参考新西兰规范分析国内车库通风量计算法

罗雅蕾 邓辉

中船第九设计研究院工程有限公司

0 引言

目前国内对于地下车库通风的计算方法较多，各种算法下的计算结果在数值上具有一定的差异，其中有三种方法是在设计中广泛采用的，分别为换气次数法，机动车数量法以及浓度稀释法[1-2]。

本文借鉴某新西兰项目，按新西兰当地规范中的车库风量计算方法，通过对其计算方法的理念，相应公式以及计算结果，与中国常用的车库风量计算法得到的计算结果进行对比，从而分析国内目前所采用的计算方法的特点。

1 新西兰风量计算方法及公式分析

根据文献[3]，新西兰计算方法的理念为保证车库内CO 浓度不超过规范允许数值。

车库内的CO 的产生由两部分组成：停留在该车库的车辆启动并到达出口这段时间内产生的CO。从该车库以外的区域经过该车库到达出口的时间段内产生的CO，则可表达为下式：

式中：Y 为车库内1 小时CO 的排放量，g；Y1为1 小时内停泊在该车库内的车辆到达出口时间内的CO 排放量，g/h；Y2为1 小时内停泊在该车库以外区域的车辆经过该车库到达出口时间段内的CO 排放量，g/h。

对于式（1）中的Y1，有如下表达式：

式中：Y1S为1 小时内停泊在该车库内的车辆启动时间段的CO 排放量，g/h，根据式（3）计算；Y1D为1 小时内停泊在该车库内车辆行驶至出口时间段内的CO 排放量，g/h，根据公式（4）计算。

根据文献[3]，车辆的启动时间为0.5 min，经过0.5～1.5 min 从该车位行驶至出口，而车辆引擎启动后，第一分钟内的平均CO 排放量为25 g/min，第二分钟内的平均CO 排放量为16 g/min，故有如下关系式：

式中：n1为该车库的车位数；gF为单位车辆启动后第一分钟平均CO 的排放量，g/min，根据文献[3]，取25 g/min；tS为车辆启动时间，min，根据文献[3]，取0.5 min。P 为1 小时内车辆使用系数，根据文献[3]表格选取，本文对该表进行翻译摘录，见表1。

表1 新西兰车库使用系数P 选取表

Y1D则可由下式计算：

式中：gS为单位车辆启动后第二分钟平均CO 的排放量，g/min，根据文献[3]，取16 g/min；tDF为车辆行驶至出口过程中，处于车辆启动后第一分钟内的时间，min，根据文献[3]，取0.5 min；tDS为车辆行驶至出口过程中，处于车辆启动后第二分钟内的时间，min，可由式（5）计算。

式中：d1为该车库内停泊各车辆行驶至出口的平均距离，m；u 为车辆行驶速度，m/min，根据文献[3]，取100 m/min。

对于式（1）中的YB，根据文献[3]，停泊在其他区域，经过该车库的车辆在行驶时，均在引擎启动的第二分钟内，故有如下表达式：

式中：n2为从其他区域经过该车库到达出口的车辆数；d2为从其他的区域经过该车库到达出口的车辆在该车库内行驶的平均距离，m。

通过式（1）～（6），可得到车库内CO 的排放量的表达式可为：

按下式进行单位换算：

式中：C 为车库内CO 的排放量，L；22.4 为气体摩尔质量，L/mol；M 为CO 的摩尔质量，g/mol，取28 g/mol。

则车库需要的排风量可通过下式计算：

式中：L 为稀释CO 所需排风量，L/s；COA为1 h 平均CO 允许浓度，ppm，根据文献[3]，取60 ppm；COE为环境CO 浓度，根据文献[3]，取环境CO 浓度峰值，为单位换算系数。

经过计算，稀释CO 所需排风量为：

对式（10）进行取整（0.94≈1）并考虑到15%的余量系数，则可得到与文献[3]中要求相一致的车库排风量计算公式：

式中：LN为新西兰计算方法下车库排风量，L/s。

2 工程概况及计算

2.1 工程概况

对某新西兰项目中的车库，分别按新西兰及国内算法进行计算。该大楼为零售、办公及五星级酒店的商业综合体。其中，B6～B3 层均为地下车库，每层建筑面积约为3200 m2。各层车位数，层高分别是：

B6：68 个车位，3.1 m 高

B5：67 个车位，3.1 m 高

B4：68 个车位，3.1 m 高

B3：67 个车位，3.1 m 高

车辆需经过在其上方的各层车库从而到达某一层车库内的指定位置。

2.2 计算过程及结果

2.2.1 新西兰计算方法

由于该大楼的主要功能介于商业及零售之间，故取使用系数P=0.6，其余数据根据上述条件选取，则按新西兰算法排风量计算过程及结果见表2：

表2 新西兰算法车库排风量计算表

2.2.2 国内计算方法

按换气次数法计算排风量计算过程及结果见表3，计算公式见文献[1]：

表3 换气次数法车库排风量计算表

按商业建筑，选取单台机动车排风量为500 m3/h，机动车数量法计算排风量计算过程及结果见表4（计算公式见文献[2]）：

表4 机动车数量法车库排风量计算表

按浓度稀释法计算时（计算公式见文献[2]），由于各参数选值不同（工况1：k=0.5、t=2 min、m=0.02 m3/min、y0=2 mg/m3；工况2：k=1.2、t=6 min、m=0.025 m3/min、y0=3 mg/m3），所得风量值将会差异较大，见表5：

