出，维持发动机在没有做功的情况下正常运转的最低转速。表1为不同类型车辆怠速状态的CO排放量；

(3)熄火状态。此时车辆不排放CO。

表1怠速状态每台车辆单位时间一氧化碳(CO)的排放量[2]

Table1Theemissionmeasureofcarbonmonoxide(CO)ofsomevehiclesonidlingstate[2]

车辆北京212上海SH760皇冠HT2800

排放量/(mg/s)

1.1250.9800.610

车辆丰田轻型客车红旗CA770伏尔加

排放量/(mg/s)

0.9142.4080.732

车辆金杯轻型客车桑塔纳标致

排放量/(mg/s)

1.1590.5770.521

车辆奥迪100奔驰220S

排放量/(mg/s)

0.5450.731

收稿日期：2009-07-03；修回日期：2009-07-09

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3种状态的一氧化碳(CO)排放量相差很大。1.2通风最不利情况分析

车辆在车道上可处于行驶状态和怠速状态。车位上的车辆只能是怠速状态和熄火状态。某一时刻，车库内处于行驶状态的车辆为最大极限值(即车道上能排布车辆的最大值)；同时除车道外，所有车位上都停有车辆并都处于怠速状态；此时为车库内CO最大排放量时刻，即为通风最不利情况。由此计算出最不利情况通风量。

车库的设计布局不同，最不利情况通风量也不相同。1.3计算最不利情况通风值

根据上述分析，得到式(1)：L=(Gx·nxmax+Gd·ndmax)/(C1-C0)×3600(1)

式中：L为地下车库内的通风量，m3/h；Gx为行驶状态

mg/(s·台)；nxmax为车库内处每台车辆排放CO的量，

于行驶状态的车辆为最大极限值(即车道上能排布车辆的最大值)，台；Gd为怠速状态每台车辆排放CO的量，mg/(s·台)；ndmax为车库内处于行驶状态的车辆为最大极限值时，处于怠速状态的车辆的最大极限值(即车库内车位数量)，台；C1为车库内CO的允许浓度，mg/m3；C0为室外大气中CO的浓度，mg/m3。

