地下车库空气污染与防治研究

刘念

随着城市化进程的不断加快、人口数量的日益增长、国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车越来越多的作为日常交通工具进入普通家庭。但是由于土地需求增长和城市可用地有限性之间矛盾，使得汽车的存放已成为交通管理和城市环境的一个相当突出的问题。地下车库以其面积大、充分利用建筑用地、便于集中管理等明显优势，逐渐取代以占地空间大、投入成本高、缺乏对汽车日晒雨淋的防护措施等为特点的传统地面停车场，因此，目前在大型商业建筑和高层住宅建筑中为了解决停车用地紧张的矛盾，与之配套的地下车库被大量修建。

但是，相对于传统停车场处于空气流动性较好的户外，地下车库处于封闭或半封闭状态的特殊性，使得地下车库的库内空气与自然空气基本处于不流通的状态。而汽车行驶时向空气中排放大量对人体有害的废气，在气密性较好的地下车库得不到空气流动的稀释或相应的处理措施而逐渐聚集，造成一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物浓度大大超标，直接对进入停车场人员的健康产生巨大的威胁，也容易造成油蒸汽积聚而引起爆炸。据哈佛大学公共卫生学院研究显示，汽车尾气污染可能造成大脑腺体分泌出现紊乱以及氧化损伤，儿童常进地下车库会降低智商。而且，地下车库的密闭或半密闭的空间状态，造成库内环境与太阳光线基本处于隔离状态，造成地下车库细菌、真菌数以及可吸入颗粒物不断增加，不但引起地下空间环境污染，而且影响到车库人员的健康。

在环境日益受到重视的21世纪，人们对生活环境的要求越来越高，能够有效缓解停车用地紧张的地下车库建设，是关系到人类未来发展不可或缺的建设之一，而其带来的对人体健康产生威胁的环境问题也不容忽视。

地下车库主要污染源：汽车尾气

为了减少地下车库内环境污染对人体的危害，世界各国，尤其是发达国家，都在地下车库环境污染与防治研究中投入了大量工作，并取得一定研究进展。地下车库空气污染是由汽车尾气造成的，汽车尾气的排放一直以来都是世界各国研究控制的重点。

→汽车尾气排放标准——从欧Ⅰ到欧Ⅴ

美国和日本从20世纪60年代开始就对汽车排放进行控制，美国排放法规要求最严，日本紧跟美国。美国1994年开始执行极其严格的低污染汽车法规（LEV）后，美、日之间的距离略微拉开。欧洲控制排放比美、日晚，而且标准要求较松，但是到1992年实施欧洲第1阶段（欧Ⅰ）排放法规后，步伐加快，已超过日本，接近美国LEV计划。美国、日本和欧洲的汽车排放法规形成当今世界三大汽车排放法规体系。

欧洲经济委员会（ECE）从1960年颁布实施第1项ECE法规，至今已形成109项包括安全、环保、节能三大领域的汽车排放法规体系。1996年起执行欧Ⅱ排放法规，排放法规限值已接近美国过渡低污染车（TLEV）的限值水平，欧Ⅱ法规中不仅在型式认证时对汽车排放限值加严，而且生产一致性检查时排放限值与型式认证的限值相同。2000年执行的欧Ⅲ排放法规，对HC和NOX分别给出限值，在欧Ⅱ基础上将其限值再降低1/2，排气测量方法改为发动机起动后立即采样，同时加严对HC、CO的限制。以前的方法都是在发动机起动后40s才开始采样，而70%的HC都是在起动后125s内生成的，原来起动后40s内不采样，使冷起动时约有30%的排放污染物未测到；还新增如低温冷起动排放试验。2005年1月，欧盟启用“欧Ⅳ”汽车尾气排放标准，要求各成员国修改有关立法，以税收政策惩罚尾气超标的汽车。更加严格的“欧Ⅴ”排放标准，已于2008年实施。

