居住建筑地下车库空气质量提升策略研究

作者:张欣烁 张军杰
单位:中国矿业大学国际学院 山东建筑大学建筑城规学院
摘要:居住建筑地下车库的空气质量问题一直未得到充分重视。通过实地调研车库空气质量现状,在对现状形成原因及影响因素进行分析的基础上,提出完善标准、设计优化和管理提升等方面策略,以改善目前居住建筑车库空气质量不佳的状况。
关键词:居住建筑 地下车库 空气质量 设计优化 管理提升
作者简介:张欣烁,中国矿业大学国际学院本科在读; 张军杰,山东建筑大学建筑城规学院教授,博士研究生;
基金:国家自然科学基金资助项目:寒冷地区住宅模块化动态空腔气候界面设计研究(51578326);

 

0 引言

汽车排放尾气中含有上千种化学物质,浓度达到一定程度时对人体造成危害。而我国现有居住建筑的地下车库大多为地下1~2层,其封闭结构决定了汽车尾气必然带来空气质量问题,尤其是当其内部空间缺乏有效通风时,不利于内部污染物的扩散、稀释。因此,如何科学合理地改善地下车库空气质量引起人们的广泛关注[1]

1 调研对象及方法

1.1 调研对象

汽车尾气中的污染物主要包括CO、SO2、挥发性有机物(TVOC)、氮氧化物、铅颗粒和其他微小颗粒等,其中CO、TVOC、可吸入颗粒物(主要包括PM10、PM2.5、PM1.0)和醛类(以甲醛为主)对健康影响较大,是调研的主要内容。而车库内温度、湿度、CO2和气压涉及使用者的主观感受,因此也是调研的必要内容。本次调研对象包括:济南城区中已投入使用的50个居住小区地下车库,这些小区建成时间集中在5~15年,入住率达80%左右;车库的使用者和管理者也是调研对象,主要调研使用者的主观感受和车库日常管理状况。

1.2 调研方法及仪器

调研主要采取实地测量和问卷调查的方法。实测过程中利用每个时间点的间隙进行问卷调查,选取50个样本车库的工作人员及业主发放500份调查问卷,内容包括人员基本信息、车库内逗留时间、通风设备情况、主观感受、自觉症状和接受程度等,结合现场测试结果,分析车库内气体污染物对使用人群的影响。

调研仪器选定通过国家标准计量单位年度校准的测量仪器,包括Testo435-1多功能测量仪、室内空气质量探头、JSA8-CO便携式CO检测仪、思乐智MEF-550综合空气检测仪器等。实测调研布点符合国家相关标准要求。

2 调研结果

2.1 总体评价

对测试结果进行分析,车库内主要污染物指标(主要是CO)在数据上未超过国家相关标准,但由于车库空气质量及感受涉及多种因素,其含量达标并不代表车库空气质量达到使用者满意要求。特别是感受方面,测试人员和使用者在大部分车库内都能感受到刺激性气味,普遍感觉呼吸不畅,甚至在部分样本车库内有头痛、胸闷、气短、头晕等症状(见图1)。

在管理方面,调研发现各车库通风系统存在开启不正常情况:调研期间大量车库并未开启通风系统;部分管理人员不清楚通风系统在哪里开启、何时开启或如何开启;部分通风设备存在损毁、噪声较大、通风效果不佳等状况;通风系统总体工作状况是部分偶尔开启,部分从不开启,部分不清楚使用状况。

2.2 具体指标

1)CO CO是现行有关地下车库空气质量国家标准中主要监测的污染物,由于其在汽车尾气中含量较高,因此认为当CO浓度满足标准时,其他污染物浓度也符合要求。从调研结果来看,CO含量皆在0~10ppm,符合国家标准。

图2 CO2平均值统计

图2 CO2平均值统计

 

图3 甲醛平均值统计

图3 甲醛平均值统计

 

2)CO2地下车库中CO2浓度的平均值大多处于400~500ppm,高于一般室外环境中300~400ppm的浓度。部分车库指标较高,达870ppm,变化较大(见图2)。

3)甲醛大多数车库甲醛含量处于0~0.1mg/m3,未超出国家标准,处于安全范围内;也有少数超出国家标准,最高达0.6mg/m3以上,严重超出标准(见图3)。

4)可吸入颗粒物车库中PM10主要集中在40~55μg/m3,PM2.5主要集中在35~50μg/m3,PM1.0主要集中在18~26μg/m3(见图4,5)。

图1 空气质量满意度统计

图1 空气质量满意度统计

 

