高層住宅廚房排油煙系統(tǒng)的研究與實踐

1、高層住宅廚房排油煙系統(tǒng)的研究與實踐 同濟大學暖通空調(diào)研究所 徐文華摘要 我國傳統(tǒng)的家庭烹飪習慣使廚房油煙的排除問題始終困擾著建筑設(shè)計者。雖然對此問題的研究已經(jīng)有幾十年的歷史，但仍然沒能徹底解決，高層住宅的出現(xiàn)又使問題更加復雜。本文在回顧相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，介紹一種比較合理的系統(tǒng)形式、系統(tǒng)設(shè)計計算方法、工程應(yīng)用及實測運行效果，以供建筑投資及設(shè)計方參考。關(guān)鍵詞 高層住宅廚房、排油煙系統(tǒng)、設(shè)計方法、實測效果 1 引言至2006年底，全國城鎮(zhèn)化已達43.9%，未來15年將以每年0.81.0%的速率增長，相當于每年有11.5千萬農(nóng)村人口轉(zhuǎn)入城鎮(zhèn)。由于城鎮(zhèn)土地資源的緊缺，住宅高層化的趨勢不可避免。目前高層住

2、宅的層數(shù)已經(jīng)從早期的10多層發(fā)展到超過30層，甚至已經(jīng)出現(xiàn)超過40層的超高層住宅建筑。高層住宅建筑因為考慮到建筑立面的美觀、防止高空室外風的倒灌等因素，已普遍采用了豎向集中排油煙系統(tǒng)，但系統(tǒng)的阻力增大、各樓層之間的排風量不平衡、消防安全要求高等多層住宅所沒有的問題也隨之出現(xiàn)。在這樣高的住宅中如何合理設(shè)計廚房排油煙系統(tǒng)尚沒有任何設(shè)計規(guī)范或參考依據(jù)。本文總結(jié)多年來的研究及實踐的結(jié)果，歸納出一套設(shè)計方法，并且對所設(shè)計的某超高層住宅排油煙系統(tǒng)進行了現(xiàn)場測定，證明運行效果十分理想，達到設(shè)計要求?，F(xiàn)簡要介紹如下，以供建筑業(yè)主及設(shè)計人員參考。2 現(xiàn)有規(guī)范及技術(shù)、系統(tǒng)GB50096-1999住宅設(shè)計規(guī)范6.4

3、.1規(guī)定“當排油煙機的排氣管排至豎向通風道時，豎向通風道的斷面應(yīng)根據(jù)所負擔的排氣量計算確定，應(yīng)采取支管無回流、豎井無泄漏的措施”。在相應(yīng)的條文說明中提到“廚房排油煙機的排氣量一般為300500m3/h”。GB50368-2005住宅建筑規(guī)范8.3.7規(guī)定“當采用豎向通風道時，應(yīng)采取防止支管回流和豎井泄漏的措施”。在9.1.5規(guī)定“住宅建筑設(shè)備的設(shè)置和管線敷設(shè)應(yīng)滿足防火安全要求”。GB50045-95高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（2005版）8.5.5規(guī)定“廚房、浴室、廁所等的垂直排風管道，應(yīng)采取防止回流的措施或在支管上設(shè)置防火閥”。按照防止經(jīng)豎向排煙道油煙串味（即規(guī)范所提的回流）的技術(shù)措施，目前我

4、國已采用的豎向集中排油煙系統(tǒng)大致可以分為兩種形式1：依靠特殊的煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)和依靠煙道外部的止逆閥（也有兩者同時使用的）。考慮到減輕煙道的制作難度及重量、目前現(xiàn)場施工管理的水平、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及維護管理等因素，筆者一直推薦后者，即：采用簡單的單孔煙道，在煙道上用戶排油煙機軟管接入口處安裝可靠的止逆閥。性能良好的止逆閥同時具備防串味、防火、流動阻力小及調(diào)節(jié)樓層間阻力平衡的功能，且安裝、使用和維護方便。圖1是某企業(yè)研制的一種已經(jīng)成功上市的止逆閥。該閥門經(jīng)過高達130Pa逆向靜壓下的漏風量測試，證明有較好的防串味功能2；采用電磁控制實現(xiàn)與用戶排油煙機自動連鎖開閉，操作方便，動作可靠，關(guān)閉嚴密；閥片向排煙道

