某大型物流車庫的復合通風系統設計

張依

華東建筑設計研究院有限公司

0 引言

上海作為國際化大都市，同時也是農產品現代化流通和國際化業務的集大成者，發展現代化物流十分重要。大型現代物流項目和農副產品交易中心是城市必需的功能性基礎設施，也是至關重要的民生保障項目。上海西郊國際農產品交易中心-物流與交易大樓是國內大型綜合性（冷鏈、加工、交易）的物流項目之一，地上四層，地下一層，規劃建筑高度為23.96 m，總建筑面積106746 m2，其中地上74798 m2，地下31948 m2。本項目的功能有車位式交易區，倉庫，集配加工，員工停車場，辦公，健身活動室，員工食堂及廚房等。地下一層和一層為貨運車位式交易區，二層和三層為低溫冷庫，四層為員工停車場、辦公、廚房或食品創新孵化區。

由于地下一層和一層車庫為貨車的車位交易區，比常規的汽車車庫排風情況較為復雜。本文將從排風方案的確定，通風量的確定，氣流分布以及誘導風機如何布置等方面分析大型物流交易中心車庫通風情況。

1 方案確定

地下一層和一層貨運車位式交易區主要行駛車輛有兩種37 t 的柴油貨車和15 t 的汽油貨車。汽車尾氣中主要污染氣體主要由碳氫化合物，一氧化碳，硫化物和微粒物（由碳煙、鉛氧化物等重金屬氧化物和煙灰等組成），氮氧化合物組成。當汽車燃燒汽油時，排放的尾氣中主要有害氣體是一氧化碳。當汽車燃燒柴油時，排放的尾氣中主要有害氣體是碳煙顆粒物（PM），氮氧化合物和二氧化碳[1]。這些有害氣體會對車庫內裝卸貨物的工作人員和駕駛員的健康產生威脅。

地下一層和一層車庫的主要功能之一為車位式交易區，由于汽車庫主要行駛為運輸貨車，貨車高度為4 m，并且貨車會在車位上裝卸貨物進行裝卸和交易。因此業主對車庫的停車位和車道凈高要求較高，地下一層建筑層高6.3 m，梁下凈高4.6 m，業主希望車位凈高4.6 m，車道上凈高4.1 m，為了不增加建筑和結構的建設成本，機電設備管線高度需要控制在500 cm以內。一層建筑層高7.8 m，梁下凈高5.85 m，業主希望車位凈高5.85 m，車道上凈高5.2 m，機電設備管線高度需要控制在650 cm 以內。圖1 為地下一層和一層層高分析圖。

圖1 地下一層和一層層高分析圖

圖2 復合排風系統平面圖

汽車庫設計通常采用排煙兼排風系統，即排煙和排風共用一個系統的風機和風管，但由于排風量大且規范要求干管風速在6.5 m/s 左右（不宜超過8 m/s），滿足風速要求的風管尺寸會較大，地下一層和一層汽車庫頂部還要鋪設給排水專業、電氣專業的管線，大尺寸排風管會占用設備管線全部的可用高度，增加機電專業配合難度，所以在設計時盡量減少排風管道在停車位和車道上通過。

排風系統采用誘導風機結合集中排風的復合通風形式（圖2），排風風口靠近機房，盡量減少對車道和車位凈高的影響。地下一層車庫的補風系統通過汽車坡道和采光井自然補風，一層車庫為半開敞側墻自然補風。另外排煙風管風速較高，風管高度占用較小，為保證消防排煙的可靠性，排煙系統仍然使用排煙風管。排煙風管設BEC 閥和FDH 閥，排風風管設BED 閥和FD 閥。平時通風時，排煙風管閥門常閉，排風風管閥門常開。消防時，排風風管上BED 閥門關閉，排煙風管上BEC 閥門開啟。

2 車庫通風量和排煙量的確定

2.1 通風量

根據《2009 全國民用建筑工程設計技術措施》[2]和《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》GB50067-2014[3]規定，汽車庫的機械排風量，可按下列兩種方法計算：①用于停放單層汽車的換氣次數法：汽車出入較頻繁的商業類等建筑，按6 次/h 換氣選取；②當全部或部分為雙層停放汽車時，宜采用單車排風量法：汽車出入較頻繁的商業類等建筑，按每輛500 m3/h 選取[4]。《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012[5]規定單層停放的車庫可采用換氣次數法計算，并采用稀釋濃度法計算，比較兩者后取大值。

文獻[6]認為，一個4000 m2防火分區的車庫根據環境溫度，車輛進出頻度和具體用途不同，通風量可在40000～60000 m3/h 范圍內選取。本項目取一個地下一層防煙分區面積為1700 m2，換氣次數為6 次/h 時，通風量為30600 m3/h。該防煙分區有19 個車位，全部停滿時所需通風量為9500 m3/h。稀釋濃度法計算得到通風量為14704 m3/h，通風量取大值為換氣次數法。

針對農產品物流交易中心項目，車輛運輸大量蔬菜水果并且停放在車庫內卸貨、交易，夏天會散發廢氣，產生廢液和垃圾，業主要求適量放大通風量，可以排出蔬菜水果交易時散發的異味，保證室內空氣質量。在設計時，將換氣次數6 次/h，提升為7 次/h，地下一層通風量由30600 m3/h 放大到35700 m3/h，通風量提高117%。

