楊統(tǒng)乾 王伯燕 趙羽聲 葉至壯

（中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司，北京 100176）

隨著房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)各個(gè)城市高層建筑如雨后春筍激增，城市向著更高空間的形態(tài)延展。伴隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，人們開(kāi)始追求更加健康的生活方式，同時(shí)也越來(lái)越關(guān)注室內(nèi)的空氣質(zhì)量[1]。

俗話(huà)說(shuō)，民以食為天。廚房是住宅的一個(gè)必備組成部分，同時(shí)也是室內(nèi)空氣污染物的主要源頭，烹飪油煙會(huì)影響室內(nèi)空氣的質(zhì)量[2]。從最原始的用火塘燒柴草，一直到現(xiàn)在使用天然氣、電能等清潔能源的現(xiàn)代廚房，隨著住宅建筑的不斷發(fā)展，廚房的形式和排出烹飪煙氣的方式也隨著發(fā)生變化[3]。從最初的直接排放發(fā)展到通過(guò)煙囪排放，后來(lái)到利用排風(fēng)扇輔助排放，今天絕大多數(shù)廚房通過(guò)吸油煙機(jī)將烹飪煙氣排放到住宅的集中煙道內(nèi)。

廚房烹飪油煙的直接排放不僅會(huì)污染建筑物，還會(huì)影響環(huán)境。為了將烹飪油煙排出，同時(shí)保證小區(qū)建筑的美觀，住宅中開(kāi)始設(shè)置有公用煙道集中排放油煙[4]。如果排放效果不好，廚房?jī)?nèi)烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的油煙顆粒物及油脂熱解后產(chǎn)生的有害物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到用戶(hù)的客廳、臥室等其他區(qū)域，對(duì)用戶(hù)造成持續(xù)危害，并影響用戶(hù)的生活質(zhì)量。廚房烹飪油煙和有害氣體排放不佳會(huì)影響用戶(hù)整個(gè)住宅的空氣質(zhì)量。更重要的是，烹飪油煙含有苯并芘、亞硝胺、烷烴等多種有害物質(zhì)，會(huì)誘發(fā)包括鼻炎、氣管炎、肝病等在內(nèi)的多種疾病。廚房烹飪油煙和有害氣體排放不暢，廚房?jī)?nèi)烹飪時(shí)產(chǎn)生的油煙和有害物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到用戶(hù)的客廳、臥室等區(qū)域，對(duì)用戶(hù)產(chǎn)生持續(xù)的危害，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量[5-9]。因此對(duì)高層住宅建筑集中排煙系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)其不斷進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)更好的排煙效果是非常有必要的。

1 國(guó)外集中排煙系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

西方國(guó)家因其用地面積較多，普通住宅多采用單體別墅形式。同時(shí)其烹飪方式和飲食習(xí)慣與我國(guó)有很大的差別，所以歐美國(guó)家主要關(guān)注賓館、餐廳等公共多層建筑的通風(fēng)和排煙問(wèn)題[10]。在亞洲，日本和中國(guó)住宅同樣是以多層和高層為主，對(duì)多層住宅排放也進(jìn)行了很多的研究，開(kāi)發(fā)出了多種類(lèi)型的廚房集中通風(fēng)系統(tǒng)。在日本使用最多的是進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口貫通的水平排風(fēng)方式，這種排風(fēng)方式需要室外風(fēng)作為輔助[11]。日本擁有狹長(zhǎng)的國(guó)土形狀，同時(shí)四面環(huán)海，典型的海洋氣候會(huì)帶來(lái)很多的風(fēng)，他們可以采用室外風(fēng)作為輔助的水平排煙形式[12]。

