（土木工程专业论文）高层住宅厨房集中排烟气系统设计方法研究.pdf

摘要摘要本课题是针对高层住宅厨房集扣排烟气系统设计方法的研究，目的是在现有系统应用、关键设备研究的基础上，通过理论推导、数值模拟和实验验证的方法，确定系统设计的基本参数，对高层住宅厨房排烟气系统理论进行研究和完善，并提出一个通用、安全、经济的系统设计方法。本文比较了厨房通风效果的指标，指出了这些指标存在的问题，并采用仿真模拟的方法，计算了不同模式下通风最对厨房油烟浓度的影响及非稳态下油烟浓度的变化规律。采用止逆阀时的合流阻力数值及变化规律均与一般的通风系统有所区别，本文从理论上分析了多动力源汇流合流阻力的影响因素，介绍了现有的阻力系数选取办法，采用c f d 的方法对采用上开式止逆阀的系统在不同排烟气道尺寸、不同l j ：逆阀开启角度、不同流量比下的合流阻力系数进行了仿真计算，对计算结果通过实验进行了验证，并与其它形式的止逆阀和普通的合流三通进行了比较和分析。根据在合流阻力的成果和其它技术资料，本文设计并实现了多动力源汇流情况下的集中排烟气系统设计计算程序。该程序可以根据设计条件得出计算结果，并能够根据要求调整设计参数、改善系统平衡情况。最后，本文根据程序结果分析了系统的影响因素，并给出了相应的建议。关键词：住宅厨房，集中排烟气系统，多动力源汇流，合流阻力，设计方法a b s t r a c ta b s t r a c tt h er e s e a r c hw o r ki nt h i st h e s i si sa b o u tt h ec e n t r a ie x h a u s ts y s t e mf o rr e s i d e n t i a lk i t c h e ni nh i g h r i s eb u i l d i n g s b a s e do ne x i s t i n ga p p l i c a t i o n sa n de q u i p m e n t sr e s e a r c hr e s u l t s ，t h et h e s i sc o n f i r m st h eb a s i cp a r a m e t e r sf o rt h es y s t e md e s i g n ，p e r f e c t st h et h e o r yo ft h es y s t e ma n dg i v e sag e n e r a l ，s a f e ，e c o n o m i c a ld e s i g nm e t h o db yt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lv a l i d a t i o n t h i st h e s i sc a m p a r e de f f e c ti n d e x e so ft h ek i t c h e nv e n t i l a t i o n ，p o i n t e do u tp r o b l e m so nt h ei n d e x e s ，c u m p u t e r e de f f e c t so ft h ef l o wr a t eo nt h ef r a c t i o n so ft h eg a sa n dc h a n g er u l e su n d e ru n s t e a d ys t a t e 。t h en u m b e ro fl o c a lr e s i s t a n c ea n di t sc h a n g er u l ea r ed i f f e r e n tw h e nc h e c kv a l v e sa r ea d o p t e dc o m p a r e dw i t hn o r m a lt e eb r a n c ht h et h e s i sa n a l i z e si m p a c t si nt h e o r y , i n t r o d u c e se x i s t i n gm e a n sf o rt h ec o e f f i c i e n ts e l e c t i o n ，s i m u l a t e st h el o c a lr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n t sw h i l et h ea r e ao ft h ed u c t ，o p e na n g l eo fu p o p e nv a l v eo rt h ef l u xr a t i oc h a n g e s t h er e s u l t sa r ev a l i d a t e db ye x p e r i m e n ta n dc o m p a r e dw i t hd a t ao fo t h e rt y p ev a l v e sa n dn o r m a lt e eb r a n c h a c c o r d i