（环境工程专业论文）地下汽车库co污染情况及排风系统的实验研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 地下汽车库的汽车尾气污染物以c 0 危害最大。为了保证车库内的良好的窄 气品质与节约能源，需要确定合理的排风量和排风方式。本文利用理论计算、 实验测试的方法，对地下汽车库的排风系统进行了研究。 由于发动机的c 0 排放量受环境空气温度影响较大，本文提出了根据环境温 度计算地下汽车库排风量的方法。 充分考虑汽车在地下汽车库内的实际行驶状况，本文比较了上排风与上下 同排这两种排风方式的在各种实验情况下c 0 与c 0 2 在高、低两处的浓度的增幅 关系，以及c o 浓度在高、低两处的关系，得出c 0 与c 0 2 在车库内的垂直高度 上均匀分布，没有出现明显的分层现象；分析了c o 浓度在垂直高度上随时间的 变化，得出上排风在消除污染物的速度方面与上下同排基本相等。所以没有必 要特别设置下排风装置，上排风即可达到消除污染物至限值要求。 得出地下汽车库排风与排烟系统合并的合理方案。 关键词：地下汽车库c 0 均匀分布上排风排烟系统 西南科技大学硕士研究生学位论文 第1i 页 a b s t r a c t c oi st h em o s th a r m f u lp o l l u t a n to fa u t o m o b i l et a i lg a si nu n d e r g r o u n dg a r a g e s f o r g e t t i n gg o o di n d o o ra i rq u a l i t ya n ds a v i n ge n e r g y , w es h o u l dm a k es u r et h em o s tr a t i o n a l e x h a u s ta i rr a t ea n dt h ee x h a u s tm e t h o d t h i sp a p e rd e a l sw i t ht h ee x h a u s ts y s t e mi n u n d e r g r o u n dg a r a g e sb yt h e o r e t i c a la r i t h m e t i ca n de x p e r i m e n t t h ea m o u n to fc oo ft h ee n g i n ei sv e r ym u c hi n f l u e n c e db yt h ea m b i e n tt e m p e r a t u r e ， s ot h i sp a p e rd e d u c e sam e t h o df o rc a l c u l a t i n ge x h a u s ta i rr a t ei nu n d e r g r o u n dg a r a g e sb y a m b i e n tt e m p e r a t u r e r h ea c t u a lc o n d i t i o n so fa u t o m o b i l e sl u l li nt h eu n d e r g r o u n dg a r a g ew e r ef u l l y c o n s i d e r e d t h i sp a p e rm a k e sac o m p a r i s o nb e t w e e nt w oe x h a u s tm e t h o d si ne v e r y e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，a n da n a l y s e st h er e l a t i o m h i pb e t w e e nt h eg r o w t hr a t e o ft h e c o n c e n t r a t i o no fc oa n dc 0 2i nh i g ha n dl o wp o s i t i o ni nv e r t i c a lh e i g h t ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fc oi n1 1 i g ha n dl o wp o s i t i o n , i tc o n c l u d e st h a t i nv e r t i c a lh e i g h tt h e d i s t r i b u t i o no fc oa n dc 0 2a r eu n i f o r mi nu n d e r g r o u n dg a r a g e s ，t 1 1 e ya r en o ta p p e a r i n g o b v i o u sl a m i n a t i o n t h i sp a p e ra l s oa n a l y s e st h el a wo ft h ec o n c e n t m f i o no fc ov a r i e sw i t h t i m