地下汽车库诱导通风系统的设计探讨

随着人们生活水平的不断提高,城市交通中汽车的数量也在飞快地增长，为解决汽车停放与城市用地之间日趋紧张的矛盾，更多的地下车库应运而生。但是目前车库的建造受到投资的制约和安全防火、通风等一系列问题的困扰。作为地下车库，解决通风和防排烟问题是设计的主要内容之一。所谓车库的通风，就是要排出汽车尾气，送入新鲜空气，以便使有害排放物CO的含量稀释到国家规定的卫生标准要求。诱导通风系统因具有节能、提高室内空气品质、系统简单、便于管理、降低建筑成本等优点而得到了房地产开发商、设计部门的青睐,正越来越多地被应用于地下车库的通风。

1.诱导通风系统与传统通风系统的比较优势

由于地下车库每个防烟分区内所需送、排风量较大，采用传统的风道加风机的通风方式必然导致风道截面积过大。CO为汽车尾气的主要有害物质，CO的分子量为28与空气相近。CO从汽车排气管中排出后，虽然尾气温度会有一定升高，但是由于热量相对太小,立即被周围气体平衡掉，然后CO将按浓度梯度自由扩散。因此针对污染气体分子量与大气分子量的差别，如果采用上排1/3体积CO，下排2/3体积CO的方式，排风和排烟转换靠风口完成，防烟、排烟防火阀数量多,消防控制设计复杂。如果只采用上排CO方式，由于排风出口风速衰减很快，而且升高后CO的位置正好接近人员的呼吸区,容易忽略呼吸地带CO浓度的控制，而且车库内设有自动喷洒系统和电缆桥架,与风道交叉处不易处理,影响车库美观。

诱导通风是一种将风机和诱导风机箱有机地结合起来，替代传统风管系统的通风系统。其系统特点是：平时通风无风管，排烟系统独立设置，使得系统简单、单一。由于排烟系统风管数量少、截面积小，减小了传统通风系统通风管所需占用车库的有效层高，也可以降低地下车库高度，减少地下工程开挖费用及混凝土结构工程费用。同时因为设置了诱导风机，送、排风机的风压可大大降低，不必采用传统风管通风系统那样高的风压，电机功率也可大大降低，运转费用大幅度下降。

2.诱导通风系统的工作原理

诱导通风系统的理论依据是动量守恒定律和空气动力学中高速喷流的扰动特性。当诱导风机的喷嘴向一个不受界面表面限制的空间喷出高速的空气时,就形成了自由射流。射流与周围的空气之间不断发生质量、动量的交换,带动周围静止的空气流动,使射流的质量流量，射流的横断面积沿着射程方向不断增加,形成了向周围扩散的锥体状流动场,随着锥体状流动场范围的扩大,其射流轴心速度则不断衰减。可用下列公式表示：

M0=M1=M2(1)

M0=Q0V0ρ(2)

Q0V0=Q1V1=Q2V2(3)

式中:

M0、M1、M2———分别为喷嘴出口、喷嘴截面1、喷嘴截面2的空气动量,kg·m/s;

Q0、Q1、Q2———分别为喷嘴出口、喷嘴截面1、喷嘴截面2的风量,m3/s;

V0、V1、V2———分别为喷嘴出口、喷嘴截面1、喷嘴截面2的风速,m/s;

ρ———空气密度,kg/m3。

所以在喷嘴喷出空气的速度减至某一速度时，就必须有另一个喷嘴来接力，即将诱导空气传送至另一台安装于第一台风机射程内的风机，进行再一次喷流引导，依次下去，直到00将室内汽车尾气引导至排风口。

3.诱导通风系统的气流组织

诱导通风系统主要是主干线的设计，围绕主干线的设计要考虑到下列问题：诱导风机的布置、诱导风机的间距、喷射角度的设置、防止气流短路。把上述问题归纳起来，在设计中实际需要解决的问题就是:气流组织计算和气流组织形式。

3.1气流组织计算

诱导通风系统实际上是多股喷嘴射流的叠加,它属于等温射流。气流组织计算就是要确定:1.轴心速度衰减规律;2.半径沿射程的变化规律;3.流量沿射程变化规律。目前在国内外的工程设计中都是采用以实验为基础的经验计算公式。