n gt ot h er e s u l to nt h el o c a lr e s i s t a n c ea n do t h e rt e c h n i c a ld a t a ，ap r o g r a mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h ep r o g r a mc a nb eu s e dt oe d u c er e s u l tu n d e rd e s i g nc o n d i t i o n s ，a d j u s td e s i g np a r a m e t e r s ，a n di m p r o v es y s t e mb a l a n c e f i n a l l y ,c o m b i n e dw i t hr e s u l t sc a l c u l a t e db yt h ep r o g r a m ，i m p a c t sa r ea n a l i z e da sa d v i c e sf o rt h ec e n t r a le x h a u s ts y s t e ma r ep r o p o s e d k e yw o r d s ：r e s i d e n t i a lk i t c h e n ，c e n t r a le x h a u s ts y s t e m ，c o n f l u e n c ef r o mm u l t i p o w e rs u p p l y l o c a lr e s i s t a n c eo fc o n f l u e n c e ，d e s i g nm e t h o d i i学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在不咀赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：0 霹遗6 年弓月可日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名学位论文作者签名：年月曰年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。龇雄砷i 年弓月印日笫l 释绪论第1 牵绪论厨房建毽窀鹃重瑟维成部分，王是生活设备竣集中、污染甥散发最严鬟静区域。聪卷住宅建筑从零屡到多攫、从多攫到裹艨甚至超巍朦静发鼹，在获褥了极大约瑟展窒阗豹阉黠，也绘爨膳接烟气粒没诗、馊用豢寒了一些阉题。为r 髌决这些阏题，出现了排风扇、抽油烟秽l 、水平排气邋、竖向共用排烟道等来改善厨房内瓣环境状况。安垒寿效的住宅厨房摊烟系统对于改善疆民生活环境、提高寰内王1 = 境品质有着黧要的实际意义。1 1 厨房排烟气方式的演变厨房是烹制菜肴设食的场所。俗话说“紫米油盐镶醋茶”，久们每天都要与群房藉交道。缴蹒爨斑鑫冬发震鞠撵烟气方式静演交，它一方嚣取决芎二璺三产力豹发袋，勇方谣毽决定予当缝静逡然条秘帮蘑民瓣生活习惯。斌火塘到独焱爨爨，从紫攀烛至g 煤球炉再剽今天方蠖使用黪燃气灶媳，羼爨在不新熬发展交钝，入嚣】瓣予辩黪巧凌戆嫠求爨越来越菇。蛙篡鞠炊具产生熬演烟严黧影确用户故身铃健康，对厨房油烟进 亍捷集处理的措施必不可少，这就最掰房道双撑潮嬲 薹务。尉房通风排烟方式可以分为自然通风謦n 机械动力摊烟气两个阶段。我醴住宅蹲房采用机城动力搏煺气经过了以下几个阶段的演变。在自然通风受外界气象条件的影响、尉房内油烟气排放效果惹的情况下，国内最巍蓄遍采糟的是轴流摊气躺。轴瀛稚气旃绪檎筒荦，安装方便，造价骶，假这种排风方式下炉灶产生的油烟不能崴攘被捕集。只有在扩散别整个厨房尉才熊捧放黧家外，困鲦厨房的滴烟污染不辘有效地褴翎。勇矫，安装在窑户鲮乡 墙一t的排气扁所产生的油渍不筋清洗，丘污染建筑静外立礤。掬： 囊娲稳集气牵1 筻在灶台鹣蠡上方，骞效缝避免了浊煺在掰痨内的扩数，黠污染控制效巢较好，京辕流摔气赢之聪褥翻了广泛的毽翔( 觅黼l ，1 ) 。警端搔灏鳃税熬安装楚将糕管穿_ 遭整漏域蠹蝼溺，燃气囊接接至室静，鄂艨强熬“整瓣式”。这稀方式下捧风艇阻力夸，相蔽懿捧风爨裁大；毽是羝藤倥户j | 舞舞 数漓烟穰可黢第1 章绪论通过上层或附近住户的外窗进入室内，引起交叉污染；在室外风速较大的情况下，可能h 现倒灌的现象。使用抽油烟机存在一个与使用排气扇相同的问题：在使用了一段时间以后，排气口附近会积聚油污，影响建筑物外立面的美观。一7 00捌6 5垃要6 0最星拍鼍世从二十世纪九十年代初年底拥有量统计( 1 9 9 9 2 0 0 4 年)开始，逐渐出现了多种厨房共甩排气道的形式，其中较为典型的几种排烟气道如图1 2 1 6 所示。在这螋烟道形式中，独立组合式烟道( 图1 2 ) 由于在楼层较多时所占面积较大，只适用于多层住宅。子母型烟道( 图i 3 ) 是较早出现的烟道形式，也是存在问题较多的一种。在子母型烟道中，烟道内为正压，在某层抽油烟机不工作时，烟道与厨房还是连通的，集中排烟道内的烟气会扩散到厨房内，产生所谓“串烟”的阃壁；同时，子、母烟道占用的总面积较大，子烟道在施工安装时易落入泥沙等杂物而导致排烟不畅，且难以维修。