綠色建筑地下車庫自然通風(fēng)設(shè)計研究

葉艷

（重慶市北碚區(qū)建筑管理服務(wù)中心，重慶 400700）

0 引言

隨著我國綠色建筑與建筑節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，重慶市正全面推行綠色建筑的發(fā)展進(jìn)程，地下車庫成為實現(xiàn)綠色建筑所提倡的節(jié)約集約用地的重要途徑。相比地上建筑，地下車庫的空氣品質(zhì)差，自然通風(fēng)設(shè)計較為困難。隨著綠色建筑的普及，綠色建筑的地下車庫通風(fēng)的改善亦逐步提上日程。本文針對重慶某綠色建筑設(shè)計過程中，以改善地下車庫的通風(fēng)效果為目標(biāo)，優(yōu)化車庫通風(fēng)設(shè)計，并以數(shù)字模擬分析手段，驗證地下車庫通風(fēng)效果。

1 地下車庫的通風(fēng)方式

1.1 通風(fēng)方式及現(xiàn)狀

汽車污染物的排放，使得車庫空氣品質(zhì)較差，車庫通風(fēng)對于改善車庫室內(nèi)環(huán)境有著不可替代的作用。目前，地下車庫的通風(fēng)方式主要有兩大類：機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)主要依靠動力及合理的設(shè)計，能夠有效改善地下車庫室內(nèi)環(huán)境，但是運行中通風(fēng)設(shè)備噪聲大、能耗高等特點與綠色建筑提倡的節(jié)約能源相悖，實際建筑運行過程中，物業(yè)管理等部門為節(jié)約運行費用，經(jīng)常不運行機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，導(dǎo)致車庫內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化。設(shè)備的高能耗使得地下車庫的使用過程中出現(xiàn)降低風(fēng)機(jī)功率，甚至關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備的情況，無法保障其室內(nèi)環(huán)境滿足《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》GB50067-2014的相關(guān)要求，存在嚴(yán)重安全隱患[1]。

1.2 車庫污染物排放量

車庫污染物主要來自車庫的尾氣中的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、固體顆粒物及熱量等，CO對人體傷害極大，有效的通風(fēng)措施將車庫室內(nèi)CO的濃度稀釋到一定范圍內(nèi)從而滿足人體舒適環(huán)境，我國《工作場所有害因素職業(yè)接觸限制》[2]規(guī)定一氧化碳短時接觸濃度限制為30mg/m3。

1.3 車庫自然通風(fēng)意義

在一些車庫（如小型車庫，如面積在2000m2以下的車庫），充分采用自然通風(fēng)，可解決自然通風(fēng)及自然排煙的問題，改善了平時通風(fēng)的效果，同時也提升了排煙的可靠性，節(jié)約能源，符合綠色建筑提倡的節(jié)能理念。

2 綠色建筑相關(guān)規(guī)定

綠色建筑包含7個板塊，主要包括節(jié)地與室外環(huán)境，節(jié)能與能源利用，節(jié)水與水資源利用，節(jié)材與材料資源利用，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，施工管理，運行管理；綠色建筑設(shè)計階段包含前5個板塊。重慶市城鄉(xiāng)建委針對申報重慶市綠色建筑評價標(biāo)識項目的配套室內(nèi)車庫提出了《重慶市綠色建筑室內(nèi)車庫技術(shù)要求》（以下簡稱《要求》），以明確其在節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量方面應(yīng)滿足的具體要求。《要求》規(guī)定在具備應(yīng)用條件時，車庫應(yīng)合理優(yōu)化建筑空間、平面布局和構(gòu)造設(shè)計，改善自然通風(fēng)效果。在過渡季典型工況下，對于滿足自然通風(fēng)的區(qū)域，實現(xiàn)60%以上平均自然通風(fēng)換氣次數(shù)不小于2次/h[3]。

3 車庫工程自然通風(fēng)實例

3.1 車庫概況及設(shè)計思路

擬研究車庫位于重慶市九龍坡高新區(qū)某公共建筑項目西南角的10#樓地下部分，項目四周為市政道路，周邊無遮擋；10#樓東側(cè)為4層高的公建，南、北和西面三面均為園區(qū)內(nèi)道路，如圖1，車庫出入口位于北側(cè)，車庫層建筑面積2854.07m2，層高3.9m。該項目地下車庫面積大于1000m2，根據(jù)《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》GB50067-2014的要求，建筑面積大于1000m2的地下一層汽車庫應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施，故在設(shè)計初期，該地下車庫的通風(fēng)排煙方式為機(jī)械通風(fēng)方式[1]。

