第15卷第12期2015年4月科學(xué)技術(shù)與工程Vol.15 No.12 Apr. 20151671- 1815(2015)12-0265-05Science Technology and EngineeringC 2015 Sci. Tech. Engrg地下空間通風(fēng)優(yōu)化高超陳梅珊吳偉亮(.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海200240)摘要由于車(chē)輛出入車(chē)庫(kù)的頻率時(shí)刻都在變化,車(chē)庫(kù)內(nèi)單位時(shí)間污染物釋放量相應(yīng)發(fā)生變化,針對(duì)不同工況采取相同的通風(fēng)量顯然是不合理的。過(guò)低的通風(fēng)量將導(dǎo)致車(chē)庫(kù)內(nèi)空氣品質(zhì)不佳,過(guò)高的通風(fēng)量將導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。以某車(chē)庫(kù)為研究對(duì)象，進(jìn)行數(shù)值模擬分析,探索通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略。關(guān)鍵詞空氣污染CFD模擬地下空間中圖法分類(lèi)號(hào)X511;文獻(xiàn)標(biāo)志碼A為解決汽車(chē)保有量上升帶來(lái)的停車(chē)緊張問(wèn)題，停車(chē)場(chǎng)平均運(yùn)行時(shí)間,s;q為每輛汽車(chē)單位時(shí)間內(nèi)大型商業(yè)建筑和居住小區(qū)等人口密集區(qū)都配有地下CO排放量，m/s。車(chē)庫(kù),-般采用定風(fēng)量運(yùn)行的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)保證結(jié)合研究對(duì)象，停車(chē)庫(kù)容納車(chē)位數(shù)為100;地下空氣品質(zhì)"。由于汽車(chē)出人車(chē)庫(kù)的數(shù)量是時(shí)刻變車(chē)庫(kù)內(nèi)空氣污染物的排放情況是在不同的時(shí)段內(nèi)不化的,車(chē)庫(kù)內(nèi)單位時(shí)間污染物發(fā)生量也是不斷變化斷變化的,汽車(chē)出人車(chē)庫(kù)頻率峰值為1.4, 平時(shí)為的，定風(fēng)量運(yùn)行的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)將造成能源的0.21];假定每輛車(chē)在車(chē)庫(kù)內(nèi)平均運(yùn)行時(shí)間為90浪費(fèi)[2]。s[12;每輛汽車(chē)單位時(shí)間內(nèi)CO排放量為200本文針對(duì)某地下車(chē)庫(kù),利用數(shù)值模擬的方法對(duì)mg/s[13.14]。不同時(shí)段地下車(chē)庫(kù)的污染物濃度場(chǎng)進(jìn)行研究,從而1.2物理模型簡(jiǎn)介為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供參考意見(jiàn)。某地下車(chē)庫(kù)長(zhǎng)為90m,寬為80m,建筑面積7 200 m2 ,層高3. 6 m,車(chē)庫(kù)平面示意圖如圖1所示。1研究對(duì)象描述一個(gè)新風(fēng)管道位于遠(yuǎn)離進(jìn)出口的上部,四個(gè)排風(fēng)管1.1污染物濃度限值和釋 放量的確定道位于圖1中部和下部,大致呈左右對(duì)稱(chēng)布置。地下車(chē)庫(kù)內(nèi)汽車(chē)排放的污染物中主要含有一-氧車(chē)庫(kù)新風(fēng)管道的8個(gè)送風(fēng)口風(fēng)速分別為6.2化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等有害物質(zhì)[)]。據(jù)m/s,中部的排風(fēng)管道的20個(gè)排風(fēng)口風(fēng)速為8.1 m/研究表明:如果Co濃度指標(biāo)達(dá)到要求,那么其他污s,車(chē)庫(kù)進(jìn)出口附近的排風(fēng)管道的24個(gè)排風(fēng)口風(fēng)速染物濃度也- -定會(huì)滿(mǎn)足要求(46]。所以在地下停車(chē)為6.7m/s。固體壁面采用無(wú)滑移壁面，壁面粗糙庫(kù)通風(fēng)量的計(jì)算與控制中，通常以CO濃度為依據(jù),度定義為光滑壁面,傳熱類(lèi)型選為絕熱。因此將主要考察尾氣中的CO。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)(7-9] ,由于本車(chē)庫(kù)位于人口密集區(qū),需要考慮機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)排出的污染物對(duì)周?chē)h(huán)境的影響,本文CO污染物限值取為25 x 10-6(ppm)。地下車(chē)庫(kù)污染源物放量的計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式法[0。G = mrqt。式中:G為地下空間CO總排放量, mg/s;m為地下停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位數(shù)，(輛);r為汽車(chē)出入車(chē)庫(kù)頻率(一小時(shí)內(nèi)進(jìn)出車(chē)輛數(shù)與停車(chē)位之比);t為汽車(chē)在地下中國(guó)煤化工，2014年12月29日收到國(guó)家863計(jì)劃(2012AA062703)資助CNMHGI garage第一作者簡(jiǎn)介:高超,男。 