地下汽車庫通風與排煙系統設計分析

廖喜年

摘 ?要：隨著社會經濟的快速發展，建造地下汽車庫成為現階段建筑設計與建設的重要組成部分，然而，地下汽車庫具有層高低、空間窄、綜合管線布置復雜、空氣品質較差以及火災危險性大等特點。該文通過工程實例分析，對地下汽車庫的通風設計、系統形式和防排煙設計進行深入研究，歸納整理出地下汽車庫暖通設計中一些實際運用的技術措施和具體的實施方案。

關鍵詞：地下汽車庫;通風設計;防排煙設計

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，家用和商用的中、小型汽車數量暴漲，使得停車困難這一問題顯得尤為突出，因此，需要建造地下汽車庫以解決汽車停放與建筑用地日益矛盾的問題。目前，我國的地下汽車庫具有封閉性或者半封閉性的特點，所以地下汽車庫通風與防排煙設計的分析是一個重要的過程，該文就地下汽車庫的通風計算、防排煙計算、補風計算、排煙口計算和系統選擇進行探討，歸納出通風和排煙合用的系統設置方法。

1 工程實例概況

白云火車站周邊設施棠溪村集體公益用房項目位于廣州市白云區，總建筑面積為13 840.00 m2，地下負一層建筑面積為1 724.24 m2，含有地下負一層和地上三層。建筑物性質為二類民用建筑，耐火等級為二級。地下負一層分為2個防火分區;第一個防火分區面積為1 463.70 m2，為地下車庫;第二個防火分區面積為260.54 m2，為消防水泵房和消防水池;地下停車位數為為33輛;地下負一層凈高：3.80 m。

2 系統設計分析

2.1 系統設計的依據

系統設計的依據如下。1）根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范GB50067—2014》8.2.1規定：除敞開式汽車庫、建筑面積小于1 000 m2的地下一層汽車庫和修車庫外，汽車庫、修車庫應設置排煙系統，并應劃分防煙分區。該項目地下汽車庫第一個防火分區面積為1 463.70 m2，按規范要求設置機械排煙系統。2）根據《車庫建筑設計規范JGJ100—2015》7.3.6條文說明：由于機動車庫內含有可燃、可爆、有害氣體，其送、排風系統應與主體建筑的通風系統分開，獨立設置，以避免有害氣體或火災從通風系統引入主體建筑部分。當機動車庫通風系統與其他通風系統合用時，應滿足防火及安全衛生要求。該項目的地下車庫通風系統獨立設置。3）根據《車庫建筑設計規范JGJ100—2015》7.3.9條文說明：當車庫需設置機械排煙系統時，機械通風系統可結合消防排煙系統設置，以節約投資。該項目采用低速通風與高速排煙系統合用的單風機雙速系統。

2.2 地下汽車庫通風計算

地下汽車庫通風的目的是通過自然通風或者機械通風，把車庫中的污染物濃度稀釋到國家規定的容許范圍內，汽車廢氣主要成分是一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOX）等有害物。通過相關規范和資料分析得出汽車廢氣中NOx和CmHn所需的稀釋風量遠遠低于CO所需的稀釋風量。換句話來說：如果通風量能夠達到汽車廢氣中CO所需的稀釋風量，車庫中的其他有害物質也就同樣能夠保證在國家規定值的容許范圍內，因此，采用CO的稀釋風量作為車庫的通風量是合理的，同時，也是國家規范推薦的一種計算方法。

根據《工業企業設計衛生標準GBZ1》規定：“一氧化碳短時間接觸容許濃度為30 mg/m3”。然而，能夠保證CO容許濃度的稀釋風量的計算方法有3種。1）采用換氣次數法計算單層汽車庫的通風量。2）當全部或部分為雙層停放機動車時，宜按每臺車輛的稀釋通風量來計算。3）采用稀釋濃度法計算，第三類計算方法最為復雜，不過計算精確，可以計算出不同時間和不同區域的通風量，比較適合采用變頻控制的通風機使用。

2.2.1 一類換氣法

根據《車庫建筑設計規范JGJ100—2015》7.3.4第1點的條文說明[2]，停放單層機動車的換氣次數下如。1）機動車出入較頻繁的商業類等建筑，按6次/h換氣選取。2）機動車出入一般的普通建筑，按5次/h換氣選取。3）機動車出入頻率較低的住宅類等建筑，按4次/h換氣選取。4）當層高<3 m時，應按實際高度計算換氣體積;當層高≥3 m時，可以按3 m高度計算換氣體積。