轴心速度计算公式:Vs/V0=0.48/(α·S/d0+0.147)(4)

半径沿射程的变化规律计算公式：Ds/d0=6.8(α·S/d0+0.147)(5)

流量沿射程变化规律计算公式：Qs/Q0=4.4(α·S/d0+0.147)(6)

式中：

S———距喷嘴距离，m;

Vs———S处截面轴心速度，m/s;

V0———核心速度（喷嘴处的气体流速），m/s;

α———紊流系数，由实验决定,是表示射流流动结构的特征系数;

d0———喷嘴直径，m;

Ds———距喷嘴sm处射流截面直径，m;

Qs———距喷嘴sm处射流截面流量，m3/h;

Q0———喷嘴流量，m3/h。

根据上面的公式可以发现，喷嘴流量和速度与紊流系数α有很大关系,但与紊流系数相关的因素很多，如管路几何尺寸，断面上的速度均匀性、流体粘度、密度、脉动速度均方根等,因此紊流系数很难有准确的计算结果,大部分为实验值。根据经验α值一般在0.069左右。所以建议厂家在提供产品样本时能够提供紊流系数，这样可以较好地保证诱导通风系统的运行效果。通过以上3个公式的计算，可以确定单台诱导风机的有效送风距离，以及在有效送风距离末的总射流量。为下一步的气流组织设计，布置诱导风机提供参数。

3.2气流组织形式

诱导通风系统的气流组织形式，即诱导风机布置的位置，以及布置形式对于地下车库的通风效果有着重要的影响。诱导风机布置应该遵循下列原则：

1．以每个防烟分区为一个诱导通风系统设计。

2．地下车库中送、排风竖井的布置需要结合室外环境及室内情况综合考虑，有时送、排风口相距很近,这时就需要利用诱导通风机的喷嘴来虚拟分隔,设置流程,防止短路。

3．综合考虑车位的分布和车尾的方向来布置喷嘴,使新鲜空气主流位于主干道上。

诱导风机一般布置在汽车停放的位置以及新鲜空气的路径上。诱导风机的距离可以通过上述公式（4）计算确定，同时应该考虑到气流的覆盖面。由于射流的出风夹角一般为15°～22°,因此可以通过做图的办法,尽量减少气流无法覆盖的区域面积。例如：选用智能型诱导通风风机的风量：680m3/h,喷嘴直径：80mm，喷嘴数量：3个，全压：250Pa、功率：0.12kW，噪声：dB(A)<55，每台诱导风机纵向间距可按末端控制风速不小于0.5m/s考虑,诱导风机前方喷嘴有效气流作用距离10m左右，用于组织气流，即8～9m可为一“接力”段。两侧喷嘴作用宽度约20m左右,用于消除空气滞留死角。

4.诱导通风系统与送、排风机、排烟风机的几种结合方案

4.1方案1：送风机+射流诱导风机、排风与排烟合用风机

车库内布置送、排风机,向车库输送新鲜空气,取消送、排风道。同时靠若干射流诱导风机组成的风机群接力传递，射流诱导风机在通风空间内形成射流并卷吸诱导周围空气,加剧空气扰动,促使掺混后的空气定向流动,消除空气停滞死角,避免污染物的聚集。

送、排风机只需克服进、出风口阻力,减少了风道阻力损失,也可减少风机的功率,适当降低能源消耗。

排风与排烟合用风机,选用双速高温消防排烟风机。平时低速运行排风,火灾时自动切换到高速排烟。设置单独的排烟管道及排烟口。在排风机吸入口安装1个三通,三通的一边安装在排风口,抽吸车库内的空气,另一边与排烟风道连接,排风侧设70℃防火调节阀，排烟侧设280℃排烟防火阀，平时排风侧防火调节阀开,排风口开启排风，火灾发生时排烟风道处的排烟防火阀开,打开排烟风口,保证起火点所在防烟分区的烟气从上部排烟口顺利排出,此时排风侧防火调节阀关闭,排风口关闭。