碩士。研究方向:動(dòng)力機(jī)械及工程。E-.JYHmail: gaochaoveryeool@ 126. com。1.3 通風(fēng)系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化假設(shè)為了能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有的計(jì)算條件,并能夠最大程.12期高超,等:地下空間通風(fēng)優(yōu)化267數(shù)據(jù),選取最符合實(shí)際情況的污染物分布策略。最由模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比可以看出,除部分?jǐn)?shù)據(jù)終得到結(jié)果如下所示:忽略污染源0的Co發(fā)生量，外,大多 數(shù)數(shù)據(jù)模擬值與實(shí)測(cè)值誤差較小，充分驗(yàn)證即SOURCE1 =0;污染源1占總污染源的70% ;污染了模型選取與網(wǎng)格劃分的合理性,以及模擬計(jì)算的源2占總污染源的20%;污染源3占總污染源有效性與準(zhǔn)確性。根據(jù)對(duì)比結(jié)果,熱量傳輸模型選的10%。擇Total Energy 模型,湍流模型選擇k-Omega模型，由于受條件所限,選取-一個(gè)工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證使用Automatic壁面函數(shù),求解格式定義為高階求解數(shù)值模擬的有效性。為了不影響車(chē)庫(kù)正常工作,選格式[12],并確定污染源分布規(guī)律。取車(chē)庫(kù)低峰運(yùn)行時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量,對(duì)應(yīng)車(chē)輛出人頻3數(shù)值模擬結(jié)果與分析率約為0.5,測(cè)量高度約為距離地面2米的位置,進(jìn):行實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬的有效性,CO濃度數(shù)據(jù)采車(chē)庫(kù)各個(gè)時(shí)段的汽車(chē)出入車(chē)庫(kù)頻率是不同的,集位置如圖3所示。汽車(chē)出人頻率最高為1.4,而最低只有0.2。根據(jù)一天中車(chē)輛出人車(chē)庫(kù)頻率隨時(shí)間變化關(guān)系,可以計(jì)算ANSYSr14.5出不同時(shí)間段車(chē)庫(kù)內(nèi)CO的發(fā)生量。根據(jù)研究報(bào)告表明,該車(chē)庫(kù)車(chē)輛出人頻率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖4所示。.1.412-k 1.0-安08-盟0.6-0.2468101214161820222430.000 m時(shí)間(時(shí))一1500圖4車(chē)輛出人車(chē)庫(kù)頻率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖3數(shù)據(jù)采集位置示意圖Fig. 4 The curve that car frequency changes with timeFig. 3 Data collection point of the underground garage汽車(chē)出入車(chē)庫(kù)頻率定義為一小時(shí)內(nèi)進(jìn)出車(chē)輛數(shù)測(cè)量點(diǎn)污染物濃度數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量數(shù)與停車(chē)位之比,Q為通風(fēng)系統(tǒng)全開(kāi)時(shí)的流量。根據(jù)據(jù)對(duì)比如表2所示, 10 -6(ppm)為體積分?jǐn)?shù)單位,代不同時(shí)段車(chē)庫(kù)運(yùn)行工況，對(duì)應(yīng)車(chē)輛出人車(chē)庫(kù)頻率為表每百萬(wàn)體積空氣中所含污染物體積數(shù)。0.2.0.5、1、1.4時(shí),通風(fēng)流量分別為0. 05Q、0. 10Q、表2污染物濃度數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比0.15Q、0.2Q、0. 25Q、0.5Q、0.75Q、Q時(shí)的各工況進(jìn)行數(shù)值模擬，車(chē)庫(kù)內(nèi)CO平均體積分?jǐn)?shù)如表3所示。Table 2The contrast between simulationresults and experimental data表3不同出入頻率,車(chē)庫(kù)內(nèi)CO平均濃度( ppm)對(duì)比Table 3 The pollution concentration of the序號(hào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 10 °(ppm)模擬數(shù)據(jù)10-6(ppm)誤差/%underground garage1.81. 821.101.92.046.86、通風(fēng)流量0.05Q 0.10Q 0.15Q 0.20Q 0.25Q 0.5Q 0.75Q 1Q出入頻率1. 910.52218.2 14.6 75.8 56.6 45.3 24.6 17.2 13.61.71.721.0156.1 83.0 55.4 42.1 33.1 18.3 13.0 10.41.21.221. 6479.0 42.6 28.9 22.2 18.1 10.3 7.76 6. 413.43. 420.580.3.2 18.6 13.1 10.4 8.68 5.69 4.65 4.122.82.831.062.52.634.94 .