变压式烟道( 图1 4 ) 是为改善子母式烟道串烟、串味问题而研制的烟道形式，它在烟道合流处设雹局部构件，利用空气动力学中的动静压转换原理，以试图消除串烟、串味的问题并减小合流的阻力。当某些楼层的抽油烟机开启时，在呈停机状态的抽油烟机与烟道联接口处形成局部负压，防止了各层厨房的串烟。这种烟道省去了子烟道，但增加了变压结构，在制作上比较麻烦，安装调试也比较困难。在实际使用中，通过导流板处的烟气速度往往达不到设定值。对于高层住宅的下层用户，其烟气要经过十几次甚至几十次动静压变换，会造成较大的能量损失抽油烟机能否负担是个主要问题。罔1 2 独立组合式烟道第l 章绪论图13 子母型烟道图1 4 变压式烟道图1 5 变截面烟道网1 6 等截面烟道到了九十年代中期，采用集中排烟道已取得了建筑和通风专家的一致认可。针对子母型烟道和变压式烟道在实际安装、使用过程中遇到的问题，在新建的高层住宅楼中义出现了采用止逆阀的两种集中排烟道的形式变截面烟道和等截面烟道。用于厨房排烟的止逆阀的最初形式是重力式的，阀片一般采用塑料、金属等轻质材料制成，安装在排烟支管和集中式排烟气道之间，起到止逆的作用。在抽油烟机不工作时，阀片盖住排烟支管的端部，以防止烟气倒灌；抽油烟机开启时，靠抽油烟机的风压来使阀片转动一定的角度，使厨房油烟能够排放到集中式排烟气道内。变截面烟道( 如图1 5 ) 是根据_ 1 j 户的排烟量将商层住宅划分成多段，下段采用较小的烟道截面，上段采用较大的烟道截面。其优点是为下层住宅的厨房增加一些使用面积( 文献 1 l q a 对三十层住宅进行计算，结果得出采用变截面烟道时下层住宅厨房增加的使用面积约为0 0 8 m 2 ) ，但从管路阻力的情况来考虑，e h 于底层烟气排放所经管路远较顶层烟气长，系统存在各层支管风量1 i 平衡的问题，变截面烟道增加了底层烟气排放的阻力，使风量不平衡的情况更加严重，同时也给给建筑设计及施工带来了麻烦。毛彳黧墅一_睁萨j1j蚪*w瑚川w州u1第1 章绪论等截面烟道( 如图1 6 ) 自底层到顶层的烟道流通截面一致，即使有少量的泥砂浆掉入也不会影响使用，这给建筑设计、烟道制作及施工安装带来极大的方便。因而得到了广泛的应用。随着等截面烟道在实际工程中的推广应用，对止逆阀的研究也从未间断过。在最近十多年的时间里，从翻盖式双止逆阀到带滤油网的单止逆阀，从近两年才问世投产的可与抽油烟机联动的电磁阀到最新研制的烟道诱导式进口装置，新型的止逆阀产品不断问世| i 】。早期止逆阀存在的很多问题，如易变形、粘上油污后开闭失灵、关闭不严导致串烟等，綦本卜都得到了解决。近些年来，人们对身处的室内环境空气品质的要求也越来越高。如何控制好家庭中厨房这个最大的污染源已经成为关注的焦点，厨房油烟气直排方式因其对建筑物立面有破坏作用，并且会对大气环境造成污染，早已受到质疑。上海市的住宅建筑设汁标准( d b j 0 8 2 0 9 8 ) 规定，“厨房应设置出屋顶的垂直排烟道，并应有防l i ：烟气回流和串味的措施。”目前，在新建高层住宅的厨房内都会设置集中排烟道，采用集中排放系统已经成为今后发展的方向。目前，高层住宅中常用的烟道形式是两种变压式烟道和等截面烟道。在中、高层住宅中也有采用变截面烟道的实例；还有人提出采用“集中式机械排风系统”，即在屋顶设置风机取代无动力风帽，在烟道内形成负压以保证各户的烟气能顺利排放和不反串1 2 l ，但这些形式的系统在使用、管理中还存在着一些不易解决的问题，在实际工程中应用不是很多。1 2 住宅厨房排烟气系统研究的现状从研究的功用上来看，住宅厨房排烟气系统研究可以分为厨房排风和集中排烟气道两个方向。厨房排风方向包括对室内空气品质、厨房活动的污染物散发量、排风设备对污染物的捕集效率以及厨房合理排风量、排风形式的研究。对集中排烟气道的研究则主要是针对多层、高层住宅排烟道的截面尺寸设计、风量平衡及防串烟的问题。1 2 1 住宅厨房污染物的研究使用燃料的厨房污染物来源主要是燃烧和烹饪。燃料燃烧排放的主要污染物第l 章绪论等截面烟道( 如图1 6 ) 自底层到顶层的烟道流通截面一致即使有少量的泥砂浆掉入也不会影响使用，这给建筑设计、烟道制作及旌工安装带来极大的方便。园阿得到了广泛的碰用。随着等截面烟道在实际工程中的推广应用，对止逆阀的研究也从未阃断过。往最近十多年的时间里，从翻盖式双止逆阀到带滤油网的单止逆阀，从近两年才问世投产的可与抽油烟机联动的电磁阀到最新研制的烟道诱导式进n 装置，新型的止逆阀产品小断问世l ij 。早期止逆阀存在的很多口j 题，如易变形、粘r 油污后开闭失灵、关闭不严导致串烟等，基本r 都得到了解决。近些年来，人们对身处的室内环境空气品质的要求也越来越高。如何控制好家庭中尉房这个最大的污染源已经成为关注的焦点，厨房油炯气直排方式因其对建筑物立面有破坏作用，并且会对大气环境造成污染，早已受到质疑。上海市的住宅建筑设计标准t d b j 0 8 2 0 9 8 ) 规定“厨房应设置出屋顶的垂壹排烟道，井应有防【i ：烟气回流和串味的措施。”目前，在新建高层住宅的厨房内都会设置集i _ = i 罪烟道，采用集中排放系统已经成为今后发展的方同。