e ，a n dc o n c l u d e st h a tt h et w oa i r - e x h a u s tm e t h o d sh a v ea l m o s tt h es a m es p e e do f e l i m i n a t i n gt h ep o l l u t i o n s oi ti su n n e c e s s a r yt os e tas p e c i a ld e v i c ef o re x h a u s t i n ga i ri n b o t t o m a n dt h em e t h o do fa l le x h a u s ta i rd r e wi nt o pc a nt o t a l l ye l i m i n a t et h ep o l l u t a n t st o t h ee m i s s i o nl i m i 乜 d r i v e sar e a s o n a b l ec o m b i n i n gs y s t e mf o rs m o k ec o n t r o la n da i re x h a u s ti n u n d e r g r o u n dg a r a g e s k e yw o r d s ：un d e r g r o u n dg a r a g e ；c o ；u n i f o r md i s t r i b u t i o n ；t h em e t h o do fa l l e x h a u s ta i rd r e wi nt o p ；s m o k ee x h a u s ts y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 、墨 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名 r 期加罗6 ，s 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1论文的研究意义 t 1 t引文 目前，全球大约有9 亿辆汽车在路上行驶，其中大约6 亿辆为轿车。掘 国家统计局2 0 0 9 年2 月2 6 日发布的2 0 0 8 年国民经济和社会发展统计公 报称，至2 0 0 8 年未，全国民用汽车保有量( 汽车保有量是指报告期内在 公安交管部门登记注册、领有汽车牌照的汽车总数) 达到6 4 6 7 万辆( 包括 三轮汽车和低速货车1 4 9 2 力辆) ，其中私人汽车保有量4 17 3 万辆。民用轿 车保有量2 4 3 8 万辆，其中私人轿车1 9 4 7 万辆。而中国汽车产量的年增长率 会维持在1 0 以上，汽车数量将以每年2 0 的速度增长。2 0 0 6 年时中国成为 仅次于美国的全球第二大新车市场。在不远的将来，中国也将超过德国成为 仅次于美国和同本的世界第三大汽车生产国。在产业发展环境方面，由于宏 观经济持续走好、城乡居民收入水平不断提高以及我国目前人均汽车保有量 仍远低于世界平均水平，为中国汽车数量的增长提供了一定的空间。业内人 士认为，目前中国汽车保有量每千人不到5 0 辆，与世界平均每千人1 2 0 辆 相差甚远，中国汽车市场发展潜力巨大，在未来2 0 年将持续高速增长。此 外，预计2 0 1 0 年中国的汽车年产销量将会达到1 0 0 0 万辆。 随着汽车数量的急剧增长，大城市面临着交通、环保的巨大压力，汽 车尾气已成为城市环境的主要污染源之一，此外随着汽车数量的增加，停车 位的问题也亟待城市解决。城市规模越大，人口密度越集中，停车难的问题 就越突出。对于大城市而言，土地面积紧张，地价昂贵，因此现代建筑不断 开发高空及地下空间，从而使土地的利用率更高。而汽车库一般都是建在地 下，尤其是建在高层与多层建筑的地下室。这不仅充分利用了现有的资源， 也使得城市地面环境得到了改善。 f 1 2地下汽车库概述 地下汽车库以其面积大、节约建筑用地、管理集中等优势而受到业主的 青睬。但与地面建筑相比，地下汽车库具有一定的特殊性。地下汽车库因为 处于地平面以下，所以处于封闭或半封闭状念，气密性较好，自然通风和采 光很少，且内部有汽车出入，汽车排放的尾气如果不能及时排出，就会对进 入车库的人员的身体健康造成危害。要保证地下汽车库的空气品质，必须设 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 置机械通风换气系统，人工创造和控制车库内的卫，主环境。 衡量和评价室内空气环境质量有两类标准，即舒适度和清洁度，每一类 中又包括若干具体内容，如静者有温度、湿度等，后者有c 0 和c 0 2 浓度， 以及含尘量、室内有机污染物、含纪菌量等。对于地下汽车库，人员在其中 活动和停留的时间不长，故对舒适性要求不像其他许多建筑类型那样高；但 汽车在车库内启动、行驶和上下坡时，都要排出废气，其中包含大量对人体 有害的气体，保证有害气体浓度不超标，是衡量地下汽车库空气环境质量的 重要内容。 汽车排放的主要污染物是：一氧化碳( c o ) 、碳氢化合物( h c ) 、氮氧化合 物( 0 x ) 、硫化物和微粒物( 由碳烟、铅氧化物等重会属氧化物和烟灰等组 成) 。