图4 PM2.5平均值统计

图4 PM2.5平均值统计

 

图5 PM1.0平均值统计

图5 PM1.0平均值统计

 

5)温湿度测试显示,夏季地下车库内的平均温度为28℃左右,普遍低于室外温度;相对湿度较高,一般处于65%~80%,超出人体感知的适宜湿度(50%~60%),使人感觉不舒适。

2.3 存在规律

1)汽车出行规律车辆出行有明显规律:工作日出入早高峰出现在7:00—8:00,下午相对分散在17:00—20:00,其他时间和休息日无明显变化规律。

2)污染物浓度变化规律车库内气体污染物的平均浓度在工作日期间呈显著的逐时变化规律:早晚时段较高,其他时段较低,其中晚高峰相对分散,这与出行规律基本一致。在污染物的水平分布规律上则存在一定的不均匀性,主要体现在车库的出车集中区和出风侧的污染物浓度较大。

3 影响因素

3.1 标准欠缺

标准主要包括设计标准和评价标准2类。

1)设计标准在空气质量控制标准方面,目前无专门的地下车库空气质量标准。设计主要依据卫生部门制定的室内空气质量标准和建设部门制定的设计标准,且各标准对于主要污染物的控制指标差距较大。如设计主要依据JGJ 100-2015《车库建筑设计规范》中规定的换气次数不小于4次/h,即可认为内部空气质量符合我国GBZ1-2010《工业企业设计卫生标准》中CO短时间接触容许浓度为30mg/m3(25ppm)的要求;GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中6.3.8条规定CO浓度为30mg/m3时应设置机械通风系统[2];GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》要求CO短时间接触容许浓度为10mg/m3(8ppm)[3]。三者指标差距较大,但《室内空气质量标准》是推荐性标准,不具备强制性要求,一般并不按其执行。

2)评价标准在评价体系方面主要包括主观和客观评价。主观评价即使用者的主观感受,包括车库内的气味、温湿度、风感、空气新鲜度等;客观评价则是通过实测数据来分析空气质量是否符合标准。由于主要污染物CO无色无味,无法在主观评价中体现,而客观评价又不可能实时监测,因此虽然实测发现CO含量符合标准,但车库内部仍有气味难闻、呼吸不畅和刺激性感觉。国际上对于判断空气品质的标准主要通过主观评价体现,即绝大部分人认可,就是好的空气品质[4]。因此,车库的空气质量优劣并不能简单用CO是否符合标准判断,这也是设计中易忽视的地方。

3.2 设计因素

1)建筑设计大部分车库是全地下建筑,投资较大,从建筑设计角度考虑则是尽量多的车辆停放数量、交通及消防等问题,并未过多考虑车库内部空气、空间质量、使用者心理感受及健康问题,也未充分利用建筑设计解决上述问题。

2)暖通设计车库通风基本按机械排风、自然进风设计,依据规范要求的换气次数来计算需要的风量和风机数量。但这种设计的前提是风机持续运转的状况,未考虑车库污染物的时间变化及实际运行状况,因此设计虽无问题,但现实应用效果不佳。另外,车库规模较大,送排风口设计布置不合理也易造成通风短路现象,影响污染物排放效果。机械通风采用的风管尺寸较大,不仅占用有效空间,而且影响车库照明照度及层高,加剧使用者的不适之感。

3.3 管理因素

管理问题是造成车库实际使用中空气质量不佳的重要原因,即不能保证通风系统的开启时间或维护保养不利。或因管理方成本考量,或是物业管理人员更换频繁,人员素质较低,导致地下车库成为被忽略之处。

除汽车尾气污染,车库建筑材料的挥发物、地面材料磨损形成的粉尘也影响空气质量,还有通风设备故障、老化等都需随时维修、维护,给后期管理者提出更高要求。

4 应对策略

4.1 完善相关规范、标准

1)制定专门性标准作为持续产生污染物的特殊封闭空间,对于车库管理,相关部门应尽快制定专门性的空气质量控制标准。在具体指标选择和确定上,一方面要考虑地下车库使用人数少或使用时间短的情况;另一方面要考虑使用者的主观感受,并参考其他国家和世界卫生组织标准统一我国现有标准,使其更科学合理(见表1)。

