绿色建筑地下车库自然通风设计研究

叶艳

（重庆市北碚区建筑管理服务中心，重庆 400700）

0 引言

随着我国绿色建筑与建筑节能技术的不断发展，重庆市正全面推行绿色建筑的发展进程，地下车库成为实现绿色建筑所提倡的节约集约用地的重要途径。相比地上建筑，地下车库的空气品质差，自然通风设计较为困难。随着绿色建筑的普及，绿色建筑的地下车库通风的改善亦逐步提上日程。本文针对重庆某绿色建筑设计过程中，以改善地下车库的通风效果为目标，优化车库通风设计，并以数字模拟分析手段，验证地下车库通风效果。

1 地下车库的通风方式

1.1 通风方式及现状

汽车污染物的排放，使得车库空气品质较差，车库通风对于改善车库室内环境有着不可替代的作用。目前，地下车库的通风方式主要有两大类：机械通风和自然通风。机械通风主要依靠动力及合理的设计，能够有效改善地下车库室内环境，但是运行中通风设备噪声大、能耗高等特点与绿色建筑提倡的节约能源相悖，实际建筑运行过程中，物业管理等部门为节约运行费用，经常不运行机械通风系统，导致车库内空气质量进一步恶化。设备的高能耗使得地下车库的使用过程中出现降低风机功率，甚至关闭通风设备的情况，无法保障其室内环境满足《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014的相关要求，存在严重安全隐患[1]。

1.2 车库污染物排放量

车库污染物主要来自车库的尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、固体颗粒物及热量等，CO对人体伤害极大，有效的通风措施将车库室内CO的浓度稀释到一定范围内从而满足人体舒适环境，我国《工作场所有害因素职业接触限制》[2]规定一氧化碳短时接触浓度限制为30mg/m3。

1.3 车库自然通风意义

在一些车库（如小型车库，如面积在2000m2以下的车库），充分采用自然通风，可解决自然通风及自然排烟的问题，改善了平时通风的效果，同时也提升了排烟的可靠性，节约能源，符合绿色建筑提倡的节能理念。

2 绿色建筑相关规定

绿色建筑包含7个板块，主要包括节地与室外环境，节能与能源利用，节水与水资源利用，节材与材料资源利用，室内环境质量，施工管理，运行管理；绿色建筑设计阶段包含前5个板块。重庆市城乡建委针对申报重庆市绿色建筑评价标识项目的配套室内车库提出了《重庆市绿色建筑室内车库技术要求》（以下简称《要求》），以明确其在节地、节能、节水、节材与室内环境质量方面应满足的具体要求。《要求》规定在具备应用条件时，车库应合理优化建筑空间、平面布局和构造设计，改善自然通风效果。在过渡季典型工况下，对于满足自然通风的区域，实现60%以上平均自然通风换气次数不小于2次/h[3]。

3 车库工程自然通风实例

3.1 车库概况及设计思路

拟研究车库位于重庆市九龙坡高新区某公共建筑项目西南角的10#楼地下部分，项目四周为市政道路，周边无遮挡；10#楼东侧为4层高的公建，南、北和西面三面均为园区内道路，如图1，车库出入口位于北侧，车库层建筑面积2854.07m2，层高3.9m。该项目地下车库面积大于1000m2，根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014的要求，建筑面积大于1000m2的地下一层汽车库应设置排烟设施，故在设计初期，该地下车库的通风排烟方式为机械通风方式[1]。