一辆汽车开动时通过发动机排出的气体的组成见表1 i 一：。在这些排 出的气体中，c o 严重影响了血红蛋白与氧气的结合，从而阻止血红蛋白向 人体组织输送氧气。当空气中c 0 的浓度在5 0 p l l 以上时，冠心病人就会感 到胸疼，、并使心电图发生变化，还会引起头痛、头晕、恶心、动脉硬化、脑 溢血等症状。此外，汽车尾气中的许多烃类化合物有致癌作用。0 x 能导致 人的呼吸困难，引起呼吸道感染和哮喘等症状，同时使肺功能下降。从表 1 1 可以看出，汽车排放的有害物主要是c 0 和o x 。掘有关资料实测结果表 明“。，汽车排放的0 x 浓度最高也只高于规定的2 倍，而c 0 浓度的最低值 也要高出规定的数百倍；另据测试表明5 ：c o 、h c 及0 x 散发量的比例分别 为：7 t - 1 5 ：o 2 。由此可见，只要对c o 按照应有的倍数进行稀释，那么其 它有害成份也就会被稀释到充分安全的浓度，因此控制车库内有害气体浓度 主要是控制c 0 浓度= j 。所以各国的规范都是以c 0 为对象来进行考虑的。 本论文对地下汽车库通风换气效果的评价，也是以c 0 浓度为标准的。 我国现行的全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力一规定， 对于商业地下汽车库，机械排风量为换气次数5 6 次h ，机械进风量为排 风量的8 0 - - 8 5 。室内设计温度为5 lo 。如此大的排风量，消耗了大量 风机的输送电能，由于通风热损失，消耗热能更加突出。 地下汽车库的空气污染与通风能耗是对矛盾的统一体。一方面，我们 需要给顾客提供一个舒适、健康的环境，另一方面，通风设施的使用又消耗 了大量的能量，能源的消耗又一定程度上破坏了环境。我f i ：需要在室内环境 与能耗之i 日j 找到一个最优的平衡点。本文会对地下汽车库的通风系统提出新 的节能措施，包括排风量的计算方法、排风方式以及合理的排风与排烟系统 合并方案。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 表卜1汽车发动机废气成分 t a b 1 1t h ec o n s t i t u e n to ft h ed o iiu t a n t sf t o mt h ee n g in e 此外，地下汽车库发生火灾时，其隐患比地上建筑大。地下汽车库只有 内部空间，没有外部空间，不能开设窗户，相对封闭，出入口少。当发生火 灾时，人员疏散困难，扑救难度大，且烟气产生量大，不易排除。据统计， 地下建筑火灾次数虽然只是高层建筑火灾次数的l 8 ，但是死亡人数却是高 层建筑的近1 4 ，火灾损失达到高层的1 5 ，可见地下建筑的火灾危险性更 大。由于地下建筑处在封闭状态，没有直接和大气相通的门和窗户，只有与 地面连接的通道j 有出入口，不利于热量散失。热量聚集，建筑空间温度上 升快，可能较早出现轰燃，烟气急剧膨胀。因通风不足，燃烧不充分，一氧 化碳、二氧化碳等有毒和窒息性气体浓度迅速增加。而且由于火灾时烟气的 流动方向和人员疏散方向一致，常导致人员在疏散过程中窒息而死。据统计 资料表明，火灾伤亡者中多因烟气毒害所致，因一氧化碳中毒窒息死亡或被 其它有毒烟气熏死者占火灾总死亡人数的4 0 5 0 ，而被烧死的人中，多 数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。例如：19 9 9 年1 2 月2 6 日，吉林省长春 市夏威夷大酒店地下一层的洗浴中心发生火灾，共造成2 0 人死亡，其中1 8 人窒息死亡。因此地下建筑的防排烟系统对保障人民生命财产安全的意义是 十分重大的。 1 1 3地下汽车库的通风方式 通过调查和实际观察了解到的地下汽车库通风现状来看， 下汽车库还是采取机械通风的方式。 地下汽车库要求有全面、均匀的送、排风机械通风装置， 目静大多数地 且排风量应珞 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 大于送风量，以便在车库内形成一定的负压，防止车库内含有污染物的空气 流入与之相邻的房i 日j 。在布置送、排风口的位置时，应防止车库内产生局部 空气滞流现象。目静，在我国汽车库的通风设计中，依据g b j l9 8 7 采暖 通风与空气调节设计规范1 及g b 5 0 0 6 7 9 7 汽车库、修车库、停车场设计 防火规范= = = 中的规定，常采用上部送风，上、下部同时排风的系统，通风 换气量为6 次h ，这是我国卫生部门规定的最低标准。在送、排风口布置时， g b l 9 8 7 中规定，对于分子量大于空气平均分子量的污染物采用1 3 上排风， 2 1 3 下排风来处理负荷；分子量小于空气分子量的污染物采用1 1 3 下排风， 2 3 上排风来处理负荷。但这种方法需要在车库内布置低速风管送、排风系 统= ：，布置较复杂，当气流组织欠佳时，有时易产生c 0 滞留现象，所以这 种做法并不一定适合地下汽车库。：。从理论上讲，排出的污染物不应通过人 的呼吸区，采用完全下部排风最有利，但实际上很难做到。实际情况是大多 数汽车的排气口都不是正对着排风口的，且排风口的风速衰减极快，所以几 乎所有汽车排出的废气相对于排风口的吸气速度接近零。