阅读说明：本技术 一种装配式地下车库采光通风装置及其计算方法 (Assembled lighting and ventilating device for underground garage and calculation method thereof ) 是由 何开远 石国兵 王永超 赖新 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于绿色建筑领域,涉及一种装配式地下车库采光通风装置及其计算方法,集成采光通风竖井、井壁、镜面反射或漫反射涂料、截水沟、地面固定框架、挡水板、透明通风百叶、顶部采光罩、太阳能发电储能灯、防水层和防护栏杆等部件,实现地下车库既能自然采光和自然通风,还能兼作室内外夜间照明。可以通过科学的计算对采光通风竖井的尺寸结构进行优化,实现更优越的采光通风效果。(The invention belongs to the field of green buildings, and relates to a lighting and ventilating device for an assembled underground garage and a calculation method thereof. The size structure of the lighting and ventilation vertical shaft can be optimized through scientific calculation, and a more superior lighting and ventilation effect is achieved.)

一种装配式地下车库采光通风装置及其计算方法

技术领域

本发明属于绿色建筑领域，涉及一种装配式地下车库采光通风装置及其计算方法。

背景技术

目前，改善地下空间的自然采光的措施主要包括采光天窗、下沉庭院、导光管、采光中庭、天井、反光板等，这些技术有的仅能实现单一自然采光或自然通风功能，有的受现场的空间限制或现场工艺欠佳出现漏水等现象，导则这些采光或通风技术未能得到规模化的推广。

而现有技术中对于采光通风竖井的设计参数并没有较为标准化的设计流程，无法最大化采光通风竖井的采光、通风性能，提高其自然通风能力的可控性，提高整体采光通风装置的采光系数。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种装配式地下车库采光通风装置及其计算方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种装配式地下车库采光通风装置，设置在车库顶部，包括连接车库与外界的采光通风竖井，所述采光通风竖井顶部铺设有采光罩，采光罩外侧铺设有安全防护栏杆；所述采光通风竖井与采光罩连接处设有朝向车库外部的截水沟；所述采光通风竖井呈锥形，沿靠近采光罩的方向其内径逐渐缩小；所述采光罩呈锥形，沿靠近采光通风竖井的方向其内径逐渐增大。

可选的，所述采光通风竖井的井壁上涂有镜面反射或漫反射涂料。

一种装配式地下车库采光通风装置的计算方法，通过采光通风竖井洞口面积地面面积A_c，计算得到相应的地面面积A_d，得到相应的车库中的设计车位数n；结合参数：车库内车的排气温度T_p、车库内以20℃计的标准温度T_n、单台车辆单位时间的排气量m、车库内汽车的运行时间t、车位利用系数k，得到车库内汽车排出气体的总量M；结合典型汽车排放CO的评价浓度y，得到车库内排放CO的量G；结合室外大气中CO的浓度y₀、车库内CO的允许浓度y₁，计算得到车库所需的排风量Q；结合采光通风竖井洞口面积A_c，确定采光通风竖井设计空气流速V。

