地下車庫空氣污染與防治研究

劉念

隨著城市化進程的不斷加快、人口數量的日益增長、國民經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，汽車越來越多的作為日常交通工具進入普通家庭。但是由于土地需求增長和城市可用地有限性之間矛盾，使得汽車的存放已成為交通管理和城市環境的一個相當突出的問題。地下車庫以其面積大、充分利用建筑用地、便于集中管理等明顯優勢，逐漸取代以占地空間大、投入成本高、缺乏對汽車日曬雨淋的防護措施等為特點的傳統地面停車場，因此，目前在大型商業建筑和高層住宅建筑中為了解決停車用地緊張的矛盾，與之配套的地下車庫被大量修建。

但是，相對于傳統停車場處于空氣流動性較好的戶外，地下車庫處于封閉或半封閉狀態的特殊性，使得地下車庫的庫內空氣與自然空氣基本處于不流通的狀態。而汽車行駛時向空氣中排放大量對人體有害的廢氣，在氣密性較好的地下車庫得不到空氣流動的稀釋或相應的處理措施而逐漸聚集，造成一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物等污染物濃度大大超標，直接對進入停車場人員的健康產生巨大的威脅，也容易造成油蒸汽積聚而引起爆炸。據哈佛大學公共衛生學院研究顯示，汽車尾氣污染可能造成大腦腺體分泌出現紊亂以及氧化損傷，兒童常進地下車庫會降低智商。而且，地下車庫的密閉或半密閉的空間狀態，造成庫內環境與太陽光線基本處于隔離狀態，造成地下車庫細菌、真菌數以及可吸入顆粒物不斷增加，不但引起地下空間環境污染，而且影響到車庫人員的健康。

在環境日益受到重視的21世紀，人們對生活環境的要求越來越高，能夠有效緩解停車用地緊張的地下車庫建設，是關系到人類未來發展不可或缺的建設之一，而其帶來的對人體健康產生威脅的環境問題也不容忽視。

地下車庫主要污染源：汽車尾氣

為了減少地下車庫內環境污染對人體的危害，世界各國，尤其是發達國家，都在地下車庫環境污染與防治研究中投入了大量工作，并取得一定研究進展。地下車庫空氣污染是由汽車尾氣造成的，汽車尾氣的排放一直以來都是世界各國研究控制的重點。

→汽車尾氣排放標準——從歐Ⅰ到歐Ⅴ

美國和日本從20世紀60年代開始就對汽車排放進行控制，美國排放法規要求最嚴，日本緊跟美國。美國1994年開始執行極其嚴格的低污染汽車法規（LEV）后，美、日之間的距離略微拉開。歐洲控制排放比美、日晚，而且標準要求較松，但是到1992年實施歐洲第1階段（歐Ⅰ）排放法規后，步伐加快，已超過日本，接近美國LEV計劃。美國、日本和歐洲的汽車排放法規形成當今世界三大汽車排放法規體系。

歐洲經濟委員會（ECE）從1960年頒布實施第1項ECE法規，至今已形成109項包括安全、環保、節能三大領域的汽車排放法規體系。1996年起執行歐Ⅱ排放法規，排放法規限值已接近美國過渡低污染車（TLEV）的限值水平，歐Ⅱ法規中不僅在型式認證時對汽車排放限值加嚴，而且生產一致性檢查時排放限值與型式認證的限值相同。2000年執行的歐Ⅲ排放法規，對HC和NOX分別給出限值，在歐Ⅱ基礎上將其限值再降低1/2，排氣測量方法改為發動機起動后立即采樣，同時加嚴對HC、CO的限制。以前的方法都是在發動機起動后40s才開始采樣，而70%的HC都是在起動后125s內生成的，原來起動后40s內不采樣，使冷起動時約有30%的排放污染物未測到；還新增如低溫冷起動排放試驗。2005年1月，歐盟啟用“歐Ⅳ”汽車尾氣排放標準，要求各成員國修改有關立法，以稅收政策懲罰尾氣超標的汽車。更加嚴格的“歐Ⅴ”排放標準，已于2008年實施。

