地下汽车库通风与排烟系统设计分析

廖喜年

摘  要：随着社会经济的快速发展，建造地下汽车库成为现阶段建筑设计与建设的重要组成部分，然而，地下汽车库具有层高低、空间窄、综合管线布置复杂、空气品质较差以及火灾危险性大等特点。该文通过工程实例分析，对地下汽车库的通风设计、系统形式和防排烟设计进行深入研究，归纳整理出地下汽车库暖通设计中一些实际运用的技术措施和具体的实施方案。

关键词：地下汽车库;通风设计;防排烟设计

中图分类号：TU831 文献标志码：A

0 引言

近年来，家用和商用的中、小型汽车数量暴涨，使得停车困难这一问题显得尤为突出，因此，需要建造地下汽车库以解决汽车停放与建筑用地日益矛盾的问题。目前，我国的地下汽车库具有封闭性或者半封闭性的特点，所以地下汽车库通风与防排烟设计的分析是一个重要的过程，该文就地下汽车库的通风计算、防排烟计算、补风计算、排烟口计算和系统选择进行探讨，归纳出通风和排烟合用的系统设置方法。

1 工程实例概况

白云火车站周边设施棠溪村集体公益用房项目位于广州市白云区，总建筑面积为13 840.00 m2，地下负一层建筑面积为1 724.24 m2，含有地下负一层和地上三层。建筑物性质为二类民用建筑，耐火等级为二级。地下负一层分为2个防火分区;第一个防火分区面积为1 463.70 m2，为地下车库;第二个防火分区面积为260.54 m2，为消防水泵房和消防水池;地下停車位数为为33辆;地下负一层净高：3.80 m。

2 系统设计分析

2.1 系统设计的依据

系统设计的依据如下。1）根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范GB50067—2014》8.2.1规定：除敞开式汽车库、建筑面积小于1 000 m2的地下一层汽车库和修车库外，汽车库、修车库应设置排烟系统，并应划分防烟分区。该项目地下汽车库第一个防火分区面积为1 463.70 m2，按规范要求设置机械排烟系统。2）根据《车库建筑设计规范JGJ100—2015》7.3.6条文说明：由于机动车库内含有可燃、可爆、有害气体，其送、排风系统应与主体建筑的通风系统分开，独立设置，以避免有害气体或火灾从通风系统引入主体建筑部分。当机动车库通风系统与其他通风系统合用时，应满足防火及安全卫生要求。该项目的地下车库通风系统独立设置。3）根据《车库建筑设计规范JGJ100—2015》7.3.9条文说明：当车库需设置机械排烟系统时，机械通风系统可结合消防排烟系统设置，以节约投资。该项目采用低速通风与高速排烟系统合用的单风机双速系统。

2.2 地下汽车库通风计算

地下汽车库通风的目的是通过自然通风或者机械通风，把车库中的污染物浓度稀释到国家规定的容许范围内，汽车废气主要成分是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）等有害物。通过相关规范和资料分析得出汽车废气中NOx和CmHn所需的稀释风量远远低于CO所需的稀释风量。换句话来说：如果通风量能够达到汽车废气中CO所需的稀释风量，车库中的其他有害物质也就同样能够保证在国家规定值的容许范围内，因此，采用CO的稀释风量作为车库的通风量是合理的，同时，也是国家规范推荐的一种计算方法。

根据《工业企业设计卫生标准GBZ1》规定：“一氧化碳短时间接触容许浓度为30 mg/m3”。然而，能够保证CO容许浓度的稀释风量的计算方法有3种。1）采用换气次数法计算单层汽车库的通风量。2）当全部或部分为双层停放机动车时，宜按每台车辆的稀释通风量来计算。3）采用稀释浓度法计算，第三类计算方法最为复杂，不过计算精确，可以计算出不同时间和不同区域的通风量，比较适合采用变频控制的通风机使用。

2.2.1 一类换气法

根据《车库建筑设计规范JGJ100—2015》7.3.4第1点的条文说明[2]，停放单层机动车的换气次数下如。1）机动车出入较频繁的商业类等建筑，按6次/h换气选取。2）机动车出入一般的普通建筑，按5次/h换气选取。3）机动车出入频率较低的住宅类等建筑，按4次/h换气选取。4）当层高<3 m时，应按实际高度计算换气体积;当层高≥3 m时，可以按3 m高度计算换气体积。

