厨房排风系统的优化研究

郭海丰，肖雪榕，陈鑫

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168)

本文通过用商用软件CFD-AIRPAK3.0.16对厨房进行气流模拟研究。通过对不同工况下厨房内气流的速度场、压力场、浓度场等进行模拟分析，得出符合国家标准工作区浓度要求时排风罩的功率。[5-6]

1 CFD模拟模型

1.1 物理模型

选用岛型厨房为物理模型，尺寸为4×3×4m，门的尺寸为860×2050×240mm,外窗安装高度1.35m。在厨房门窗均闭合且门窗缝隙存在渗透风量的情况下进行模拟的。灶台高80cm，选用双眼燃气灶，外形尺寸740×440×170mm，排油烟机规格为0.82m×0.52m×0.25m,排油烟机具灶台的安装高度为700mm。模拟过程中，外窗缝隙简化为0.06×0.06m的正方形洞口，门简化为0.07×0.07m的正方形洞口[2-4]。

1.2 边界条件设置

本文采用湍流标准k-ε模型对厨房气流组织进行三维不可压缩流动模拟，选用SIMPLE计算方法，残差各项值设置为软件的默认参数。厨房边界条件的设置如下：门窗缝隙——压力入口；排油烟机排风口——速度出口；燃气灶口——速度入口。

壁面定义为绝热墙体(wall),选择无滑移的壁面函数。燃气灶口处是油烟等有害气体的散发处，将其视为污染源。选用天然气作燃料，将CO2作为衡量厨房空气污浊程度的总体衡量指标，并且使污染源处CO2的初始浓度值为3000ppm。根据规范室内可接受的CO2浓度值上限为1000ppm[7-8]。

2 数值模拟结果及分析

2.1 被动补风工况下的模拟分析

厨房门窗关闭仅靠门窗缝隙渗透的风量进行补风。在模型中截取X=1.95m和Z=2.45m两个剖面得到速度、温度、压力和浓度的分布云图。截取X=2.5m，Y=1.5m模拟人呼吸处CO2浓度。标准规定的排油烟机排风量不小于10m3/min，因此设定被动补风情况下排风机的初始排风量为600 m3/h。在只有一个燃气开启状态下进行流场模拟。从模拟数据可以看到在排油烟机以最小排风量600 m3/h进行被动式补风时，厨房污染物浓度没有达到标准规定。因此增大排风量至1350 m3/h迫使从窗缝门缝处被吸入的新风量增大来稀释有害气体的浓度从而达到国家规定的标准。

选取典型模拟云图如下，排风量的增大使得厨房内外压差增大，使得更多新风被吸入室内补风效果得到显著提高；大量新风稀释了有害气体的浓度，提高了室内空气品质；但室内外压差的增大，破坏了室内水封系统，排水系统的污染气体会被抽入室内，导致室内空气品质的下降。

2.2 被动补风工况下的排风罩功率

利用被动式补风工况下人呼吸区CO2浓度达标时的参数对排油烟机功率进行分析计算。排风罩功率表达式为：N=QPa/(3600η)

风机的全压由风机的静压和动压两部分组成，全压的公式为：P=P静+P动

已知排风量为1350 m3/h，排烟管道直径250mm，则烟气在管道内平均流速7.65 m/s。取排烟管道温度60℃，则烟气密度为0.75kg/m3。求得管道内动压为21.95Pa。静压为风管内气体流动的阻力，分为沿程阻力损失和局部阻力损失。

本文中选用圆形排烟管道，则其沿程阻力计算式为：Py=λvl/D

局部阻力损失表达式为：Pj=ξρv2/2PJ=Pj+P门窗缝隙+P排风口

图1 风量1350 m3/h被动补风压力分布云图

图2 风量1350 m3/h被动补风CO2浓度分布云图

3 结论与展望

经过计算可得该工况下排风系统的总局部阻力为541.60Pa,排风系统的总阻力为578.60Pa。将所得到的数值代入排风罩功率的表达式可得出该工况下排风罩的功率为276.68W。增设补风条缝降低排风系统的能耗将是厨房排烟系统优化的一个前景，之后笔者也将会沿着这个方向进行深入研究。