5、上部開啟，煙氣流動阻力小且對下層排煙干擾小3；閥片開啟角度可調(diào)，有利于平衡用戶排風量；經(jīng)消防部門認證，滿足防火試驗要求，兼具防火閥功能。圖1 電子自控止逆閥3 設(shè)計計算方法3.1 系統(tǒng)設(shè)計計算方法概述圖2 系統(tǒng)示意圖 系統(tǒng)設(shè)計計算的目的是在一定的同時開機率、一定的用戶排油煙機性能下，確定滿足最不利用戶（最底層）一定排風量時的最小豎向煙道內(nèi)截面尺寸。如圖2所示，最底層用戶的排油煙機1在排除一定風量時，要克服自用軟管2、止回閥3的阻力以及豎向煙道4和排風帽5的阻力。其中豎向煙道4的阻力構(gòu)成比較復雜，首先是各段煙道內(nèi)的流量不同（如圖中ab段為一倍的用戶設(shè)計排風量，bc段為兩倍的用戶設(shè)計排風量，依次類

6、推），所以沿程阻力不同；其次是在各用戶接入口由于支、主流流量比不同而合流局部阻力不同。一般采用手工試算法，參照工程經(jīng)驗先假定一個煙道內(nèi)截面尺寸，計算流動總阻力，再根據(jù)排油煙機性能曲線校核是否能滿足要求；若不滿足，則修正煙道內(nèi)截面尺寸，直至滿足要求為止，所以計算工作量較大。本文根據(jù)以往設(shè)計并實施的系統(tǒng)實測效果，給出兩種設(shè)計計算方法：1）簡化設(shè)計計算方法；2）軟件設(shè)計計算方法。兩種方法的理論及實驗依據(jù)見下文。3.2 沿程阻力的計算方法 影響沿程阻力大小的因素除了煙道內(nèi)截面尺寸和空氣流速兩個設(shè)計參數(shù)外，煙道內(nèi)表面的絕對粗糙度（或沿程阻力系數(shù)）也很重要。目前工程中一般都采用手工制作的玻纖增強水泥煙道，

7、缺乏可依據(jù)的資料。為此，特別進行了水力實驗，獲得了必要的設(shè)計參數(shù)。測定結(jié)果表明受測煙道的絕對粗糙度僅0.22mm左右，但考慮到手工制作的不一致性、實際煙道接口處的水泥凸出以及運行后內(nèi)表面的油膩結(jié)垢等，工程設(shè)計建議在1.0mm1.5mm的范圍內(nèi)進行選擇。雖然有了上述參數(shù)就可以分段計算沿程阻力了，但如前文所述，隨著各層用戶的排風進入煙道，每兩用戶間的煙道內(nèi)流量都不同，當設(shè)計層數(shù)很多的高層排煙道時，手工計算工作量很大，特別是采用試算法可能還要重復多次。為了便于計算，將理論計算的結(jié)果與大量對實際煙道測定的結(jié)果進行對比和歸納整理，得出了可供工程設(shè)計的沿程阻力簡易計算方法（式1）： （1）式中：Pm 排煙

