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文檔簡(jiǎn)介
1、高層住宅廚房排油煙系統(tǒng)的研究與實(shí)踐 同濟(jì)大學(xué)暖通空調(diào)研究所 徐文華摘要 我國(guó)傳統(tǒng)的家庭烹飪習(xí)慣使廚房油煙的排除問題始終困擾著建筑設(shè)計(jì)者。雖然對(duì)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(fù)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(jì)計(jì)算方法、工程應(yīng)用及實(shí)測(cè)運(yùn)行效果,以供建筑投資及設(shè)計(jì)方參考。關(guān)鍵詞 高層住宅廚房、排油煙系統(tǒng)、設(shè)計(jì)方法、實(shí)測(cè)效果 1 引言至2006年底,全國(guó)城鎮(zhèn)化已達(dá)43.9%,未來15年將以每年0.81.0%的速率增長(zhǎng),相當(dāng)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(shì)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?yàn)榭紤]到建筑立面的美觀、防止高空室外風(fēng)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(fēng)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(jì)廚房排油煙系統(tǒng)尚沒有任何設(shè)計(jì)規(guī)范或參考依據(jù)。本文總結(jié)多年來的研究及實(shí)踐的結(jié)果,歸納出一套設(shè)計(jì)方法,并且對(duì)所設(shè)計(jì)的某超高層住宅排油煙系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,證明運(yùn)行效果十分理想,達(dá)到設(shè)計(jì)要求?,F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下,以供建筑業(yè)主及設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范6.4
3、.1規(guī)定“當(dāng)排油煙機(jī)的排氣管排至豎向通風(fēng)道時(shí),豎向通風(fēng)道的斷面應(yīng)根據(jù)所負(fù)擔(dān)的排氣量計(jì)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(jī)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(dāng)采用豎向通風(fēng)道時(shí),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(jì)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(fēng)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(guó)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(shí)使用的)??紤]到減輕煙道的制作難度及重量、目前現(xiàn)場(chǎng)施工管理的水平、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及維護(hù)管理等因素,筆者一直推薦后者,即:采用簡(jiǎn)單的單孔煙道,在煙道上用戶排油煙機(jī)軟管接入口處安裝可靠的止逆閥。性能良好的止逆閥同時(shí)具備防串味、防火、流動(dòng)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(hù)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(dá)130Pa逆向靜壓下的漏風(fēng)量測(cè)試,證明有較好的防串味功能2;采用電磁控制實(shí)現(xiàn)與用戶排油煙機(jī)自動(dòng)連鎖開閉,操作方便,動(dòng)作可靠,關(guān)閉嚴(yán)密;閥片向排煙道
5、上部開啟,煙氣流動(dòng)阻力小且對(duì)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(fēng)量;經(jīng)消防部門認(rèn)證,滿足防火試驗(yàn)要求,兼具防火閥功能。圖1 電子自控止逆閥3 設(shè)計(jì)計(jì)算方法3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法概述圖2 系統(tǒng)示意圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的目的是在一定的同時(shí)開機(jī)率、一定的用戶排油煙機(jī)性能下,確定滿足最不利用戶(最底層)一定排風(fēng)量時(shí)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(jī)1在排除一定風(fēng)量時(shí),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(fēng)帽5的阻力。其中豎向煙道4的阻力構(gòu)成比較復(fù)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(jì)排風(fēng)量,bc段為兩倍的用戶設(shè)計(jì)排風(fēng)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(yàn)先假定一個(gè)煙道內(nèi)截面尺寸,計(jì)算流動(dòng)總阻力,再根據(jù)排油煙機(jī)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(jì)算工作量較大。本文根據(jù)以往設(shè)計(jì)并實(shí)施的系統(tǒng)實(shí)測(cè)效果,給出兩種設(shè)計(jì)計(jì)算方法:1)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法;2)軟件設(shè)計(jì)計(jì)算方法。兩種方法的理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)見下文。3.2 沿程阻力的計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)外,煙道內(nèi)表面的絕對(duì)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(qiáng)水泥煙道,
