保障性住宅地下車庫自然通風(fēng)技術(shù)探討

梁慶慶 張偉偉 夏麟

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司

目前，國(guó)家正在大力建設(shè)保障性住房，以解決中低收入者的住房問題。保障性住宅的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足基本功能的前提下，最大限度地做到節(jié)地、節(jié)材和節(jié)能。在工程設(shè)計(jì)中，住宅的地下車庫大多采用機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)的通風(fēng)模式。但在實(shí)際的運(yùn)行中，物業(yè)往往出于省電考慮，一般不開啟排風(fēng)機(jī)，造成車庫內(nèi)空氣品質(zhì)很差。保障性住宅地下車庫的使用頻率相對(duì)較低，因此本文探討是否能采用自然通風(fēng)模式，這樣既保證了室內(nèi)空氣品質(zhì)又可節(jié)省運(yùn)行能耗。

1 研究現(xiàn)狀

有關(guān)車庫自然通風(fēng)的文獻(xiàn)資料較少，目前的地下車庫通風(fēng)方式以機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)為主。文獻(xiàn)[1]通過數(shù)值模擬和DeST軟件計(jì)算對(duì)自然通風(fēng)豎井的尺寸、高度及位置進(jìn)行了計(jì)算分析。文獻(xiàn)[2]通過對(duì)沈陽、長(zhǎng)春、北京地區(qū)三個(gè)典型地下車庫的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在冬季未開啟機(jī)械排風(fēng)設(shè)施的條件下，CO濃度并未明顯超標(biāo)。文獻(xiàn)[3]通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在機(jī)械通風(fēng)沒有運(yùn)行的情況下，即使車輛出入頻繁，地下車庫的有害氣體平均濃度也未超標(biāo)，其原因主要是自然通風(fēng)對(duì)地下車庫有害氣體的稀釋起到了重要作用。文獻(xiàn)[4]分析了不同時(shí)間出入地下車庫的車輛數(shù)量不同，污染物排放量隨之不同，用于稀釋污染物濃度的排風(fēng)量應(yīng)是可變化的。對(duì)地下車庫通風(fēng)量的確定與控制進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)[5]利用某地地下車庫模型，根據(jù)地下車庫室內(nèi)環(huán)境的特殊性建立數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其CO濃度場(chǎng)作進(jìn)一步的模擬計(jì)算。

上述文獻(xiàn)均是針對(duì)嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)的地下車庫自然通風(fēng)進(jìn)行分析研究，由于北方地區(qū)冬季室外溫度較低，室內(nèi)外熱壓較大，有利于進(jìn)行自然通風(fēng)。上海地區(qū)冬季室外溫度相對(duì)較高，熱壓較小，對(duì)自然通風(fēng)的形成不利，有關(guān)南方地區(qū)車庫自然通風(fēng)的相關(guān)研究還沒有。因此本文將主要針對(duì)上海地區(qū)車庫自然通風(fēng)可行性及可操作性進(jìn)行研究與探討。

2 汽車庫通風(fēng)量的確定

自然通風(fēng)是利用熱壓形成的建筑內(nèi)外的空氣密度差和風(fēng)壓形成的壓力差使空氣產(chǎn)生流動(dòng)的一種通風(fēng)方式。在實(shí)際的自然通風(fēng)計(jì)算中，可以根據(jù)熱壓和風(fēng)壓兩種作用所占比重，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。當(dāng)其中一種作用占主導(dǎo)地位時(shí)，可以忽略另一種方式，當(dāng)兩者作用相當(dāng)時(shí)，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(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，目前國(guó)內(nèi)使用最多的方法是以換氣次數(shù)來確定通風(fēng)量的。但由相關(guān)文獻(xiàn)可以看出，目前在設(shè)計(jì)汽車庫通風(fēng)系統(tǒng)中所采用的6次/h換氣次數(shù)偏高，通過對(duì)汽車出入頻率、尾氣排放量及污染物排放濃度等方面分析得出，地下車庫內(nèi)汽車排放的污染物及曲軸箱的泄漏蒸發(fā)物中主要含有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮–mHn）、氮氧化合物（NOX）等有害物質(zhì)。文獻(xiàn)[3]測(cè)試表明在怠速狀態(tài)下，以上三種污染物CO，CmHn及NOX散發(fā)量的比例分別為7%，1.5%和0.2%。由此可見，只要把CO的濃度稀釋到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度，其他污染物的濃度也能滿足衛(wèi)生要求。因此車庫的通風(fēng)應(yīng)以稀釋汽車尾氣中的CO為目的，達(dá)到室內(nèi)允許的CO濃度來確定通風(fēng)量。

文獻(xiàn)[2]、[4]分別從不同角度計(jì)算車庫的通風(fēng)量，經(jīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可得出對(duì)于非住宅的停車庫，高峰時(shí)段為3～4次/h，平時(shí)段為1次/h的通風(fēng)量時(shí)，車庫內(nèi)的CO濃度可以滿足衛(wèi)生要求。本文所研究對(duì)象為住宅類車庫，其汽車出入頻度比非住宅類車庫要小，因此達(dá)到室內(nèi)CO濃度標(biāo)準(zhǔn)的換氣此數(shù)可按3次/h計(jì)算。下面將用計(jì)算機(jī)模擬方法對(duì)車庫的自然通風(fēng)進(jìn)行分析。