8、道總沿程阻力損失， Pa， 修正系數(shù)， =0.840.88, n 同時開機的用戶數(shù)， l 建筑層高，m,Rmp 對應(yīng)于系統(tǒng)總排風量的煙道比摩阻，Pa/m, N 住宅總層數(shù)。運用上式，每次試算只需計算一個對應(yīng)總排風量（每戶設(shè)計排風量X同時開機用戶數(shù)）的比摩阻，顯然方便得多。如果從安全角度考慮，修正系數(shù)可以取大值。3.3 局部阻力的計算方法排煙道內(nèi)各用戶接入口處的合流局部阻力的計算是相當困難的事情。豎向集中排煙道不同與常規(guī)的集中排風系統(tǒng)，后者在系統(tǒng)末端設(shè)集中的排風機，各接點均為負壓匯流，合流阻力系數(shù)有資料可查，而前者是在各用戶獨立排油煙機作用下（多動力源）不同壓力狀況的正壓匯流，沒有現(xiàn)成資料可用。

9、在早期的設(shè)計中，借用了負壓匯流的局部阻力系數(shù)資料1，與后續(xù)的研究結(jié)果相比，對工程應(yīng)用是偏安全的。為了研究多動力源正壓匯流的局部阻力系數(shù)變化規(guī)律，文獻4運用數(shù)值模擬與實驗測定相結(jié)合的方法，獲得了不同匯流點（不同匯流流量比）對應(yīng)煙道內(nèi)主流的局部阻力系數(shù)（見圖2）：圖2 不同合流流量比下的局部阻力系數(shù)從圖2可以看到，合流阻力系數(shù)在一定流量比范圍內(nèi)是負值，這是由于上層用戶排風流速大于煙道內(nèi)主流流速造成引射的結(jié)果。在手工計算中若使用上述結(jié)果計算合流局部阻力，由于要分段計算，仍然帶來很大的工作量。根據(jù)實際工程應(yīng)用經(jīng)驗，在工程設(shè)計計算時可以采用總局部阻力等于總沿程阻力的方法，即總流動阻力兩倍于總沿程阻力，使

10、計算變得非常簡單，工程應(yīng)用是安全的。3.4 計算軟件簡介 根據(jù)上述理論和實驗研究的結(jié)果，編制了煙道設(shè)計計算軟件。該軟件可以按照實際情況輸入有關(guān)計算參數(shù)（樓層數(shù)、層高、設(shè)計排風量、煙道材料、截面尺寸、止逆閥及風帽形式、排油煙機性能、同時開機率、軟管長度等），然后自動生成各樓層的排風量表，如果最不利底層排風量達不到設(shè)計要求，則修改煙道截面尺寸或其他參數(shù)，直至符合設(shè)計要求。如果采用上開啟式可調(diào)止逆閥，則只要點擊“風量平衡”即可顯示每一閥門應(yīng)調(diào)節(jié)的開啟角度和調(diào)節(jié)后各樓層的排風量，使各樓層的排風量更加均勻。使用軟件可大大減輕計算工作量。3.5 關(guān)于熱壓與風壓的考慮 在一些有關(guān)文獻中常常會涉及熱壓造成的自

11、然通風壓頭。早期的多層建筑有采用自然排煙的，但由于熱壓作用壓頭不穩(wěn)定，要求煙道截面大，排煙效果不好，現(xiàn)在基本不用了。對于高層住宅的廚房排油煙，自然通風不可能滿足要求，所以都采用機械通風。熱壓作用在冬季是有利于排風的，但由于夏季室內(nèi)溫度會低于室外溫度，熱壓作用是不利于排風的。至于室外風壓，早期也采用過不同的避風風帽，目前已基本被無動力風帽取代。經(jīng)測試，室外風越大，該種風帽的排風效果越好。由于兩者作用均不穩(wěn)定，并綜合兩者的影響程度，設(shè)計中可以不予考慮。4 工程應(yīng)用實例為了考核設(shè)計計算的效果，對所設(shè)計的重慶某超高層商住樓（見圖3）的豎向集中排煙道的排放能力進行了實況測試。該建筑總高48層，其中14層