2.2 排煙量

根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》GB50067-2014[7]，汽車庫每個防煙分區排煙風機的排煙量不應小于表8.2.5 的規定。即地下一層板底高度為5.91 m，選取排煙量為34500 m3/h，一層板底高度為7.55 m，選取排煙量為37500 m3/h。

3 氣流分布方式

在車庫通風設計中氣流分布方式起著十分重要的作用，如果設計不合理就容易形成氣流組織短路，造成死角，使得有害物濃度得不到稀釋，積聚在車庫內。氣流組織的合理性以及車庫內污染物排放效果取決于誘導風機的布置、誘導風機噴嘴角度、排風口位置、補風口位置、補風形式等。

本項目主要通過誘導風機將附近空氣向前推動，形成主導氣流，在主導氣流之間，加入若干個誘導風機，通過誘導風機之間的接力，攪動周圍有害空氣，將有害空氣推送到排風機房附近的排風處，然后由排風機房邊的上部排風口和預留的下部風口排出有害氣體，而地下一層采用通過坡道和大面積采光井補充新鮮空氣，將室外空氣補充到地下一層。

考慮到地下一層和一層車庫行駛車輛有柴油貨車和汽油貨車，排放尾氣污染物有碳氫化合物)，一氧化碳，碳煙顆粒物（PM），氮氧化合物和二氧化碳等情況較復雜，有比空氣重的也有比空氣輕的。所以在排風風管靠近機房位置，預留了下排風風口，可承擔排風總風量1/4～1/3，根據業主運營情況確定是否使用下排風。

4 誘導風機安裝高度與噴嘴角度分析

誘導風機安裝的位置和噴嘴的角度影響有害氣體是否能被有效稀釋和推動。魯文[7]在文中通過模擬認為，射流斷面的速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減，并沿射程不斷變化。在射流邊界與周圍介質間的存在湍流動量交換，周圍空氣不斷被卷入，射流邊界不斷擴大，流量沿射程方向不斷增加，從而形成持續的氣流卷吸和導引作用，使作用空間產生持續流動的速度場。所以誘導風機的布置較大程度上影響通風對車庫內氣流擾動的作用，以及汽車尾氣稀釋排除的效果。

本節選取一空間，通過不同誘導風機的布置方法，分析可能影響誘導風機通風效果的因素。最終確定合適的安裝高度、安裝方式、誘導風機噴嘴角度等。

根據常用貨車高度最高不超過4 m，本項目中為了保證貨車通行，將誘導風機設置在4.2 m 的位置，提供側墻安裝和平面吊裝如圖3、圖4 兩種方式，現場根據現場車輛進出和停靠的具體情況選擇安裝。

圖3 誘導風機側面安裝示意圖

圖4 誘導風機水平吊裝示意圖

單臺誘導風機射流斷面速度場剖面如圖5，距離風口直線距離10 m 的地方風速達到0.5 m/s，距離風口直線距離12 m 的地方風速達到0.2 m/s。通過剖面氣流分析示意圖可知，設1～1.5 m 為人員呼吸高度，在這個高度風速宜取0.2～0.5 m/s，不會產生明顯吹風感使人員感到不適，也不會將地面上的塵土吹起來，影響車庫內的空氣環境。所以誘導風機安裝下傾角度選擇70～75°，較符合設計要求。同時通過平面氣流分析示意圖可知，誘導風機安裝與水平方向傾角成15°時兩側安裝，氣流向前推送有較好的接力，但是在兩臺誘導風機之間存在氣流減弱的區域。而傾角為30°時兩側安裝，氣流在向前推送和兩側混流都有較好的效果。

圖5 單臺誘導風機射流斷面速度場剖面圖

根據圖6、7，本項目中將誘導風機安裝在4.2 m的高度，可根據現場情況選擇墻柱側裝和水平吊裝，同時建議墻柱側裝時誘導風機與墻柱豎向傾角選擇70～75°安裝，風口傾角向外傾角30°。水平吊裝時誘導風機與向外傾角30°，風口傾角向下傾斜25～30°。這樣可以對氣流在水平方向和豎向都有較好的攪動和推動效果。

圖6 誘導風機側面安裝氣流分析圖

圖7 誘導風機風口角度氣流分析圖

根據王福軍和A Duci 的研究[8-9]，誘導風機下傾角選取可參考下列推薦值（H 是噴嘴中心距離地面的高度）：H＜2.5 m 時，a=90°。2.5 m≤H＜3.0 m 時，a=85°。3.0 m ≤H ≤4.0 m 時，a=80°；4.0 m ≤H ≤4.5 m 時，a=70°。

根據本工程誘導風機距地4.2 m，建議噴嘴傾角取30～35°。

6 結語

通過對大型農副產品物流交易中心車庫的特點分析和業主的凈高要求，排風系統采用誘導風機結合集中排風的復合通風形式，排風風口靠近機房，減少對車道和車位凈高的影響。地下一層車庫的補風通過汽車坡道和采光井自然補風，一層車庫為半開敞側墻自然補風。通風換氣次數增加為7 次/h，通風量比常規汽車庫增加117%。同時在機房附近預留下排風口，根據業主運營情況確定是否使用。

將誘導風機安裝在4.2 m 的高度，可根據現場情況選擇墻柱側裝和水平吊裝，同時建議墻柱側裝時誘導風機與墻柱豎向傾角選擇70～75°安裝，風口傾角向外傾角30°。水平吊裝時誘導風機與中心軸線傾角30°，風口傾角向下傾斜30°。這樣可以對氣流在水平方向和豎向都有較好推動效果。