商用厨房室内通风空调设计

商用厨房室内通风空调设计

1 商用厨房的功能特点和通风系统要求

1.1 厨房功能特点概述

餐饮业餐馆、饮食店和食堂的厨房根据性质大致分为以下若干类：中餐厨房、西餐厨房、员工食堂厨房及美食广场厨房等。中餐厨房烹饪温度高，油烟多，污染严重；员工食堂油烟量大，而且集中；美食广场油烟较少，比较分散；西餐厨房油烟相对少些。中餐厨房对送排风要求是最高的[10]。

商用厨房设备一般以厚度为0.5～1.5mm的不锈钢304板为主材制作，主要产品有各种炉灶，星盆(水池)，蒸饭箱（车），工作台，工作柜，保温台柜，四层货架，油网烟罩，运水烟罩，通风管道等。还包括各种进口或国产的西餐设备，吧台设备,冰箱，热水器，消毒柜，洗碗机，烤箱，制冰机，咖啡机，搅拌机等。

各厨房根据具体经营性质及协作组合关系等的实际需要，有选择性地加以设置主食品仓库、副食品仓库、冷库、检验室、粗加工间、切配间、烹饪间、蒸饭间（主食加工）、面点间、备餐间、冷菜间、烧腊间和洗碗间等各功能间。

1.2 厨房主要功能间的特点和具体通风需求

厨房各功能间的特点和具体通风需求见表2-1所示。从中可以看出：厨房的烹饪间、面点间、蒸煮间、洗碗间、烧腊间是油烟和蒸汽产生的重点区域。

烹饪间作为商用厨房的核心部分，是进行炒、炸、煎、烹烤等烹饪活动的主要场所，会产生大量烹调油烟和散发大量热量，是厨房污染物的集中产出区，污染物的排放是最严重的,需通过油烟净化器处理后方可排放到大气中，室内热舒适性和空气质量品质也是最差的。烧腊间的烤鸭炉、烤猪炉和面点间的烤箱、小炒炉等，这些设备也会产生大量的油烟污染物和热量辐射。另外蒸煮间的蒸炉和蒸饭车及洗碗间的洗碗机等则会产生大量的蒸汽和热量，需要及时排出，但因油烟较少，可以不必配置油烟净化器。

2 商用厨房通风的主要组成部分

中餐厨房污染严重、环境恶劣，除了油烟的严重威胁外，还有灶火高温辐射的侵害。这都直接影响到工业人员的情绪，进而影响烹调质量和工作效率。1996年Wyon[67]调研分析指出，厨房温度每

高出热舒适温度5.5 ℃，工作效率就将下降高达30%。即如果在恰好达到热舒适的厨房环境中一定时间完成某项工作需要7个人，则当厨房温度升高5.5℃后，就需要多出3个人来在同样时间完成同样的工作。所以厨房通风系统、油烟净化效果的好坏也直接关系到社会效益及餐饮业公司企业的经济效益。

如图2-1所示，厨房中所有灶具释放的热量都以辐射和对流的方式传至厨房空间。厨房油烟和高温空气通过排烟罩，乃至整个排风系统排至厨房外，厨房形成负压，同时就需要室外的空气再补充进来，该部分空气的来源有三方面：空调送风（supply air）、邻室餐厅渗透补风（transfer air）和室外自然风补风（makeup air）[16]。所以，厨房通风系统总的来说分为送风系统和排风系统两大部分。夏季，室外自然补风温度会很高，排烟罩可能会由于各种原因不能很有效地收集油烟和高温空气，出于节能考虑，空调负荷的设计经常会出现偏小的情况，再加上所有热源辐射出的热量，最终厨房会很容易常处于过热状态。所以厨房通风方式的设计、通风设计相关参数计算的准确与否等非常关键，直接决定了厨房的热舒适性。

