參考新西蘭規(guī)范分析國內(nèi)車庫通風(fēng)量計算法

羅雅蕾 鄧輝

中船第九設(shè)計研究院工程有限公司

0 引言

目前國內(nèi)對于地下車庫通風(fēng)的計算方法較多，各種算法下的計算結(jié)果在數(shù)值上具有一定的差異，其中有三種方法是在設(shè)計中廣泛采用的，分別為換氣次數(shù)法，機(jī)動車數(shù)量法以及濃度稀釋法[1-2]。

本文借鑒某新西蘭項目，按新西蘭當(dāng)?shù)匾?guī)范中的車庫風(fēng)量計算方法，通過對其計算方法的理念，相應(yīng)公式以及計算結(jié)果，與中國常用的車庫風(fēng)量計算法得到的計算結(jié)果進(jìn)行對比，從而分析國內(nèi)目前所采用的計算方法的特點。

1 新西蘭風(fēng)量計算方法及公式分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，新西蘭計算方法的理念為保證車庫內(nèi)CO 濃度不超過規(guī)范允許數(shù)值。

車庫內(nèi)的CO 的產(chǎn)生由兩部分組成：停留在該車庫的車輛啟動并到達(dá)出口這段時間內(nèi)產(chǎn)生的CO。從該車庫以外的區(qū)域經(jīng)過該車庫到達(dá)出口的時間段內(nèi)產(chǎn)生的CO，則可表達(dá)為下式：

式中：Y 為車庫內(nèi)1 小時CO 的排放量，g；Y1為1 小時內(nèi)停泊在該車庫內(nèi)的車輛到達(dá)出口時間內(nèi)的CO 排放量，g/h；Y2為1 小時內(nèi)停泊在該車庫以外區(qū)域的車輛經(jīng)過該車庫到達(dá)出口時間段內(nèi)的CO 排放量，g/h。

對于式（1）中的Y1，有如下表達(dá)式：

式中：Y1S為1 小時內(nèi)停泊在該車庫內(nèi)的車輛啟動時間段的CO 排放量，g/h，根據(jù)式（3）計算；Y1D為1 小時內(nèi)停泊在該車庫內(nèi)車輛行駛至出口時間段內(nèi)的CO 排放量，g/h，根據(jù)公式（4）計算。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，車輛的啟動時間為0.5 min，經(jīng)過0.5～1.5 min 從該車位行駛至出口，而車輛引擎啟動后，第一分鐘內(nèi)的平均CO 排放量為25 g/min，第二分鐘內(nèi)的平均CO 排放量為16 g/min，故有如下關(guān)系式：

式中：n1為該車庫的車位數(shù)；gF為單位車輛啟動后第一分鐘平均CO 的排放量，g/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取25 g/min；tS為車輛啟動時間，min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取0.5 min。P 為1 小時內(nèi)車輛使用系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[3]表格選取，本文對該表進(jìn)行翻譯摘錄，見表1。

表1 新西蘭車庫使用系數(shù)P 選取表

Y1D則可由下式計算：

式中：gS為單位車輛啟動后第二分鐘平均CO 的排放量，g/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取16 g/min；tDF為車輛行駛至出口過程中，處于車輛啟動后第一分鐘內(nèi)的時間，min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取0.5 min；tDS為車輛行駛至出口過程中，處于車輛啟動后第二分鐘內(nèi)的時間，min，可由式（5）計算。

式中：d1為該車庫內(nèi)停泊各車輛行駛至出口的平均距離，m；u 為車輛行駛速度，m/min，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取100 m/min。

對于式（1）中的YB，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，停泊在其他區(qū)域，經(jīng)過該車庫的車輛在行駛時，均在引擎啟動的第二分鐘內(nèi)，故有如下表達(dá)式：

式中：n2為從其他區(qū)域經(jīng)過該車庫到達(dá)出口的車輛數(shù)；d2為從其他的區(qū)域經(jīng)過該車庫到達(dá)出口的車輛在該車庫內(nèi)行駛的平均距離，m。

通過式（1）～（6），可得到車庫內(nèi)CO 的排放量的表達(dá)式可為：

按下式進(jìn)行單位換算：

式中：C 為車庫內(nèi)CO 的排放量，L；22.4 為氣體摩爾質(zhì)量，L/mol；M 為CO 的摩爾質(zhì)量，g/mol，取28 g/mol。

則車庫需要的排風(fēng)量可通過下式計算：

式中：L 為稀釋CO 所需排風(fēng)量，L/s；COA為1 h 平均CO 允許濃度，ppm，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取60 ppm；COE為環(huán)境CO 濃度，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，取環(huán)境CO 濃度峰值，為單位換算系數(shù)。