2)相关标准配套目前,新版GB/T 50378-2019《绿色建筑评价标准》明确提出具体措施以保障空气质量。其“健康舒适”项内的控制项内容中已明确“地下车库应设置与排风设备联动的CO浓度监测装置”(第5.1.9条);“智慧运行”项内的评分项内容提出“设置PM10、PM2.5、CO2浓度的空气质量监测系统,且具有存储至少1年的监测数据和实时显示等功能”(第6.2.7条)[5]。上述措施虽比以往有进步,但远远不足。该标准是推荐性标准,且单纯上述指标项不能完全反映车库实际空气质量状况。

4.2 各专业优化设计

4.2.1 建筑设计

1)开放式车库设计提升车库空气质量及使用满意度的关键是加强自然通风设计,建筑设计需具备自然采光、通风的门窗洞口。若项目用地有地形高差,可充分利用高差使车库自然采光、通风;若没有高差则可通过地面的局部抬升使全地下车库变为可自然通风、采光的半地下车库。通过车库屋顶部位的特殊处理形成下沉广场、庭院等,加强与自然的联系。通过设计既能完全改变车库暗、闷、毒的环境,提升车库空间品质,又能减少日常照明和通风能耗。

2)优化细部构造设计结合车辆出入口、侧面高窗、天窗、通风井道等手段并加入绿化、小品等内容,增强车库的自然采光、通风效果,还能使景观向地下渗透,降低噪声、气味等以减少对行人和住户的影响,形成舒适宜人的空间感受和视觉美感。丰富多样的采光窗也能给小区内部形成另一道风景(见图6)。

4.2.2 暖通设计

1)采用全面通风的方式计算地下车库通风量。该方式能考虑影响地下车库通风量的各种因素,得到的结果较换气次数法更为可信。

2)结合前面建筑专业的自然通风处理,将机械通风为主改为自然通风和机械通风相结合的方式。在3种机械通风方式中,电能消耗最小的是机械排风、自然送风方式[6]

3)采用无风管诱导器通风器等技术,驱动和诱导车库内的空气,使有害气体顺着预定方向流至通风口,达到顺利排出废气的目的,既减少常规风管的使用,又能满足车库通风设计要求。

表1 各国及世界卫生组织空气质量控制标准   

表1 各国及世界卫生组织空气质量控制标准
图6 居住区地下车库细部构造优化设计

图6 居住区地下车库细部构造优化设计

 

4.2.3 智能控制

加强智能控制设计是提升车库空气质量的重要一环,尤其是信息、网络和传感器技术的快速发展更为车库智能控制提供了可能。如设置空气质量动态监测系统,通过CO、甲醛、PM2.5和温湿度等传感器随时感知参数指标的变化,并结合车库运行规律自动启停相关设备,既满足空气质量要求,又能节约能耗。

4.3 提升管理水平

上述技术层面策略虽从设计角度提升了车库空气、空间品质,但使用过程中还需管理者用心维护。如结合消防、日常使用、设备维护等建立地下车库管理制度,加强人员培训,提升智能化管理水平等措施,对地下车库的安全和良好运行起到重要作用。

5 结语

目前对地下车库空气质量的不重视与研究不足使其成为严重影响居民健康的场所。随着城市汽车保有量的持续增加和土地日益紧缺,地下停车空间成为建设趋势,但由于其涉及政策、标准、技术、经济和管理等多方因素,要想真正提升、改善地下车库的空气和空间品质,达到安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约和环境宜居的要求,仍任重道远。

 

 

参考文献[1]田利伟,张国强,刘建龙,等.北京市某地下车库空气品质调查[J].建筑热能通风空调,2006(1):84-87.

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

[3]室内空气质量标准:GB/T 18883—2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[4] OLESEN B W. International development of standards for ventilation of building[J]. Ashrae J,1997(4):31-39.

[5] 中国建筑科学研究院有限公司,上海市建筑科学研究院(集团)有限公司.绿色建筑评价标准:GB/T 50378—2019[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[6]宋馨妍.基于改善空气质量的寒地住区地下停车场布局优化研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.
Study on Quality Improvement Strategies of Air in Underground Garage of Residential Buildings
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