烟道计算式

目前新建住宅的厨房常采用集中排烟方式，该方式主要有变压式和止回阀式两种。但根据使用情况了解到，这两种方式排烟能力普遍不足，在高层建筑中问题尤为突出。部分住户烟气排不出去，还有的排烟系统中所有的住户厨房排烟效果均达不到要求。对于住宅厨房排烟，以往利用的是自然通风计算方法，即忽略排油烟机静压，认为只是热压作用使得烟气从室内排至大气，各住户排油烟机的流量相等，事实并非如此。自然通风的计算方法已不适用于现代住宅厨房排烟。这是由于现在国内外生产的排油烟机流量大、风压高，烟气从室内经过烟道排至室外所依靠的动力主要是排油烟机提供的压力，而热压所起的作用很小。本文利用流体动力学基本原理对住宅厨房集中排烟系统进行了理论计算，找出了影响排烟效果的因素，分析排烟系统出现排烟能力不足的原因，为更好地设计住宅厨房集中排烟系统提供理论依据。

1 集中排烟系统理论计算

图1是住宅厨房集中排烟系统示意图。根据流体动力学原理，图1中第I层厨房烟气进入到烟道的能量的文程为：

式中pai——第i层室内空气压力，Pa；

ρy ——烟气密度，kg／m3；

υai——排油烟机进口处烟气流速，m/s；

Δpei——第i层排油烟精数全压，Pa；

pi——第i层烟道内压力，Pa；

υi1——第i层烟道内烟气平均流速，m／s；

ζ1——止回阀阻力系数，本文取ζ 2ζ/. 5；

ζhl——烟气由排烟短管流入烟道的局部阻力系数，本文取ζh1＝0.0869～2.12；

qI ——第i层排油烟机流量，m/s3；

Ay——排烟短管横截面积，m2。

烟气从第i层刷至避风风帽出口处的能量方程为：

式中H0——层高，m；

g——重力加速度，m/s2；

pao——风帽出口处空气压力，Pa；

υo——风帽出口处烟气速度，m/s；

N——高层住宅楼总层数；

n——同时开机数；

λ——沿程阻力系数，本文λ＝0.04；

de——烟道当量直径，m；

ζh2——烟道内烟气与排烟短管内烟气混合后的阻力系数，本文取：ζhl＝0.089～2.12；

ζf——风帽阻力系数，本文取ζf＝l.5。

烟气的连续性方程为：

式中A为烟道横截面积，m2。

根据文献［3］，假设排油烟机的静压与流量呈线性关系，排油烟机的全压用下式表示：

式中pmax为排油烟机最大静压，Pa；qmax为排油烟机最大流量，m3/s。

对于有n台排油烟机同时运行的高层住宅厨房排烟系统，每层排油烟机的流量、全压、烟气压力及烟气流速均是未知数，整个排烟系统共有4n个未知数。对每层厨房排烟可列出式（1）～（4）所示的4个方程，因此有4n个方程描述排烟系统。本文应用迭代法求解由这4n个方程组成的非线性方程组。

2 计算结果分析

本文对不同的住宅厨房排烟系统进行了计算，计算参数见表1。表1中A，B系统计算参数分别来自96沪J/T—104图集和赣99J904图集，C系统计算参数来自文献［2］。

以上各系统按同时开机户集中于下部楼层的最不利情况考虑，排油烟机最大静压290Pa，最大流量900m3/h。

图2是A，B，C3个排烟系统运行中排油烟机流量随楼层变化的曲线图。从图中可见：对于同一系统而言，上部楼层排油烟机流量随着楼层数的降低而下降，下降的幅度逐层减小。其原因是楼层降低时，烟道内烟气的热压虽有增加，但是烟气从室内经烟道排至大气所经过的路程加长，烟气的阻力损失增大，当阻力损失的增量远大于热压的增量时，排油烟机流量就随着楼层的降低而下降。同时楼层降低时，烟气在烟道中的流量减小，流速变低，烟气阻力损失的增量逐层下降，故排油烟机流量随楼层数下降而衰减的幅度逐层减小。图2中第4，3，2层排油烟机流量几乎相等。这是因为这3层烟气阻力损失的增量与热压的增量相当。如果烟气阻力损失的增量小于热压的增量，则排油烟机流量就出现随楼层下降而增大的现象，此现象仅可能发生在下部楼层。如图2中各曲线第2层排油烟机流量均小于第1层排油

烟机流量。排油烟机流量越大，越有利于厨房排烟。因此同一住宅楼，楼层越高，厨房排烟效果越好。

比较A，B两排烟系统，楼层数和开机率相同，不同的仅是B系统的烟道截面积比A 系统大，从图2可见同层B系统排油烟机流量大于A系统排油烟机流量。这说明烟道截面积的增大，可提高厨房排烟效果，但厨房可利用的空间减小。所以目前一些房地产开发商为了增大厨房利用空间，将烟道截面积设计得过小，排烟系统运行时就会出现排油烟机流量很小，烟气排不出去的现象。

B，C两排烟系统，C的开机率高。由图2可知，当烟道截面积一定时，同层排油烟机流量随着开机率上升而下降。也就是说对于一定的排烟系统，开机率上升，图2中的曲线向左移，排烟效果减弱。所以排烟系统在设计中应根据具体情况正确选择开机率。96沪J/T—104图集中6层以下、7～18层、19～30层住宅楼的开机率分别取60%，50%，40%。对于上下班时间一致，做饭时间集中的住宅楼，以上开机率显然偏低。笔者认为江苏省住宅楼6层以下，7～9层，10～18层，19～24层，25～30层开机率分别取100%，78%，72%，71%，67%较为适宜。

评价住宅厨房排烟系统整体排烟效果应从两方面考虑，一是各层排油烟机流量均要大于250m3/h，根据小康住宅的标准，排油烟机流量高于250m3/h一般可满足厨房排烟要求；二是排油烟机流量随楼层下降而衰减的幅度越小越好。表1中A，B，C3个系统排油烟机流量衰减幅度分别是23.2%，11.7%，18.7%。根据上述评价标准可判断A系统中各住户厨房排烟均达不到要求，B，C系统排烟可满足要求，其中B系统整体排烟效果最好。

3 结论

住宅厨房集中排烟方式符合环保要求。影响住宅厨房集中排烟系统排烟效果的因素有烟道面积、开机率和排油烟机性能等。由于目前国内外各品牌排油烟机的性能相近，因此烟道面积、开机率成为决定排烟系统排烟效果的主要因素。通过理论计算发现烟道截面积愈大，开机率愈低，排烟系统排烟效果愈好。就同一排烟系统而言，上部楼层排烟效果优于下部楼层。评价排烟系统整体排烟效果应从两方面考虑，一是各楼层排油烟机流量要大于250 m3小，二是排油烟机流量随楼层数下降而衰减的幅度越小越好