中國機動車污染控制工作始于1979年《中華人民共和國環境保護法（試行）》頒布以后。由于在美、日、歐這世界三大排放標準體系中，歐洲法規在標準的嚴格程度、道路交通情況等方面相對較適用于中國的實際情況，因此中國在充分吸收歐美的經驗后，全面等效地采用了歐盟（EU）指令，在ECE技術內容和部分前歐共體（EEC）法規的基礎上形成了中國排放法規體系，頒布了GB18352.1-2001 等一系列國家排放標準，先后達到了歐Ⅰ、歐Ⅱ與歐Ⅲ排放法規的限值，明顯縮短了與國外汽車污染物排放標準的差距。但是歐洲從2005年開始實施歐Ⅳ排放法規，就NOX、HC、CO及微粒物質等四種排放限值而言，歐Ⅲ限值分別是歐Ⅱ的71%、60%、53%和67%，歐Ⅳ限值是歐Ⅲ的70%、70%、71%和20%。對照而言，中國現行的汽車污染物排放標準仍落后歐洲8-10年左右。

2005年，我國又頒發了新的標準：《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ，Ⅳ階段）》（GB18352.3-2005），2007年7月1日實施。新的標準加嚴了排放限值，其排放量比國Ⅱ標準減少50%以上。

→地下車庫空氣質量的評價標準

我國衡量和評價室內空氣環境質量標準是《室內空氣質量標準》（GB/T 18883-2002），該標準規定了室內空氣質量參數以及檢驗方法。室內空氣質量參數大致可分為兩類，一類是用來評價室內舒適度的參數，如室內溫度、相對濕度、空氣流速等，另一類是用來評價室內清潔度的參數，如CO、NO2、PM10、菌落總數等。對于停留人員數量不多、停留時間不長的地下車庫而言，其室內舒適度的要求不像其他許多建筑類型那樣高，一般車庫內的環境舒適度即可達到要求；而汽車的發動、行駛和熄火的過程中排放的大量廢氣，容易充斥著氣密性較好的整個車庫，不但影響車庫內空氣清潔程度，而且危害車庫內人員的健康。對廢氣的監測與評價是衡量地下車庫空氣環境質量的重要內容，而重點在于分析影響地下車庫空氣清潔度的污染參數。

此外，地下車庫空氣質量應達到中華人民共和國衛生部《工作場所有害因素職業接觸限值》（GBZ 2.1-2007）規定的人體短時間接觸的質量濃度標準。

地下停車場的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、苯并芘以及固體顆粒物等。CO主要作用是與人體血液中的血紅蛋白結合，阻斷血液中氧氣的運輸；碳氫化合物屬于揮發性有機化合物，在一定的濃度下對植物和動物有直接毒性，對人體有致癌作用；氮氧化物難溶于水，與其他污染物作用會產生光化學煙霧，易于侵入呼吸道深部細支氣管和肺泡，使人體出現遲發性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征，此外，它還會對中樞神經系統和心血管系統等產生危害作用；二氧化硫可被吸收進入血液并產生對人體有毒害的影響，它能破壞動物體內酶的活性，而影響蛋白質和碳水化合物的代謝，損害肝臟功能，動物試驗證明，二氧化硫慢性中毒，人體的免疫系統能力會下降；在含苯并芘的空氣環境中長期生活，能引起慢性中毒，空氣中的苯并芘是造成肺癌的最重要因素之一，許多國家的動物實驗證明了苯并芘的致癌、致畸、致突變作用；有些固體顆粒物可以進入人的呼吸系統，甚至直接進入肺臟的最深部，并在人體內積聚，引起或加重哮喘病，急性呼吸系統癥狀如咳嗽、呼吸困難或呼吸疼痛，以及慢性支氣管炎，對老年人和兒童的危害尤為明顯。另外，有的汽油內加有四乙基鉛作為抗爆劑，致使排出的尾氣中含有大量鉛成分，其毒性比有機鉛大100倍，對人體的健康和安全危害很大。所以地下車庫內污染物一旦超標，會對人體健康產生惡劣的影響，必須將其及時排出。

→汽車在地下車庫更能“排毒”

在地下車庫中，汽車的運行與在地面上有所不同，在車庫內車輛主要是進行啟動、加速等怠速運轉，而汽車尾氣中含各組分濃度與行駛速度有很大關系。

由表格可見，地下停車場中一氧化碳是主要的污染物。實測結果表明，汽車排放的NOX濃度最高的只高于規定的2倍，而CO濃度的最低值（進口小汽車）也要高出規定的數百倍。因此，目前對地下車庫的研究中通常以CO為標志監測物，認為當CO濃度滿足標準時，其他污染物濃度也會滿足標準。

