地下汽车库诱导通风系统设计与应用
0前言
在城市化的进程中,地下汽车库以其节约城市用地、管理集中、有效缓解城市停车难等优势越来越受到青睐。但在使用中,因受条件限制通风不畅,汽车库尾气中的有害成分(主要是CO、NOx和CmHn)不能及时散发,油蒸汽积聚不易扩散,容易引发火灾、爆炸事故,存在安全隐患等。如何改善地下汽车库恶劣的空气环境,防止和减少火灾危害,并有效降低工程投资,是业主和设计单位关注的重点。根据相关研究,如果能将尾气中CO稀释到容许浓度,其它有害成分就可达到充分的安全程度[1]。而喷射导流通风系统(以下称诱导通风系统)能确保车库良好通风换气,无需通风管道、可有效降低车库层高,节能、节约投资等已经得到广泛的应用。
1诱导通风系统概述
1.1诱导通风系统的基本原理
当空气从直径D0的喷口以速度V0射入一个不受周围界面限制的空间内扩散时,则形成自由射流。诱导通风系统喷嘴射出的气流可视为等温自由圆射流,在惯性力作用下,射流将保持流动方向向前流动(如图1)。
由于射流边界与周围介质间的紊流动量交换,周围空气被持续卷入,射流范围(射流直径)不断扩大,流量沿射程方向不断增加,而射流断面的速度场从射流中心开始逐渐向边界衰减,并沿射程不断减小。根据动量守恒定律Q0V0=QXVX,各断面的总动量保持不变,在理论上射流的宽度会一直增至无限大,诱导风量QX也会增至无限大,各点速度VX将减至无限小,但在实际环境中使用时受许多非理想条件,如建筑物中梁、板、柱类障碍物和来自各方向的其它自然气流的影响,当射流的中心速度衰减至某一速度V时必须由另一喷嘴来接力,从而形成持续的气流卷吸和导引作用,使整个作用空间产生持续流动的速度场。图2为某产品喷流射程与速度分布示意图(喷口直径80mm,喷口速度18 m/s)。
1.2诱导通风系统的组成
诱导通风系统包括送风风机、诱导风机(多台)和排风风机,其中诱导风机由超薄箱体、低噪音前向多翼离心风机、可任意调节方向的喷嘴三部分组成。系统的流程是由送风风机提供清洁空气源,诱导风机将其与室内污染空气进行混合,并沿预定的方向流向排风口,由排风机排出车库。其系统布置如图3所示。
1.3诱导通风系统的特点
1.3.1节省空间,减少工程投资
一般诱导风机箱体仅250mm高,可在梁间布置,直接吊挂于楼板下,有效降低设计层高约400mm以上,减少地下工程开挖和浇筑混凝土等施工费用,降低投资;避免了风管与其他管线(电缆桥架、消防喷淋管道等)的交叉问题,也使车库内空间开阔,布局简洁美观。
1.3.2施工简单,安装灵活
诱导风机体积小,重量轻,无需接管;安装形式灵活多样,纵吊、横吊、壁挂均可;单相220 V电源,配线简单。
1.3.3管理方便,节省运行费用
由于无通风管路,送、排风风机所需风压降低,电机功率随之下降,有效解决运行费用高的问题,避免采用传统通风系统形式,业主或物业分时段运行、甚至不运行带来的车库内部空气质量差的矛盾;诱导风机采用高效低噪声风机、消声箱和符合空气动力学特性曲线的高速喷嘴,噪音降低;采用无油式轴承电机,无需定期添加润滑油,维修量小。
1.3.4通风效果好
在地下汽车库的设计中一般考虑到CO比重(标况l.25kg/m3)与空气(标况l.293kg/m3)相差很小,加上引擎发热(尾气温度达100~150℃),气流易停滞在上部,而汽车引擎空转时在下部排气,且油蒸汽比空气重,所以排风管道一般按室内上、下两部分别设置,上排1/3~1/2,下排1/2~2/3 [1],且多个风口均匀分布。一旦气流组织欠佳,容易产生尾气滞留的现象。诱导通风系统能够有效扰动周围空气,增加车库上、下部气流紊动,有利于排除车道两侧的有害气体,不易产生死角,空气品质好;喷嘴方向可以随时调整,以适应不同的建筑形式;室内空气分布均匀,有害物经稀释后平均浓度降低,仅靠诱导风机单独运行(送、排风风机停止运行)也能使室内空气流动,避免出现局部空气质量恶劣的情况。
1.4诱导通风系统布置的原则
1.4.1合理设置主干线
为设置出稳定的活塞式空间,要因地制宜,根据工程实际形状及进、排风口的部位,先设置主干线,再设置辅助喷嘴对空气进行搅拌,避免污染物在近地面处积聚、产生死角。综合考虑车位的分布和车尾(污染物排放处)的方向来布置喷嘴,尽可能使清洁空气主流位于主车道上,及时稀释汽车入库过程中尾气排放的有害物。
1.4.2防止气流短路
由于地下车库中送、回风竖井的布置受地面建筑等许多因素制约,有时送、排风口相距很近,这时就需要利用喷嘴来虚拟分隔,设置好流程,防止短路。
1.4.3选择相应的喷射角度
在布置喷嘴时应考虑因层高不同而调整 喷嘴的安装倾角(与水平面夹角),如层高h ≤ 4m则取15°;4