3 自然通風(fēng)數(shù)值模擬分析

3.1 建立模型

采用FLUENT軟件對(duì)一實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行模擬分析，該項(xiàng)目為上海某保障性住宅小區(qū)，其車庫面積為20223m2。具體設(shè)計(jì)如圖1和圖2。筆者將基于四季主導(dǎo)風(fēng)向風(fēng)速，分析現(xiàn)有車庫通風(fēng)狀態(tài)，通風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等指標(biāo)評(píng)價(jià)通風(fēng)效果，然后基于分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如增設(shè)通風(fēng)豎井等，旨在保證其通風(fēng)換氣次數(shù)。

圖1 小區(qū)規(guī)劃總圖

圖2 地下車庫平面圖

選取太陽能和風(fēng)能資源評(píng)估（SWERA）氣象數(shù)據(jù)庫作為分析依據(jù)，太陽能和風(fēng)能資源評(píng)估項(xiàng)目（SWERA）由聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署資助，用于14個(gè)發(fā)展中國(guó)家太陽能和風(fēng)能資源開發(fā)的高質(zhì)量信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)的梳理分析，上海地區(qū)一年四季的風(fēng)向風(fēng)頻與風(fēng)速情況如表 1～2。

表1 上海地區(qū)四季風(fēng)向頻數(shù)（%）

表2 上海地區(qū)四季風(fēng)向平均速度（m/s）

本項(xiàng)目周圍比較空曠，因此忽略周邊建筑物影響。

3.2 模擬結(jié)果分析

通過模擬計(jì)算，可以分別得出四季的車庫內(nèi)的風(fēng)速圖和風(fēng)壓圖，并折算出車庫的通風(fēng)換氣次數(shù)。

1）春季：計(jì)算結(jié)果表明換氣次數(shù)為1.42次/h，大部分區(qū)域風(fēng)速位于1m/s以下，具體情況如圖3～4。

圖3 春季-3.25m高度風(fēng)壓圖

圖4 春季-3.25m高度風(fēng)速矢量圖

圖5 秋季-3.25m高度風(fēng)壓圖

2）秋季：計(jì)算結(jié)果表明換氣次數(shù)為2.96次/h，大部分區(qū)域風(fēng)速位于1m/s以下，具體情況如圖5～6。

圖6 秋季-3.25m高度風(fēng)速矢量圖

3.3 優(yōu)化分析

通過以上計(jì)算結(jié)果可以看出，在現(xiàn)有的條件下車庫的通風(fēng)換氣次數(shù)較小。因此通過在地面增設(shè)通風(fēng)豎井來提高自然通風(fēng)量。共設(shè)豎井29個(gè)，水平間距29m，豎向間距17m，通風(fēng)豎井的設(shè)置原則為：①避開道路；②離開敏感物（住宅的窗戶等）10m；③百葉開口避開行人。通風(fēng)豎井布置如圖7。

通風(fēng)豎井長(zhǎng)寬高為 2m×2m×2m，開口高度為0.5m。

1）春季優(yōu)化結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明換氣次數(shù)為2.9次/h，大部分區(qū)域風(fēng)速位于1m/s以下，具體情況如圖8～10。

圖7 通風(fēng)豎井布置圖

圖8 春季優(yōu)化-3.25m高度風(fēng)壓圖

圖9 春季優(yōu)化-3.25m高度風(fēng)速矢量圖

圖10 春季優(yōu)化風(fēng)口風(fēng)速矢量圖

2）秋季優(yōu)化結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明換氣次數(shù)為6.4次/h，大部分區(qū)域風(fēng)速位于1m/s以下，北側(cè)通道部分的速度位于2～5m/s之間，具體情況如圖11～12。

圖11 秋季優(yōu)化-3.25m高度風(fēng)壓圖

圖12 秋季優(yōu)化-3.25m高度風(fēng)速矢量圖

圖13 秋季優(yōu)化風(fēng)口風(fēng)速矢量圖

4 結(jié)語

1）通過與土建專業(yè)的配合，在地面增設(shè)通風(fēng)豎井的設(shè)計(jì)方案，可以使原有車庫設(shè)計(jì)的自然通風(fēng)效果在春、秋兩季分別提高107%和86.2%，換氣次數(shù)接近甚至超過3次/h，滿足住宅類車庫3次/h換氣的要求。

2）經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)可以減少整個(gè)區(qū)域的壓強(qiáng)差，空氣流動(dòng)較為均勻，并且車輛出入口的風(fēng)速在2～5m/s之間。

3）冬季和夏季的主導(dǎo)風(fēng)向和平均風(fēng)速與秋季和春季相似，因此自然通風(fēng)效果基本相同。

4）由于上海地區(qū)冬季地下車庫無供暖系統(tǒng)，室內(nèi)外溫差較小，熱壓自然通風(fēng)效果不明顯。

因此，對(duì)于上海地區(qū)的保障性住宅地下車庫采用自然通風(fēng)模式具有可行性，其自然通風(fēng)作用主要靠風(fēng)壓作用，熱壓作用不明顯。通過模擬計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，在地塊周邊開闊且土建條件允許的情況下，可以嘗試采用自然通風(fēng)的形式滿足地下車庫換氣次數(shù)的要求（并預(yù)留機(jī)械排風(fēng)所需電源和豎井，為以后改善通風(fēng)創(chuàng)造條件），在保證室內(nèi)CO濃度不超標(biāo)的情況下，節(jié)省運(yùn)行能耗。

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