即使排风口设在靠 近地面，如果没有其它因素的影响，比空气密度大的汽车废气同样不能靠排 风口吸力将废气完全排走，比废气密度小的空气则更易被排风口吸走。：“。本 文会针对上、下部同时排风和上排风这两种排风方式进行比较分析，选择出 更为合适的排风方式。 从理论上讲，地下汽车库通风方式在c o 控制方面可以达到要求。但是 实际工程中车库内c o 浓度往往要高于卫生标准。主要有如下原因： ( 1 ) 目前地下汽车库的通风换气系统属于完全混合通风方式。这种通 风方式由于送入室内的新鲜空气不可能与车库内空气( 含有污染物) 充分混 合，常常导致排风的污染物浓度反而低于工作区的浓度，相当一部分送入室 内的空气并未与室内空气充分混合就排出了室外，通风效率( 即用来衡量新 鲜空气被利用的程度) 仅为5 0 - - - , 7 0 。 ( 2 ) 在目前的地下汽车库通风系统设计中往往忽略了一个概念，即呼 吸地带浓度。由于现代汽车燃料的改进，铅与硫的含量越来越低，c o 为汽 车尾气的主要有害物质。c 0 分子量( 2 8 ) 与空气分子量( 约为2 9 ) 相近， c 0 从汽车排气管排出后，虽因尾气温度较高会有定升腾，但由于其热量 在车库大空间内立虽e 就会镀平衡掉，之后c 0 将按其浓度梯度自由扩散。由 于排风口风速衰减很快，没有能力抑制汽车尾气的上升，所以此时c 0 会在 室内空气流动和浓度差的作用下，从升腾后的位置开始向上、下排风口移动， 而升腾后的位置正好接近人员的呼吸区，从而使得人员呼吸地带的c 0 浓度 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 反而高于整个空间的平均c 0 浓度。在各区段的每个送风口和排风口之间c 0 分柿规律是相同的，即从送风口到排风口浓度逐步增加，从而使c 0 浓度曲 线呈锯齿状。这样一来，人员频繁经过区域的c o 浓度值反而大于整体平均 值“。 ( 3 ) 车库c o 负荷的产生并非一个连续稳定的过程，会出现峰值和谷值， 这主要是因为车库内一天中运行汽车的数量是变化的，而且汽车停、启和行 驶时c 0 产生量也是不同的。由于换气方式的限制，使之处理尖峰负荷的能 力较弱，可能会需要很长的时间才能把c 0 稀释到规定浓度。 t 2 地下汽车库的排风系统 1 2 1 汽车尾气中的污染物 地下汽车库最常见的问题是由内燃机燃烧产生的污染物污染空气，这些 污染物给人们的身体健康造成很大的威胁。有五种基本的污染物影响到人类 健康，它们是一氧化碳( c o ) 、氮氧化物( x o x ) 、二氧化硫( s 0 2 ) 、挥发性有 机物( v o c ) 、铅颗粒( p a r t i c u l a t el e a d ) 、其它微小颗粒( p a r t i c u l a t em a t t e rl e s s t h a nl o “m ) 。 由于燃料加工中的脱硫技术及相对良好的车辆工况，对于二氧化硫和颗 粒污染物的数量可忽略不计。由于无铅汽油的使用也使环境的铅浓度低于标 准值。因此，对于现有的车辆产生的污染物，只有三种污染物可能对人的健 康产生影响：一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机物。 1 2 2 空气污染对人体健康的影响 c 0 对人体健康的危害= ：较大。当空气中c 0 浓度轻微升高时，可引起行 为改变和工作能力下降；高浓度的c 0 可引起脑缺氧和脑水肿，继而发生脑 血循环障碍，导致脑组织病变。c 0 阻碍血液中的血红蛋白与氧的结合，妨 碍机体各组织的输氧功能，造成缺氧症，c o 中毒严重时可出现昏睡、痉挛 而造成死亡。长期低浓度接触c 0 对健康也有危害，特别是对神经系统和心 血管系统有一定损害。 x o x 会形成雾，从而降低能见度，能够刺激人的鼻腔与眼睛，吸入0 x 能够形成肺水肿，长期吸入低浓度的n o x 可引起肺部表面活性物质的过氧 化，损害细支气管的细毛上皮细胞和肺部细胞，破坏肺部组织的胶原纤维， 并可发生肺气肿样症状。 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 v o c 是一大类重要的室内空气污染物一，大部分v o c 是烈性麻醉剂，可 抑制中枢神经系统，同时也刺激眼睛、皮肤和呼吸系统，引起全身无力、嗜 睡、皮肤搔痒等，有的还会引起内分泌失调。当浓度较高时，可损害肝脏和 肾脏功能。在大量产生v o c 的室内且通风较差的情况下，会引起人体急性中 毒，轻者感到头晕、头痛，咳嗽，恶心，呕吐，严重者出现肝中毒，昏迷， 甚至出现生命危险。 地下汽车库的空气污染属于室内空气污染问题”：。室内空气品质的好坏 不仅影响人体的健康与舒适，而且对室内人员的工作效率有显著的影响。良 好的室内空气品质能够使人感到神清气爽、精力充沛、心情愉悦。然而近二 十多年来，许多国家的室内空气品质却不容乐观，很多人抱怨室内空气品质 低劣，使他们出现一些病念反应：头痛、困倦、恶心、流鼻涕等，此类症状 被称为“病态建筑综合症”( s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e s b s ) 。目前我国室内空 气品质问题己成为中国政府关注和普通百姓关心的问题。