目前，高层住宅中常用的炯道形式是两种变压式烟道和等截面烟道。在中、高层住宅中也有采用变截面烟道的实例：还有人提出采用“集中式机械排风系统”，即在屋顶设置风机取代无动力风帽，在烟道内形成负压以保证各户的烟气能顺利排放和不反串口j ，但这些形式的系统在使用、管理中还存在着一些不易解决的问题，在实际工程中应用不是很多。12 住宅厨房排烟气系统研究的现状从研究的功用上来看，住宅厨房排烟气系统研究可以分为厨房排风和集中排烟气道两个方向。厨房排风方向包括对室内空气品质、厨房活动的污染物散发量、排风设备对污染物的捕集效率以及厨房合理排风基、排风形式的研究。对集中排烟气道的研究则丰要是针对多层、高层住宅排烟道的截面尺寸设计、风量平衡及防串烟的问题。1 2 1 住宅厨房污染物的研究使用燃料的厨房污染物来源主要是燃烧和烹饪。燃料燃烧排放的主要污染物使j = i 】燃料的厨房污染物来源主要是燃烧和烹饪。燃料燃烧排放的主要污染物第1 章绪论等截面烟道( 如图1 6 ) 自底层到顶层的烟道流通截面一致，即使有少量的泥砂浆掉入也不会影响使用，这给建筑设计、烟道制作及施工安装带来极大的方便。因而得到了广泛的应用。随着等截面烟道在实际工程中的推广应用，对止逆阀的研究也从未间断过。在最近十多年的时间里，从翻盖式双止逆阀到带滤油网的单止逆阀，从近两年才问世投产的可与抽油烟机联动的电磁阀到最新研制的烟道诱导式进口装置，新型的止逆阀产品不断问世| i 】。早期止逆阀存在的很多问题，如易变形、粘上油污后开闭失灵、关闭不严导致串烟等，綦本卜都得到了解决。近些年来，人们对身处的室内环境空气品质的要求也越来越高。如何控制好家庭中厨房这个最大的污染源已经成为关注的焦点，厨房油烟气直排方式因其对建筑物立面有破坏作用，并且会对大气环境造成污染，早已受到质疑。上海市的住宅建筑设汁标准( d b j 0 8 2 0 9 8 ) 规定，“厨房应设置出屋顶的垂直排烟道，并应有防l i ：烟气回流和串味的措施。”目前，在新建高层住宅的厨房内都会设置集中排烟道，采用集中排放系统已经成为今后发展的方向。目前，高层住宅中常用的烟道形式是两种变压式烟道和等截面烟道。在中、高层住宅中也有采用变截面烟道的实例；还有人提出采用“集中式机械排风系统”，即在屋顶设置风机取代无动力风帽，在烟道内形成负压以保证各户的烟气能顺利排放和不反串1 2 l ，但这些形式的系统在使用、管理中还存在着一些不易解决的问题，在实际工程中应用不是很多。1 2 住宅厨房排烟气系统研究的现状从研究的功用上来看，住宅厨房排烟气系统研究可以分为厨房排风和集中排烟气道两个方向。厨房排风方向包括对室内空气品质、厨房活动的污染物散发量、排风设备对污染物的捕集效率以及厨房合理排风量、排风形式的研究。对集中排烟气道的研究则主要是针对多层、高层住宅排烟道的截面尺寸设计、风量平衡及防串烟的问题。1 2 1 住宅厨房污染物的研究使用燃料的厨房污染物来源主要是燃烧和烹饪。燃料燃烧排放的主要污染物第l 章缝论是c o 、s 0 2 、c 0 2 、n o x 、p a h ( 多环芳烃) 等；烹饪产生的油烟气组分复杂，主要膏鹾、酮、爆、艚骑酸、醇、芳香族纯合耪、糙、内藤、杂环仡合锈等基诗2 2 0 多种p l 。这菹中对人体危害较大的是c o 、s 0 2 、c 0 2 、n o x 、可吸入颗粒物及多释寄税纯积物，如苯并( 鑫) 蓖( 强致癌锈) 等。大蛩静研究表萌，火淤、烤籍、壁炉的使焉戳及吸潮、熏香等燃烧避程建室内颗粒物壤主要静来源i 4 j 。据统计， 壁棼上绞5 0 瓣污染圭螫来囊镞疆或数寝璎豹燃料；京发袋中国家这个跑锻燹楚齑遮9 0 。w a l l a c e 在文献瑟】串掺出，慧镪过程中每分镑产生可暇人颗粒物( p m i o ) 4 1l 。6m g ，其书p m 2 。5 鹣数萎巍1 7 o 。6 m g ，疑占比铡约为4 0 。实验缝襞表骥，燃气炉所产生的颗粒物中，9 0 以上都属予超细颗粒( p m 0 1 ) 峰值粒径为0 0 6 p m 。嗣锝针对瓣痔内的颗粒海染情况遴幸亍的调套还发现烹镊过程可以搜得室内的微小颗粒物的计数浓度增加约5 倍，对质爨浓度的影响更犬：对包括比萨制作、油炸、烧烤、微波炉和烤箱酶使用等各种不同类型的烹饪彳予为进行的实溺，通过给出了计数发生率和p m 2 5 的；r 熏发生率以及各自对成的中值粒衽，发现漓炸和烧烤这两类烹饪行为所导崴静颓敉污染最斑严重 4 l 。随着对室内空气品质认识的逐步加深，国家邑缀出台了系列厝住隧藏整内空气孛污絷物羹整：标准来袋定浮染梅在蜜肉翡最赢察译浓度。魏囊蠹空气串氮氧纯物难奄标准( g b 玎1 7 0 9 6 1 9 9 7 ) 藏定，室内空气巾n o x ( 戬n 0 2 计) 精平埝爨熹褰喜莘浓菠鸯0 。t o m g m 3 ；室内空气中磷毂入颗粒物里袅拣准( g b f f1 7 0 9 5 1 9 9 7 ) 裁定，室内霹较天鬏粒扬西警瓣最藤容诲浓凌洚o 。1 5 m g l m 3 ，矮豢孛毽塞径为l o 汹b ；室内空气孛二氧让磕卫生标准( g b t1 7 0 9 7 ，1 9 9 7 ) 规定，室内空气孛二氧纯骧戆l 三l 乎均最裹容许滚壤馕为0 1 5 m g m 3 ；冀卦逐规定7 在履往匿内，氧化碳日平均殿离容 譬浓度为3 m g ，m 3 ，一次最建释许浓度为9 m m ，；苯劳( 8 ) 蓬题平稳摄舞容诲浓度为0 ，5 g 1 0 0 m 3 等等1 6 1 f 7 j 。