該項目為民用建筑3.80 m的單層機動車庫，換氣次數選取5次/h，按換氣法計算：Lq=5×3×1463.70=21955.50m3/h。

2.2.2 三類稀釋濃度法

根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB50736—2012》6.3.8第3點的條文說明[3]：

（1）

式中：L—車庫所需的排風量（m3/h）。

G—車庫內排放CO的量（mg/h）。

y0—車庫內CO的允許濃度，為30 mg/ m3。

y1—室外大氣中CO的濃度，一般取2 mg/ m3～3mg/ m3。

G=M×y （2）

式中：M—車庫內汽車排出氣體的總量（m3/h）。

y1—根據中國汽車尾氣排放現狀，通常情況下可取55 000 mg/ m3。

（3）

式中：n—車庫中的設計車位數。

k—1 h內出入車數與設計車庫位數之比，也稱車位利用系統，一般取0.5～1.2。

t—車庫內汽車的運行時間，一般取2 min～6 min。

m—單臺車單位時間的排氣量（m3/min）。

T1——車庫內汽車的排氣溫度，500+273=773K。

T0——車庫內20 ℃時的標準溫度，273+20=293K。

由于汽車CO的排放與時間、空間、地點（海拔）以及運行時間都有關系，各種因數都會影響CO排風量的計算，因此，我們選擇相對較為準確的計算方法：按該汽車庫全部停放小轎車的工況設計。其平均工況的m值可取

0.02 m3/min～0.025 m3/min臺，該項目取平均值m=0.0225 m3/min。

其中，CO根據廣州地區情況，選取2 mg/m3計算;k按閑時、平時和忙時，選取k1=0.5，k2=0.85，k3=1.2分別計算;t根據小車庫的特點，進出平均距離200 m，按5 km/h=1.389 s，倒車和出車耗時約60 s，得：

將式（3）代入式（2），式（2）代入式（1）得：

通過計算，則得：

閑時L1=6541.27m3/h。

平時L2=11120.16m3/h。

忙時L3=15699.04m3/h。

對于一類和三類計算方法，選取其中最大值為：Lq=21955.50m3/h，實際選取通風風機的日常通風量為

Lt=1.15×Lq=1.15×21955.50=25248.83 m3/h，固定最低風量值。

2.3 地下汽車庫排煙計算

地下汽車庫一旦發生火災，防排煙系統可以在一定程度上起到幫助救援的作用，將火災中產生的煙氣盡可能排出，避免煙氣的大面積擴散，保證人員的安全撤離，減少火災中的傷亡和損失。鑒于該項目的特點，地下室第一個防火分區面積：1 000 m2<1 463.70 m2<2 000 m2，可采用機械排煙方式，設計一套機械排煙系統，并將通風系統融入該系統，進而實現一個低速通風與高速排煙系統合用的單風機雙速系統。該雙速風機具備的特點有：電源采用星三角接法，日常低速運行，風量能夠保證車庫5次/h換氣次數時的通風工況;火情時高速運行，達到最大風量，同時也達到車庫發生火災時的排煙工況。

根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范GB50067—2014》8.2規定[1]：汽車庫、修車庫內每個防煙分區排煙風機的排煙量不應小于表8.2.5的規定。該項目地下負一層凈高H=3.80 m，選取排煙風量Ly=31500 m3/h，實際選取排煙風機的排煙量為Ls=1.2× Ly=1.2×31500=37800m3/h。

2.4 地下汽車庫補風計算

防排煙補風的方式有自然補風和機械補風方式。自然補風可以利用在負一層的汽車坡道、采光天井和半地下外窗等;如果不滿足自然補風的要求，則需要采用機械補風，例如負二層及以下的車庫。由于該項目中地下車庫的實際情況只有單獨的負一層，因此可以利用汽車坡道作為自然補風。1）根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB50736—2012》6.3.8第3點：送排風量宜采用稀釋濃度法計算，對于單層停放的汽車庫可采用換氣次數法計算，并應取兩者較大值。送風量宜為排風量的80%～90%。2）根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB50736—2012》6.3.8第2點的條文說明：地下汽車庫由于位置原因，容易造成自然通風不暢，宜設置獨立的送風、排風系統;當地下汽車庫設有開敞的車輛出、入口且自然進風滿足所需進風條件時，可采用自然進風、機械排風的方式。

采用自然補風要注意：汽車坡道作為補風通道時，為了防止煙氣的蔓延，保證開車的視線，補風通道的風速不宜小于0.5 m/s。該項目適合上述第（2）條要求，地下負一層采用汽車坡道作為自然補風，此時車道面積S=W×H=6×2.8=16.8㎡，復核火情排煙時的進風風速V不宜小于0.5 m/s，則得：車道進風斷面的風速