特别需要说明的 是，现在一提到环境治理问题，人们往往只想到室外环境治理，实际上，室 内环境问题不容忽视，因为人们每天大约有8 0 的时间都是在室内度过的。 美国供热制冷空调工程师协会( a s h r a e ) l9 8 9 颁布的标准 a s h r a e 6 2 1 9 8 9 满足可接受室内空气品质的通风”中对室内空气品质作 了定义：良好的室内空气品质应该是“空气中没有已知的污染物达到公认的 权威机构所确定的有害物浓度指标，且处于这种空气中的绝大多数人( 8 0 ) 对此没有表示不满意。厅该定义将人们对空气品质的主观评价与客观评价结 合起来。无论是主观评价还是客观评价，都有一定的难度。室内空气品质的 主观评价反映了入的感觉和室内空气品质对人的影响，但有些有害成分却无 色无味，因此人们难以在短期内给出评价，又不能以牺牲人的健康为代价去 评价。室内空气品质的客观评价强调的是污染物的浓度限值，尤其强调污染 物对人的长期的、慢性的作用和影响。 在上述三种气体污染物中，c 0 对人的危害最大，影响最直接，室内空气 质量标准中对c o 的要求限值最为严格。所以在地下汽车库的排风量计算中， 通常以c 0 浓度为依据，如果c 0 浓度指标达到要求，那么其它污染物浓度也 一定会满足要求。 t 2 3空气品质与能源消耗之间的关系 室内空气品质的提高是以消耗能量为代价的，也就是说提高室内空气品 质必然要增加能耗。这罩所指的能耗是暖通空调( h e a t i n g ，v e n t i l a t i n g ，a i r 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 c o n d i t i o n i n g h v a c ) 能耗，而不是建筑能耗。室内空气品质问题在某种程度 上是由于人们过多地考虑能耗问题而产生的。可持续发展战珞提出以后，我 们应当重新认 ： h v a c 能耗问题。过分地考虑h v a c 能耗而导致室内空气品质 不良所产生的副作用( 如生产效盎降低，产品质量得不到保证，人臂：的身心 健康受到伤害等) 是相当大的，由此而带来的副作用与h v a c 能耗相比是一个 值得研究的问题。 掘报道。，我国由于空气微生物污染造成呼吸道感染率最高，每年发生 感染病例约5 0 0 万，损失达l o 亿元人民币。美国环保局1 9 8 9 年给国会的报 告”中估计，由于室内空气污染而引起的医疗费用年平均为10 亿美元，生 产效率的降低而导致的损失为4 5 - - - - 4 7 亿美元。提高室内空气品质，适当地 增加能耗，从整个国民经济能耗方面考虑不一定与可持续性发展战珞相矛 盾。 能源为国民经济发展提供动力，也是人民生活的必需品，同时煤炭和石 油天然气还是重要的工业原料。国际上往往以能源人均占有量、能源构成、 能源使用效率和对环境的影响来衡量一个国家的现代化程度。 我国的能源消费的增长速度和国内生产总值的增长速度都很快，但是要 在巨大的人口基数维持较高的经济增长率，那么2 01 0 年我国的能耗总量将 赶上西欧各国的总和，而到2 0 2 0 年我国将超过美国成为世界第一大耗能国。 然而我国目前能源利用率较低，平均利用率只有3 0 左右，远远低于发达国 家水平，这说明我国在节约能源方面的潜力还是很大的。 改革开放3 0 年来，中国建筑行业迅速发展，既有建筑已达4 2 0 亿m 2 ( 其 中城市建筑面积约1 4 0 亿m 2 ) ，全国每年竣工的房屋面积约2 0 亿m 2 ，最近 几年建筑业总产值以平均大于l1 的速度增长，建筑已成为国民经济中能源 消费增长最快的行业”：。我国的建筑能耗占总能耗的2 7 5 左右，其中空调 系统的能耗占3 0 - - 4 0 ，空调系统中，新风能耗的比例约为2 5 - 3 0 。可 见，为了提高室内空气品质而增大新风量，将会大大增加空调系统的能耗， 加剧我国能源匮乏与高需求之间的矛盾。另一方面，由于空调与通风系统所 占的大比例能耗，也就同时具备了较大的节能潜力，即在满足为人们提供舒 适、健康的室内环境的静提下，尽量提高能源的利用率。我国公共建筑节 能设计标准( g b 5 0 l8 9 2 0 0 5 ) ? 提出了新的节能要求，规定了在保证相同的 室内环境参数条件下，与未采取节能措施相比，全年采暖、通风、空气调节 和照明的总能耗应减少5 0 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 1 2 4 地下汽车库的排风与排烟 t 2 4 1 通风方式与气流组织 现在应用中的车库通风方式有：机械排风加机械送风，机械排风加自然 补风，机械排风加诱导通风，自然通风。这些通风方式的适用性能如何，目 前尚无定论。部分研究者就对机械排风加诱导通风方式提出过质疑。 我国汽车库建筑设计规范二6 中规定的在下部设置排风管道的作法影响了 车库的正常使用，另一方面也制约了排风与排烟系统的共用，因为排烟系统 只需要上部排烟。也有很多人对该方法的使用效果与依据提出质疑2 。 1 2 4 2 排风量的计算 目前，国内外各种资料和文献旷i 印：中介绍的排风量的计算方法并不相 同。目前常用的为：用规定的换气次数确定地下汽车库的排风量。影响排风 量的主要因素有很多，其中包括：汽车尾气排放量，车辆在车库内的出入频 度，通风方式等。