3.1

工程概述

该地下车库如图2所示，分为2个防火分区，层高为3.6m。本文将对防火分区一进行分析。

防火分区一的面积约为2730m2，共有76个车位。设置2台排风风机，排风口位于车库下部；设置5个进风口，分别位于车库各车道上方。

防火分区一防火分区二

图2地下车库平面图

Figure2Planoftheundergroundgarage

2通风系统设置

通风效果评价

前文所述的多支管系统和诱导式通风系统，都考虑的是车库整体的通风效果。

但是，人主要活动区域(即距地1.5m平面左右的空间)的CO浓度达到标准才是通风设计的关键。2.2通风系统概述

(1)只设置排风机且排风口位于车库下部；除此以外，不设置风管与诱导风机；

(2)进风口布置合理，减少通风死角，同时尽量布置在车库内的主要道路上方；

(3)在最不利情况通风量的基础上，结合数值模拟软件，合理布置排风口和进风口位置，调整通风量，选择通风设备参数。2.1

计算通风值

防火分区一内车道上能排布车辆数目的最大值约为26台，即处于行驶状态车辆的极限值为nxmax为26台，每台的CO排放量Gx为18mg/s。

处于怠速状态车辆的极限值ndmax为76台，每台的CO排放量Gd取表1的平均值，约为1mg/s。

CO允许浓度C1取100mg/m3；空气中的CO含量C0各地不相同，本文取3mg/m3。

上述数值代入式(1)中，得到通风风量计算值为201.69m3/h，约为该车库2次/h换气次数的通风量。3.3数值模拟3.3.1建立模型

根据图2，在对车库内部一些细节进行简化后，建立如图3所示的数值，模拟模型，其中：

(1)设定模型中有空气(Air)和CO，CO的初始浓度为0.000003kg/m3(3mg/m3)；其中模型中空气(Air)和CO的气体特性见表2和表3。

表2

空气(Air)气体特性Table2Parametersofair

特性Vol.expansionViscosityDensitySpecificheatConductivity

数值0.0033331.74×10-5

1.2251005.00.02422.88×10-528.966

单位L/Kkg/(m·s)kg/m3J/(kg·K)W/(m·K)m2/skg/kmol

3.2

3设计应用

结合具体车库，按照如图1所示的优化设计流

程，分析设计通风系统。

项目车库

通风最不利情况行驶车辆极限值怠速车辆极限值

分析

第一步分析第二步公式计算第三步

▲车库形状、布置

▲通风系统排风口位置进风口位置通风设备参数

车库车道

CFD模拟

车库车位数量通风量计算值

▲▲第四步

▲▲图1优化设计流程图

DiffusivityMolecular

Figure1Designingflowchart

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表3一氧化碳(CO)气体特性

Table3Parametersofcarbonmonoxide(CO)

特性Vol.expansionViscosityDensitySpecificheatConductivityDiffusivityMolecular

数值0.0033331.75×10-51.12331043.00.0252.88×10-528.01055

单位1/Kkg/(m·s)kg/m3J/(kg·K)W/(m·K)m2/skg/kmol

图5

调整前，距地1.5m平面空气流向模拟结果示意图

(2)根据2.2所述，布置排风机、进风口的位置。

(3)首先设定排风机1和排风机2各自的排风量分别为计算通风量的50%，即10094.85m3/h；

(4)设定Source模块为车辆；其中空心块为怠速状态车辆(共76台)，其CO的排出量为0.001g/s(1mg/s)；实心块为行进状态车辆(共26台)，其CO的排出量为0.018g/s(18mg/s)。

Figure5Thesimulationresultsofairflowdirectiononhyper-ground1.5m

whenairchangeis2time/h

图6为调整后的结果。总风量为28800m3/h(约为该车库3次/h的通风量)，其中排风机1的排放量为19800m3/h，排风机2的排放量为9000m3/h。此时，除个别点外，车库1.5m处的CO浓度都满足要求。

图6调整后，距地1.5m平面CO浓度分布模拟结果示意图Figure6Simulationresultsofcarbonmonoxide(CO)concentrationon

hyper-ground1.5mwhenairchangeis3timeperhour

图3防火分区一数值模拟模型Figure3CFDmodeloffirecompartment1

4结语

(1)本文探讨了一种地下车库通风系统的优化设计方法；该通风系统只需设置排风机，无须设置风管和诱导风机等通风设备；

(2)提出对所有车库都适用的通风最不利情况所需通风量的分析和计算方法；计算结果表明通风量小于规范规定的6次/h换气次数的通风量；

(3)在车库通风系统设计中，使用数值模拟软件对车库内CO浓度稀释结果进行分析；指出人主要活动区域(即距地1.5m平面左右的空间)的CO浓度达到标准是设计的关键；

(4)该通风系统即减少设备投资，增加车库使用高度，又节省运行费用，具有节能效果。

参考文献：

3.3.2模拟结果与分析

图4为距地1.5m处(人主要活动区域)CO浓度分布。从图中可以看出，在排风机1和排风机2排风量相同时，由于车库内车辆分布不均匀，所以导致部

因此，需要调整通分区域的CO浓度超过100mg/m3。

风量，同时合理分配每个排风机的排风量。

图4调整前，距地1.5m平面CO浓度分布模拟结果示意图

[1]张吉光.高层建筑和地下建筑通风与防排烟[M].中国建筑工业出版社,2005

[2]陈刚.地下车库通风量的确定与控制[J].暖通空调,2002(1):6-65.

Figure4Simulationresultsofcarbonmonoxide(CO)concentrationon

hyper-ground1.5mwhenairchangeis2timeperhour

图5为空气流向的模拟结果。通过观察排风机和进风口的流向关系，确定每个排风机负责的区域，由两个区域上车辆排放CO量的比值，配置每个排风机排风量参数。

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作者简介：樊德玺(1982)，男，吉林省吉林市人，工程师，就职于大连城建设计研究院有限公司，从事民用建筑暖通空调设计工作(suifeng-buding@163.com)。