經(jīng)過計算，稀釋CO 所需排風(fēng)量為：

對式（10）進(jìn)行取整（0.94≈1）并考慮到15%的余量系數(shù)，則可得到與文獻(xiàn)[3]中要求相一致的車庫排風(fēng)量計算公式：

式中：LN為新西蘭計算方法下車庫排風(fēng)量，L/s。

2 工程概況及計算

2.1 工程概況

對某新西蘭項目中的車庫，分別按新西蘭及國內(nèi)算法進(jìn)行計算。該大樓為零售、辦公及五星級酒店的商業(yè)綜合體。其中，B6～B3 層均為地下車庫，每層建筑面積約為3200 m2。各層車位數(shù)，層高分別是：

B6：68 個車位，3.1 m 高

B5：67 個車位，3.1 m 高

B4：68 個車位，3.1 m 高

B3：67 個車位，3.1 m 高

車輛需經(jīng)過在其上方的各層車庫從而到達(dá)某一層車庫內(nèi)的指定位置。

2.2 計算過程及結(jié)果

2.2.1 新西蘭計算方法

由于該大樓的主要功能介于商業(yè)及零售之間，故取使用系數(shù)P=0.6，其余數(shù)據(jù)根據(jù)上述條件選取，則按新西蘭算法排風(fēng)量計算過程及結(jié)果見表2：

表2 新西蘭算法車庫排風(fēng)量計算表

2.2.2 國內(nèi)計算方法

按換氣次數(shù)法計算排風(fēng)量計算過程及結(jié)果見表3，計算公式見文獻(xiàn)[1]：

表3 換氣次數(shù)法車庫排風(fēng)量計算表

按商業(yè)建筑，選取單臺機(jī)動車排風(fēng)量為500 m3/h，機(jī)動車數(shù)量法計算排風(fēng)量計算過程及結(jié)果見表4（計算公式見文獻(xiàn)[2]）：

表4 機(jī)動車數(shù)量法車庫排風(fēng)量計算表

按濃度稀釋法計算時（計算公式見文獻(xiàn)[2]），由于各參數(shù)選值不同（工況1：k=0.5、t=2 min、m=0.02 m3/min、y0=2 mg/m3；工況2：k=1.2、t=6 min、m=0.025 m3/min、y0=3 mg/m3），所得風(fēng)量值將會差異較大，見表5：

表5 濃度稀釋法車庫排風(fēng)量計算表

3 分析與討論

根據(jù)上述所提及的各種計算方法，對所得的風(fēng)量結(jié)果進(jìn)行匯總，見表6：

表6 各計算方法排風(fēng)量匯總表

由公式分析可得，在計算過程中，由于兩國背景不同，主要有以下幾點差異因素：

a）允許CO 濃度標(biāo)準(zhǔn)不同：新西蘭允許CO 濃度為60 ppm；國內(nèi)規(guī)范允許CO 濃度為30 mg/m3（24 ppm）（文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]）。

b）環(huán)境CO 濃度的基準(zhǔn)取值不同：新西蘭選用峰值CO 濃度9 ppm；國內(nèi)規(guī)范要求CO 濃度為2～3 mg/m3（1.6～2.4 ppm）（文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]）。

c）車庫使用情況不同：由于新西蘭人口稀疏，而國內(nèi)人口密集，其次，新西蘭對于無碳出行的普及程度高于國內(nèi)，故而，在車庫使用情況上，國內(nèi)車庫的使用率可能高于新西蘭的車庫使用率。但根據(jù)目前文獻(xiàn)[3]中給出的P 值數(shù)據(jù)（見表1），新西蘭對于車庫的使用率設(shè)定值有保守估計的可能性，故該使用率與國內(nèi)情況難以進(jìn)行具體比較，故在此不作數(shù)據(jù)性分析。

鑒于第a、b 兩點差異，故對表6 中數(shù)據(jù)LN進(jìn)行修正，結(jié)果記作L’N。其中修正系數(shù)(60-9)ppm/(24-1.6)ppm≈2.3。

表7 修正后排風(fēng)量對比表

結(jié)合各計算方法的算法機(jī)理以及相應(yīng)的計算結(jié)果，可得到如下結(jié)果：

1）新西蘭在車庫通風(fēng)計算方法上與國內(nèi)的濃度稀釋法的根本理念是一致的，即控制一定的允許CO 濃度，但兩者對于CO 濃度產(chǎn)生的算法有差異：新西蘭算法中將CO 濃度的產(chǎn)生主要分成了兩部分，一部分為本車庫的汽車從啟動到駛出車庫所產(chǎn)生的CO，另一部分為本車庫以外的車輛行駛經(jīng)過本車庫所產(chǎn)生的CO。這一算法使得第二部分非停泊在本車庫的車輛造成的影響也能在公式中具體體現(xiàn)。國內(nèi)的濃度稀釋法則主要考慮了本車庫內(nèi)的汽車造成的影響。