这些影响因素是不确定的，尤其是尾气排放量随不同时代 及环境温度的影响较大。用换气次数方法计算排风量就会不准确，并且所计 算的排风量偏大。我国地域辽阔，从南到北，由亚热带气候到严寒地区，环 境温度变化较大，采用统一的排风量计算标准，不符合实际状况，也必将造 成能源的巨大浪费。 t 2 4 3 排烟系统 地下汽车库的排烟系统设计主要是依据g b 5 0 0 6 7 9 7 汽车库、修车库、 停车场设计防火规范。：t 以及g b 5 0 0 1 6 - 2 0 0 6 建筑设计防火规范”中的规 定。关于防烟分区的划分，g b 5 0 0 6 7 9 7 规定为不超过2 0 0 0 m 2 ，排烟量按6 次h 的换气次数确定，而g b 5 0 0 16 2 0 0 6 所规定的防烟分区面积不超过 5 0 0 m 2 ，且负担一个分区的排烟系统排烟量为6 0 m 3 ( h m 2 ) ，负担两个分区及 两个分区以上的排烟系统排烟量为1 2 0 m 3 ( h m 2 ) 。两种防烟分区差别较大， 风量差别也较大。防烟分区的增大为排烟与排风系统共用提供了可行条件， 文献”对两种防烟分区的效果进行了说明，文中指出：当火源位于5 0 0 m 2 防 烟分区中心时，两种防烟分区的排烟型式的温度、浓度分布较为接近。当火 源位于其他位置时，即火源远离疏散口时，2 0 0 0 m 2 防烟分区的排烟效果比 5 0 0 m 2 防烟分区的排烟效果要好一些。因此，防烟分区采用2 0 0 0 m 2 的方案 要好，而且有利于与排风系统的合用。 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 f 3本论文的研究内容及创新点 1 3 1研究内容 本文通过理论分析与推导，对地下汽车库的择风量计算方法进行了合理 优化：通过对地下汽车库内污染物c 0 浓度分柿进行的现场实验，分析实验 结果，结合经济效益与能耗，得出最佳的排风方式；确定合理的排风、排烟 系统合并方案。具体内容如下： ( 1 ) 确定地下汽车库内c 0 的允许限值。该值的大小直接影响到所需的 排风量。 ( 2 ) 根据我国各地区环境温度的不同，推导出在不同环境温度条件下 的地下汽车库排风量计算公式。 ( 3 ) 通过实验测试，分析汽车在地下汽车库中不同行驶状况下产生的 污染物浓度的关系及分布规律，结合经济效益及能耗，确定出最佳的排风方 式。 ( 4 ) 确定合理的排风、排烟系统合并方案。 f 3 2创新点 ( 1 ) 提出一种根据环境温度计算地下汽车库排风量的方法；。 ( 2 ) 通过对地下汽车库污染物c 0 浓度分布规律的研究，分析其与各种 的因素之间的关系，结合经济效益与能耗，确定出最佳的排风方式。 西南科技大学硕士研究生学位论文第10 页 2 地下汽车库排风量的计算 为了保证地下汽车库良好的空气品质，需要有足够的通风量。通风量包 括莽e 风量和送风量，进行计算时，送风量一般取排风量的8 0 - 8 5 ，因此排 风量是通风设计中的关键。影响排风量大小的因素有很多，室内污染物允许 限值就是其中一项重要影响因素，现有的地下汽车库室内设计标准均以c 0 为控制指标。由于汽车型号不同，内燃机不完全燃烧所产生的c 0 量也不同， 同时受环境温度、汽车在车库内的运行时间、燃料特性、司机的驾驶习惯等 因素的影响，c 0 浓度分布也不同。 为了保证地下汽车库良好的空气品质，不仅需要足够的排风量，还需要 有一个良好的排风方式。 2 i室内设计标准 2 1 1国内的相关规定与标准 我国第一部室内空气质量标准g b t 18 8 8 3 2 0 0 2 堙s 】由国家质量监督 检验检疫总局、国家环保总局和卫生部共同制定，于2 0 0 2 年1 1 月1 9 日正 式发布，其中规定c o 的1 h 平均限值为10 m g m 3 ( 8 3 4 x10 。6 ) ，该标准适用于 住宅和办公建筑；在2 0 0 3 年颁向的工作场所有害因素职业接触限值 g b z 2 2 0 0 2 “i 中对c o 的允许浓度作了规定：8 h 平均允许浓度 2 0 m g m 3 ( 1 6 6 7 x 1 0 。6 ) ；短时间( 1 5 m i n ) 接触浓度为3 0 m g m 3 ( 2 5 1 0 。6 ) 。到目前 为止，我国尚没有专门针对汽车库内c o 浓度允许限值的规定，而且上述两 本规范规定的c 0 限值的差别也较大。 对排风量的计算在规范中都有详细的规定。在2 0 0 3 年颁布的全国民 用建筑工程设计技术措施一暖通空调动力1 ：中第4 4 2 条规定，汽车库 机械通风的排风量，可按下列两种方法计算： ( 1 ) 汽车为单层停放的一般车库，可按体积换气次数计算。 当层高 3 m 时，按3 m 高度 计算换气体积。 商业建筑汽车出入频度( 汽车出入频度是指l 小时内出入汽车库的汽车 数量占车库车位的百分比) 较大时，取6 次h 换气次数；出入频度一般时， 取5 次h 换气次数；住宅建筑等汽车出入频度较小时，取4 次h 换气次数。 ( 2 ) 汽车全部或部分为双层停放时，宜按每辆车所需排风量计算。如商 西南科技大学硕士研究生学位论文第11 页 业建筑等汽车出入频度较大时，可取每辆5 0 0 m 3 l h ：汽车出入频度一般时， 可取每辆4 0 0 m 3 h ；住宅建筑等汽车出入频度较小时，可取每辆3 0 0 m 3 h 。 