1 2 2 往宅厨翡秘台壤排风形式凝辩蕊避的醑究按照通风静琢瑾，筏溶染发生辩局部嚣壤把窀! 誊走燕浆粥擗袋涞控蒂l 污染酶最好方法。在厨房采用螽然通风的情况f 燃烧和烹饪骄产生的滴潮在辩赦剿室韩之蘸魏会扩散戮室内绝大部分空翔，照烟气流彝苓能羧测：烟气溉存霹蕤扩数舞窜矫，畿有爵扩散剿往宅内的簇它嚣域；采鬻铡壁撩矾藤鼙重，霹疆遴过含理第l 攀绪瓷安排排风扇的位置使油烟在排出室外所经的路径最短，凰排风的换气次数可以较大，敞覆使舞露蠹的潮气浓度戮显降低，毽蠹予溜耀受浮舞力懿莽雳显捺鼹日辩近风速衰减很快，对油烟的控制还是不够理想；抽油烟机类似于一个局部排气罩，透过臻擒上豹念毽设计霹强懿较小豹萎 风耋达到较为理想豹效巢。中豳建筑科学研究院对不同形式的抽油烟机在不同风量下的油烟捕集效率进程了测试，弗提出了濑烟接繁效率豹测试方法 8 hi g l 。擞摄其检测结果，褥出的结论是；抽油烟机集气犟的形式对油烟捕集效率影响非常大，同在3 7 0 m 3 h 的风量下深罩毅的撼爨效率比拽翠型要高1 6 ；瓶深罩型抽油烟枫在5 8 5m 3 h _ 和3 7 0 m 3 h风星下的效率仪相差3 。如表t 1 所示。文献 9 】也傲了类似的测试，并沃为抽油烟机的排风量达垂2 5 0 m “h 即可。表1 i 铡点处h 2 0 营分比浓壤( ) 戮国乡 黯裔效蘑房撵矮气犟静繇究较多，在瓣烟气擘形式方鬻煞磅究结栗 l 。1也可供我们参考。1 2 3 住宅厨房集中甜 烟气系统的研究集巾排烟气系统的研究随着r | 、高滕住宅的出现起步( 上t 馥纪八十年代末) ，并与集巾排烟气道形式鲍发展起到相互攘动的作用。文献【l l 】最翠较全黼地论述集中摊燃气系统的情况，并给出了实用可行的浚计参数和设计方法。文献【2 】对多层住宅的子母型排烟气邋进行了研究，以流体力学中流动过程熊麓平衡琢瑶为基磷，逶遥建立不闻捧风系统瓣数学模鳖，磺究了排烟气系统在礅机使用不同的设备和不嗣竖井截面尺寸结合的条件下，各层的实际撵风爨敬爱毒设诗毽瓣偏差稻上、下黧捧风爨不均匀散，搽讨了解决系统莠罴排风量分配刁i 均和排风嫩巧；足问题的方法。文献f 2 】认为，对于7 层的住宅，子母鏊耀遴在圭耀遴截嚣足寸鸯e 0 3 蠢器重镲溅镬各鬃熬接滔爨郡这裂较舞璎憋夔效果；在童烟道截面面积扩大一倘或使用黼个子母烟道( 1 3 层、4 7 层) 时，情况6第1 章绪论会有所改善。辛月琪在文献【l 】全面对烟道的特性( 包括内管壁绝对粗糙度k 与合流阻力系数) 以及重要的系统设备，如i l 逆阀、抽油烟机及风帽等的性能进行了独立的实验研究，归纳了系统内气流流动的规律并就此提 i = 保证系统良好运行效果情况下各设备应该达到的性能要求，借助数值模拟对烟道内的沿程损失与合流损失情况进行研究，将实验的结果应用范围加以推广对已建成并投入使用的高层住宅烟道排风系统结合实验结论进行了调查研究和现场实测，提出了解决现场各类问题的方法，同时存合理选用系统设计的计算参数以及流动阻力计算方法方面做了大量工作，并编写了设计计算的程序，结合程序算例对已有系统的优化设计提出了建议，并就今后建造的系统如何减少或避免现有缺陷提出一些指导性的意见。欧美国家在多层和高层住宅中亦多有采用集中烟道排风系统，有的高层住宅还在蛏风道顶部安装屋顶排风机，其烟道的形式和我国有所不同( 图1 7 ) 。由于欧美国家的高层建筑往往作办公楼用，住宅以多层、别墅型居多，几乎不存在厨房集中排烟问题。由于采用屋顶捧风机时电耗较大，且存在费用分摊的问题，因此，这种集中烟道排风系统难以借鉴。日本在厨房通风方面做了很多研究，在应用中采用了多种不同图17 欧美国家采用的集中排烟系统形式的通风系统。日本更多采用的是单户换气方式，较常用的足双向贯通式水平排风系统( 图1 8 ) 。贯通室内的水平风管，两端均开口，为防止室外风力影响室内排风，两端开口处均安装管帽。该排气通道对风压、风向的适应性和运行稳定性都优于其它方式，且防火性能好，通过风道蔓延火灾的可能性小。其缺点是会造成多层或高层住宅排风交叉污染。一一1爿第l 章绪论赞雾藏管百哆萝尹溯遵疆i圈1 8 墩向赏通式水平筘 气溆【l l ，3 ，零论文憋主要量豫内餐零浚文是褒豳内外现焱研究媳基硪上，辩予集中撵烟气系统中滏未解决滟阏趱避行遴一步硬突、分瓣秘探讨。食璎赡厨房瓣风蹩怒设计系绫静蒸零参数，也是系统经济商效琏运静静蘸提：旌冷嗣熬婀对使用搴下，保涯各楼j ； 厨房 风量均匀是住窀厨房烟道擗风系统运行效巢酶基零条 孛。零论文拟_ x 尊不同的厨房通风形式进行比较，分析抽油烟机的形式和沸风量对油耀搪榘羧搴鹣彩嫡；钛理论 ：慰设诖参数秘耀瀵串静愈滚规撑遴行深入豹磷究：从现有的设备性能参数、系统形式嘲发，宪瓣计算程序，把稳序整合成一个麓便、准确熟诗葵分翡王其，搜系统墩诗和验姣辩学、合理、掰行。主要研究内容： ) 通过傥舆及对嚣脊豹试骏络蒙靛分折确定撵风餐魏大小弱捅涵燃祝躺袋佼安装形式。2 分褥隳中式辩潮气道内多秘力源气流掌流囊杂流动靛规律，势褥她合流阻力豹系数。3 ) 浚进究蒋没计誊| 箨程黟。4 ) 分辑聚统的影响因素，提出优纯、改进系统的方渣。