滿足設計要求。

2.5 系統設置分析

對于同一排煙分區，根據2.2和2.3小節的計算結果，可以分析得出以下系統選用判斷方法。 1）當L3≤Lq，且Lq≤0.4·Ly，一般車庫含梁層高≥2.8m，面積≥1 000m2，該類情況不作分析。2）當L3≤Lq，且Lq≤0.8·Ly，可以選用通風量固定的雙速風機，結合排煙宜選用單風機系統。3）當L3≤Lq，且0.8·Ly

該項目為同一個排煙分區，選用單風機系統（雙速風機）作為日常低速通風和火情高速排煙是最合理的。經過多年的累積經驗和實踐應用，證明了這種單風雙速系統不僅在實際工程設計技術上是可行的，而且在初投資和運營階段也是節省成本和節約能耗的。對于中小型汽車庫，可以根據實際的汽車庫建筑圖紙，靈活采用共用一套或者多套通風與排煙系統。對于大型地下車庫，可以將通風系統和排煙系統分開設置，通風系統選擇通風量變化的變頻風機，而排煙系統選用獨立的定速風機。

2.6 排煙口的設置

排煙口的設置應根據每個防煙分區的地形特點和排煙風量來布置。根據《建筑防煙排煙系統技術標準》4.4.12條：防煙分區內任一點與最近的排煙口之間的水平距離不應大于30 m;并且排煙口的設置宜使煙流方向與人員疏散方向相反，排煙口與附近安全出口相鄰邊緣之間的水平距離不應小于1.5 m;同時，排煙口應設有手動和自動開啟裝置，保證發生火災時，現場能手動或者遠程自動打開排煙風口，并反饋狀態信號到消防中心。當室內有天花時，排煙口上部應緊貼著天花或設在天花上;當室內無天花時，排煙口應設置在儲煙倉以內，并且應設在結構梁的下部。常閉型排煙風口在日常工況時，排煙口應確保關閉，發生火情時則根據消防中心的控制信號同時開啟火情防煙分區內的所有排煙口和相鄰防煙分區的排煙風口，同時聯動排煙風機開啟;當防煙分區內的單個排煙口超過280°時，排煙口應自動關閉。

根據《建筑防煙排煙系統技術標準GB51251—2017》4.6.14規定[4]：機械排煙系統中，單個排煙口的最大允許排煙量Vmax宜按下式計算，或按該標準附錄B選取。

式中：Vmax—排煙口最大允許排煙量（m3/s）。

γ—排煙位置系數。

當風口中心點到最近墻體的距離≥2倍的排煙口當量直徑時，γ取1.0。

dp——排煙系統吸入口最低點之下煙氣層厚度（m）。

將該項目排煙口的尺寸a=1.60 m，b=0.32 m，代入矩形排煙口的當量直徑D=2ab/（a+b）=0.53 m，則2D=2×0.53=1.06 m，

而風口中心點到最近墻體的距離W=2.4 m，因此，γ取1.0;最小清晰度Hq=1.6+0.1×H=1.6+0.1×3.8=1.98 m，然而，側排風口中心高度Hz=2.75，dp=Hz-Hq=2.75-1.98=0.77 m;環境的絕對溫度To=273.15+20=293.15 K;煙層的平均絕對溫度T=To+ΔT=293.15+252.55=545.70 K;代入公式4.6.14，得：

排煙口最大允許排煙量

鑒于該項目的特點，設計時可在支管風管兩邊對稱設置6～8個排煙口，并充分利用空間，采用內嵌入風管側排的方式。

3 結語

地下汽車庫的通風與防排煙設備的設計需要根據實際車庫的空間和密度進行嚴格的計算和布局[5]。該系統的設計關系到整個汽車庫使用環境的優劣情況，關系到所有人們生命和財產的安全。因此，在設計和使用的過程中，我們要嚴格按照規范標準和使用要求進行計算和設計，保證汽車庫能夠正常使用，在火災發生時能夠保證人們順利撤離，并能夠確保火災損失減少到最低。希望通過該文的闡述能為類似的通風與排煙系統工程項目提供參考。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50067—2014，汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2014：30-34.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 100—2015，車庫建筑設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社出版，2015：20-24.

[3]中國建筑科學研究院.GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012：40-43.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 51251—2017，建筑防煙排煙系統技術標準[S].北京：中國計劃出版社，2018：60-65.

[5]孫焰.地下停車庫排煙系統的選擇和使用[J].工程建設與設計，2018，20（10）：116-117.