7、缺乏可依據(jù)的資料。為此,特別進(jìn)行了水力實(shí)驗(yàn),獲得了必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。測(cè)定結(jié)果表明受測(cè)煙道的絕對(duì)粗糙度僅0.22mm左右,但考慮到手工制作的不一致性、實(shí)際煙道接口處的水泥凸出以及運(yùn)行后內(nèi)表面的油膩結(jié)垢等,工程設(shè)計(jì)建議在1.0mm1.5mm的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。雖然有了上述參數(shù)就可以分段計(jì)算沿程阻力了,但如前文所述,隨著各層用戶的排風(fēng)進(jìn)入煙道,每?jī)捎脩糸g的煙道內(nèi)流量都不同,當(dāng)設(shè)計(jì)層數(shù)很多的高層排煙道時(shí),手工計(jì)算工作量很大,特別是采用試算法可能還要重復(fù)多次。為了便于計(jì)算,將理論計(jì)算的結(jié)果與大量對(duì)實(shí)際煙道測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和歸納整理,得出了可供工程設(shè)計(jì)的沿程阻力簡(jiǎn)易計(jì)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(shí)開機(jī)的用戶數(shù), l 建筑層高,m,Rmp 對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)總排風(fēng)量的煙道比摩阻,Pa/m, N 住宅總層數(shù)。運(yùn)用上式,每次試算只需計(jì)算一個(gè)對(duì)應(yīng)總排風(fēng)量(每戶設(shè)計(jì)排風(fēng)量X同時(shí)開機(jī)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(jì)算方法排煙道內(nèi)各用戶接入口處的合流局部阻力的計(jì)算是相當(dāng)困難的事情。豎向集中排煙道不同與常規(guī)的集中排風(fēng)系統(tǒng),后者在系統(tǒng)末端設(shè)集中的排風(fēng)機(jī),各接點(diǎn)均為負(fù)壓匯流,合流阻力系數(shù)有資料可查,而前者是在各用戶獨(dú)立排油煙機(jī)作用下(多動(dòng)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(jì)中,借用了負(fù)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(duì)工程應(yīng)用是偏安全的。為了研究多動(dòng)力源正壓匯流的局部阻力系數(shù)變化規(guī)律,文獻(xiàn)4運(yùn)用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)定相結(jié)合的方法,獲得了不同匯流點(diǎn)(不同匯流流量比)對(duì)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(fù)值,這是由于上層用戶排風(fēng)流速大于煙道內(nèi)主流流速造成引射的結(jié)果。在手工計(jì)算中若使用上述結(jié)果計(jì)算合流局部阻力,由于要分段計(jì)算,仍然帶來很大的工作量。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以采用總局部阻力等于總沿程阻力的方法,即總流動(dòng)阻力兩倍于總沿程阻力,使
10、計(jì)算變得非常簡(jiǎn)單,工程應(yīng)用是安全的。3.4 計(jì)算軟件簡(jiǎn)介 根據(jù)上述理論和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果,編制了煙道設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。該軟件可以按照實(shí)際情況輸入有關(guān)計(jì)算參數(shù)(樓層數(shù)、層高、設(shè)計(jì)排風(fēng)量、煙道材料、截面尺寸、止逆閥及風(fēng)帽形式、排油煙機(jī)性能、同時(shí)開機(jī)率、軟管長(zhǎng)度等),然后自動(dòng)生成各樓層的排風(fēng)量表,如果最不利底層排風(fēng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,則修改煙道截面尺寸或其他參數(shù),直至符合設(shè)計(jì)要求。如果采用上開啟式可調(diào)止逆閥,則只要點(diǎn)擊“風(fēng)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(fēng)量,使各樓層的排風(fēng)量更加均勻。使用軟件可大大減輕計(jì)算工作量。3.5 關(guān)于熱壓與風(fēng)壓的考慮 在一些有關(guān)文獻(xiàn)中常常會(huì)涉及熱壓造成的自