辩l 章靖诧繁 漾砖、娥率章黼撒了澍爨嫌浦烟方斌豹演凝，介绣了集中封 耀气系统的常凳澎式，糌糍撬了瓣痨撵涵爆糕荚瀑邂黪辨褒瑷拔。在露蠢礤突戆蘩惑上，零漂戆圭甏搴 黠簿截黼蒸中摊烟气遴，研究掰膀裁 风爨、 # 磁瞄式黠撼熙效祟鹣影响，尊次对多秘力瓣汇滚下蕊食浚髑郯艇力燕数进j 詈磁究，宽饕囊巾褥煺气聚缝设计熬方法。挚第2 章住宅厨毖舱台理排撤麓第2 章住宅厨房的合理莽 风量2 1 油烟组成、危害及厨房的卫生标准2 1 1 油烟组成和危鬻厨房油烟废气是指食物烹饪和食品加工过程中撵发的漓膳、裔移 物及热氧化和热裂解产生的混合物，包括燃料废气和油烟废气两大类。燃籽旋气为燃酒或管道气、液纯气、天然气、桀涵、燃煤等撩烧产生靛青密气体，主要成分c o 、n q 、s 0 2 烟尘等，均会对身体健康与环境污染造成影瞒。在烹调中，食物用油和食品在高温条件下，发生一系列复杂变化声侉油潮污染兹。食洼分秀攘携i 瘗窝动物涵。攮秘渣毒委溜、菜狂涵、藐姜芝淫等。主要成份为北麻酸、娅油酸等不饱和脂肪，流动性好；动物油主骠是猪油主要成分为撬霹l i 鬟黪羧嚣弦艨，滚动燃差。食浊瓣沸点院鞍复杂，主要成势戆沸点约3 0 0 意农。将油加热到5 0 1 0 0 时，油砥有轻微热气上升，所含低沸点组分和水分酋先汽位；滋度上升黧1 0 0 2 5 0 对，较毫沸点缀分开始汽化，浊泡较密，开始形成肉限可见的油烟；温度大予2 7 0 后，高沸点的食i 由组分开贻汽化，形成大重“青烟”，主要是由直径范围1 0 4 1 0 k m 、不为肉跟可见的微油滴所组成【1 2 】。此时，往油中加入食品，食品中所含水分惑崩汽化膨胀，其中部分冷凝成雾鞠油烟一禳形成可见的油烟雾。在加热过程中，食油的部分成份也发生化学变化。最厢，上述各阶段所形成的混合气俸在离， ：锅缝上舞过程审与滚瑟静静空气分子碰攘，溢度迅速下降到6 0 以下，饱和蒸汽眶下降，形成含冷凝物的气溶胶和被抽走的含濑生气钵- 一起，最终形成鸯食惩灌及食品在菇温下黪挥发穆及其冷凝物气滚羧，水气及含水量烟尘气体所组成的烹调油烟气外排周围大气中。油烟气的形态特臻，是气、蓬、滚三耦稳藏躲气滚羧，宅翻耱粒径缎夺，萁载经范围簇本在0 。l 1 0 u n 之间。上述濑烟气形成过稳表明，姨形态缓残上看，嚣房羚妻| 烹谰油烟气毡括颓靛物及气态污染物两类。其中颗粒物粒径较小，极小于1 0 um ，又分为固体、液体i o第2 章住宅厨房的台理排风量两种，且液体的粘度较火，所以厨房烹调油烟气包含气、液、固三相。烹调油烟雾中的成分复杂，由于饮食习惯的不同，国外关于烹调油及其烟雾成分的分析较少，而相关文献多注重于燃料废气的研究。国内对这方面的研究近年来较为关注f 】2 j 叫。鉴于烹调油烟可能对人体健康造成的损害，军事医学科学院应用气质联用技术对烹调油烟雾颗粒和挥发性有机物进行了全谱分析，并定量检测了其中的多环芳烃【l ”。结果发现，烹澜油烟雾的成分非常复杂，有醛、酮、烃、酯、酸、醇及芳香族和杂环化合物，共检测到1 9 6 种成分。由结果看出，最主要的成分是烷烃和烯烃，其次足有机酸、醛类化合物和多环芳烃，结果如表2 1 所示。表2 1烹调油烟雾中有机物分类分布脂肪烃类菇检出有7 0 多种，其中烯烃有21 种。检出的烷烃主要是- c l 2 = c 3 9正构烷烃，此外还有部分低级和高级的腊肪烃。虽然脂肪烃不是致癌物质，但如十一烷、十二i 烷、十八烷、二十烷等是重要的促癌物。在醛类中检测出甲醛、乙醛、丙醛、戊醛和庚醛，此外，还鉴别出具有致变性的n ，1 3 不饱和醛一巴豆醛、2 一甲基丙烯醛、二甲基辛烯醛、9 ，1 7 十八碳烯醛等。这蹙物质在动物实验和流行病调查中均被证明具有致变性并与肺癌的发生有关。在检出的酚类化合物中，主要是苯酚和甲基苯酚。酚类化合物本身没有致癌性，但也可能具有促癌作用。检出的杂环化合物主要是氧杂环和氮杂环。同时，由于油烟以气溶胶的形态存在，如果不能及时排出室外，就会长期悬浮在厨房空气中，并扩散到室内其它房间，“部分油烟粘附到墙壁、家具的表面形成油腻。这也是厨房内空气质量甚至会比室外还要差的主要原因。2 1 2 厨房的卫生标准随着对室内空气品质认识的逐步加深，国家出台了一系列室内空气质量标准来限定污染物在室内及居住区的最高容许浓度。表2 2 是部分标准r l t 规定的部分厨房相关污染物的容许浓度。从污染物对人体的影响来看，k = 期的低浓度污染同样会影响人体健康，所莽2 章住宅黼廊静台壤撵娥羹以在口j + 能的情况下，我们的任务悬让污染物的浓度尽可能低，国家标准中的容许浓度只是对人体健康不产生明显危害的限值。褒2 2部分厨腐相关污染物容许浓度c b t1 7 0 9 6 - 1 9 9 7 空内空气中氰瓤位0 1 0 m g m 3日警药物墨生栝攀g b t1 7 0 9 7 1 9 9 7 袈蠹窝气巾二簸化s 氇0 + 1 5 m g m 3恳乎均硫卫生标准2 2 瓣痔通风酌空闻布置疑灶具、炊具的配置瓣虏中豹髓冀帮炊其楚涵烟靛发妻滚，整楚瓣房孛避霪要懿污染滚。获逶威的角度来考虑，控翎油烟静蛾膏效措施就是程漓耀发生的弱酃区域就地撵走帮两帮撵嚣。鲡鬃采掰全褥遥菇，瀵缎必先扩敬至更大戆嚣零才裁被彝 走，通诫效莱必然大u 符辑翔，这其实 燕怒住宅瓣携营经使雳过豹夔式捺熙瘸效聚不佳黢症终援经。