图1 项目情况示意图

如采用机械排烟方式，后期建筑运行时，若通风系统不运行或未严格按照设计要求规范运行，后期车库室内空气品质将较差，无法满足改善室内空气品质的初衷。为此，进一步考虑优化设计，考虑在项目西侧增设一下沉庭院，下沉庭院标高与车库标高平齐，考虑利用下沉庭院作为通风入口，同时，在项目的东侧挡土墙区域，设置一部分采光天井，兼做通风出口。通过下沉庭院侧墙开窗方式，采光天井侧墙开窗，结合车库出入口合理组织地下车库内的气流，对该绿色建筑地下车库进行自然通风设计。根据车库内部格局，在下沉庭院近车库端均匀布置4个6m×3m的窗户，各窗户间距2m；采光天井设置2个6m×3m的窗户和一个3m×3m的窗户，各窗户间距2m；车库出入口设置尺寸为7.8m×3m；车库可开启面积约为81.6m2，占车库室内面积2.86%，且排烟最远点距离自然排烟口小于30m，满足《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50067-2014）要求自然排烟口总面积不小于室内地面面积2%，且排烟最远点距离自然排烟口小于30m的规定[1]，可进行自然排烟，取消原有车库的机械排烟系统，优化后的车库自然通风设计示意图如图2。

图2 车库自然通风设计示意图

通过上述设计后，对于自然通风的效果进行了数值模拟研究。

3.2 自然通风模拟

Airpak数值模拟软件能够从空气流动情况、热辐射、舒适度和空气品质等方面综合模拟通风环境，能够呈现室内空气流动速度、空气龄、一氧化碳浓度等结果，较为直观的呈现模拟结果。

3.2.1 模型简化

为了简化分析模型，本次研究将地下车库内空气的三维紊态流动视为三维稳态流动模型；并将车库内的气体视为理想气体；忽略车库围护结构的传热性能，将其视为绝热物体；将车辆污染物的排放等效为面污染源。

本文选取自然通风需求最大的过渡季，根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[4]中重庆地区（参考沙坪坝气象站数据）典型气象年的气象参数统计结果，重庆市过渡季节平均风速为2.0 m/s，风向为西北偏北。

3.2.2 理论分析

自然通风是利用室内外的热压和风压形成的空气密度差、压力差，使空气产生流动的一种通风方式，其风量为：

其中，G为通风量，kg/s；F为墙孔面积，m2；μ为墙孔的流量系数；△p为墙孔两侧的压差，Pa；ρ为空气密度，kg/m3。

在实际的自然通风计算中，可根据热压和风压两种作用所占比重，对计算模型进行适当简化。当其中一种作用占主导地位时，可以忽略另一种方式，当两者作用相当时，就需考虑热压和风压的综合作用结果。地下车库通风的目的是消除汽车尾气对室内环境的影响，目前国内使用最多的方法是以换气次数来确定通风量的[5]。

实习单位和岗位的单一化。由于跟岗实习时间较短，很多餐饮企业不愿意接纳学生，所以可以选择的实习单位较少。此外，学生具有个体差异，岗位的单一化，不能提高学生的适岗能力，甚至还有一些学生因为被安排在了不合适的厨房岗位，对烹饪行业产生了不适应感。

3.2.3 物理模型

考虑最不利状态，假定所有车位均处于怠速状态，拟研究车库共有停车位51个，假定车道上能行驶车辆的最多17辆，因此本车库CO的排放量为357mg/s[6-7]。在检测汽车排气量时，国产车的排气温度为550℃，进口车的排气温度为500℃，本文在考虑尾气温度时取500℃，经计算，该车库汽车尾气排放的热量为5.106kW[7]。

本次研究将车库内污染源视为面源，设置8个1m×1m面源污染源均匀布置于车库平面（图3），设定opening为面源，单个污染源一氧化碳排放量为44.625mg/s，排放温度取500℃。本次运用数值模拟的边界条件选取如下：

图3 车库自然通风平面图

（1）车库室内CO初始浓度取3mg/m3，车库室内温度取25℃。

（2）该绿色建筑朝北，结合建筑朝向，在车库下沉庭院均匀布置的4个窗户的可开启部分设置6m×1.5m的自然通风开口，定义opening，风压设置为2.4Pa。

（3）采光天井的3个窗户可开启部分设置为vent，其尺寸分别为1.5m×6m和一个1.5m×3m，各自然通风口间距2m。

（4）北向车库出入口定义为opening，风压设置为0Pa。

3.2.4 模拟结果

本次研究地下车库自然通风设计，通过数值模拟，分析车库室内速度分布、空气龄、一氧化碳浓度分布等情况，分析该项目地下车库室内自然通风效果，具体模拟结果如图4、图5所示。