可选的，采光通风竖井井口面积以下式计算：

τ＝τ_o·τ_c·τ_w·K_j

式中：A_C—采光井洞口面积；

A_d—地面面积，这里视为定值；

C_av—采光系数平均值；

τ—顶部采光罩的总透射比；

CU—利用系数；

τ_o—采光材料的透射比；

τ_c—采光罩结构的挡光折减系数；

τ_w—玻璃的污染折减系数；

K_j—井壁挡光折减系数；

不同地区的采光系数标准值不同，可以确定采光系数平均值C_av。

可选的，采光通风竖井在热压作用下产生自然通风的条件按下式计算：

S_y≥ΔP_d+ΔP_m+ΔP_j

式中：S_y—由于热压的作用，采光通风竖井内产生的抽力；

ΔP_d—空气在采光通风竖井内流动，一部分抽力转换为空气流动的动压；

ΔP_m—空气在采光通风竖井内流动需要克服的沿程阻力；

ΔP_j—空气在采光通风竖井内需要克服的局部阻力。

可选的，抽力S_y按下式计算

式中：h—采光通风竖井高度(地下车库净高+覆土高度+地上高度)，m；

ρ_o—标准状态下空气密度，1.293kg/m³；

T_w—室外空气温度，℃；

T_n—车库内以20℃计的标准温度，℃；

C_p—大气压力修正系数，与不同地区的海拔高度和大气压力有关。

可选的，空气在采光通风竖井内流动，一部分抽力转换为空气流动的动压，按下式计算：

式中：V—采光通风竖井内空气流速，m/s，由采光通风竖井排风量Q和采

光井洞口面积A_c计算；

ρ—采光通风竖井内空气密度，kg/m³。

可选的，空气在采光通风竖井内流动需要克服沿程阻力，按下式计算：

ΔP_m＝hΔP_m.

式中：ΔP_m.—单位长度沿程摩擦阻力：

式中：λ—摩擦阻力系数；

d_e—采光通风竖井当量直径，m；

式中：K—采光通风竖井内壁的绝对粗糙度，m；

Re—雷诺数。

可选的，空气在采光通风竖井内还需要克服局部阻力，按下式计算：

式中：∑ξ_i—局部阻力系数之和。

可选的，地下车库采光通风竖井排风量Q按下式确定：

Q＝G/(y₁-y₀)

式中：Q—车库所需的排风量，m³/h；

G—车库内排放CO的量，mg/h；

y₁—车库内CO的运行浓度，为30mg/m³；

y₀—室外大气中CO的浓度，各地不尽相同，城市里按2.0—3.0mg/m³。车库内CO的总排放量计算公式如下：

G＝M·y

式中：M—车库内汽车排出气体的总量，m³/h；

y—典型汽车排放CO的平均浓度，mg/m³，通常情况取55000mg/m³。

M＝(T₁/T₀)·m·t·k·n

式中：n—车库中的设计车位数；

k—1h出入车数与设计车位的比值，也称车位利用系数，与车库所服务的建筑液态密切相关，一般取0.5-1.2；

t—车库内汽车的允许时间，一般取2-6min；

m—单台车辆单位时间的排气量，m³/min；

T_p—车库内车的排气温度，一般取500+273＝773K；

T_n—车库内以20℃计的标准温度，273+20＝293K。

本发明的有益效果在于：

本发明既可以实现车库的自然采光，又能实现车库的自然通风，还能兼作室内外夜间照明，采用模块化快速预制装配式模块化拼接技术提高制造和装配效率；通过对采光通风竖井形状、尺寸、坡度的调整及对井壁喷射涂料来提升采光效果；可以根据需求调整地面固定框架的规格、通风百叶的高度及采光罩的角度；通过太阳能发电储能灯提高夜间照明及地面观景照明；通过内设挡水板外设截水沟来防止漏水渗水，并通过安全防护栏杆起到安全警示和隔离防护的作用。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为采光通风竖井面积的计算流程；

图2为采光通风竖井设计流速的计算流程；

图3为采光通风竖井的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图3，附图中的元件标号分别表示：车库顶部1、采光通风竖井2、井壁3、镜面反射或漫反射涂料4、截水沟5、地面固定框架6、挡水板7、通风百叶8、采光罩9、太阳能发电储能灯10、防水层11、安全防护栏杆12、覆土13。

本发明涉及一种装配式地下车库的采光通风结构，设置在车库顶部1，包括连接车库与外界的采光通风竖井2，所述采光通风竖井2顶部铺设有采光罩9，采光罩9外侧铺设有安全防护栏杆12；所述采光通风竖井2与采光罩9连接处设有朝向车库外部的截水沟5。在采光通风竖井2外侧铺设车库顶板覆土13。