除了集中排煙系統(tǒng)，國(guó)外專(zhuān)家和學(xué)者也研究了建筑物內(nèi)部的空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法。美國(guó)ASHARE 標(biāo)準(zhǔn)中首次提出室內(nèi)空氣質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)方法[13]。英國(guó)的CIBSE 標(biāo)準(zhǔn)提出室內(nèi)空氣質(zhì)量可接受的標(biāo)準(zhǔn)為：不超過(guò)50%的被測(cè)試者聞到任何氣味，不超過(guò)20%的被測(cè)試者感覺(jué)不舒服，不超過(guò)10%的被試者感覺(jué)到鼻腔和呼吸道黏膜刺激，并且只有不超過(guò)5%的被測(cè)試者在少于2%的測(cè)試時(shí)間內(nèi)感到煩躁[14]。丹麥的Fanger 教授認(rèn)為被測(cè)試者的滿(mǎn)意程度可以決定室內(nèi)空氣質(zhì)量的高低[15]。這些建筑物內(nèi)部空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法可以為我們提供參考。為進(jìn)一步研究用戶(hù)烹飪和吸油煙機(jī)的使用對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響，有必要對(duì)廚房?jī)?nèi)空氣流動(dòng)情況進(jìn)行分析。

廚房的尺寸會(huì)影響廚房?jī)?nèi)以及用戶(hù)整個(gè)住宅內(nèi)部空氣流動(dòng)情況。Abanto J 等利用數(shù)學(xué)建模方式分析了吸油煙機(jī)葉輪的幾何參數(shù)?；跓o(wú)量綱流量和載荷系數(shù)建立了吸油煙機(jī)的預(yù)測(cè)特性曲線(xiàn)，能較好吻合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后將建立的吸油煙機(jī)參數(shù)化模型結(jié)合全尺寸廚房進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬吸油煙機(jī)使用狀態(tài)下廚房?jī)?nèi)部的氣體流動(dòng)情況[16]。

廚房?jī)?nèi)空氣質(zhì)量受公共煙道系統(tǒng)的排出效率決定。Risto K等的研究指出必須保證整個(gè)系統(tǒng)對(duì)煙氣的高效捕捉率，以防止廚房?jī)?nèi)烹飪油煙和有害物質(zhì)的擴(kuò)散。利用油煙捕捉效率模型來(lái)估算廚房的排氣效率，得到廚房?jī)?nèi)部高度為2.3 m 時(shí)，對(duì)烹飪煙氣的捕捉效率可達(dá)85%～90%[17]。

高層住宅建筑公共煙道內(nèi)的壓力分布會(huì)決定煙道排氣罩的性能。Hwataik 提出垂直煙道內(nèi)不均勻的壓力分布會(huì)影響吸油煙機(jī)性能，導(dǎo)致吸油煙機(jī)排氣流量不足，同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的煙氣泄漏，煙氣通過(guò)間隙泄漏時(shí)還會(huì)發(fā)出噪聲。對(duì)影響煙道內(nèi)壓力的高層建筑高度、公共煙道尺寸、建筑屋頂風(fēng)機(jī)的特性、各樓層吸油煙機(jī)開(kāi)機(jī)率以及室內(nèi)外溫差等因素進(jìn)行了分析，利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)帶有水平支管的垂直公共煙道的流體分析研究。同時(shí)給出了控制住宅垂直公共煙道內(nèi)煙氣壓力的相關(guān)參數(shù)[18]。國(guó)外學(xué)者從排煙系統(tǒng)、建筑物內(nèi)部空氣質(zhì)量、廚房尺寸幾個(gè)方面對(duì)集中排煙系統(tǒng)也進(jìn)行了很多研究和探討。由于我國(guó)住宅主要以多層和高層建筑為主，與歐美國(guó)家和日本的差異較大，我國(guó)的氣候環(huán)境也更加復(fù)雜多變。

