高层建筑地下汽车库通风与排烟系统合一的分析工业设计论文

　　摘要 本文分析计算了高层建筑地下汽车库全面通风托儿所量的取值方法；分析计算了不需从下部排风的根据与理由，结合新的汽车库防火设计规范的实施，得出了地下汽车库的通风与排烟系统的风量及气流组织，基本上可以合一的结论，可供设计参考。
　　
　　关键词 地下汽车库、全面通过换气量、排烟量、通风与排烟系统合一

1 前言
　　
　　在高建筑地下汽车库的通风与排烟系统设计中，由于排烟量远远大于排风量，且排风要求从下部排出所需风量的三分之二，从上部排出三分之一，因而欲将通风与排烟系统合并，除需选用双整风机外，还需上部与一部排风口应设转换控制设施，使设计、施工及运行管理十分复杂。新的地下汽车库防火规范规定的排烟量大幅降低并接近排风量。如果通风与排烟的气流组织能统一，则通风与排烟系统即可合一，就会大大简化地下汽车库通风及排烟系统的设计、施工及运行管理。
　　
2 地下汽车库排风的讨论
　　
　　目前确定地下汽车库排风量的方法，大体上可分为二类，一类是按换气次数估算，另一类则是按全面通风换气量进行计算。属于第一类的按换气次数估算的代表性的参考文献（1），“一般排风量不少于6次/时，送风量不少于5次/时，地下汽车库排气分上、下两部分，下部排出三分之二，上部排出三分之一”。此处未区别不同情况，用统一的换气次数估算。参考文献（2）中指出：“汽车库单层设计时，可按换气次数计算，当层高H>3m时，按3m计算体积，当层高H<3m时，按实际高度计算车库体积。汽车出入频度较大时，排气量按6次/时计算；出入频度一般时，排气量按5次/时计算；出入频度较小时，排气理按4次/时计算。”按汽车出入频度的不同给出不同的换气次数（不同的排气量）更合理一些。
　　另一类是按将有害物冲淡到卫生标准所需的全面通风托儿所量来确定.汽车尾气的主要有害为CO、NOX及少量汽油及热量。以CO及NOX为主。因CO及NOX对人体的作用不同，其全面通风换气量（即排气量）应分别计算稀释CO及NOX所需的换气量，然后取大值。表1列出了各种轻型汽车实测的CO及NOX平均浓度值。由此可以看出进口车实测的NOX排放浓度为最高允许浓度（5mg/m3）的2倍，而CO的排放浓度为最高允许浓度（按mg/m3）的456～500倍。显然按CO计算的出的全面通风换气量完全可以将NOX稀释到卫生标准规定的浓度。因而以CO作为计算换气的标准是合理的。

　众所周知，全面通风换气量（L）的计算公式为： （m³/时）
　　式中：G——地下汽车库CO散发量（mg/h）；
　　　　 C——地下汽车库CO最高允许浓度（mg/m³）
　　　　 C_O——送风中CO浓度（g/m³）
　　
　　关于CO最高允许浓度的取值。我国卫生标准[7]规定为30mg/m³，但作业时间短暂时可以放宽；作业时间在1小时之内为50 mg/m³；半小时内为100 mg/m³；151120分钟为200 mg/m³。但在上述条件下反复作业时，两次作业之间需间隔2小时以上。计算中取值差别很大，有的取C=100 mg/m^3（5）；有的取C=100PPM（125 mg/m³）^（10），有的取200 mg/m^3（4）。
　　送风中CO浓度取值。有的取值为C_O=2.5～3.5 mg/m³⁽⁵⁾;有的取值C_O=3PPM（3.75 mg/m^3（46）;也有的取值为C_O=100PPM（125 mg/m^3（8））。
　　 CO散发量G的计算
　　 （mg/时） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
　　式中：Q_i——i类汽车排出气体总量（m³/时台）；
　　　　　C_i——i类汽车排放CO平均温度（mg/m³）。
　　表1

项目车别	Bi（%）	Di（4/分）	CO浓度 　　C i（mg/m3）	t（分）	T2/T1	NOX浓度（mg/m3）
国产轿车	40	526	64028	6	0．356	2．56
国产面包车	20	550	55000	6	0．356	5．67
进口轿车	20	419	45625	6	0．379	9．01
进口面包车	20	456	50000	6	0．379	9．92

　　考虑到为使数据一致，应对Q_i计算进行温度修正，此时：
　　　　　　 m³/时） 　　　　　　 　　　　 　　　　 （3）
　　汽车总排气量为：
　　　　　　　 （m³/时） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （4）
　　上二式中：
　　　　 T₁——汽车排气温度（K）（国产车T₁=823K，进口车T₁=773K）；
　　　　 T₂——地下车库常温（K），一般T₂=293K
　　　　 W——汽车库停车总车位数，即额定停车数（台）；
　　　　 S——汽车出入频度，即1小时内出入车数与额定停车数之比。因车库使用性质不同会有很大差别，有的取值
　　　　 　　S=1.2～1.5^（5）;有的取S=0.35～1.5_（2）。
　　　　B_i——i类汽车单位时间的排气量（升/分·台）；
　　　　D_i——i类汽车占停车总数的百分比（%）；
　　　　T——每辆车在车库内发动机工作时间（分）有的资料取t=2～6分钟^（2）；有的取t=6分钟^（5）。
　　将式（3）代入式（2），式（2）代入式（1）则得：
　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 （5）
　　　　　换气次数 　　　　　　　　　　　（6）
　　因V=F*h，当h=3m，面积指标，一般=30～40m²/每辆车，取N=35，B_i、D_i、C_i及按有1取值。C₀=3mg/m³，则式（6）可简化为(次/时) 　　　　　　　　　 （7）