图4 车库室内1.5m高处速度矢量图

图5 车库室内1.5m高处速度云图

截取车库室内1.5m高处平面空气龄云图，如图6所示，地下车库自然通风口处室内空气龄较低，左侧庭院自然通风口处的空气龄值在0～54s范围内；沿着X方向，室内空气龄值先增大后减小，达到右侧采光天井自然通风口处的空气龄值减至108s左右；车库右下部角落空龄最高，但图中可以看出车库空气龄不高于400s，折算成换气次数约为9次/h。

图6 车库1.5m高处平面空气龄云图

截取车库室内1.5m高处CO浓度云图，如图7所示，图中可以看出车库自然通风口处一氧化碳浓度较低，约为3.75mg/m3；车库上部污染面源附近一氧化碳浓度最高，大于30mg/m3；由于室外空气对室内CO的稀释作用，使得其余地方的一氧化碳浓度值较小，可以看出室内CO平均浓度约为11.25mg/m3，小于30mg/m3，处于《工作场所有害因素职业接触限制》规定一氧化碳短时接触浓度限制范围内。

图7 车库1.5m高处CO浓度云图（kg/m3）

选取20min内X平面的CO运动轨迹，如图8所示，车库室内CO由地面污染源释放，随着室内风由左侧下沉庭院开口向右侧采光天井排出，运动轨迹利于车库内污染物的排出。

图8 20min内CO运动轨迹及浓度示意图（kg/m3）

4 结论

通过数值模拟分析，车库室内平均风速在0.25～1.65 m/s之间，平均风速约为0.75m/s，通风效果较好，自然通风条件下，地下车库的速度分布较为明显，自然通风效果较好。

车库左上部位及左下部角落空龄最高，但图中可以看出车库空气龄不高于400s，折算成换气次数约为9次/h，高于《要求》中要求的平均换气次数大于2次/h的要求，增大了满足室内自然通风要求面积的比例。

污染面源附近一氧化碳浓度最高，大于30mg/m3；由于室外空气对室内CO的稀释作用，使得其余地方的一氧化碳浓度值较为均匀，约为11.25mg/m3，小于30mg/m3，处于《工作场所有害因素职业接触限制》规定一氧化碳短时接触浓度限制范围内。

该项目地下车库的自然通风效果较好，省去车库机械通风环节，实现绿色建筑的节能目的，有条件的地下车库在进行通风排烟设计时我们提供如下建议：

（1）小型车库（如2000m2以下的车库）在设计时应体现绿色建筑理念，充分考虑车库自然通风的运用。

（2）进行地下车库自然通风的优化设计时，应合理结合当地典型风向合理，充分利用室内“穿堂风”，加强地下车库自然通风效果。

[1]中华人民共和国公安部.汽车库、修车库、停车场设计防火规范[M].北京：中国计划出版社，2014：24-25.

[2]中华人民共和国卫生部发布.工作场所有害因素职业接触限值[M].人民卫生出版社，2008：15-19.

[3]重庆市城乡建设委员会.重庆市绿色建筑室内车库技术要求 [EB/OL].[2016-09-28]http：//www.ccc.gov.cn/xxgk/wjtz/2016-09-28-8969196.html.

[4]中国气象局气象信息中心气象资料室.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].中国建筑工业出版社，2005：199-201..

[5]梁庆庆，张伟伟，夏麟.保障性住宅地下车库自然通风技术探讨[J].建筑热能通风空调，2013，32（4）：65-68.

[6]樊德玺，刘欣彤.地下车库自然通风的设计[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2010，26（3）：363-367.

[7]李茜.地下车库无风管诱导通风系统数值模拟研究[D].成都：西南交通大学，2005.