2 國(guó)內(nèi)排煙系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

2.1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

我們國(guó)家提出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，為住宅中的燃?xì)饩叩陌惭b和公共煙道的設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。CJJ 12-2013《家用燃?xì)馊紵骶甙惭b及驗(yàn)收規(guī)程》中規(guī)定：屋頂煙道出口應(yīng)避開(kāi)正壓區(qū)。公共煙道的頂端應(yīng)安裝有效的防風(fēng)、防雨、防雪的風(fēng)帽裝置。住宅的公共煙道應(yīng)有良好的防止油煙倒灌和防止用戶(hù)廚房串煙的功能[19]。GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：廚房中吸油煙機(jī)的風(fēng)量應(yīng)至少為5 m3/min，吸油煙機(jī)的風(fēng)壓應(yīng)至少為排氣系統(tǒng)總阻力值的1.2 倍，同時(shí)廚房?jī)?nèi)需安裝吸油煙機(jī)或其他機(jī)械排氣裝置實(shí)現(xiàn)廚房的排煙和換氣[20]。GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》中要求吸油煙機(jī)在最高擋位工作時(shí)，風(fēng)量至少為7 m3/min[21]。吸油煙機(jī)在能效標(biāo)識(shí)目錄中，按照GB 29539-2013《吸油煙機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》的要求，其常態(tài)氣味降低度應(yīng)不低于90%[22]。

2.2 集中排煙系統(tǒng)的影響因素

高層住宅集中排煙系統(tǒng)是由吸油煙機(jī)、止回閥、公共煙道、煙道頂部風(fēng)帽等幾個(gè)主要部分組成。目前高層住宅集中排煙道系統(tǒng)主要型式有字母型、變壓型、變截面型和等截面型四種，如圖1 所示。

圖1 四種類(lèi)型煙道

當(dāng)高層用戶(hù)同時(shí)向公共煙道排煙時(shí)，公共煙道內(nèi)會(huì)形成多種動(dòng)力源匯流的復(fù)雜工作狀態(tài)。張海峰等利用兩相流理論對(duì)多層住宅公共煙道內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行Fluent 仿真模擬，得到了公共煙道內(nèi)的壓強(qiáng)、速度和體積分?jǐn)?shù)分布圖，從一層到三層用戶(hù)廚房支煙道與公用煙道的交匯處油煙的體積分?jǐn)?shù)梯度呈逐層減小趨勢(shì)[23]。雄健通過(guò)結(jié)合CFD 模擬計(jì)算和模型試驗(yàn)方法，分別對(duì)10 層、20 層、30 層高層住宅建筑建立模型，對(duì)高層住宅建筑的公共煙道系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，研究表明高層住宅集中系統(tǒng)排煙效果受吸油煙機(jī)開(kāi)啟率、煙道截面尺寸、樓層高度、吸油煙機(jī)型號(hào)和樓層分段匹配形式等因素的影響[24-25]。周金輝對(duì)高層住宅等截面式公共煙道建立連續(xù)性方程，并對(duì)各流量線(xiàn)上的能量建立方程，計(jì)算出每層用戶(hù)的排煙量以及住宅公共煙道內(nèi)沿程的流量計(jì)壓力分布，研究發(fā)現(xiàn)，用戶(hù)廚房油煙的溫度與室外環(huán)境的溫差也會(huì)影響高層住宅的排煙效果[26]。焦春玲、蘇偉運(yùn)用Fluent 數(shù)值模擬的方法分析公共煙道內(nèi)煙氣熱壓作用下對(duì)系統(tǒng)排煙的影響，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外溫差是影響公共煙道排煙能力的主要因素[27]。

2.3 目前存在問(wèn)題及原因分析

目前，高層住宅主要采用豎井的集中排煙系統(tǒng)，該排煙方式存在底部油煙無(wú)法完全排出，樓層之間串煙串味、倒煙等問(wèn)題；在整個(gè)排煙道系統(tǒng)中，排煙不均勻。同一排煙系統(tǒng)內(nèi)的用戶(hù)吸油煙機(jī)開(kāi)啟率越大，集中排煙系統(tǒng)干管內(nèi)的靜壓越高，用戶(hù)的排煙阻力也隨之增大；用戶(hù)吸油煙機(jī)出口處的余壓對(duì)集中排煙道內(nèi)整體壓力分布也會(huì)影響，余壓越大，排煙阻力越大[24]。另外，公用煙道的尺寸也會(huì)影響用戶(hù)的排煙效果。用戶(hù)家中沒(méi)有安裝止逆閥或止逆閥不嚴(yán)密，就會(huì)出現(xiàn)串煙、倒煙現(xiàn)象。目前常用的止回閥很多是塑料材質(zhì)，承壓能力低且不嚴(yán)密。在煙