2）根據(jù)換氣次數(shù)法及濃度稀釋法計算所得的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步可得，在這算到國內(nèi)目前規(guī)范規(guī)定的CO 允許濃度情況下，對于單層車庫所得到的的計算值與新西蘭算法所得到的計算值趨于一致。但對于多層以上的情況，國內(nèi)三種算法均小于新西蘭算法。這是由于新西蘭算法中包含了為本車庫以外的車輛行駛經(jīng)過本車庫所產(chǎn)生的CO。這一部分在計算機(jī)理上是合理的。雖然系數(shù)k，即車位利用系數(shù)，取值范圍在0.5～1.2（文獻(xiàn)[1]），但根據(jù)計算結(jié)果顯示，是不足以包含這一部分所需要的排風(fēng)量的，這一問題在地下層數(shù)越多的情況下，尤為明顯。

3）計算數(shù)據(jù)還表明，機(jī)動車數(shù)量法的結(jié)果遠(yuǎn)小于新西蘭按國內(nèi)CO 允許濃度下的風(fēng)量計算結(jié)果，而對比國內(nèi)其他兩種算法，該算法的計算結(jié)果也偏小。

因此，結(jié)合以上數(shù)據(jù)結(jié)果，可得到各計算方法的特點如下：

1）機(jī)動車數(shù)量法不能作為有效控制室內(nèi)CO 濃度從而達(dá)到通風(fēng)效果的計算方法。

2）換氣次數(shù)法適用于在設(shè)計的前期過程中，由于停車數(shù)、車庫規(guī)模及使用情況均無法確定，對于單層的車庫，可快速地給出具有指導(dǎo)意義排風(fēng)量估算值。

3）稀釋濃度法有點在于對以控制CO 濃度為基準(zhǔn)的各類車輛的封閉場所均有效，能對車庫的實際情況提供針對性計算。當(dāng)實際的環(huán)境CO 濃度有不同或者車輛、燃料性能有了變化，也可以通過更改相應(yīng)參數(shù)而計算出該情況下的風(fēng)量。又如車庫的使用情況可通過對車輛使用系數(shù)的調(diào)整以計算出恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。

但該方法亦存在一些問題，對于各項參數(shù)的選取的要求也就比較高。對設(shè)計人員而言，需要對于各種參數(shù)的把握有一定精準(zhǔn)度，即需要一定的經(jīng)驗累積以及分析，建議規(guī)范編寫時可以對各種各參數(shù)的選取情況進(jìn)行研究分析，從而列出不同情況下的參數(shù)選擇情況，對于設(shè)計將會有很大的指導(dǎo)意義。

此外，目前規(guī)范現(xiàn)行的取值可滿足單層車庫情況的風(fēng)量計算，對于類似于本項目中的這類每層需要經(jīng)過其上的各層車庫方可以達(dá)到室外的車庫，在不修改計算方法以及規(guī)范要求的允許CO 濃度前提下，建議對各類參數(shù)進(jìn)行修改。

而對于車庫內(nèi)所允許CO 濃度，新西蘭當(dāng)?shù)氐囊鬄?0 ppm（文獻(xiàn)[3]）。故國內(nèi)要求的30 mg/m3（24 ppm）（文獻(xiàn)[1]）是否有調(diào)整的空間。

由該計算方法需要知道停車數(shù)、車庫規(guī)模、車庫使用情況，故而對建筑的信息輸入的需求較高，不適用于方案、初步階段，建筑信息比較模糊的階段。

4 結(jié)束語

本文針對某新西蘭項目按新西蘭當(dāng)?shù)匾?guī)范中的車庫通風(fēng)量計算方法以及國內(nèi)的機(jī)動車數(shù)量法，換氣次數(shù)法以及濃度稀釋法，分別計算所需的車庫通風(fēng)量。以數(shù)據(jù)計算結(jié)果為基礎(chǔ)，對比新西蘭規(guī)范的計算機(jī)理與國內(nèi)三種計算方法的計算機(jī)理，從而可參考新西蘭規(guī)范中的計算方法對比分析國內(nèi)計算方法的特點。

相應(yīng)得到機(jī)動車數(shù)量法所得結(jié)果無法提供有效的通風(fēng)效果，換氣次數(shù)法僅適用于項目初期進(jìn)行風(fēng)量估算，而稀釋濃度法則可提供更準(zhǔn)確且適應(yīng)項目情況的有效通風(fēng)風(fēng)量。

同時，在研究中發(fā)現(xiàn)，稀釋濃度法存在的一些問題，如各種參數(shù)選擇困難、對多層車庫未計入非本層車庫內(nèi)停車的同行車輛未表征，濃度限制取值恰當(dāng)性等，因此建議規(guī)范編寫時可以對各種參數(shù)的選取情況進(jìn)行研究分析，從而列出不同情況下的參數(shù)選擇情況，對于設(shè)計將會有很大的指導(dǎo)意義。