12、為商用裙房，住宅實際有44層。設(shè)計每戶排風量為300m3/h，同時開機率為60%（實際測試時開機率達到66%），煙道截面尺寸為600 X 600 mm（內(nèi)徑為570 X 570mm）。用戶安裝由重慶市場提供的常用排油煙機，采用風量罩測定排風量。測定時間選在夏季，直接排放室內(nèi)空氣以排除任何有利測試結(jié)果的熱壓作用影響。測試是在重慶市建委、重慶高等院校及業(yè)主代表同時到現(xiàn)場監(jiān)察的情況下進行的。測試結(jié)果見表1、2。圖3 重慶某超高層商住建筑表1 60%開機率集中于下部時實測排風量（m3/h）樓層排風量樓層排風量樓層排風量117407334902184443451731942035420329365214

13、403763922247938743223422398458244944093862535441104002637842114102741843124062845244134092947645144203046246154353147747164243246348用戶平均排風量為430 m3/h。表2 60%開機率均勻分布時實測排風量（m3/h）樓層排風量樓層排風量樓層排風量117442335302184473431935520420365025214353749364702247038445746323477398508244092541610104392648842517114662753

14、343518124092849244527134452945143046513153154347534164083253748用戶平均排風量為489 m3/h。 可以看到實測的用戶排風量遠優(yōu)于設(shè)計預期值，原因是：1）設(shè)計時參照的是下開啟閥片的止逆閥，實際安裝時采用了上開啟閥片的止逆閥，不僅流經(jīng)閥門的阻力減小，更重要的是所有合流阻力都減小了，所以排放量增加了；2）對于第一個超高層住宅排油煙系統(tǒng)設(shè)計，建設(shè)方要求必須成功，工程實際也不允許失敗了再返工，所以設(shè)計考慮了一定的安全系數(shù)。從測試結(jié)果看，設(shè)計是完全成功的。5 結(jié)論與討論本文介紹的系統(tǒng)形式和設(shè)計計算方法是成功的，可以為相關(guān)設(shè)計提供參考。對于40

15、50層的高層住宅，采用目前市場供應(yīng)的高靜壓型排油煙機及與本文類似的系統(tǒng)形式，600 X 600 mm的排煙道能可靠實現(xiàn)目前的排放量要求。根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗以及實測結(jié)果，有些問題需要在設(shè)計和建造安裝中注意的：作為設(shè)計計算結(jié)果的是煙道截面尺寸，但這一結(jié)果是與系統(tǒng)中所有因素都有關(guān)的。作為空氣流動動力的排油煙機性能、每戶設(shè)計排放量、同時使用系數(shù)、止逆閥形式和阻力、風帽形式和阻力及排煙道材料和制作質(zhì)量等都會影響設(shè)計結(jié)果，必須結(jié)合當?shù)厍闆r和用戶（或建設(shè)方）要求合理選取。用戶連接用軟管的長度及走向?qū)ε欧帕坑绊懸埠艽?。在?、2中都會發(fā)現(xiàn)排風量隨樓層變化的少數(shù)不規(guī)則點，現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)軟管多一個彎曲可以使風量減少值超過50m3/h，說明用戶的裝修也會影響排放量。在這次測試中安裝的止逆閥沒有采用調(diào)節(jié)開啟角度來平衡樓層排放量，但從測試結(jié)果看，平衡程度還是比較好的，這得益于采用了較大的煙道截面積。煙道截面積適當放大降低了豎向煙道內(nèi)流動阻力，有利于系統(tǒng)阻力平衡。目前商品房的廚房建筑面積與十幾年前的公房廚房相比已明顯擴大，所以設(shè)計者沒有必要對排煙道的尺寸計較太嚴。盡管實測的最小排風量也超過300m3/h，但這個數(shù)值是若干年前綜合考慮排放效果和建筑造價得出的，瞬時控油煙效果并不好。從不斷提高的室內(nèi)環(huán)境標準來