2.1 商用厨房送风系统

（1）室外自然风补风（也称为室外新风）

室外新风通过送风柜或送风机经风管直接送入厨房的各个功能区域，起到补风作用。风柜或风机前安装新风过滤器，风管需设70℃熔断防火阀，并安装风量调节阀。

（2）邻室餐厅渗透补风

在厨房负压作用下，室外和邻室餐厅的气流会通过门窗或缝隙自然进入厨房。

（3）空调送风

空调风来源于新风机组或组合式空调器，作用有：改善厨师工作岗位空气质量；调节厨房温度；同时也起到补风作用。送风位置根据厨房具体情况合理布置。

在厨房通风空调系统设计过程中，室外和邻室餐厅渗透补风常被省略，一般影响不大，所以厨房送风系统通常被认为是：室外新风+空调送风。

表2-2和表2-3为《饮食建筑设计规范》（JGJ64-89）的规定。

2.2 商用厨房排风系统

商用厨房排风系统的基本原理如图1-3所示。具体组成包括以下四部分：

(1) 脱排烟罩（也称为集烟罩）

脱排烟罩分为运水烟罩、油网烟罩、集气罩等,如图2-2。脱排烟罩应根据厨房工艺要求统一考虑，根据炉灶或烤箱等设备的摆放位置来进行合理设计和制作。烟罩一般用厚度为1.0~1.5mm不锈钢304板材制作。

油网烟罩内设置油烟过滤网，可拆卸、清洗和更换。油网烟罩含有送岗位新风的和不送岗位新风两种，是目前厨房配置中较为简单、经济和常用的油烟捕集设备。它是将厨房中炉灶燃烧产生的油烟通过油烟净化器、抽油烟机排后到室外。这种烟罩虽经济实用，但不利于消防环保和卫生达标要求，且时间一长就出现油烟管道和烟罩内积油过多，影响排油烟效果、卫生难以清理。

集气罩主要用于蒸饭间和洗碗间，将由蒸饭车，洗碗机等设备产生的蒸汽通过风机直接排放到室外，一般不必配置净化器。

运水烟罩则如第一章所述，是将脱排烟罩和油烟净化装置集于一体，采用液体洗涤法的油烟净化方法，能有效解决油烟污染问题，并具备防火功能的一种集烟罩，近些年应用逐渐广泛。

（2）风管、变径管（也称为排风管道）

排风管道最好采用厚0.5~2.0mm不锈钢304或201板制作，其次是镀锌板（白铁皮）和土建砖砌。如采用镀锌板制作，应在排油烟风管内外表面刷防锈底漆两遍，再在内表面刷耐酸漆两遍，外表面刷灰色磁漆两遍。

水平排风风道要有2%以上的坡度坡向烟罩，水平管道末端采用活法兰连接，以便拆卸清理油烟污垢。排气筒出段的长度至少应有4.5倍直径（或当量直径）的平直管段，其朝向应避开受影响的建筑物[1]。

（3）抽油烟机

主要有厨房专用的低噪音风柜（图2-3），混流风机，离心风机和轴流风机等，如表2-4所示。

（4）油烟净化器

油烟净化主要有惯性分离法，洗涤法，过滤法，静电沉积法以及以上两种或以上合并在一起的复合法。静电沉积法是利用电场使油雾颗粒荷电，并在电场力作用下被收集到极板上，从而得到净化。过滤法有滤布过滤和纤维过滤。洗涤法是用吸收液吸收烟气中的污染物，通过气液接触使污染物从气相向液相转移。能克服油滴粘性，长期稳定运行。目前，静电油烟净化器(图2-4)在国内采用比较普遍。

排放油烟的饮食业单位必须安装油烟净化设施，并保证操作期间按要求运行。油烟无组织排放视同超标[1]。饮食业油烟的最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率按表2-5的规定执行。