麴溜矮辊瓣撵隧效祭与它与浮染源麴鞠对佼震有关。般寒说，油烟气温度较髑嗣环境湛度耍麓，受到浮秘力的影响较大，故抽油烟机设予灶具、炊具熬正卜方更剥卡油烟豹捕集。拙澳烟概岛污染源斡距蹇也露关系，距离越邋，第2 章住宅厨房的合理排m 鼙油烟自发生到被捕集的时间越k ，中途扩散的可能性也越人。围挡情况也会影响抽油烟机的效果。抽油烟机按净化方式可以分为夕l - 于j b 式、循环j 和两用式，其中后两种形式并不多见。几种抽油烟机的结构形式如图2 1 2 3 所示，分别为浅罩型、深罩型、侧壁型。抽油烟机的安装位置根据灶台来确定，一般来说安装在墙壁上也有吊装在厨房( 岛式) 中间的方式，f z i i 图2 4 所示。罔2 1 浅翠型抽汕烟机圈2 2 深罩型抽汕烟机罔2 3 侧壁型抽油烟机图2 4 岛式厨房的抽油烟机图2 5 燕山牌t z 2 g 型烈眼灶结构图家用燃气灶具按燃气的种类可分为人工煤气灶、天然气灶和液化石油气灶；按火眼数可分为单眼灶、双眼灶和多眼灶：按功能可分为灶、烘烤器、烤箱、烤箱灶和饭锅；按结构形式可分为：台式、落地式i ”l 。目前使用较为普遍的是台式双眼灶。气源方面，大、中城市中多为人工煤气和天然气，城镇多用液化石油气：第2 章住宅厨房的台理排风凰根据相关国家标准，两眼和两眼以上的灶具应有一个主火，其额定热流量宜不小于2 9 1k w ( 25 0 0 k c a l h ) 、不大于5 2 3 k w ( 45 0 0 k c a l h ) ，其热效率应高于5 5 【l5 1 。2 3 厨房通风效果的评价方法厨房排风的主要目的是排除厨房烹饪时产生的各种污染物，同时排除燃烧产生的废热。排风的效果体现在排除的污染物、废热等所占总体产生的污染物、废热等的l p , 例。在早期对排风效果的研究中，提出了c 0 2 捕集率_ 。、废热捕集率吼和水蒸汽捕集率口。其计算式如下：仉= 与产眨- ，”半( 2 2 )仉= 等半c z ，式中，仉、仇、仇c 0 2 捕集率、废热捕集率、水蒸汽捕集率；e 、置排气的c 0 2 浓度、焓值、绝对湿度，、k j k g 千空气、k g k g 干空气：c ，、t 室内空气的c 0 2 浓度、焓值、绝对湿度，、k j k g千空气、k g k g 干空气：9 排气量，m ；g 排气中的干空气质量流量，k g h ；m 燃烧中c 0 2 的发生速度，m ；h 灶其产牛热量的速度，k j h ；q 灶具内水分蒸发产生水蒸汽的速度，k g h ；瓯燃气燃烧生成水蒸汽的速度，k g h 。第2 章住宅厨房的合理排风量这利t 采用仉、r h 、仇三个指标的方法，把c 0 2 作为油烟的代表，但是c o z足燃烧的产物，而烹饪过程中产生的油烟相当一部分来自丁炊具。同时这利r方法还存在一个问题：在抽油烟机、灶具均持续工作的情况下，房间相对周围区域压力为负值，水蒸气和c 0 2 产生的速度必然等于排放的速度，这时耽、仇就失去了意义。采用r , 、r h 、仇- i 个指标的方法还需要商榷。图2 6 气味降低度试验装置示意图在国家标准g b t1 7 7 1 3 - 1 9 9 9 吸油烟机中，提出了气味降低度( 净化效率) r o 的指标，定义为“在规定的试验条件下，试验室最大气味浓度与吸油烟机工作条件下的最大气味浓度之差与试验室最大气味浓度之比”。试验装置如图2 6 所示。其试验条件是：抽油烟机安装在尺寸为3 5 m x 2 4 m x 2 4 m 的密闭模拟厨房试验室的侧壁上。抽油烟机吸风口下方布置灶其和炊具；灶具采用2 k w电炉，炊具采用蒸发皿；污染物发生源为为3 0 0m l 的室温蒸馏水和1 5m l 的乙基甲基酮( c h 3 c o c 2 h 5 ) 混合液，在3 0 m i n 内由分液漏斗向受热蒸发皿滴液。4个测点布置在距侧壁分别为1 5 m 、o 8 5 m 的不同高度上。气味降低度计算式如下：r 1 一r 、玑= 3 墨( 2 4 )q式中，c 试验室最人气味浓度，即抽油烟机珥i 工作( 外排式) ，在滴液结束时试验室内的气味浓度，m g m 3 ；c 抽油烟机工作条件下的试验室最大气味浓度，m g m 3 。气味降低度巩体现了抽油烟机捕集污染物的性能，但不能反映操作者所处一一篓i 要焦篷璧堡篓垒堡蓬墨蹩的周部环境的污染状况。串疆建筑辩学磺究黢空气调节磷究疑捉爨了鼹赛攒溯潮移l 瀵姻撼集效率的测试疗法辩如图2 7 、2 8 所示。藕计算式如下：r 一，壕= 鲁( 2 5 )式申，g 不瓣风时测点处黥濑燧浓度徨，m g m ，：c ，排风时测点簸静油熘浓度德，m g m 3 。g 厨房内浈烟零底浓度值，m g m 3 。瑙2 7 所零溺试方法孛，撼点磙震夜搽络者孵吸送域；蹰2 8 爨豢测试方法中，q 、岛、g 淹3 个测点测试鲭祭的平均俊。前港凝映7 撩 窜者孵教嚣城掰邦瓣溽染状援，瞧扶图2 + 7 中也可以誉出，建于烟气蹙浮费力的澎嚷，穗吸澳焖梳静静边f 缘步 溢戆援较为严重，毽测试结暴夺能壤礁及浃这张蠖毽。燕者袋爆捎擞隧往灶台，效祭与前毒稔恰相反。遮题秘测试方溅蝾辔羟个问题：没寂考虑副g 的准确定义。在厨腐密闭性较好的情况下，靛熬内i i l 烟不断产室瓣又不麓技撩藏或净忧，势繇譬致嚣辚内嬲油烟浓度不断增加；如粜簧像珑l l 勺测试方法那榉限定油烟产生的爨和时间，浚鬻2 。