我國《工作場所有害因素職業接觸限值》規定了CO的濃度限值：加權8小時（8h）平均允許質量濃度為20mg/m3；短時間15分鐘（15min）接觸質量濃度為30 mg/m3。而我國《室內空氣質量標準》規定CO濃度限值1小時均值為10mg/m3。

上表《國內外部分地區地下車庫的CO濃度測試結果》列出了國內外地下車庫采取通風換氣的防治措施后CO濃度的監測情況?？梢钥闯?，國外地下車庫的通風系統的良好運行，對車庫內CO濃度的稀釋起到了明顯的效果，換氣次數較大的車庫中，CO的質量濃度基本上都控制在30mg/m3以下，達到《工作場所有害因素職業接觸限值》規定的人體短時間接觸的質量濃度標準，但是并未達到《室內空氣質量標準》。而表格顯示大部分國內地下車庫采取的通風換氣次數不明或根本未運行通風系統，而運行通風系統的廣州地下車庫中CO濃度高達152（平均值）±23.2（標準差）mg/m3，遠遠超過室內CO的濃度限值。

地下車庫空氣污染治理的常規手段

→必須進行有效的通風換氣

針對地下車庫空氣污染問題，通常采用通風的方法來進行防治，即在地下車庫內合理安裝通風系統，通過風機運行，對空氣平行方向的流動產生擾動，利用氣體的非穩定流動，達到在室內通風換氣的同時稀釋空氣污染物濃度的效果。關于通風，一是通風量的確定計算和風機選用，二是氣流組織方式。只有確定最佳通風量，合理布置送、排風口的位置，才能以最低的能耗達到最有效的通風效果。

美國依據ASHRAE的標準對地下車庫的通風量規定的為7.5L/ s·m2，其他國家和相關機構的規范對通風量的規定也不盡相同，差別較大。國內在這方面的研究主要集中在通風量的計算，但目前國家有關部門尚未制定出正式的設計計算公式，在工程設計中，一般是設計師根據個人經驗，按大的建筑類型作類比設計，主要依據《汽車庫建筑設計規范》與《全國民用建筑工程設計技術措施》。我國《汽車庫建筑設計規范》規定：地下汽車庫宜采用室內空間上、下兩部分設置排風口，即上部空間設排出風量的1/3-1/2，下部空間設排出風量的1/2-2/3計算，新風口宜設在主要通道上。

誘導通風系統，又稱為活塞式換氣系統，是借助噴嘴高速噴出的少量氣體來誘導及攪拌周圍大量空氣，并帶動至特定的目標方向。最早由瑞典Flaki公司開發，在導引風機箱上安裝小直徑的螺紋風管，實現中壓送風，由噴嘴送入室內，由于風速較高，在噴嘴四周產生誘導送風作用。在20世紀90年代，瑞典的ABB公司為適用低空間應用，設計并推出了第一代單體風機箱式射流誘導通風系統，取消了主管道，即風機箱上直接安裝三個噴嘴，于1997年分別在中國臺灣和大陸申報并被受理了專利。1999年，日本根據實際經驗，研發了第二代單體風機箱式射流誘導通風系統，共增加可更換位置的8個開孔噴嘴，能將箱體上的三個噴嘴任意調換位置，改變其噴嘴方向，以滿足設計時的不同需要，并在中國等國取得了專利權。第三代系統采用中速噴射誘導氣流，更適合低空間的應用。近10年來，誘導通風系統在歐美，日本、韓國等國家和中國臺灣等地區地下車庫及車間、體育館、倉庫中大量使用，目前也已在北京、上海、廣州、南京、大連、哈爾濱等城市逐步推廣使用。

近幾年誘導通風系統在車庫通風設計中被廣泛應用，通過工程實例或CFD模擬，認為誘導通風系統與常規系統相較，具有布置靈活、能有效控制氣流方向、消除通風盲區、節省風機能耗、減少土方開挖及日常維護（如清灰、補漏）費用等，并具更佳的通風效果。也有學者提出在一些高層建筑的地下車庫采用該種通風方式就不一定是最佳方案，首先，誘導射流這種通風方式的主要優點之一就是降低車庫的層高，減少土建的造價，但根據結構專業相關規范，對于高層建筑地下部分的最小層高是有規定的，這樣采用誘導通風對減小層高并無幫助；或者采用誘導射流通風雖可不設置送風管道，但仍需設排煙管道，而且又增加了許多誘導器，其總造價要遠遠高于所設置送風管道的造價；此外，誘導射流能起到擾動氣流的作用，但并不起傳輸作用。