對(duì)應(yīng)不中國(guó)煤化工車(chē)庫(kù)內(nèi)CO平2. 11.93-8. 10均濃度隨通MHCNMHG所示?？偤?9. 319.521.13車(chē)庫(kù)內(nèi)CO平均濃度反映了整個(gè)車(chē)庫(kù)的空氣品質(zhì),下面針對(duì)1.7 m高度一成年人主要 呼吸范圍268科學(xué)技術(shù)與工程15卷不同時(shí),CO體積分?jǐn)?shù)差別較大。當(dāng)通風(fēng)流量降低100.出入頻率1.4●出人期100到0.4Q以下時(shí),車(chē)庫(kù)內(nèi)部空氣質(zhì)量急劇惡化。車(chē); 80-+出入頻率0.2庫(kù)內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)只需要保證車(chē)庫(kù)內(nèi)部空氣質(zhì)量滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)即可,過(guò)高的風(fēng)量必然帶來(lái)能源的浪費(fèi)。因此，黎60針對(duì)不同的出入頻率,提出最優(yōu)的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量是蓄4有必要的。8根據(jù)上文討論的結(jié)果,車(chē)庫(kù)內(nèi)CO濃度標(biāo)準(zhǔn)二2025x10-6(ppm),由于本圖的CO體積分?jǐn)?shù)為平均體積分?jǐn)?shù),污染物濃度分布往往是不均勻的,所以車(chē)0.0 02 040.8庫(kù)內(nèi)可能存在局部區(qū)域CO體積分?jǐn)?shù)超標(biāo),所以在通風(fēng)系統(tǒng)流量Q制定通風(fēng)流量的大小時(shí)，需要設(shè)置一定的余量。 根圖5不同出人頻率下 ,車(chē)庫(kù)內(nèi)C0平均濃度據(jù)這種情況，在選取通風(fēng)流量時(shí)將CO濃度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)隨通風(fēng)流量變化曲線(xiàn)定為20 x 10 -6( ppm)。Fig 5 The curve of pollution concentration當(dāng)車(chē)庫(kù)出入頻率為1.4時(shí),根據(jù)通風(fēng)流量與CO的污染物濃度進(jìn)行分析。對(duì)應(yīng)不同的出人頻率，體積分?jǐn)?shù)曲線(xiàn),通風(fēng)流量為0.8Q時(shí),即可滿(mǎn)足空氣1.7 m高度CO平均濃度10 -°(ppm)如表4所示。質(zhì)量要求。當(dāng)車(chē)庫(kù)出人頻率為1時(shí),通風(fēng)流量為0. 5Q時(shí),即可滿(mǎn)足空氣質(zhì)量要求。當(dāng)車(chē)庫(kù)出入頻率表4不同出入頻率,1.7 m高度CO平均為0.5時(shí),通風(fēng)流量為0.3Q,即可滿(mǎn)足空氣質(zhì)量要濃度10-*(ppm)對(duì)比求。當(dāng)車(chē)庫(kù)出人頻率為0.2時(shí),通風(fēng)流量為0.1Q,Table 4 The contrast of CO concentration at the即可滿(mǎn)足空氣質(zhì)量要求。height of 1. 7 m in different frequency根據(jù)車(chē)庫(kù)車(chē)輛出人頻率隨時(shí)間變化曲線(xiàn),就可通風(fēng)流量0.05Q 0.10Q 0.15Q 0.20 0.25Q 0.50 0.75Q 1Q以在滿(mǎn)足空氣質(zhì)量的條件下,制定出最佳的通風(fēng)流出人頻率.4205.5 109.2 72.7 54.3 43.4 23.6 16.6 13.1量變化曲線(xiàn),節(jié)省電能。下面,針對(duì)該車(chē)庫(kù)車(chē)輛出人146.979.3 53.2 40.5 31.7 17.6 126 10.1頻率隨時(shí)間變化曲線(xiàn),以及不同車(chē)輛出人頻率對(duì)應(yīng)1.574.5 40.8 27.8 21.4 17.4 9.94 7.53 6.23的最佳通風(fēng)流量,可以推出最佳通風(fēng)流量隨時(shí)間變).231.417.9 12.7 10.1 8.40 5.56 4.56 4.06化曲線(xiàn)。根據(jù)這一-曲線(xiàn),可以制定車(chē)庫(kù)通風(fēng)的最佳對(duì)應(yīng)不同的出入頻率,1.7 m高度CO平均濃度策略。隨通風(fēng)流量變化曲線(xiàn)如圖6所示。100-: - 出入頻率1.4 ]8-. +出入期率10”8C二二出入頻率0.2屆0.6-60貝0.4-40年2046810121416182022240.20.4 0.6.0時(shí)間(時(shí))圖7通風(fēng)流量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖61.7m高度CO平均濃度隨通風(fēng)流量變化曲線(xiàn)Fig 7 Relation between ventaliation quanitity and timeFig 6 Relation between CO concentration and ventaliation通風(fēng)流量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖7所示，上午六quantity at the height of 1.7 m點(diǎn)的通風(fēng)流量設(shè)置為010.隨時(shí)間推移,通風(fēng)流量可見(jiàn)隨著通風(fēng)流量的增加,CO體積分?jǐn)?shù)下降。