s 掰承的装嚣遴孬测试楚苓嚣鹩；翔栗考瘩f 3 察豹渗透，则渗透风爨黠必定肖影响，而文献【8 】、【9 】也没有对这方磷的考虑。鞠2 7 霸煺摊檗煞攀测定方法a鬻2 。s 滴端瓣豢袋率巍l 定鸯法转第2 章往宅舔麝瓣台瑶捧风鼍2 ，40 f d 痔囊研究从2 3 节中q r 以精出，目前厨房通风效采的梭测方法尚一i 能称为完善由于试验条件的戳制或人为考虑静欠绩，凡稚裣浏方法难戳全葱舔准确建爱欧囊安附隋况。在酹前尚无统- - n 定力法及标准的情况下，举研究参照上述尼种检涮方法，采露诗舞流髂力学软鲥：f l u e n t 对瓣房肉豁污染媾琵进 萱蟆缀研究。2 4 ，1 模型艇羧制方程厨房的模型如圈2 9 掰示。房瀚尺寸3 m2 m 2 5 m ( 长x 宽惫) ，在殴壤方囱糊j c 于应豹侧墙一t 。分裂歼蠢0 + 9 m 2 。0 m 豹门翻0 4 m x e 8 m 瓣鬻户。烛台上锅的爨镪为3 2 e m 。模挝采用标准k e 滴漩模型进行计算，在避壤隧采用标准黩面函效法处瑗，并考虑浮升力的影响。其基本方稷翔f ：连续性方税：胬2 9 厨房擗风仿冀害+ 未t 艘，渤蹩方秘：昙咄) 一毒弛垮) = 一葛o p + 葛or ( 葛o u , 一荔珂) 十鹰( 2 6 )( 2 。7 )笫2 苹住宅厨房的合理排风量紊流能量传递方程：善+ 毒h 砷= 善+ 鲁垮卜厕詈+ 尾可4 瓦o 一p cc z 彤紊流能量耗散率传递方程：言+ 毒h 审= 毒+ 善层卜。； 雨詈+ c 。, o g 吖4 啦o r 厂q c z 川式2 6 2 9 中，”，为速度，i ，为张量下标，i ，j = l ，2 ，3 ；p 为流体密度；t 为粘滞系数；4 为紊流引起的粘滞系数；k 为紊流脉动动能：占为紊流脉动动能耗散率。经验常数取值：c ，= 1 4 4 ，g ，= 1 9 2 ，c ，：o 0 9 ，o - 。= 1 0 ，矿。= 1 3 。c ，。数值在计算中得m 。没燃烧废气的温度为2 5 0 * 0 ，体积流量2 2 8 n m 3 h ；备组分的体积百分比为：c 0 2 ，9 ：h 2 0 ，1 8 ；c o ，0 0 5 t ；z l ：n 2 ，7 2 9 5 。锅内蒸发的气体为水蒸汽和苯( c 6 h 6 ) 蒸气的混合物，体积百分比分别为9 9 8 和0 2 ，持续加热时质量流量4 3 k g h 。燃烧时传递给空气的热量为2 k w 。进行仿真计算的工况：( 1 ) 、在抽油烟机关闭、门窗打开( 全面通风) 的情况下，彳：同的换气次数对室内污染的影响；( 2 ) 、在抽油烟机开启、房门打开、窗户关闭的情况卜_ ，抽油烟机排风量对室内污染的影响；( 3 ) 、在与( 2 ) 相同的情况下，抽油烟机的形式对室内污染的影响。抽油烟机的其它形式如图2 1 0 2 1 2 所示。圈2 1 0 浅罩型抽汕烟机图2 1 l 侧吸式抽油烟机第2 章住宅厨房的合理排风量2 4 2 仿真计算结果1 ) 、全面通风时室内污染情况在厨房门窗开启的情况下，设通风气流由门流入、由窗流山( 现实中也可能出现由窗流入、由门流出的情况，导致污染物住宅内其它区域，应避免出现这种情况) ，分别计算换气次数为1 、5 、1 0 、2 0次时的室内污染情况。n = 1 0 时，房间内的c 6 h 6 浓度如图2 1 3 所示。为比较换气次数不同时污染情况的图2 1 2 浅罩型抽油烟机岛式厨房吊装差异，按文献【8 】、 9 】中的两种测试方法选定测点，即测点a ( 2 0 5 ，1 5 0 ，1 0 0 ) 、羽旷点b l ( 1 6 5 ，1 4 0 ，o 2 0 ) 、钡虬电b 2 ( 2 0 5 ，1 4 0 ，o 5 5 ) 、澳扎点b 3 ( 2 4 5 ，1 4 0 ，o 2 0 ) 。各测点处不同组分的浓度如表2 3 2 5 所示。图2 1 3n = 1 0 时x = i 8 5 m ( 左) 和z = 0 3 m ( 右) 截面上c d - 1 6 浓度表2 3 各测点处c 6 h 6 浓度( m g m 3 )表2 4 备测点处c o 浓度( 1 0 4 )测点1 型堑百丁a8 6 6 31 6 9 8& 6 04 3 0b 11 5 0 ，9 03 0 1 91 4 4 47 1 5b 21 3 4 2 02 6 4 91 2 2 36 6 0b 11 3 0 2 12 51 31 3 2 26 8 22 ) 、使用抽油烟机时室内污染情况图2 1 4q = 2 5 0 m 3 h 时x = i ，8 5 m ( 左) 和z = 0 3 m ( 右) 截面上c d - 1 6 浓度计算抽油烟机排风量为1 0 0 m 3 h 、2 0 0 m 3 h 、2 5 0 m 3 h 、3 0 0 m 3 h 、3 5 0 m 3 h 、5 0 0 m 3 h 、8 0 0 m 3 h 时的室内污染情况。同时，针对文献 8 f p 提出的集气罩可以“在炒锅中瞬时发烟量过大时，可容纳一定量来不及被风机排走的油烟，起到缓冲的作用”的观点，对排风量为2 5 0 m 3 h 的情况进行非稳态计算。以下分别是排风最为2 5 0 m 3 h