11、然通風(fēng)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(duì)于高層住宅的廚房排油煙,自然通風(fēng)不可能滿足要求,所以都采用機(jī)械通風(fēng)。熱壓作用在冬季是有利于排風(fēng)的,但由于夏季室內(nèi)溫度會(huì)低于室外溫度,熱壓作用是不利于排風(fēng)的。至于室外風(fēng)壓,早期也采用過不同的避風(fēng)風(fēng)帽,目前已基本被無動(dòng)力風(fēng)帽取代。經(jīng)測(cè)試,室外風(fēng)越大,該種風(fēng)帽的排風(fēng)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(jì)中可以不予考慮。4 工程應(yīng)用實(shí)例為了考核設(shè)計(jì)計(jì)算的效果,對(duì)所設(shè)計(jì)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(jìn)行了實(shí)況測(cè)試。該建筑總高48層,其中14層
12、為商用裙房,住宅實(shí)際有44層。設(shè)計(jì)每戶排風(fēng)量為300m3/h,同時(shí)開機(jī)率為60%(實(shí)際測(cè)試時(shí)開機(jī)率達(dá)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(chǎng)提供的常用排油煙機(jī),采用風(fēng)量罩測(cè)定排風(fēng)量。測(cè)定時(shí)間選在夏季,直接排放室內(nèi)空氣以排除任何有利測(cè)試結(jié)果的熱壓作用影響。測(cè)試是在重慶市建委、重慶高等院校及業(yè)主代表同時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察的情況下進(jìn)行的。測(cè)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(jī)率集中于下部時(shí)實(shí)測(cè)排風(fēng)量(m3/h)樓層排風(fēng)量樓層排風(fēng)量樓層排風(fēng)量117407334902184443451731942035420329365214
13、403763922247938743223422398458244944093862535441104002637842114102741843124062845244134092947645144203046246154353147747164243246348用戶平均排風(fēng)量為430 m3/h。表2 60%開機(jī)率均勻分布時(shí)實(shí)測(cè)排風(fēng)量(m3/h)樓層排風(fēng)量樓層排風(fēng)量樓層排風(fēng)量117442335302184473431935520420365025214353749364702247038445746323477398508244092541610104392648842517114662753
14、343518124092849244527134452945143046513153154347534164083253748用戶平均排風(fēng)量為489 m3/h。 可以看到實(shí)測(cè)的用戶排風(fēng)量遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)預(yù)期值,原因是:1)設(shè)計(jì)時(shí)參照的是下開啟閥片的止逆閥,實(shí)際安裝時(shí)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(duì)于第一個(gè)超高層住宅排油煙系統(tǒng)設(shè)計(jì),建設(shè)方要求必須成功,工程實(shí)際也不允許失敗了再返工,所以設(shè)計(jì)考慮了一定的安全系數(shù)。從測(cè)試結(jié)果看,設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算方法是成功的,可以為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。對(duì)于40
15、50層的高層住宅,采用目前市場(chǎng)供應(yīng)的高靜壓型排油煙機(jī)及與本文類似的系統(tǒng)形式,600 X 600 mm的排煙道能可靠實(shí)現(xiàn)目前的排放量要求。根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)測(cè)結(jié)果,有些問題需要在設(shè)計(jì)和建造安裝中注意的:作為設(shè)計(jì)計(jì)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(dòng)動(dòng)力的排油煙機(jī)性能、每戶設(shè)計(jì)排放量、同時(shí)使用系數(shù)、止逆閥形式和阻力、風(fēng)帽形式和阻力及排煙道材料和制作質(zhì)量等都會(huì)影響設(shè)計(jì)結(jié)果,必須結(jié)合當(dāng)?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(zhǎng)度及走向?qū)ε欧帕坑绊懸埠艽?。在?、2中都會(huì)發(fā)現(xiàn)排風(fēng)量隨樓層變化的少數(shù)不規(guī)則點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)軟管多一個(gè)彎曲可以使風(fēng)量減少值超過50m3/h,說明用戶的裝修也會(huì)影響排放量。在這次測(cè)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(cè)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(dāng)放大降低了豎向煙道內(nèi)流動(dòng)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(kuò)大,所以設(shè)計(jì)者沒有必要對(duì)排煙道的尺寸計(jì)較太嚴(yán)。盡管實(shí)測(cè)的最小排風(fēng)量也超過300m3/h,但這個(gè)數(shù)值是若干年前綜合考慮排放效果和建筑造價(jià)得出的,瞬時(shí)控油煙效果并不好。從不斷提高的室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)來
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