氣熏蒸和壓力作用下，葉片容易發(fā)生變形，止回閥就更為不嚴(yán)密[28]。由于不同用戶(hù)使用的吸油煙機(jī)存在差異，用戶(hù)在排放油煙時(shí)也會(huì)對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生影響，并造成相互干擾，特別是低層用戶(hù)的排放會(huì)受到中高層用戶(hù)的同時(shí)影響。

2.4 解決方案

針對(duì)目前高層住宅集中排煙存在的問(wèn)題，大量學(xué)者提出了一些解決方法。陳青青研究發(fā)現(xiàn)，截面為500 mm×400 mm公共煙道可滿(mǎn)足33 層高住宅中用戶(hù)250 m3/h 的最小排煙量需求[29]。邵治民等研究表明FPQ 型排氣道中設(shè)置的導(dǎo)流裝置可提升排煙系統(tǒng)的使用效果；在高層住宅建筑屋頂安裝風(fēng)機(jī)來(lái)改善豎向公共煙道內(nèi)的靜壓分布，可提高公共煙道排煙效果[30]。張軻等運(yùn)用CFD 方法對(duì)解決方案的效果進(jìn)行數(shù)值模擬和結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)住戶(hù)分區(qū)選用不同性能的吸油煙機(jī)產(chǎn)品后，住宅中各住戶(hù)的排煙均勻性有很大提高，各用戶(hù)的最大排氣量與最小值的差值減小了81.6%，同時(shí)各用戶(hù)平均排氣量增加了9.2%[31]。吸油煙機(jī)和輔助排氣裝置的合理選型也會(huì)影響廚房的排煙效果。趙長(zhǎng)秋、金吉彪根據(jù)廚房排煙凈化設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了廚房理論排煙量的計(jì)算方法，分析了廚房油煙排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中排氣量計(jì)算原則和輔助排氣裝置的選型，還對(duì)油煙排風(fēng)系統(tǒng)與后端凈化系統(tǒng)的匹配進(jìn)行了分析。給出了飲食業(yè)吸油煙機(jī)和油煙凈化器的選型建議[32]。對(duì)住宅公用煙道系統(tǒng)的豎井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也能改善用戶(hù)排煙效果。呂鐵成提出了公共煙道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在豎井系統(tǒng)中增加排煙風(fēng)機(jī)和環(huán)形水平干管，可減小水平排煙支管尺寸和公共煙道豎井截面積，同時(shí)還能降低公共煙道風(fēng)機(jī)風(fēng)量[33]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文綜述了高層住宅集中排煙系統(tǒng)的研究進(jìn)展。分析了高層住宅集中排煙系統(tǒng)存在的問(wèn)題：一是高層住宅中低樓層用戶(hù)廚房油煙排放效果差，殘留的油煙和其他有害氣體，會(huì)降低室內(nèi)空氣質(zhì)量，影響用戶(hù)的身體和心理健康；二是有些老舊建筑公共煙道缺少防倒煙裝置，用戶(hù)廚房存在倒煙、串味等問(wèn)題。對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，列舉了目前的問(wèn)題解決方案。目前對(duì)于高層住宅集中排煙系統(tǒng)中各個(gè)部件對(duì)整個(gè)排煙系統(tǒng)的影響研究尚少，另外隨著人們開(kāi)始關(guān)注廚房烹飪油煙和室內(nèi)空氣質(zhì)量，高層住宅集中排煙系統(tǒng)對(duì)于用戶(hù)吸油煙機(jī)使用效果影響的研究會(huì)是人們更加關(guān)注的重點(diǎn)。