參考新西蘭規范分析國內車庫通風量計算法

羅雅蕾 鄧輝

中船第九設計研究院工程有限公司

0 引言

目前國內對于地下車庫通風的計算方法較多，各種算法下的計算結果在數值上具有一定的差異，其中有三種方法是在設計中廣泛采用的，分別為換氣次數法，機動車數量法以及濃度稀釋法[1-2]。

本文借鑒某新西蘭項目，按新西蘭當地規范中的車庫風量計算方法，通過對其計算方法的理念，相應公式以及計算結果，與中國常用的車庫風量計算法得到的計算結果進行對比，從而分析國內目前所采用的計算方法的特點。

1 新西蘭風量計算方法及公式分析

根據文獻[3]，新西蘭計算方法的理念為保證車庫內CO 濃度不超過規范允許數值。

車庫內的CO 的產生由兩部分組成：停留在該車庫的車輛啟動并到達出口這段時間內產生的CO。從該車庫以外的區域經過該車庫到達出口的時間段內產生的CO，則可表達為下式：

式中：Y 為車庫內1 小時CO 的排放量，g；Y1為1 小時內停泊在該車庫內的車輛到達出口時間內的CO 排放量，g/h；Y2為1 小時內停泊在該車庫以外區域的車輛經過該車庫到達出口時間段內的CO 排放量，g/h。

對于式（1）中的Y1，有如下表達式：

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

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

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

表1 新西蘭車庫使用系數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，根據文獻[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的時間，min，根據文獻[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的時間，min，可由式（5）計算。

式中：d1為該車庫內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，根據文獻[3]，取100 m/min。

對于式（1）中的YB，根據文獻[3]，停泊在其他區域，經過該車庫的車輛在行駛時，均在引擎啟動的第二分鐘內，故有如下表達式：

式中：n2為從其他區域經過該車庫到達出口的車輛數；d2為從其他的區域經過該車庫到達出口的車輛在該車庫內行駛的平均距離，m。

通過式（1）～（6），可得到車庫內CO 的排放量的表達式可為：

按下式進行單位換算：

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

則車庫需要的排風量可通過下式計算：

式中：L 為稀釋CO 所需排風量，L/s；COA為1 h 平均CO 允許濃度，ppm，根據文獻[3]，取60 ppm；COE為環境CO 濃度，根據文獻[3]，取環境CO 濃度峰值，為單位換算系數。

經過計算，稀釋CO 所需排風量為：

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

式中：LN為新西蘭計算方法下車庫排風量，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算法進行計算。該大樓為零售、辦公及五星級酒店的商業綜合體。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，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

車輛需經過在其上方的各層車庫從而到達某一層車庫內的指定位置。

2.2 計算過程及結果

2.2.1 新西蘭計算方法

由于該大樓的主要功能介于商業及零售之間，故取使用系數P=0.6，其余數據根據上述條件選取，則按新西蘭算法排風量計算過程及結果見表2：

表2 新西蘭算法車庫排風量計算表

2.2.2 國內計算方法

按換氣次數法計算排風量計算過程及結果見表3，計算公式見文獻[1]：

表3 換氣次數法車庫排風量計算表

按商業建筑，選取單臺機動車排風量為500 m3/h，機動車數量法計算排風量計算過程及結果見表4（計算公式見文獻[2]）：

表4 機動車數量法車庫排風量計算表

按濃度稀釋法計算時（計算公式見文獻[2]），由于各參數選值不同（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），所得風量值將會差異較大，見表5：

表5 濃度稀釋法車庫排風量計算表

3 分析與討論

根據上述所提及的各種計算方法，對所得的風量結果進行匯總，見表6：

表6 各計算方法排風量匯總表

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 濃度標準不同：新西蘭允許CO 濃度為60 ppm；國內規范允許CO 濃度為30 mg/m3（24 ppm）（文獻[2]、文獻[3]）。

b）環境CO 濃度的基準取值不同：新西蘭選用峰值CO 濃度9 ppm；國內規范要求CO 濃度為2～3 mg/m3（1.6～2.4 ppm）（文獻[2]、文獻[3]）。

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

鑒于第a、b 兩點差異，故對表6 中數據LN進行修正，結果記作L’N。其中修正系數(60-9)ppm/(24-1.6)ppm≈2.3。

表7 修正后排風量對比表

結合各計算方法的算法機理以及相應的計算結果，可得到如下結果：

1）新西蘭在車庫通風計算方法上與國內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 濃度產生的算法有差異：新西蘭算法中將CO 濃度的產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生的CO，另一部分為本車庫以外的車輛行駛經過本車庫所產生的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。國內的濃度稀釋法則主要考慮了本車庫內的汽車造成的影響。

2）根據換氣次數法及濃度稀釋法計算所得的數據，從而進一步可得，在這算到國內目前規范規定的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過本車庫所產生的CO。這一部分在計算機理上是合理的。雖然系數k，即車位利用系數，取值范圍在0.5～1.2（文獻[1]），但根據計算結果顯示，是不足以包含這一部分所需要的排風量的，這一問題在地下層數越多的情況下，尤為明顯。

3）計算數據還表明，機動車數量法的結果遠小于新西蘭按國內CO 允許濃度下的風量計算結果，而對比國內其他兩種算法，該算法的計算結果也偏小。

因此，結合以上數據結果，可得到各計算方法的特點如下：

1）機動車數量法不能作為有效控制室內CO 濃度從而達到通風效果的計算方法。

2）換氣次數法適用于在設計的前期過程中，由于停車數、車庫規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意義排風量估算值。

3）稀釋濃度法有點在于對以控制CO 濃度為基準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。當實際的環境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參數而計算出該情況下的風量。又如車庫的使用情況可通過對車輛使用系數的調整以計算出恰當的風量。

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

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

而對于車庫內所允許CO 濃度，新西蘭當地的要求為60 ppm（文獻[3]）。故國內要求的30 mg/m3（24 ppm）（文獻[1]）是否有調整的空間。

由該計算方法需要知道停車數、車庫規模、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 結束語

本文針對某新西蘭項目按新西蘭當地規范中的車庫通風量計算方法以及國內的機動車數量法，換氣次數法以及濃度稀釋法，分別計算所需的車庫通風量。以數據計算結果為基礎，對比新西蘭規范的計算機理與國內三種計算方法的計算機理，從而可參考新西蘭規范中的計算方法對比分析國內計算方法的特點。

相應得到機動車數量法所得結果無法提供有效的通風效果，換氣次數法僅適用于項目初期進行風量估算，而稀釋濃度法則可提供更準確且適應項目情況的有效通風風量。

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