中国机动车污染控制工作始于1979年《中华人民共和国环境保护法（试行）》颁布以后。由于在美、日、欧这世界三大排放标准体系中，欧洲法规在标准的严格程度、道路交通情况等方面相对较适用于中国的实际情况，因此中国在充分吸收欧美的经验后，全面等效地采用了欧盟（EU）指令，在ECE技术内容和部分前欧共体（EEC）法规的基础上形成了中国排放法规体系，颁布了GB18352.1-2001 等一系列国家排放标准，先后达到了欧Ⅰ、欧Ⅱ与欧Ⅲ排放法规的限值，明显缩短了与国外汽车污染物排放标准的差距。但是欧洲从2005年开始实施欧Ⅳ排放法规，就NOX、HC、CO及微粒物质等四种排放限值而言，欧Ⅲ限值分别是欧Ⅱ的71%、60%、53%和67%，欧Ⅳ限值是欧Ⅲ的70%、70%、71%和20%。对照而言，中国现行的汽车污染物排放标准仍落后欧洲8-10年左右。

2005年，我国又颁发了新的标准：《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ，Ⅳ阶段）》（GB18352.3-2005），2007年7月1日实施。新的标准加严了排放限值，其排放量比国Ⅱ标准减少50%以上。

→地下车库空气质量的评价标准

我国衡量和评价室内空气环境质量标准是《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002），该标准规定了室内空气质量参数以及检验方法。室内空气质量参数大致可分为两类，一类是用来评价室内舒适度的参数，如室内温度、相对湿度、空气流速等，另一类是用来评价室内清洁度的参数，如CO、NO2、PM10、菌落总数等。对于停留人员数量不多、停留时间不长的地下车库而言，其室内舒适度的要求不像其他许多建筑类型那样高，一般车库内的环境舒适度即可达到要求；而汽车的发动、行驶和熄火的过程中排放的大量废气，容易充斥着气密性较好的整个车库，不但影响车库内空气清洁程度，而且危害车库内人员的健康。对废气的监测与评价是衡量地下车库空气环境质量的重要内容，而重点在于分析影响地下车库空气清洁度的污染参数。

此外，地下车库空气质量应达到中华人民共和国卫生部《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2.1-2007）规定的人体短时间接触的质量浓度标准。

地下停车场的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、苯并芘以及固体颗粒物等。CO主要作用是与人体血液中的血红蛋白结合，阻断血液中氧气的运输；碳氢化合物属于挥发性有机化合物，在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性，对人体有致癌作用；氮氧化物难溶于水，与其他污染物作用会产生光化学烟雾，易于侵入呼吸道深部细支气管和肺泡，使人体出现迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，此外，它还会对中枢神经系统和心血管系统等产生危害作用；二氧化硫可被吸收进入血液并产生对人体有毒害的影响，它能破坏动物体内酶的活性，而影响蛋白质和碳水化合物的代谢，损害肝脏功能，动物试验证明，二氧化硫慢性中毒，人体的免疫系统能力会下降；在含苯并芘的空气环境中长期生活，能引起慢性中毒，空气中的苯并芘是造成肺癌的最重要因素之一，许多国家的动物实验证明了苯并芘的致癌、致畸、致突变作用；有些固体颗粒物可以进入人的呼吸系统，甚至直接进入肺脏的最深部，并在人体内积聚，引起或加重哮喘病，急性呼吸系统症状如咳嗽、呼吸困难或呼吸疼痛，以及慢性支气管炎，对老年人和儿童的危害尤为明显。另外，有的汽油内加有四乙基铅作为抗爆剂，致使排出的尾气中含有大量铅成分，其毒性比有机铅大100倍，对人体的健康和安全危害很大。所以地下车库内污染物一旦超标，会对人体健康产生恶劣的影响，必须将其及时排出。

→汽车在地下车库更能“排毒”

在地下车库中，汽车的运行与在地面上有所不同，在车库内车辆主要是进行启动、加速等怠速运转，而汽车尾气中含各组分浓度与行驶速度有很大关系。

由表格可见，地下停车场中一氧化碳是主要的污染物。实测结果表明，汽车排放的NOX浓度最高的只高于规定的2倍，而CO浓度的最低值（进口小汽车）也要高出规定的数百倍。因此，目前对地下车库的研究中通常以CO为标志监测物，认为当CO浓度满足标准时，其他污染物浓度也会满足标准。