在窗地面积比相同时，不同采光洞口形状的平均采光系数大小依次为正方形>长扁形>三角形>瘦高形>圆形。本方案将采光通风竖井2洞口形状设定为正方形，但不限于正方形。而采光通风竖井2的井壁3设计成八字形或者倾斜状时，井壁3与水平面角度越小，采光效果越好，但相应的施工成本会提高。倾角在45°-60°之间较优，施工成本适中，可以让人在更大范围内看到天空，并能削弱剧烈的亮度对比避免眩光产生。本方案将采光通风竖井2的井壁3角度设定为60°，但不限于60°。

目前采光通风竖井2壁材料主要是水泥砂浆抹面和白灰抹面，对采光特性并无特殊考虑。从采光质量看，井壁3使用漫反射材料是最好的，漫反射材料可以将光线通过不同的角度反射到地库内，形成柔和舒适的光环境。但是采光井高宽比H/W>2时，不宜采用漫反射材料。此时可以采用镜面反射材料，将光线反射到地库内部更多区域，通过对镜面反射材料的选择，对反射面角度的设计形成合理的反射路径，可以避免在人眼所在高度形成眩光。本方案的采光通风竖井2的井壁3可以根据需求，采用镜面反射或漫反射涂料4。

地面固定框架6安装在采光通风竖井2的井道口上，用于固定预制透明通风百叶8和顶部采光罩9。地面固定架由多个结构架组成，结构架长度为长1000mm，可以根据采光通风竖井2洞口形状和尺寸拼接为不同规格的地面固定架。透明通风百叶8安装在固定框架上，采光通风竖井2地上部分的侧面高度可以根据需求由多个透明通风百叶8拼接而成。百叶角度越小，采光和通风效果越好。本方案中的透明通风百叶8角度为0°-45°，且百叶角度可调整。

不同样式采光罩9的平均采光系数大小依次为单角锥>穹顶>四角锥>拱形>平板形>九角锥。本方案将采光通风竖井2采光罩9样式设定为单角锥形，但不限于单角锥形。采光罩9与水平面角度为30°-60°，方便雨水冲刷，减少积灰，达到自清洗的效果。

目前常用的采光罩9材料有玻璃钢采光板(FRP)，聚碳酸酯板(PC板)、钢化玻璃、夹层玻璃等。本方案中的顶部采光罩9材料具有高透射率、聚热、抗冲击性强和易于清洗的主要性能，主要采用高透光聚热安全夹胶玻璃，但不限于该材料。

本方案中采光罩9的顶部安装有太阳能发电储能灯10，连接太阳能光伏发电系统，并有照度感应功能，用作夜间及照度较低时的车库照明。该照明灯具还可兼作夜间地面景观照明，同时起到安全提醒、美化景观的作用。

本方案的采光通风竖井2内安装有挡水板7，防止雨水通过百叶进入到地下车库；采光通风竖井2周围有截水槽，防止雨水通过采光通风竖井2洞口周围渗透至地下车库。采光通风竖井2周围安装有安全防护栏杆12，安全防护栏杆12采用模块化预制装配式拼接结构，根据需要组装成不同规格，起到安全警示和隔离防护的作用。

在本发明的装配过程中，首选需要根据项目实际情况，结合车库采光需求、室内空气质量需求以及景观设计要求综合考虑，确定可以布置的采光通风竖井位置。

车库顶板1、采光通风竖井2和井壁3采用相同材料进行浇筑，采光通风竖井2的洞口形状采用优选的正方形，洞口尺寸的单位长度为1m，以便于预制地面固定架5；采光通风竖井2的井壁3角度采用优选的60°；在井壁3表面喷涂镜面反射或漫反射涂料4，采光井高宽比H/W＜2时，采用漫反射材料，采光井高宽比H/W＞2时，采用镜面反射材料，以提升采光效果；采光通风竖井2的顶部外侧开挖截水沟5，坡度为1％，截水沟连接直接外部排水系统，以防止采光通风竖井漏水渗水；地面轨道框架6采用模块化预制装配式拼接结构，单位长度为1m，根据采光通风竖井2的洞口尺寸组装成不同规格，并固定安装在采光通风竖井2和井壁3上，用以支撑挡水板7、透明通风百叶8和顶部采光罩9；透明通风百叶8安装在地面轨道框架6上，采用模块化预制装配式拼接结构，可以组装成不同高度；顶部采光罩9采用优选的单角锥形状和30°角度，安装在地面固定框架6和透明通风百叶8的顶部，采用模块化预制装配式拼接结构，根据地面固定框架6和透明通风百叶8进行组装；顶部采光罩9内有太阳能发电储能灯10，太阳能发电储能灯10与外部太阳光伏板发电系统相连接，顶部采光罩9锥顶表面铺设防水层11，半径200mm；采光通风竖井周围安装安全防护栏杆12，模块化预制装配式拼接结构，根据采光通风竖井尺寸、配合项目景观需要组装成不同规格。