　　当t=2分钟、4分钟及6分钟，S=0.35、0.7、1.0、1.2及1.5，C=30、50、100、200时，由计算结果的分析可以看出：
　　 a、在C及t相同的条件下，S值不同时，n值相差4倍左右；
　　 b、在t及S相同的条件下，C值不同时，n值相差8倍以上；
　　 c、在S及C相同的条件下，t值不同时，n值相差3倍。
　　由上述可知，当车库条件不同时，全面通风换气量相差很大，因此当车库规模、出入频率及重要程度不同时，设计时取统一的相同的n值显然是不合理的。
　　本文作者认为：CO最高允许浓度取C=200mg/m3，则标准太低，而取C=100 mg/m3又太高，可取C=100PPM（即C=125 mg/m3）（10），按t=6分钟，CO=3.78 mg/m3（8）按S=1.5（出入频度较高），S2=1.25（出入频率中等），S3=1.0（出入频度较低），按式（7）算出，n1=7.196，n2=5.996，n3=4.797，取整数，n1=7，n2=6，n3=5。则对了入频度较高的汽车库换气次数取n=7，出入频度中等的汽车库换气次数取n=6，出入频度较低的汽车库换气次数取n=5。

3．地下汽车库的通风与排烟系统合一问题的讨论

　　汽车库防火设计新规范有二个新的变化：一是将防烟分区面积扩大到2000m²；二是将排烟量减少到6次/时。实施新规范使排风量与排烟量比较接近，此时使排风与排烟系统合并的主要障碍将是平时排风要求从下部排风三分之二，从上部排风三分之一，而排放烟是全部从上部排。实际上略加分析就可以看出暖通设计规范^（9）中关于“当有害气体或蒸汽密度比空气大，且不会形成稳定上升气流时，宜从房间上部地带排出所需风量的三分之一，从下部地带排出三分之二。”的规定对汽车库并不适用.这里关键有二个问题:一是有害气体的密度；二是稳定的上升气流。
　　关于有害气体密度。汽车发动机在怠速工况下尾气中主要成分是CO和NO_X。CO的分子量是28，0℃时CO的密度是。20℃时CO的密度是。若汽车尾气中的CO的浓度为55000mg/m³，则20℃时1m³空气中CO所占的体积为，20℃时空气的密度为1.2047kg/m³，则1 m³空气质量增加克。空气密度减少到1.2047-0.001888=1.202812公斤。与空气密度相比为，即混合气体比空气密度减少千分之1.6。
NO_X换算成N₂O₅，其分子量为108，20℃之密度为4.49kg/m³，NO_X的最大排放浓度为9。92kg/m³.同样于计算出混合物密度增加到1.20470726kg/m³空气密度增加百万分之六。由于CO的排放浓度远大于NO_X排放浓度，可以综合认为汽车尾气是稍轻于空气的混合物。
应当指出，即使N₂O₅的排放浓度增加100倍，实际每米³空气中质量仅增加0.7268克，而如果空气温度变化1℃，可使空气密度增减4克/m³左右（如空气由21℃或高到22℃，则）。由此可知气体混合物因温度变化而引起的密度变化，远大于有害气体或蒸汽所引起的密度变化。因此汽车库内有害气或蒸汽浓度的分布，主要取决于因温差而引起的对流气流，有害气体或蒸汽自身的密度影响较小。即使像汞蒸汽这样密度很大的蒸汽，在有较强对流气流时也会出现在车间上部，只能说没有对流的情况下，密度大于空气的有害气体才会集中在房间的下部，这种情况通常是不多见的。
　　关于稳定的上升气流。汽车排出的尾气的温度一般为500～550℃，应视为较强的对流气流。
　　因此，温度为500～550℃且密度稍轻于空气的汽车尾气，不会积聚在车库的下部，从下部排风三分之二的规定是不合理的。暖通空调规范需从下部排风的规定不适用于汽车库。
　　另外原苏联建筑法规采暖通风与空气调节设计规范^[14]第4.57及第4.58条规定：有害气体及蒸汽的密度小于作业地带空气密度；有害气体及蒸汽的密度大于作业地带空气密度且伴有稳定上升热气流时，需从作业地带（即下部区域）排出三分之一风量。有害气体及蒸汽密度大于或等于作业地带空气密度，且不伴有稳定热气流，需从作业地带排除三分之二的风量。但并未规定有害气体及蒸汽的密度小于作业地带空气密度。且伴有稳定热气流这种情况，需从作业地带排风，从这方面也可以看出，有害气体及蒸汽密度少于空气密度且伴有稳定热流，不需从下部排风。
　　综上所述，汽车库排风可全部从上部排，实际上取消汽车库下部排风的意见早已有人提出了^{（12）、（13）、（14）}。
　　
4．结论

　　4．1经计算与分析可以认为汽车库CO允许浓度取C=125mg/m³(100PPM)，发动机在车库内工作时间t取6分钟，出入频率取1.0，1.25和1.5时得出全面通风换气量的换气次为n₁=5次/时，n₂=6次/时和n₃=7次/时，作为汽车库出入频度较低、中等和较高的换气量计算标准是适宜的。
　　4．2经计算与分析认为暖通空调设计规范规定当有害气体的蒸汽密度比空气大，且不会形成稳定的上升气流时，宜从房间上部地带排出所需风量的三分之一，从下部排出三分之二，并不运用于汽车库。因为汽车库尾气密度稍小于空气，且能形成稳定上升气流。
　　4．3汽车库防火设计新规范规定高层民用建筑地下汽车库排为量为6次/时，本文提出的通风量为6次/时左右，排风可全部从车库上部排出，这样高层民用建筑地下汽车库的通风与烟系统可实现合一。将大大简化汽车库通风与排烟系统的设计、施工及运行管理。 <!-- #EndEditable