表5 浓度稀释法车库排风量计算表

3 分析与讨论

根据上述所提及的各种计算方法，对所得的风量结果进行汇总，见表6：

表6 各计算方法排风量汇总表

由公式分析可得，在计算过程中，由于两国背景不同，主要有以下几点差异因素：

a）允许CO 浓度标准不同：新西兰允许CO 浓度为60 ppm；国内规范允许CO 浓度为30 mg/m3（24 ppm）（文献[2]、文献[3]）。

b）环境CO 浓度的基准取值不同：新西兰选用峰值CO 浓度9 ppm；国内规范要求CO 浓度为2～3 mg/m3（1.6～2.4 ppm）（文献[2]、文献[3]）。

c）车库使用情况不同：由于新西兰人口稀疏，而国内人口密集，其次，新西兰对于无碳出行的普及程度高于国内，故而，在车库使用情况上，国内车库的使用率可能高于新西兰的车库使用率。但根据目前文献[3]中给出的P 值数据（见表1），新西兰对于车库的使用率设定值有保守估计的可能性，故该使用率与国内情况难以进行具体比较，故在此不作数据性分析。

鉴于第a、b 两点差异，故对表6 中数据LN进行修正，结果记作L’N。其中修正系数(60-9)ppm/(24-1.6)ppm≈2.3。

表7 修正后排风量对比表

结合各计算方法的算法机理以及相应的计算结果，可得到如下结果：

1）新西兰在车库通风计算方法上与国内的浓度稀释法的根本理念是一致的，即控制一定的允许CO 浓度，但两者对于CO 浓度产生的算法有差异：新西兰算法中将CO 浓度的产生主要分成了两部分，一部分为本车库的汽车从启动到驶出车库所产生的CO，另一部分为本车库以外的车辆行驶经过本车库所产生的CO。这一算法使得第二部分非停泊在本车库的车辆造成的影响也能在公式中具体体现。国内的浓度稀释法则主要考虑了本车库内的汽车造成的影响。

2）根据换气次数法及浓度稀释法计算所得的数据，从而进一步可得，在这算到国内目前规范规定的CO 允许浓度情况下，对于单层车库所得到的的计算值与新西兰算法所得到的计算值趋于一致。但对于多层以上的情况，国内三种算法均小于新西兰算法。这是由于新西兰算法中包含了为本车库以外的车辆行驶经过本车库所产生的CO。这一部分在计算机理上是合理的。虽然系数k，即车位利用系数，取值范围在0.5～1.2（文献[1]），但根据计算结果显示，是不足以包含这一部分所需要的排风量的，这一问题在地下层数越多的情况下，尤为明显。

3）计算数据还表明，机动车数量法的结果远小于新西兰按国内CO 允许浓度下的风量计算结果，而对比国内其他两种算法，该算法的计算结果也偏小。

因此，结合以上数据结果，可得到各计算方法的特点如下：

1）机动车数量法不能作为有效控制室内CO 浓度从而达到通风效果的计算方法。

2）换气次数法适用于在设计的前期过程中，由于停车数、车库规模及使用情况均无法确定，对于单层的车库，可快速地给出具有指导意义排风量估算值。

3）稀释浓度法有点在于对以控制CO 浓度为基准的各类车辆的封闭场所均有效，能对车库的实际情况提供针对性计算。当实际的环境CO 浓度有不同或者车辆、燃料性能有了变化，也可以通过更改相应参数而计算出该情况下的风量。又如车库的使用情况可通过对车辆使用系数的调整以计算出恰当的风量。

但该方法亦存在一些问题，对于各项参数的选取的要求也就比较高。对设计人员而言，需要对于各种参数的把握有一定精准度，即需要一定的经验累积以及分析，建议规范编写时可以对各种各参数的选取情况进行研究分析，从而列出不同情况下的参数选择情况，对于设计将会有很大的指导意义。

此外，目前规范现行的取值可满足单层车库情况的风量计算，对于类似于本项目中的这类每层需要经过其上的各层车库方可以达到室外的车库，在不修改计算方法以及规范要求的允许CO 浓度前提下，建议对各类参数进行修改。

而对于车库内所允许CO 浓度，新西兰当地的要求为60 ppm（文献[3]）。故国内要求的30 mg/m3（24 ppm）（文献[1]）是否有调整的空间。

由该计算方法需要知道停车数、车库规模、车库使用情况，故而对建筑的信息输入的需求较高，不适用于方案、初步阶段，建筑信息比较模糊的阶段。

4 结束语

本文针对某新西兰项目按新西兰当地规范中的车库通风量计算方法以及国内的机动车数量法，换气次数法以及浓度稀释法，分别计算所需的车库通风量。以数据计算结果为基础，对比新西兰规范的计算机理与国内三种计算方法的计算机理，从而可参考新西兰规范中的计算方法对比分析国内计算方法的特点。

相应得到机动车数量法所得结果无法提供有效的通风效果，换气次数法仅适用于项目初期进行风量估算，而稀释浓度法则可提供更准确且适应项目情况的有效通风风量。

同时，在研究中发现，稀释浓度法存在的一些问题，如各种参数选择困难、对多层车库未计入非本层车库内停车的同行车辆未表征，浓度限制取值恰当性等，因此建议规范编写时可以对各种参数的选取情况进行研究分析，从而列出不同情况下的参数选择情况，对于设计将会有很大的指导意义。