保障性住宅地下車庫自然通風技術探討

梁慶慶 張偉偉 夏麟

現代建筑設計（集團）有限公司

目前，國家正在大力建設保障性住房，以解決中低收入者的住房問題。保障性住宅的設計應在滿足基本功能的前提下，最大限度地做到節地、節材和節能。在工程設計中，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，物業往往出于省電考慮，一般不開啟排風機，造成車庫內空氣品質很差。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，這樣既保證了室內空氣品質又可節省運行能耗。

1 研究現狀

有關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、北京地區三個典型地下車庫的調查，發現在冬季未開啟機械排風設施的條件下，CO濃度并未明顯超標。文獻[3]通過測試發現，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，根據地下車庫室內環境的特殊性建立數學模型，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的地下車庫自然通風進行分析研究，由于北方地區冬季室外溫度較低，室內外熱壓較大，有利于進行自然通風。上海地區冬季室外溫度相對較高，熱壓較小，對自然通風的形成不利，有關南方地區車庫自然通風的相關研究還沒有。因此本文將主要針對上海地區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外的空氣密度差和風壓形成的壓力差使空氣產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果。

地下車庫通風的目的是消除汽車尾氣對室內環境的影響，目前國內使用最多的方法是以換氣次數來確定通風量的。但由相關文獻可以看出，目前在設計汽車庫通風系統中所采用的6次/h換氣次數偏高，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，地下車庫內汽車排放的污染物及曲軸箱的泄漏蒸發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。文獻[3]測試表明在怠速狀態下，以上三種污染物CO，CmHn及NOX散發量的比例分別為7%，1.5%和0.2%。由此可見，只要把CO的濃度稀釋到衛生標準規定的濃度，其他污染物的濃度也能滿足衛生要求。因此車庫的通風應以稀釋汽車尾氣中的CO為目的，達到室內允許的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，經根據實測數據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，車庫內的CO濃度可以滿足衛生要求。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CO濃度標準的換氣此數可按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，其車庫面積為20223m2。具體設計如圖1和圖2。筆者將基于四季主導風向風速，分析現有車庫通風狀態，通風量、風速、風壓等指標評價通風效果，然后基于分析結果進行優化設計，如增設通風豎井等，旨在保證其通風換氣次數。

圖1 小區規劃總圖

圖2 地下車庫平面圖

選取太陽能和風能資源評估（SWERA）氣象數據庫作為分析依據，太陽能和風能資源評估項目（SWERA）由聯合國環境計劃署資助，用于14個發展中國家太陽能和風能資源開發的高質量信息。經過數據的梳理分析，上海地區一年四季的風向風頻與風速情況如表 1～2。

表1 上海地區四季風向頻數（%）

表2 上海地區四季風向平均速度（m/s）

本項目周圍比較空曠，因此忽略周邊建筑物影響。

3.2 模擬結果分析

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

1）春季：計算結果表明換氣次數為1.42次/h，大部分區域風速位于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：計算結果表明換氣次數為2.96次/h，大部分區域風速位于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 優化分析

通過以上計算結果可以看出，在現有的條件下車庫的通風換氣次數較小。因此通過在地面增設通風豎井來提高自然通風量。共設豎井29個，水平間距29m，豎向間距17m，通風豎井的設置原則為：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）春季優化結果

計算結果表明換氣次數為2.9次/h，大部分區域風速位于1m/s以下，具體情況如圖8～10。

圖7 通風豎井布置圖

圖8 春季優化-3.25m高度風壓圖

圖9 春季優化-3.25m高度風速矢量圖

圖10 春季優化風口風速矢量圖

2）秋季優化結果

計算結果表明換氣次數為6.4次/h，大部分區域風速位于1m/s以下，北側通道部分的速度位于2～5m/s之間，具體情況如圖11～12。

圖11 秋季優化-3.25m高度風壓圖

圖12 秋季優化-3.25m高度風速矢量圖

圖13 秋季優化風口風速矢量圖

4 結語

1）通過與土建專業的配合，在地面增設通風豎井的設計方案，可以使原有車庫設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）經過改進設計可以減少整個區域的壓強差，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）由于上海地區冬季地下車庫無供暖系統，室內外溫差較小，熱壓自然通風效果不明顯。

因此，對于上海地區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。通過模擬計算和優化設計，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，為以后改善通風創造條件），在保證室內CO濃度不超標的情況下，節省運行能耗。

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

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

[3]王月志.北方地下停車庫通風狀況存在的問題及解決辦法[J].吉林建筑工程學院學報,2008,(3):77-80

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

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