圖1 項目情況示意圖

如采用機(jī)械排煙方式，后期建筑運行時，若通風(fēng)系統(tǒng)不運行或未嚴(yán)格按照設(shè)計要求規(guī)范運行，后期車庫室內(nèi)空氣品質(zhì)將較差，無法滿足改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的初衷。為此，進(jìn)一步考慮優(yōu)化設(shè)計，考慮在項目西側(cè)增設(shè)一下沉庭院，下沉庭院標(biāo)高與車庫標(biāo)高平齊，考慮利用下沉庭院作為通風(fēng)入口，同時，在項目的東側(cè)擋土墻區(qū)域，設(shè)置一部分采光天井，兼做通風(fēng)出口。通過下沉庭院側(cè)墻開窗方式，采光天井側(cè)墻開窗，結(jié)合車庫出入口合理組織地下車庫內(nèi)的氣流，對該綠色建筑地下車庫進(jìn)行自然通風(fēng)設(shè)計。根據(jù)車庫內(nèi)部格局，在下沉庭院近車庫端均勻布置4個6m×3m的窗戶，各窗戶間距2m；采光天井設(shè)置2個6m×3m的窗戶和一個3m×3m的窗戶，各窗戶間距2m；車庫出入口設(shè)置尺寸為7.8m×3m；車庫可開啟面積約為81.6m2，占車庫室內(nèi)面積2.86%，且排煙最遠(yuǎn)點距離自然排煙口小于30m，滿足《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》（GB50067-2014）要求自然排煙口總面積不小于室內(nèi)地面面積2%，且排煙最遠(yuǎn)點距離自然排煙口小于30m的規(guī)定[1]，可進(jìn)行自然排煙，取消原有車庫的機(jī)械排煙系統(tǒng)，優(yōu)化后的車庫自然通風(fēng)設(shè)計示意圖如圖2。

圖2 車庫自然通風(fēng)設(shè)計示意圖

通過上述設(shè)計后，對于自然通風(fēng)的效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。

3.2 自然通風(fēng)模擬

Airpak數(shù)值模擬軟件能夠從空氣流動情況、熱輻射、舒適度和空氣品質(zhì)等方面綜合模擬通風(fēng)環(huán)境，能夠呈現(xiàn)室內(nèi)空氣流動速度、空氣齡、一氧化碳濃度等結(jié)果，較為直觀的呈現(xiàn)模擬結(jié)果。

3.2.1 模型簡化

為了簡化分析模型，本次研究將地下車庫內(nèi)空氣的三維紊態(tài)流動視為三維穩(wěn)態(tài)流動模型；并將車庫內(nèi)的氣體視為理想氣體；忽略車庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能，將其視為絕熱物體；將車輛污染物的排放等效為面污染源。

本文選取自然通風(fēng)需求最大的過渡季，根據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》[4]中重慶地區(qū)（參考沙坪壩氣象站數(shù)據(jù)）典型氣象年的氣象參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果，重慶市過渡季節(jié)平均風(fēng)速為2.0 m/s，風(fēng)向為西北偏北。

3.2.2 理論分析

自然通風(fēng)是利用室內(nèi)外的熱壓和風(fēng)壓形成的空氣密度差、壓力差，使空氣產(chǎn)生流動的一種通風(fēng)方式，其風(fēng)量為：

其中，G為通風(fēng)量，kg/s；F為墻孔面積，m2；μ為墻孔的流量系數(shù)；△p為墻孔兩側(cè)的壓差，Pa；ρ為空氣密度，kg/m3。

在實際的自然通風(fēng)計算中，可根據(jù)熱壓和風(fēng)壓兩種作用所占比重，對計算模型進(jìn)行適當(dāng)簡化。當(dāng)其中一種作用占主導(dǎo)地位時，可以忽略另一種方式，當(dāng)兩者作用相當(dāng)時，就需考慮熱壓和風(fēng)壓的綜合作用結(jié)果。地下車庫通風(fēng)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(fēng)量的[5]。

實習(xí)單位和崗位的單一化。由于跟崗實習(xí)時間較短，很多餐飲企業(yè)不愿意接納學(xué)生，所以可以選擇的實習(xí)單位較少。此外，學(xué)生具有個體差異，崗位的單一化，不能提高學(xué)生的適崗能力，甚至還有一些學(xué)生因為被安排在了不合適的廚房崗位，對烹飪行業(yè)產(chǎn)生了不適應(yīng)感。

3.2.3 物理模型

考慮最不利狀態(tài)，假定所有車位均處于怠速狀態(tài)，擬研究車庫共有停車位51個，假定車道上能行駛車輛的最多17輛，因此本車庫CO的排放量為357mg/s[6-7]。在檢測汽車排氣量時，國產(chǎn)車的排氣溫度為550℃，進(jìn)口車的排氣溫度為500℃，本文在考慮尾氣溫度時取500℃，經(jīng)計算，該車庫汽車尾氣排放的熱量為5.106kW[7]。

本次研究將車庫內(nèi)污染源視為面源，設(shè)置8個1m×1m面源污染源均勻布置于車庫平面（圖3），設(shè)定opening為面源，單個污染源一氧化碳排放量為44.625mg/s，排放溫度取500℃。本次運用數(shù)值模擬的邊界條件選取如下：

圖3 車庫自然通風(fēng)平面圖

（1）車庫室內(nèi)CO初始濃度取3mg/m3，車庫室內(nèi)溫度取25℃。

（2）該綠色建筑朝北，結(jié)合建筑朝向，在車庫下沉庭院均勻布置的4個窗戶的可開啟部分設(shè)置6m×1.5m的自然通風(fēng)開口，定義opening，風(fēng)壓設(shè)置為2.4Pa。