我国《工作场所有害因素职业接触限值》规定了CO的浓度限值：加权8小时（8h）平均允许质量浓度为20mg/m3；短时间15分钟（15min）接触质量浓度为30 mg/m3。而我国《室内空气质量标准》规定CO浓度限值1小时均值为10mg/m3。

上表《国内外部分地区地下车库的CO浓度测试结果》列出了国内外地下车库采取通风换气的防治措施后CO浓度的监测情况。可以看出，国外地下车库的通风系统的良好运行，对车库内CO浓度的稀释起到了明显的效果，换气次数较大的车库中，CO的质量浓度基本上都控制在30mg/m3以下，达到《工作场所有害因素职业接触限值》规定的人体短时间接触的质量浓度标准，但是并未达到《室内空气质量标准》。而表格显示大部分国内地下车库采取的通风换气次数不明或根本未运行通风系统，而运行通风系统的广州地下车库中CO浓度高达152（平均值）±23.2（标准差）mg/m3，远远超过室内CO的浓度限值。

地下车库空气污染治理的常规手段

→必须进行有效的通风换气

针对地下车库空气污染问题，通常采用通风的方法来进行防治，即在地下车库内合理安装通风系统，通过风机运行，对空气平行方向的流动产生扰动，利用气体的非稳定流动，达到在室内通风换气的同时稀释空气污染物浓度的效果。关于通风，一是通风量的确定计算和风机选用，二是气流组织方式。只有确定最佳通风量，合理布置送、排风口的位置，才能以最低的能耗达到最有效的通风效果。

美国依据ASHRAE的标准对地下车库的通风量规定的为7.5L/ s·m2，其他国家和相关机构的规范对通风量的规定也不尽相同，差别较大。国内在这方面的研究主要集中在通风量的计算，但目前国家有关部门尚未制定出正式的设计计算公式，在工程设计中，一般是设计师根据个人经验，按大的建筑类型作类比设计，主要依据《汽车库建筑设计规范》与《全国民用建筑工程设计技术措施》。我国《汽车库建筑设计规范》规定：地下汽车库宜采用室内空间上、下两部分设置排风口，即上部空间设排出风量的1/3-1/2，下部空间设排出风量的1/2-2/3计算，新风口宜设在主要通道上。

诱导通风系统，又称为活塞式换气系统，是借助喷嘴高速喷出的少量气体来诱导及搅拌周围大量空气，并带动至特定的目标方向。最早由瑞典Flaki公司开发，在导引风机箱上安装小直径的螺纹风管，实现中压送风，由喷嘴送入室内，由于风速较高，在喷嘴四周产生诱导送风作用。在20世纪90年代，瑞典的ABB公司为适用低空间应用，设计并推出了第一代单体风机箱式射流诱导通风系统，取消了主管道，即风机箱上直接安装三个喷嘴，于1997年分别在中国台湾和大陆申报并被受理了专利。1999年，日本根据实际经验，研发了第二代单体风机箱式射流诱导通风系统，共增加可更换位置的8个开孔喷嘴，能将箱体上的三个喷嘴任意调换位置，改变其喷嘴方向，以满足设计时的不同需要，并在中国等国取得了专利权。第三代系统采用中速喷射诱导气流，更适合低空间的应用。近10年来，诱导通风系统在欧美，日本、韩国等国家和中国台湾等地区地下车库及车间、体育馆、仓库中大量使用，目前也已在北京、上海、广州、南京、大连、哈尔滨等城市逐步推广使用。

近几年诱导通风系统在车库通风设计中被广泛应用，通过工程实例或CFD模拟，认为诱导通风系统与常规系统相较，具有布置灵活、能有效控制气流方向、消除通风盲区、节省风机能耗、减少土方开挖及日常维护（如清灰、补漏）费用等，并具更佳的通风效果。也有学者提出在一些高层建筑的地下车库采用该种通风方式就不一定是最佳方案，首先，诱导射流这种通风方式的主要优点之一就是降低车库的层高，减少土建的造价，但根据结构专业相关规范，对于高层建筑地下部分的最小层高是有规定的，这样采用诱导通风对减小层高并无帮助；或者采用诱导射流通风虽可不设置送风管道，但仍需设排烟管道，而且又增加了许多诱导器，其总造价要远远高于所设置送风管道的造价；此外，诱导射流能起到扰动气流的作用，但并不起传输作用。