→采用CIO2空氣消毒劑進行消毒

由于太陽光線難以照射到地下車庫，地下車庫細菌、真菌在密閉性較好的空間內容易滋生，嚴重時會導致傳染性疾病的傳播，從而威脅到車庫人員的健康。

針對地下車庫易滋生細菌、真菌的問題，常采用CIO2空氣消毒劑對污染空氣進行消毒。CIO2是一種高效、廣譜、安全的消毒劑，應用范圍很廣。國家衛生部在《傳染性非典型肺炎醫院感染控制指導原則（試行）通知》中將ClO2列為空氣消毒劑。經過多年來應用ClO2對坑道空氣微生物消毒試驗已取得較好的效果。

地下車庫環保之路

盡管我國在地下車庫通風系統的理論研究和實踐設計上取得了較大進展，但是對于地下車庫空氣污染與防治的研究尚比較缺乏。結合目前我國地下車庫環境污染與防治研究中存在的問題與實際需要，今后我國地下車庫空氣污染與防治研究的重點在于以下幾個方面：

1、強化地下車庫的環境保護意識。通過在居民社區、停車場等場所張貼地下車庫環保主題海報、環保標語、新聞廣告宣傳等形式，不斷傳遞環境保護理念，引導人們重視地下空間的環境保護，鼓勵學者深入研究地下車庫的環境污染與防治問題，完善理論體系，拓展研究思路。通過全民參與，提高對地下車庫環境保護工作水平。

2、健全物業管理條例，加強地下車庫的環境管理。重視地下車庫的環境保護問題，將其環境管理工作加入到物業管理條例，明確物業管理在環境管理方面應盡的職能與義務，做到個人管理與部門監督并舉，同時達到出現環境問題時可采取相應解決措施與及時反饋的效果。

3、建立環境質量監測系統，完善技防設施配置。基于智能化停車場管理系統通過電腦管理來實現車輛出入管理、自動存儲數據等功能的設計理念，針對地下車庫環境質量的控制可研究出，通過監測車庫內多個布點，結合電腦信息管理技術，自動統計各個布點的環境質量監測數據，分析監測值是否達到標準，實現對地下車庫環境質量進行全過程自動化的實時監控，輔助效率低、安全性差的傳統人工管理與監測的辦法。

4、進一步明確環境質量標準與監測技術規范。根據我國目前已頒發實施的相關標準與規范，針對地下車庫的建筑特點與環境特征，選取或制定適合于地下車庫環境評價研究的標準與規范，進一步明確地下車庫內各污染物濃度國家標準與監測技術規范，以提高監測數據的可對比性，為車庫內環境質量狀況分析提供統一的參照標準，有利于地下車庫環境質量的控制與長期研究。

5、因地制裁，合理防治。根據地下車庫的類型、大小、出入口方位布局等不同，采取多樣性合理防治措施。例如，根據地下車庫能夠容納的最大停車數量的多少采取不同功率的通風工程，停車數量越多，則采取越大的換氣次數、增加送排風口數量。車輛進出公共地下車庫高峰時段污染物濃度明顯高于一般時段，所以在高峰時應最大限度地利用機械送排風系統。地下車庫的排風機房在地面排風口的朝向應盡量避免直接面對鄰近建筑物或公共活動場所；若不得不朝向公共活動場所，則應控制排風口距離室外地坪的高度，并做消聲處理與空氣凈化措施。

6、引進新型環保材料。地下車庫空氣質量問題令人堪憂，采用的通風系統可以使車庫內外的空氣相互流通，從而庫內空氣污染物濃度得到稀釋，以緩解車庫內的空氣污染所帶來影響，但這種措施只是治標不治本，只降低了空氣污染物濃度而并未減少空氣污染物的質量，甚至常常存在輸入的通風量不夠充足而使得車庫內空氣污染物的濃度達不到標準的情況，因此必須研究出從根本上解決空氣污染問題的防治措施。新型環境凈化材料是目前環境保護研究的重點方向之一，將不需要耗能即可凈化排放在空氣中的有害氣體的材料與技術應用于地下車庫，以車庫地面材料為載體，負載凈化材料組分，充分吸收汽車排放的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物等污染氣體，實現對汽車尾氣的二次凈化。

（作者單位：武漢理工大學資源與環境工程學院）