1.4.4诱导风机的间距设置
“以允许的射流最小边界速度来确定作用宽度,以允许的最小核心速度来确定射流接力长度”来确定布置间距,这两个控制参数即可确定单个射流的作用面积。不同的产品、不同的应用场所有不同的布置参数,要避免以往纯粹按单个诱导风机的作用面积来布置的现象,应结合具体情况分析确定。
1.4.5对电梯间保护
电梯间及其前室为车库中人员停留时间最久的区域,应对电梯间或其它的入口进行特别考虑。
2工程实例
2.1工程概况
某区人防工程地下共二层,处在老城保护的居民区,紧挨民房和道路,开槽深度受限。其地下一层局部设为单位内部小型停车库,仅东面外墙带有采光窗,长35m、宽29米,层高为2.7m,梁下净高2.2~2.3m,建筑面积约960m2。鉴于车库处于居民区,没有修建出入车道的空间,设计时采用电梯出入口。
2.2系统设计
该车库受地面建筑(仿古建筑式平房)影响,主次梁很不规则,车库部分层高较低(梁下净高2.2~2.3m),加上消防自动喷淋管、电缆桥架交叉,若采用传统通风系统势必会使室内净空高度低于2.2m,根本无法满足《汽车库建筑设计规范》的最小净高要求[2],而且满布管道会使整个车库显得拥挤压抑,因此通风设计时采用诱导式通风系统。
该车库面积小于2000m2,根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》[3]的要求和甲方的建设意向书,未设排烟系统。一层车库部分为独立的1个防火分区,并结合工程实际,将车库进风竖井与地下人防系统合用,设置独立通风系统。当车库内发生火灾时,诱导风机关闭,同时风机停止运行;或当送风温度超过70℃时,送风机入口处的防火阀自动关闭,同时排风机、诱导风机停止运行。平时送、排风机开启(或送风机分时段开启),送风通过诱导风机高速喷出的气流带动周围空气,使大量清洁空气与车库内污染空气混合稀释后,沿预设方向向排风口流动,经排风机排至工程外。诱导风机参考某厂家样本资料,建议布置时轴心风速控制在0.8~1 m/s左右接力效果比较好。诱导通风系统布置要按送、排风风机的位置、停车方向等来组织气流行程;诱导风机回风口与障碍物的间距不能小于600mm,且前方无障碍物;诱导风机吊装高度以允许最低高度为宜,一般取箱体底部与梁底或管线底部相平。当然,整个喷流导引系统的安排,主要是考虑空气质量的要求和成本控制,须视建筑物的情况而作选择。
结合本工程实际,设计时按北面进风南面排风的通风方式,参考某厂家样本,前后两个喷嘴距离按11m,间距保持在9.5m以内,喷嘴出风口向下安装倾角15°的原则布置,参见图4。该工程经过了3年的实际运行,对业主进行反馈调查时反映运行效果很好,图5为该车库使用中诱导风机的照片。
2.3风量计算
地下汽车库的通风量按稀释废气量计算,鉴于该车库为内部使用的停车库,设计采用5次/h排风量和4次/h送风量[1],详见表1。
2.4设备选型
诱导风机选用AUTO-JIS型送风诱导器,箱体尺寸L600×W500×H250,配220V三速电机,每台带φ80mm×3支喷嘴,喷口风速14~18 m/s,诱导风量36234~90592 m3/h,并可选配时间编程控制或CO感测控制器。各风机根据具体情况进行计算,规格详见表2。
3结论
3.1受客观条件影响或层高较低,传统通风系统布置困难的地下汽车库,可采用诱导通风系统,是一种经济可行的通风方式。北京市建筑设计技术细则(设备专业)[1]中也推荐使用诱导通风方式。
3.2从节能及降低运行成本方面考虑,采用诱导通风方式不仅能减少初投资,也可以适时调节运行台数,降低运行费用;当具备良好的自然进风条件时,如有直接通向室外的车道、疏散出口或设有百叶窗,可以不设机械送风系统等。使节能不仅仅表现在数量的节约,更要看到对高品位能源的节省。
3.3诱导风机的扰动作用,形成了有组织的气流流动,使沉积于车库下部的有害气体随气流向排风口流动,解决了下部排风口设置困难的问题。
3.4由于诱导系统的排烟风管不再兼作排风管,故排烟管内风速可加大至12~20m/s,每个排烟口的覆盖距离可达30米,最终使排烟管的尺寸和布管密度较常规做法大幅减少,可相应的把排烟管布置在室内四周沿墙或其它不占用通行的位置。
3.5实际工程的具体情况可能千差万别,要具体分析,避免盲目性、纯粹按单个诱导风机作用面积进行设计、安装的现象发生。
参考文献:
1.北京市建筑设计标准化办公室.北京市建筑 设计细则-设备专业[M] 北京:北京市建筑设计标准化办公室,2005
2. JGJ 100-98汽车库建筑设计规范[S]
3. GB 50067-97汽车库、修车库、停车场设计防火规范[S]