该项目为民用建筑3.80 m的单层机动车库，换气次数选取5次/h，按换气法计算：Lq=5×3×1463.70=21955.50m3/h。

2.2.2 三类稀释浓度法

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736—2012》6.3.8第3点的条文说明[3]：

（1）

式中：L—车库所需的排风量（m3/h）。

G—车库内排放CO的量（mg/h）。

y0—车库内CO的允许浓度，为30 mg/ m3。

y1—室外大气中CO的浓度，一般取2 mg/ m3～3mg/ m3。

G=M×y （2）

式中：M—车库内汽车排出气体的总量（m3/h）。

y1—根据中国汽车尾气排放现状，通常情况下可取55 000 mg/ m3。

（3）

式中：n—车库中的设计车位数。

k—1 h内出入车数与设计车库位数之比，也称车位利用系统，一般取0.5～1.2。

t—车库内汽车的运行时间，一般取2 min～6 min。

m—单台车单位时间的排气量（m3/min）。

T1——车库内汽车的排气温度，500+273=773K。

T0——车库内20 ℃时的标准温度，273+20=293K。

由于汽车CO的排放与时间、空间、地点（海拔）以及运行时间都有关系，各种因数都会影响CO排风量的计算，因此，我们选择相对较为准确的计算方法：按该汽车库全部停放小轿车的工况设计。其平均工况的m值可取

0.02 m3/min～0.025 m3/min台，该项目取平均值m=0.0225 m3/min。

其中，CO根据广州地区情况，选取2 mg/m3计算;k按闲时、平时和忙时，选取k1=0.5，k2=0.85，k3=1.2分别计算;t根据小车库的特点，进出平均距离200 m，按5 km/h=1.389 s，倒车和出车耗时约60 s，得：

将式（3）代入式（2），式（2）代入式（1）得：

通过计算，则得：

闲时L1=6541.27m3/h。

平时L2=11120.16m3/h。

忙时L3=15699.04m3/h。

对于一类和三类计算方法，选取其中最大值为：Lq=21955.50m3/h，实际选取通风风机的日常通风量为

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

2.3 地下汽车库排烟计算

地下汽车库一旦发生火灾，防排烟系统可以在一定程度上起到帮助救援的作用，将火灾中产生的烟气尽可能排出，避免烟气的大面积扩散，保证人员的安全撤离，减少火灾中的伤亡和损失。鉴于该项目的特点，地下室第一个防火分区面积：1 000 m2<1 463.70 m2<2 000 m2，可采用机械排烟方式，设计一套机械排烟系统，并将通风系统融入该系統，进而实现一个低速通风与高速排烟系统合用的单风机双速系统。该双速风机具备的特点有：电源采用星三角接法，日常低速运行，风量能够保证车库5次/h换气次数时的通风工况;火情时高速运行，达到最大风量，同时也达到车库发生火灾时的排烟工况。

根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范GB50067—2014》8.2规定[1]：汽车库、修车库内每个防烟分区排烟风机的排烟量不应小于表8.2.5的规定。该项目地下负一层净高H=3.80 m，选取排烟风量Ly=31500 m3/h，实际选取排烟风机的排烟量为Ls=1.2× Ly=1.2×31500=37800m3/h。

2.4 地下汽车库补风计算

防排烟补风的方式有自然补风和机械补风方式。自然补风可以利用在负一层的汽车坡道、采光天井和半地下外窗等;如果不满足自然补风的要求，则需要采用机械补风，例如负二层及以下的车库。由于该项目中地下车库的实际情况只有单独的负一层，因此可以利用汽车坡道作为自然补风。1）根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736—2012》6.3.8第3点：送排风量宜采用稀释浓度法计算，对于单层停放的汽车库可采用换气次数法计算，并应取两者较大值。送风量宜为排风量的80%～90%。2）根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736—2012》6.3.8第2点的条文说明：地下汽车库由于位置原因，容易造成自然通风不畅，宜设置独立的送风、排风系统;当地下汽车库设有开敞的车辆出、入口且自然进风满足所需进风条件时，可采用自然进风、机械排风的方式。

采用自然补风要注意：汽车坡道作为补风通道时，为了防止烟气的蔓延，保证开车的视线，补风通道的风速不宜小于0.5 m/s。该项目适合上述第（2）条要求，地下负一层采用汽车坡道作为自然补风，此时车道面积S=W×H=6×2.8=16.8㎡，复核火情排烟时的进风风速V不宜小于0.5 m/s，则得：车道进风断面的风速