（5）通风系统常用辅助设备

常用的辅助设备主要有防火阀(图2-5)、消音器(图2-6)、风量调节阀（图2-7）、减震器、风口、风帽等。

3 厨房送排风系统的主要形式

厨房的各加工间应处理好通风排气，并应防止厨房油烟污染餐厅。热加工间应采取机械排风，不具备机械排风时，应设置出屋面的排风竖井或设有挡风板的天窗等有效自然通风措施。

餐饮业厨房送排风系统的通风形式具体表现为表2-6所示的四种。

4 商用厨房通风系统的设计

4.1 混合通风设计的原理和基本方法

目前商用厨房的通风系统大多采用混合通风MV（Mixing Ventilation）方式，这是传统的气流组织形式，其以稀释理论为基础，气流组织大多为上送上回。混合通风方式气流组织原理如图2-8所示。将一定

量处理过的空气由设在房间上部的送风口送入，基于射流原理新鲜空气在整个房间内回旋运动，厨房内的浑浊空气充分混合，并通过排风口将部分污染物排出室外，最终形成了与排风状态接近的室内空气环境，因此也可称其为稀释通风。从混合通风的原理可知，其污染物排放效率有限。在实际工程应用中，由于送风位置、送风方式、送风比例、操作区风速等的设计不合理诸多因素，造成室内污染物排放效率较低，厨房工作人员工作环境恶劣，因而有必要对该种通风方式进行系统的研究，实现设计的最优化，以尽可能从设计的角度来进一步提高厨房室内污染物排放效率，改善工作人员的工作环境[69,70]。

同时，商用厨房独特的建筑室内环境，在设计过程中，不同的烹调方式对环境质量的要求自然不同。表2-7为国内外餐饮业厨房空调设计标准[71,72]。从表2-7中可以看出，国内外在商用厨房建筑暖通空调设计上使用的设计标准有些差异，这是由于各地区气候条件不同，人对热环境的要求与可接受性也不同，因而各自对应的适用范围有一定差别。

4.2 置换通风基本原理和相关设计

（1）置换通风基本原理及特点

虽然良好的设计可以从一定程度上改进厨房混合通风的效率，但由于混合通风原理如前所述自身的一些局限性，有必要对厨房通风系统做进一步研究，探索适合厨房的新的通风方式。其中，置换通风方式以其良好的热舒适性、优良的空气品质和明显的节能效果于近些年日益受到设计人员和业主的关注，并在很多建筑领域得到广泛的应用[61~64]。

置换通风是一种污染物排放效率高的通风方式，其气流组织原理及流态如图2-9所示[73]。新鲜空气以极低的流速从房间下部的置换通风器流出，通常送风温度低于室温2~4℃。送风的密度大于室内空气的密度，在重力作用下送风下沉到地面并蔓延到全室。地板上形成一薄薄的冷空气层称之为空气湖。空气湖中的新鲜空气受热源上升气流的卷吸作用、后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用而缓慢上升，形成类似活塞流的向上单向流动，因此室内热浊的空气被后续的新鲜空气抬升到房间顶部并被设置在上部的排风口所排出。

这种通风形式不再完全受送风的动量控制而主要受热源的热浮升力作用，热污染源形成的烟羽因密度低于周围空气而上升。烟羽沿程不断卷吸周围空气并流向顶部。如果烟羽流量在近顶棚处大于送风量，根据连续性原理，必将有一部分热浊气流下降返回。因此在顶部形成一个热浊空气层。根据连续性原理，在任一个标高平面上的上升气流流量Q p等于送风量Q s与回返气流流量Q r之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量Q p正好等于送风量Q s，在该平面上回返空气量等于零。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域，即上部紊流混合区和下部单向流动清洁区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的不同特性，下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和污染物浓度。因此，从理论上讲，只要保证分层高度在工作区以上，首先由于送风速度极小且送风紊流度低，即可保证在工作区大部分区域风速低于0.15m/s，不产生吹风感；其次，新鲜清洁空气直接送入工作区，先经过人体，这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中，从而有效地提高了工作区的空气品质。而上部区域空气中污染物浓度可以超过工作区的容许浓度，从而对人体无妨，见图2-10所示。

另外，该通风方式，室内无交叉气流，排风罩也能更有效地捕捉油烟气，以提供更好的室内空气品质。

置换通风与混合通风方式在通风原理上有本质区别，因此在设计目标、气流动力、气流分布特性、技术措施等方面存在一系列差异[74]。两种通风方式的系统比较如表2-8所示。