采光通风竖井面积及尺寸计算流程：已知采光系数标准值，设计时计算采光通风竖井面积及尺寸，计算流程如下所示：

采光通风竖井可以看作为顶部采光，采光通风竖井洞口面积按下式计算：

τ＝τ_o·τ_c·τ_w·K_j

式中：A_C—采光井洞口面积；

A_d—地面面积，这里视为定值；

C_av—采光系数平均值；

τ—顶部采光罩的总透射比；

CU—利用系数；

τ_o—采光材料的透射比；

τ_c—采光罩结构的挡光折减系数；

τ_w—玻璃的污染折减系数；

K_j—井壁挡光折减系数；

不同地区的采光系数标准值不同，可以确定采光系数平均值C_av。

根据采光罩材料确定采光罩性能参数τ_o、τ_c、τ_w，此时总透射比τ与K_j成正比，K_j与采光通风竖井洞口尺寸相关，经测算，面积相同时，K_j正方形＞K_j长方形，即τ_正方形＞τ_长方形。采光系数平均值C_av一定时，总透射比τ越大，需要的采光井洞口面积A_C越小，因此本专利选择正方形作为采光通风竖井洞口的优选形状。

CU与顶棚反射比、墙面反射比、地面反射比和室空间比RCR有关，RCR受车库高度、尺寸影响，在RCR一定时，CU顶棚反射比、墙面反射比、地面反射比成正比，通过在井壁3喷涂镜面反射或漫反射涂料4，可以提高墙面反射比。采光系数平均值C_av一定时，墙面反射比，需要的采光井洞口面积A_C越小。

地面面积A_d视为定值，结合已确定采的光系数平均值C_av、顶部采光罩的总透射比τ、利用系数CU，可确定采光通风竖井洞口面积A_c。

根据优选形状为正方形，确定采光通风竖井尺寸。

A_C为采光井洞口面积，当井壁为八字形或倾斜状时，可以近似看作采光井洞口面积A_C增大，相应的能提高采光系数平均值C_av。

利用计算机仿真软件，可视化复核采光系数是否满足要求，迭代优化，直至满足要求。

采光通风竖井空气流速计算流程：已知采光井洞口面积和尺寸，设计时计算采光通风竖井排风量和风速，计算流程如下所示：

车库采光通风竖井自然通风主要是利用室内外温度差所造成的热压作用或室外风力所造成的风压作用来实现通风换气的，即采光通风竖井在热压作用向外排风，车库出入口在风压作用下对车库内进行补风。但是通常情况下，由于室外风力具有不稳定性，风速和风向是经常变化的，对于地下车库的采光通风竖井的自然通风影响有限，因此主要考虑热压对采光通风竖井自然通风的影响。

