多层地下停车场通风系统设计改进探索

丁春雷 吴瑞 项原驰 李童

摘 要：该文利用CFD 数值模拟，对地下停车场的排烟通风系统进行了研究。由于机动车的一氧化碳排放量受环境温度影响较大，提出了根据温度计算地下停车场通风量的方法。通过对北京四环宜家家居的地下停车场的运行情况进行调查与测试得知，多数情况下，热压作用形成的自然通风量较大，基本能满足地下停车场的通风要求，并通过CFD模拟得到验证。

关键词：地下停车场 通风系统 CFD模拟 热压 排烟

中图分类号：tu2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0057-01

当前，为了解决城市内汽车数量的剧增和停车场地严重不足的矛盾，大中型高层建筑都设有底下停车场，以满足其自身使用者的停车需要。而地下停车场属于地下建筑，具有封闭性的特点，如何解决好地下停车场的通风和防排烟设计就成了地下停车场设计的一个重要问题。如果这个问题解决不好，将极有可能给地下停车场的人员带来人身伤害，且地面上层建筑也会受到波及，形成巨大的安全问题。

1 本文研究主要内容及研究特点

本文基于地下停车场的通风要求，综合考虑安全有效、经济合理的基本要求，从风管布置、分区设计、风机选择等方面对地下停车场通风系统进行改进设计。

本文以北京四环宜家家居的地下停车场作为实际操作对象，对其地下停车场的通风系统进行改进设计，形成改进方案。本文通过实验方法对地下停车场的运行状态进行现场测试，分析测试结果，并利用统计理论对测试结果进行统计分析；对地下停车场的通风量进行优化，并通过CFD理论，模拟地下停车场的气流速度分布、烟气或CO浓度分布、温度分布，寻找气流与烟气的流动规律。

2 地下停车场通风的数值模拟

根据流体力学，针对地下停车场的通风防排烟进行CFD模拟。针对北京宜家家居的地下停车场模拟分析与验证其自然通风情况，分析自然通风的可能性与其效果。为了确定用于地下停车场的通风防排烟形式，根据一些经典的机械排烟通风模型，对其气流的分布特性进行具体分析与相互对比，优化排烟和通风方案。

2.1 机械通风模型的建立

针对带有地上建筑的地下停车场，其扩散通道以及不可预见因素非常多，模型的建立较困难。本文针对北京宜家家居地下停车场的实际模型进行简化处理，去掉地下停车场端部的附属区域，地下停车场内尺寸（X×Y×Z）为 250×4×300m。

采用可以专门的零室内湍流模型，进行室内空气流动的模拟分析，在暖气通风工程上应用方便、实用，并可节省用于计算的资源，它用以下公式计算湍流粘度：

（1）

通过边界表面的对流换热系数计算传热量：

（2）

这里：

（3）

该模型可以应用于理想情况下室内空气流动的预测，可以进行自然情况下的对流以及置换通风的模拟。

2.2 机械通风模型的边界条件

设置地下停车场外空气温度，不设置流量等其他边界条件。将周围土壤与地下停车场接触的部位看作绝热墙体，而将地下停车场顶部的楼板按稳定传热计算。由于热压是自然通风的驱动力，启动重力向量因素，需输入进行操作的压力和进行操作的密度。

2.3 设定模拟中的相关参数

在本次模拟中，能量方程的收敛标准为：10-7，流动方程的收敛标准为：0.001，收敛标准反应了模拟计算的精度。

2.4 模拟结果分析

由FLUENT模拟分析结果可知：按稳态流动计算的条件下，截取壁面切应力分布图、速度场分布图、压力场分布图可以看出，入风口处空气流速最快，并以所设四个出风口呈现对称分布。

整个地下地下停车场内空气风速由加设机械通风之前的1.5 m/s变为2.7 m/s，空气中CO更换速度由之前的每秒 30×10-6mg左右变为约为每秒35×10-6 mg，压力场减小，地下地下停车场中的CO浓度明显下降，加设机械通风对整个通风有明显的改善效果，符合预期。

2.5 机械通风性能分析

改进后地下停车场顶棚设置排风管道，机械排风与自然补风位于立体对称方位；与机械送风系统比较，自然补风系统的通风效果较好，其通风效率最大。在自然通风已经能基本满足法律规定及人体健康所需的基础上，通过机械排风，使地下停车场内的CO等有害污染物浓度达到更高标准。

3 结语

由于各种条件的限制，该文关于地下停车场的排烟通风系统的研究工作还需在以下方面展开更深入的研究：利用自然通风的原理，设计出自然通风竖井，最大限度利用自然通风，并且避免地下污染物扩散到地上建筑内，并造成新的污染。

由于所测试的地下停车场通风排烟系统没有全部打开，无法对全部的 CFD 模拟结果进行具体验证，随着测试范围的增大，完成对现场实际具体的地下停车场通风与排烟系统运行状态的实验验证与模拟。

参考文献

[1] 马仁民.通风的有效性与室内空气品质[J]，暖通空调，2000，32（5）：20-23.

[2] 刘巽俊.内燃机的排放与控制[M].北京，机械工业出版社，2003：267-277.