（3）采光天井的3個窗戶可開啟部分設(shè)置為vent，其尺寸分別為1.5m×6m和一個1.5m×3m，各自然通風(fēng)口間距2m。

（4）北向車庫出入口定義為opening，風(fēng)壓設(shè)置為0Pa。

3.2.4 模擬結(jié)果

本次研究地下車庫自然通風(fēng)設(shè)計，通過數(shù)值模擬，分析車庫室內(nèi)速度分布、空氣齡、一氧化碳濃度分布等情況，分析該項目地下車庫室內(nèi)自然通風(fēng)效果，具體模擬結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 車庫室內(nèi)1.5m高處速度矢量圖

圖5 車庫室內(nèi)1.5m高處速度云圖

截取車庫室內(nèi)1.5m高處平面空氣齡云圖，如圖6所示，地下車庫自然通風(fēng)口處室內(nèi)空氣齡較低，左側(cè)庭院自然通風(fēng)口處的空氣齡值在0～54s范圍內(nèi)；沿著X方向，室內(nèi)空氣齡值先增大后減小，達(dá)到右側(cè)采光天井自然通風(fēng)口處的空氣齡值減至108s左右；車庫右下部角落空齡最高，但圖中可以看出車庫空氣齡不高于400s，折算成換氣次數(shù)約為9次/h。

圖6 車庫1.5m高處平面空氣齡云圖

截取車庫室內(nèi)1.5m高處CO濃度云圖，如圖7所示，圖中可以看出車庫自然通風(fēng)口處一氧化碳濃度較低，約為3.75mg/m3；車庫上部污染面源附近一氧化碳濃度最高，大于30mg/m3；由于室外空氣對室內(nèi)CO的稀釋作用，使得其余地方的一氧化碳濃度值較小，可以看出室內(nèi)CO平均濃度約為11.25mg/m3，小于30mg/m3，處于《工作場所有害因素職業(yè)接觸限制》規(guī)定一氧化碳短時接觸濃度限制范圍內(nèi)。

圖7 車庫1.5m高處CO濃度云圖（kg/m3）

選取20min內(nèi)X平面的CO運動軌跡，如圖8所示，車庫室內(nèi)CO由地面污染源釋放，隨著室內(nèi)風(fēng)由左側(cè)下沉庭院開口向右側(cè)采光天井排出，運動軌跡利于車庫內(nèi)污染物的排出。

圖8 20min內(nèi)CO運動軌跡及濃度示意圖（kg/m3）

4 結(jié)論

通過數(shù)值模擬分析，車庫室內(nèi)平均風(fēng)速在0.25～1.65 m/s之間，平均風(fēng)速約為0.75m/s，通風(fēng)效果較好，自然通風(fēng)條件下，地下車庫的速度分布較為明顯，自然通風(fēng)效果較好。

車庫左上部位及左下部角落空齡最高，但圖中可以看出車庫空氣齡不高于400s，折算成換氣次數(shù)約為9次/h，高于《要求》中要求的平均換氣次數(shù)大于2次/h的要求，增大了滿足室內(nèi)自然通風(fēng)要求面積的比例。

污染面源附近一氧化碳濃度最高，大于30mg/m3；由于室外空氣對室內(nèi)CO的稀釋作用，使得其余地方的一氧化碳濃度值較為均勻，約為11.25mg/m3，小于30mg/m3，處于《工作場所有害因素職業(yè)接觸限制》規(guī)定一氧化碳短時接觸濃度限制范圍內(nèi)。

該項目地下車庫的自然通風(fēng)效果較好，省去車庫機(jī)械通風(fēng)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)綠色建筑的節(jié)能目的，有條件的地下車庫在進(jìn)行通風(fēng)排煙設(shè)計時我們提供如下建議：

（1）小型車庫（如2000m2以下的車庫）在設(shè)計時應(yīng)體現(xiàn)綠色建筑理念，充分考慮車庫自然通風(fēng)的運用。

（2）進(jìn)行地下車庫自然通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)合理結(jié)合當(dāng)?shù)氐湫惋L(fēng)向合理，充分利用室內(nèi)“穿堂風(fēng)”，加強(qiáng)地下車庫自然通風(fēng)效果。

[1]中華人民共和國公安部.汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2014：24-25.

[2]中華人民共和國衛(wèi)生部發(fā)布.工作場所有害因素職業(yè)接觸限值[M].人民衛(wèi)生出版社，2008：15-19.

[3]重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會.重慶市綠色建筑室內(nèi)車庫技術(shù)要求 [EB/OL].[2016-09-28]http：//www.ccc.gov.cn/xxgk/wjtz/2016-09-28-8969196.html.

[4]中國氣象局氣象信息中心氣象資料室.中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M].中國建筑工業(yè)出版社，2005：199-201..

[5]梁慶慶，張偉偉，夏麟.保障性住宅地下車庫自然通風(fēng)技術(shù)探討[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2013，32（4）：65-68.

[6]樊德璽，劉欣彤.地下車庫自然通風(fēng)的設(shè)計[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，26（3）：363-367.

[7]李茜.地下車庫無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值模擬研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2005.