由于热压的作用，采光通风竖井内产生的抽力是该采光通风竖井的自然通风动力，地下车库采光通风竖井在热压作用下产生自然通风的条件按下式计算：

S_y≥ΔP_d+ΔP_m+ΔP_j

式中：S_y—由于热压的作用，采光通风竖井内产生的抽力；

ΔP_d—空气在采光通风竖井内流动，一部分抽力转换为空气流动的动压；

ΔP_m—空气在采光通风竖井内流动需要克服的沿程阻力；

ΔP_j—空气在采光通风竖井内需要克服的局部阻力。

抽力S_y按下式计算：

式中：h—采光通风竖井高度(地下车库净高+覆土高度+地上高度)，m；

ρ_o—标准状态下空气密度，1.293kg/m³；

T_w—室外空气温度，℃；

T_n—车库内以20℃计的标准温度，℃；

C_p—大气压力修正系数，与不同地区的海拔高度和大气压力有关。

空气在采光通风竖井内流动，一部分抽力转换为空气流动的动压，按下式计算：

式中：V—采光通风竖井内空气流速，m/s，由采光通风竖井排风量Q和采光井洞口面积A_c计算；

ρ—采光通风竖井内空气密度，kg/m³。

空气在采光通风竖井内流动需要克服沿程阻力，按下式计算：

ΔP_m＝hΔP_m.

式中：ΔP_m.—单位长度沿程摩擦阻力：

式中：λ—摩擦阻力系数；

d_e—采光通风竖井当量直径，m。

式中：K—采光通风竖井内壁的绝对粗糙度，m；

Re—雷诺数。

空气在采光通风竖井内还需要克服局部阻力，按下式计算：

式中：∑ξ_i—局部阻力系数之和。

本专利地上侧面部分由模块化预制装配式的透明通风百叶8组装而成，可自由调整高度，即调整了采光通风竖井高度h，相应的调整了采光通风竖井在热压作用下的抽力S_y，增强了采光通风竖井在热压作用下自然通风能力的可控性；

本专利顶部采光罩通过采用高透光聚热安全夹胶玻璃，由于玻璃聚热，提高了采光通风竖井内空气温度，降低了采光通风竖井内空气密度，根据上诉公式，可以降低了ΔP_d、ΔP_m、ΔP_j，相应的提升了采光通风竖井在热压作用下自然通风的能力。

同时，根据上述公式可知，采光通风竖井内空气流速V与采光通风竖井排风量Q和采光井洞口面积A_c相关，洞口面积A_c一定时，通过确定采光通风竖井排风量Q可以计算得到，采光通风竖井内空气流速V，进而确定地下车库采光通风竖井在热压作用下是否满足产生自然通风的条件。

地下车库采光通风竖井排风量Q按下式确定：

Q＝G/(y₁-y₀)

式中：Q—车库所需的排风量，m³/h；

G—车库内排放CO的量，mg/h；

y₁—车库内CO的运行浓度，为30mg/m³；

y₀—室外大气中CO的浓度，各地不尽相同，一般城市里可按2.0—3.0mg/m³采用。

车库内CO的总排放量计算公式如下：

G＝M·y

式中：M—车库内汽车排出气体的总量，m³/h；

y—典型汽车排放CO的平均浓度，mg/m³，通常情况取55000mg/m³。

M＝(T₁/T₀)·m·t·k·n

式中：n—车库中的设计车位数；

k—1h出入车数与设计车位的比值，也称车位利用系数，与车库所服务的建筑液态密切相关，一般取0.5-1.2；

t—车库内汽车的允许时间，一般取2-6min；

m—单台车辆单位时间的排气量，m³/min，[一般可取1.2-1.5m³/(h·台)求得]；

T_p—车库内车的排气温度，一般取500-273＝773K；

T_n—车库内以20℃计的标准温度，273+20＝293K。

已知采光通风竖井洞口面积地面面积A_c，可知相应的地面面积A_d，得到相应的车库中的设计车位数n，结合参数：车库内车的排气温度T_p、车库内以20℃计的标准温度T_n、单台车辆单位时间的排气量m、车库内汽车的运行时间t、车位利用系数k，可得到车库内汽车排出气体的总量M；

结合典型汽车排放CO的评价浓度y，得到车库内排放CO的量G；

结合室外大气中CO的浓度y₀、车库内CO的允许浓度y₁，计算得到车库所需的排风量Q；

结合采光通风竖井洞口面积A_c，确定采光通风竖井设计空气流速V。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。