满足设计要求。

2.5 系统设置分析

对于同一排烟分区，根据2.2和2.3小节的计算结果，可以分析得出以下系统选用判断方法。 1）当L3≤Lq，且Lq≤0.4·Ly，一般车库含梁层高≥2.8m，面积≥1 000m2，该类情况不作分析。2）当L3≤Lq，且Lq≤0.8·Ly，可以选用通风量固定的双速风机，结合排烟宜选用单风机系统。3）当L3≤Lq，且0.8·Ly

该项目为同一个排烟分区，选用单风机系统（双速风机）作为日常低速通风和火情高速排烟是最合理的。经过多年的累积经验和实践应用，证明了这种单风双速系统不仅在实际工程设计技术上是可行的，而且在初投资和运营阶段也是节省成本和节约能耗的。对于中小型汽车库，可以根据实际的汽车库建筑图纸，灵活采用共用一套或者多套通风与排烟系统。对于大型地下车库，可以将通风系统和排烟系统分开设置，通风系统选择通风量变化的变频风机，而排烟系统选用独立的定速风机。

2.6 排烟口的设置

排烟口的设置应根据每个防烟分区的地形特点和排烟风量来布置。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》4.4.12条：防烟分区内任一点与最近的排烟口之间的水平距离不应大于30 m;并且排烟口的设置宜使烟流方向与人员疏散方向相反，排烟口与附近安全出口相邻边缘之间的水平距离不应小于1.5 m;同时，排烟口应设有手动和自动开启装置，保证发生火灾时，现场能手动或者远程自动打开排烟风口，并反馈状态信号到消防中心。当室内有天花时，排烟口上部应紧贴着天花或设在天花上;当室内无天花时，排烟口应设置在储烟仓以内，并且应设在结构梁的下部。常闭型排烟风口在日常工况时，排烟口应确保关闭，发生火情时则根据消防中心的控制信号同时开启火情防烟分区内的所有排烟口和相邻防烟分区的排烟风口，同时联动排烟风机开启;当防烟分区内的单个排烟口超过280°时，排烟口应自动关闭。

根据《建筑防烟排烟系统技术标准GB51251—2017》4.6.14规定[4]：机械排烟系统中，单个排烟口的最大允许排烟量Vmax宜按下式计算，或按该标准附录B选取。

式中：Vmax—排烟口最大允许排烟量（m3/s）。

γ—排烟位置系数。

当风口中心点到最近墙体的距离≥2倍的排烟口当量直径时，γ取1.0。

dp——排煙系统吸入口最低点之下烟气层厚度（m）。

将该项目排烟口的尺寸a=1.60 m，b=0.32 m，代入矩形排烟口的当量直径D=2ab/（a+b）=0.53 m，则2D=2×0.53=1.06 m，

而风口中心点到最近墙体的距离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，侧排风口中心高度Hz=2.75，dp=Hz-Hq=2.75-1.98=0.77 m;环境的绝对温度To=273.15+20=293.15 K;烟层的平均绝对温度T=To+ΔT=293.15+252.55=545.70 K;代入公式4.6.14，得：

排烟口最大允许排烟量

鉴于该项目的特点，设计时可在支管风管两边对称设置6～8个排烟口，并充分利用空间，采用内嵌入风管侧排的方式。

3 结语

地下汽车库的通风与防排烟设备的设计需要根据实际车库的空间和密度进行严格的计算和布局[5]。该系统的设计关系到整个汽车库使用环境的优劣情况，关系到所有人们生命和财产的安全。因此，在设计和使用的过程中，我们要严格按照规范标准和使用要求进行计算和设计，保证汽车库能够正常使用，在火灾发生时能够保证人们顺利撤离，并能够确保火灾损失减少到最低。希望通过该文的阐述能为类似的通风与排烟系统工程项目提供参考。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50067—2014，汽车库、修车库、停车场设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014：30-34.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 100—2015，车库建筑设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2015：20-24.

[3]中国建筑科学研究院.GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：40-43.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 51251—2017，建筑防烟排烟系统技术标准[S].北京：中国计划出版社，2018：60-65.

[5]孙焰.地下停车库排烟系统的选择和使用[J].工程建设与设计，2018，20（10）：116-117.