我国19 9 8 年颁布的汽车库建筑设计规范j g j l0 0 9 8 。中第6 3 4 条 规定：地下汽车库宜设置独立的送风、排风系统。其风量应按允许的废气标 准量计算，且换气次数不应小于6 次h 。 从上面的规定中可以看出，所规定的排风量的计算方法与c 0 允许限值 之间并没有关系。 2 1 2国外的相关规定与标准 国外对车库内的c o 限值的规定分长期暴露时间( 8 h ) 限值和短时间 ( 15 m i n 或lh ) 限值。表2 1 中列出了世界各国及卫生组织对地下汽车库中c 0 限值的规定圮。 表2 - i 各国地下汽车库对c 0 浓度及排风量的要求 t a b 2 一tt h er e q u e s tt ot h ec o n c e n t r a tio ro f c oa n de x h a u s tairr a t ein u n d e r g r o u n dg a r a g e sins o m ec o u n t ri8 s 注：表亭a c h 为安气次数，“1 i 3 0 ”、“2 5 3 0 ”表一：“最人爱怂浓度盈人允弘浓度”。 西南科技大学硕士研究生学位论文第12 页 由表2 1 可以看出，c 0 长期暴露时间( 8 h ) 限值最小为9 10 一，最大为 5 0 x 1 0 一：短期暴露时i 日j ( 1 h ) 限值最大为2 0 0 x 1 0 一，最小为3 0 1 0 ；短期暴 露时间( 15 r a i n ) 限值最大为3 0 0 xl0 一，最小为7 5 1o 。可以看出，世界各国 及国际组织对地下汽车库的c 0 限值规定不一致，对排风量的规定也不一致， 但是2 5 x 1 0 6 ( 3 0 m g m 3 ) 浓度限值能够满足所有的限值规定。 顾客在地下汽车库的停留时间一般不会超过15 r a i n ，而工作人员停留时 间较长，但停留的时间及位置有随机性，所以应以停留时间不超过1 5 m i n 的 限值为准。如果选用2 5 x 1 0 6 ( 3 0 m g m 3 ) 浓度限值，不仅满足国外的规定，还 可以满足我国2 0 0 3 年颁布的工作场所有害因素职业接触限值g b z 2 2 0 0 2 。中对c 0 的允许浓度所作的规定。 2 2汽车尾气污染物的产生量 为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源提出控制要求， 制定强制性排放标准，以控制汽车污染物的排放量。 2 2 i国外汽车尾气排放状况 美国和r 本从2 0 世纪6 0 年代起就对汽车排放进行控制，美国排放法规 要求最严，同本紧跟美国。美国1 9 9 4 年_ 丌始执行极其严格的低污染汽车法 规l e v ( l o we m i s s i o nv e h i c l e ) 后，美、同之间的距离珞微拉开。欧洲控制排 放比美、日晚，而且标准要求较松，但到l9 9 2 年实施欧洲第1 阶段( 欧i ) 排放法规后，步伐加快，已超过日本，接近美国l e v 计划。美国、只本和欧 洲的汽车排放法规形成当今世界三大汽车排放法规体系。 欧洲经济委员会( e c e ) 从1 9 6 0 年颁稀实施了第l 项e c e 法规，至今已 形成包括安全、环保、节能三大领域的汽车排放法规体系。1 9 9 6 年起执行 欧i i 排放法规，排放法规限值已接近美国过渡低污染车t l e v ( t r a n s i t i o n a l l o we m i s s i o nv e h i c l e ) 的限值水平，欧i i 法规中不仅在型式认证时对汽车排 放限值加严，而且生产一致性检查时排放限值与型式认证的限值相同。2 0 0 0 年执行的欧i i i 排放法规，对h c 和s o x 分别给出限值，在欧i i 基础上将其限 值再降，氐l 2 ，排气测量方法改为发动机起动后立即采样，同时加严对h c 、 c 0 的限制。2 0 0 5 年1 月，欧盟启用“欧i v ”汽车尾气排放标准，要求各成 员国修改有关立法，以税收政策惩罚尾气超标的汽车。于2 0 0 8 年10 月实施 西南科技大学硕士研究生学位论文第13 页 了“欧v 排放标准。更加严格的“欧v i ”排放标准，将于2 0 12 年底实施， x 0 x 的限值将比“欧v ”标准降低8 0 。 图2 1 为欧盟汽车c o 排放限值的变化，从国中可以看出，1 9 8 5 年的排 放硬值与2 0 0 8 年的排放限值相比较，c 0 捧放量酶低了9 0 以上，发展趋势 为零排放。 l b o 9 8 8 0 了8 6 8 5 0 t 0 3 0 2 8 l o o 至莹羹量釜至薹薹萎簧要簧簧量 图2 - 1欧盟汽车c 0 排放限值变化 f i g 2 一t t h eii m i t so ft h ec oe x h a u s t e df r o ma u t o m o b ii e s i n e u 2 2 2 我国汽车尾气排放状况 我国的机动车污染控制工作始于1 9 7 9 年中华人民共和国环境保护法 ( 试行) 颁布以后。