逐漸增大,上中國(guó)煤化工3Q,上午十點(diǎn)而隨著車(chē)庫(kù)出人頻率的增加, CO體積分?jǐn)?shù)上升。通風(fēng)流量設(shè)fYHCN MH G通風(fēng)流量為可見(jiàn)通風(fēng)流量相同的情況下,當(dāng)車(chē)輛出人車(chē)庫(kù)頻率0. 8Q。中午十二點(diǎn)半通風(fēng)流量調(diào)整到0.7Q,隨后下12期高超,等:地下空間通 風(fēng)優(yōu)化269午兩點(diǎn)通風(fēng)流量開(kāi)大到0.8Q,隨著通風(fēng)流量逐漸降s ASHRAE. ASHRAE Handbook HVAC aplication. Atlanta: ASHRAE,低,下午四點(diǎn)通風(fēng)流量調(diào)整為0.6Q,下午六點(diǎn)通風(fēng)1999:58- 69中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部. CB Z2- -2002, 工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)流量調(diào)整為0.3Q,下午八點(diǎn)通風(fēng)流量調(diào)整為0.1Q。接觸限值, 2002根據(jù)以上策略調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)流量，不僅能夠保The healh ministry of the People's Repubie of China. GB Z2- -2002 ,證車(chē)庫(kù)內(nèi)部空氣質(zhì)量,還將大大減少能耗,實(shí)現(xiàn)節(jié)能exposure limit of harmful facors in workplace ,2002的目的。8 DB 11/044- 1999. 汽油車(chē)雙怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn), 1994DB11/044- 1999 discharge standardsof Gasoline cars of double idle4結(jié)論pollutant, 1994傳統(tǒng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)往往采取定風(fēng)量運(yùn)行模9中華 人民共和國(guó)衛(wèi)生部室內(nèi)空氣質(zhì)量衛(wèi)生規(guī)范,2001The health ministry of the People's Republic of China. standards of In.式,在保證空氣質(zhì)量的前提下,往往會(huì)造成能源的浪door air quality ,2001費(fèi)。本文針對(duì)該車(chē)庫(kù)汽車(chē)出人車(chē)庫(kù)頻率隨時(shí)間變化10 楊強(qiáng),單敏.地下車(chē)庫(kù)汽車(chē)尾氣污染源強(qiáng)計(jì)算淺析.環(huán)境科學(xué)與管理2006;31(5):75-777曲線(xiàn),對(duì)不同通風(fēng)量和不同車(chē)庫(kù)出人頻率的情況進(jìn)Yang Q, Shan M. The research about cars emission in the under-行數(shù)值模擬,提出一種優(yōu)化的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模ground garage. Enionnental Science and Management, 2006;31式。即在保證空氣質(zhì)量的前提下,盡量減少能源的(5):75-77消耗,為今后車(chē)庫(kù)內(nèi)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供- -些1 陳國(guó)平.地下車(chē)庫(kù)汽車(chē)廢氣污染狀況調(diào)查.上海環(huán)境科學(xué). 199;，參考。18(8) :374- -375Chen G P. 'The iovestigation about car gas in the underground gar~參考文獻(xiàn)age. Shanghai Enionnental Science , 1999 ;18(8) :374- 375張寅平 ,張立志,劉曉華.建筑環(huán)境傳質(zhì)學(xué).北京:中國(guó)建筑工業(yè)2陳剛.地下車(chē)庫(kù)通風(fēng)量的確定與控制.暖通空調(diào), 2002;32(1):62- 63出版社,2006: 149- -156Chen G. The control of ventilation quantity in the undergroundZhang Y P, Zhang L z, Liu X H. Buiding enironment and massgarage. HVAC, 2002 ;32(1):62- 63transfer. Beijing: China Building Industry Press ,2006: 149--15613 Chow W K. On ventilation design for underground car Parks. Tunneling韓宗偉,王 嘉， 邵曉亮.城市典型地下空間的空氣污染特征及and Undergound Space Technology , 195;10(2) :2252- 245其凈化對(duì)策.暖通空調(diào), 2009; 39(11):37-494 Verstee H K, Malasekera w. 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