→采用CIO2空气消毒剂进行消毒

由于太阳光线难以照射到地下车库，地下车库细菌、真菌在密闭性较好的空间内容易滋生，严重时会导致传染性疾病的传播，从而威胁到车库人员的健康。

针对地下车库易滋生细菌、真菌的问题，常采用CIO2空气消毒剂对污染空气进行消毒。CIO2是一种高效、广谱、安全的消毒剂，应用范围很广。国家卫生部在《传染性非典型肺炎医院感染控制指导原则（试行）通知》中将ClO2列为空气消毒剂。经过多年来应用ClO2对坑道空气微生物消毒试验已取得较好的效果。

地下车库环保之路

尽管我国在地下车库通风系统的理论研究和实践设计上取得了较大进展，但是对于地下车库空气污染与防治的研究尚比较缺乏。结合目前我国地下车库环境污染与防治研究中存在的问题与实际需要，今后我国地下车库空气污染与防治研究的重点在于以下几个方面：

1、强化地下车库的环境保护意识。通过在居民社区、停车场等场所张贴地下车库环保主题海报、环保标语、新闻广告宣传等形式，不断传递环境保护理念，引导人们重视地下空间的环境保护，鼓励学者深入研究地下车库的环境污染与防治问题，完善理论体系，拓展研究思路。通过全民参与，提高对地下车库环境保护工作水平。

2、健全物业管理条例，加强地下车库的环境管理。重视地下车库的环境保护问题，将其环境管理工作加入到物业管理条例，明确物业管理在环境管理方面应尽的职能与义务，做到个人管理与部门监督并举，同时达到出现环境问题时可采取相应解决措施与及时反馈的效果。

3、建立环境质量监测系统，完善技防设施配置。基于智能化停车场管理系统通过电脑管理来实现车辆出入管理、自动存储数据等功能的设计理念，针对地下车库环境质量的控制可研究出，通过监测车库内多个布点，结合电脑信息管理技术，自动统计各个布点的环境质量监测数据，分析监测值是否达到标准，实现对地下车库环境质量进行全过程自动化的实时监控，辅助效率低、安全性差的传统人工管理与监测的办法。

4、进一步明确环境质量标准与监测技术规范。根据我国目前已颁发实施的相关标准与规范，针对地下车库的建筑特点与环境特征，选取或制定适合于地下车库环境评价研究的标准与规范，进一步明确地下车库内各污染物浓度国家标准与监测技术规范，以提高监测数据的可对比性，为车库内环境质量状况分析提供统一的参照标准，有利于地下车库环境质量的控制与长期研究。

5、因地制裁，合理防治。根据地下车库的类型、大小、出入口方位布局等不同，采取多样性合理防治措施。例如，根据地下车库能够容纳的最大停车数量的多少采取不同功率的通风工程，停车数量越多，则采取越大的换气次数、增加送排风口数量。车辆进出公共地下车库高峰时段污染物浓度明显高于一般时段，所以在高峰时应最大限度地利用机械送排风系统。地下车库的排风机房在地面排风口的朝向应尽量避免直接面对邻近建筑物或公共活动场所；若不得不朝向公共活动场所，则应控制排风口距离室外地坪的高度，并做消声处理与空气净化措施。

6、引进新型环保材料。地下车库空气质量问题令人堪忧，采用的通风系统可以使车库内外的空气相互流通，从而库内空气污染物浓度得到稀释，以缓解车库内的空气污染所带来影响，但这种措施只是治标不治本，只降低了空气污染物浓度而并未减少空气污染物的质量，甚至常常存在输入的通风量不够充足而使得车库内空气污染物的浓度达不到标准的情况，因此必须研究出从根本上解决空气污染问题的防治措施。新型环境净化材料是目前环境保护研究的重点方向之一，将不需要耗能即可净化排放在空气中的有害气体的材料与技术应用于地下车库，以车库地面材料为载体，负载净化材料组分，充分吸收汽车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染气体，实现对汽车尾气的二次净化。

（作者单位：武汉理工大学资源与环境工程学院）