由于在美、r 、欧这世界三大排放标准体系中，欧洲法 规在标准的严格程度、道路交通情况等方面相对较适用于中国的实际情况， 因此中国在充分吸收欧美的经验后，全面等效的采用了欧盟( e l ) 指令，在 e c e 技术内容和部分前欧共体( e e c ) 法规的基础上形成了中国排放法规体系， 颁布了g b l8 3 5 2 1 2 0 0 1 等一系列国家排放标准，先后达到了欧i 、欧i i 与欧 i i i 排放法规的限值，明显缩短了与国外汽车污染物排放标准的差距。 2 0 0 5 年，我国颁发了g b l 8 3 5 2 3 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测 量方法( 中国i i i ，i v 阶段) “，子2 0 0 7 年7 月lr 实施，相当于欧洲i i i 排 放标准( 欧洲2 0 0 0 年丌始实施) 。这一标准加严了排放限值，其排放量比国 i i 标准减少5 0 以上。北京地区，在奥运前实施了相当于“欧”排放标准 的“国i 、”标准。但是欧洲从2 0 0 8 年开始实施欧v 排放法规。对照而言， 西南科技大学硕士研究生学位论文第14 页 中国现行的汽车污染物排放标准仍落后欧洲8 1 0 年左右。我国计划于2 0 l0 年实行欧洲排放标准( 欧洲2 0 0 5 年丌始实施) ，期望在2 0 1o 年以后，逐步 达到欧洲同期的排放控制水平。 随着汽车尾气污染物排放量的大幅减少，对地下建麓的排风量需求也不 能停留不变，为了节能的需要，应及时调整地下汽车库的排风量，找到一个 能够适应时代发展的排风量计算方法。 2 2 3汽车尾气污染物排放量的影响因素 汽车从车库内离开的阶段分为冷启动、怠速阶段，而在进入车库内的停 车阶段则为怠速阶段。汽车尾气污染物大部分( 约8 0 ) 是在冷启动和怠速下 产生的，而冷启动的c o 排放量远大于怠速排放。所以，我们把汽车离开车 库过程看作为冷启动过程，把汽车进入车库看作怠速过程。在我国，汽车尾 气瞬态排放的资料与参考数据较为少见。在文献”中选取2 l 排量的小汽车 为准，转速取6 0 0 r m i n ，计算出每台车排放c 0 量，在冷启动阶段约为3 9 9 s ， 热怠速阶段为o 0 6 2 9 s 。国外相关资料推荐值也不尽相同，文献”! 中取 0 2 2 5 9 s ，文献“! 中取o 2 9 s ，文献_ 引中取0 4 l s 。取值的不同，对需要的排 风量影响也较大。影响c o 排放量的因素很多，主要有环境温度、燃料特性、 运行时间、出入频度等。 ( 1 ) 环境温度 研究表明1 ，在汽油车一个排放测试循环中，绝大多数污染物( 约占总 数的7 0 8 0 ) 是在冷启动的最初阶段产生的。冷启动阶段产生的污染物之 所以这么高，是因为冷启动时空气温度低，燃料雾化不良，与空气混合不均， 燃烧不良。冷启动时c o 排放量受环境温度影响较大，文献i ”对相当于欧洲 i i i 排放标准的小汽车的污染物排放实验表明，环境温度对冷启动排放影响极 大，环境温度低时，冷启动c o 排量会明显升高，实验表明在冷启动时汽油 机在一2 0 环境温度的c o 排放量是在2 3 环境温度的c o 排放量的1 5 倍。 表2 2 为a s h r a e 手册提供的小汽车c o 排放量数据。7 ：，在环境温度为o 3 2 内，1 9 9 6 年排放量比1 9 9 l 减少6 4 2 5 6 。 我国的民用建筑热工设计规范( g b 5 0 17 6 9 3 ) 。从建筑热工设计角度 出发，将全匿建筑热工设计分为直个分区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷 地区、夏热冬暖地区、温和地区。其分区指标见表2 3 ，区域划分图见图2 2 。 我国从南到北气候差别较大，且地下汽车库基本没有供热设施，车库内 全年温度的变化范围在0 3 2 。根据表2 2 ，在该温度范围内，冷启动的 西南科技大学硕士研究生学位论文第15 页 c o 排放量的最大值是最小值的5 2 倍。冷启动的排放量与怠速排放量比值， 环境0 时为5 6 倍，环境3 2 时为2 倍，可见冷启动排放量要远大于怠速 排放量，且环境温度越低，排放量差别越大。 表2 - 2 车库内小汽车c 0 排放量 t a b 2 - 2t h ea m o u n to f c o o fa u t o m o biiee x h a u s tir l u n d e r g r o u n dg ar a g e s 。j 芝 怠速排放( g r a i n )冷启动摊放( g r a i n ) 季：侮 1 9 9 1 年1 9 9 6 年1 9 9 1 年1 9 9 6 年 夏季( 3 2 )2 5 41 8 94 2 73 6 6 冬季( o )3 613 3 82 0 7 41 8 9 6 表2 - 3建筑热工设计分区 t a b 2 3t h ediviso no ft h e t h e r m aid e sig ninb uifdin g 川i ，、口仰 主要指标辅助指标 严寒地区：最冷月平均气温- 1 0 巨平均气温5 勺大数1 4 5 天 寒冷地区最冷月平均气温一1 0 0 e 平均气温5 拘天数9 0 1 4 5 大 西南科技大学硕士研究生学位论文第16 页