从表2-8中可知，置换通风方式优于传统混合通风。混合通风方式工作区紊流强度较高，存在吹风危险，而置换通风工作区紊流强度较低，从而降低了吹风危险。在将置换通风引入厨房通风系统后，厨房工作人员的热舒适性及所呼吸到的空气质量也将大大改善，如图2-11所示。置换通风为侧下送风，室内气流分布存在垂直温差，呈下冷上热趋势，会引起人足踝处不适，有吹冷风感。设计时候要控制温度场、速度场以避免该问题。

（2）送风温度设计

传统混合通风在厨房设计时送风温差需要8~10，而置换通风送风温度不能过低。若送风温差过大，当厨房工作人员在风口附近工作时，就会感到不适。由于置换通风的送风温度有所提高，就可以考虑将送风口位置设计在临近厨房操作区，一方面直接把新鲜空气送入工作人员附近；另一方面，送风温度的提高使得制冷机组内制冷剂的蒸发温度升高，增加了单位制冷量，制冷机组制冷效率随之增大，运行效率得到提高[75]。

因此，置换通风送风温度的提高不但可以改善厨房室内环境，还能够降低系统运行能耗。（3）通风气流效果设计

置换通风进入厨房的送风气流流动类似活塞流，整个房间存在温度和污染物浓度梯度，室内气流由此分为下部单向流动区和上部混合区。厨房置换通风与混合通风室内气流分布如图2-12所示。

从图2-12中可以看出，传统混合通风厨房室内气流分布紊乱、污染物弥漫于整个空间。而置换通风是将厨房内的污染物和余热置换于人员操作区之上，使得厨房人员的呼吸区域处于新风的良好环境中。因此，与混合通风比，采用置换通风方式能够为厨房工作人员操作区提供更好的气流分布形式以提高空气品质。

（4）负荷计算

商用厨房的功能分区大致为储藏区、初加工区、加工切配区、烹饪区、面点区、备餐区和洗碗区等等，且每个区域都有相应的设施设备。烹调区是餐饮业厨房的核心区域，一般配置炉灶、调理台、冰箱、星盆和包括脱排油烟罩在内的通风排烟装置等等。商用厨房室内热源散热主要有：烹饪灶台区和室内工作人员、照明以及制冷和制热等辅助设备的散热。

传统混合通风在负荷计算时是以整个厨房空间为设计对象，计算负荷大[76]。置换通风技术仅以厨房工作人员的操作区为主要对象，只需考虑保证工作人员头部呼吸带范围的舒适性，满足该区域的要求即可。通常商用厨房排烟罩高约2.0m，灶台高一般为0.8m，加上炉围和锅的高度后约为0.95m，厨师为男性较多，平均身高为1.75m。因此，设计时将灶台与排风罩0.95m~2.0m之间的区域作为置换通风设计时的工作区范围，见图2-13。

厨房间室内总负荷计算为：

（5）置换通风器的选型和安装布置

在置换通风设计过程中，作为关键设备的置换通风末端装置——置换通风器的选型和布置直接影响置换通风效果。其选型主要是以出口风速为关键指标：

①工业建筑，出口风速v取0.5 m/s；

②高级办公室，出口风速v取0.2 m/s；

根据厨房工作特点分析，其出口风速v可在0.3m/s附近取值。一般根据送风量和出口风速

v=0.2~0.5 m/s确定置换通风器的数量。

置换通风的出口风速低，送风温差小的特点导致置换通风系统的送风量大，置换通风器体积相对来说也较大。其结构通常有圆柱型、半圆柱型、1/4圆柱型、扁平型及壁型5种，如图2-14所示。

置换通风器的布置，原则上要考虑以下因素：

①置换通风器附近不应该出现大的障碍物；

②置换通风器宜靠外墙或外窗；

③圆柱形置换通风器可布置在房间中部；

④冷负荷高时，宜布置多个置换通风器；