此方案适合于车库净高较低,机房面积较小,投资较小的车库。

4.2方案2：送风机十射流诱导风机、排风机,排烟风机及排烟风道

方案2与方案1不同之处在于,排风与排烟风机单独设置。排风机选择普通风机,避免开启频繁可用变频风机。排烟风机选用单速高温消防排烟风机。设置单独的排烟管道及排烟口。排烟系统与排风系统之间无直接关联,减少控制环节,维护检查方便,运行较方案1安全、可靠。

方案2适合于车库净高低、规模大，排风、排烟机房面积大，有条件分别设置排风、排烟风机的车库。

4.3方案3：自然进风十射流诱导风机、排风机，排烟风机

方案3与前2种方案不同之处在于，取消送风机，在室外适当位置结合景观设置进风天窗，方案3不仅更进一步降低能源消耗，还增加了车库的采光面积，使车库使用更加舒适方便。

以上3种方案在风机房位置的选择上既要考虑室外环境因素，又要考虑满足消防要求的前提下尽量少设排烟风道，从而保证车库的美观。

5.工程实例

图2是山东省烟台市某住宅小区地下车库的一个防火分区通风排烟图，采用天窗自然进风，是几种通风排烟方案的结合。地下车库划分为2个防烟分区，车库层高按3m计算，通风量为4次/h,排烟量>6次/h。设计2台排风排烟合用风机满足平时的排风量需要，每个排烟分区排烟量不足部分，由单独设置的1台排烟风机补充。排风口远离住宅，单独排烟的风机房设在无法停车的部位，在尽量少占用停车位而且排烟口距防烟分区最远点不超过30m的前提下最大限度减少排烟风道长度。

6.诱导通风系统的运行与控制

诱导通风系统在设计中可以选用智能型诱导风机或普通型诱导风机。

6.1智能型诱导风机的运行与控制

智能型诱导风机的机箱内装有喷嘴、污染物感测器、程序控制器、电磁接触器、变压器等元件。污染物质感测范围为1～125mg/m3，当某诱导风机附近污染物CO浓度达到100mg/m3时智能型诱导风机开启，对污染物进行吹散稀释，直到污染物CO浓度下降至35mg/m3时，诱导风机关闭。如果在一定时间内，智能型诱导风机感测到的污染物CO浓度没有下降至35mg/m3时，诱导风机将信号通过网线传至诱导通风系统的集中控制器，然后集中控制器通过网线将信号传至送风机和所有智能型诱导风机的程序控制器，使其开启所有送风机和智能型诱导风机，将新鲜的空气和污染物吹至集中排风机房，诱导风机集中控制器再次将排风机开启，将污染物排出室外。

由于智能型诱导风机价位较高，这种控制方案适合于车流不稳定的营业场所，节能。

6.2普通型诱导风机的运行与控制

普通型诱导风机由于不带污染物质感测器及控制器等，价位较低，可用于车流相对稳定的地下车库，如住宅小区车库。可在每天早、午、晚3个时间段间歇运行，运行时可先启普通型动诱导风机，再起动送、排风机。

6.3防、排烟系统的运行与控制

发生火灾时经消防控制中心确认后开启排烟风口,同时启动排烟风机。由消防控制中心控制诱导风机及整个排风系统停机。利用天窗或送风机补充风量，即可保证排烟风量不少于50％，当烟气温度超过280℃,排烟风机前的排烟防火阀熔片熔断、关闭,连锁排烟风机关闭,联锁送风机同时关闭。

7.结束语

诱导通风系统是一种先进的地下车库通风系统，理论研究、实验以及工程实践表明诱导通风系统优于传统的通风系统，它具有节省空间、降低运行费用、提高室内空气品质、便于管理等优点，值得在地下车库的通风排烟工程中推广使用。由于诱导通风系统尚处于推广使用阶段，大量的设计数据还需要通过工程实践来验证，如有条件最好能通过模拟实验，采用气流模拟的方法对停车场内的风速分布，CO浓度分布进行模拟，合理确定进、排风口的位置，合理确定诱导风机的数量和安装位置、控制气流通道的流速。