严寒地区住宅厨房冬季气流组织模拟及优化研究

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人们大部分时间都在室内度过,营造健康的建筑室内环境已经成为全社会关注的焦点。住宅厨房是建筑室内重要组成部分,社会各界也越发重视住宅厨房室内环境对烹饪人员的影响。住宅厨房烹饪期间产生的高温油烟对室内的环境具有显著影响,严重危害烹饪人员的身体健康。由于严寒地区住宅冬季通风不足,这一问题在严寒地区尤为突出,有必要对厨房环境改善展开研究。为改善严寒地区冬季厨房室内气流组织,本文采用了问卷调查、实测、数值模拟等方法针对不同的气流组织形式进行研究,分析不同形式下室内温度场、流速场以及CO2浓度场的改善情况,为厨房气流组织情况的改善提供合理指导。通过调查问卷的方式,针对当下严寒地区住宅厨房冬季使用现状进行调查。发现在室外严寒条件下,居民往往会关闭住宅厨房的门窗,且烹饪方式多为慢炖和爆炒,具有典型的区域性特征。通风方式上的特点导致室外空气供应不足,烹饪方式上的特点导致室内环境较差,两种形式均可能加剧厨房室内空气污染。在调研分析的基础上,选取严寒地区典型住宅厨房进行入户测试,测试内容分别为住宅厨房典型工况下室内PM2.5浓度变化测试与不同工况下室内换气次数测试。为解决当下严寒地区典型住宅厨房通风量不足的问题,分析了灶台四周补风的方案,提出并优化了在吊顶设置补风口的补风方案,提高室内补风量和排烟效果,改进室内的热舒适性。吊顶补风方案采用在外墙与吊顶上开口的形式,通过室内外压差将室外新风引入室内,具有一定的预热新风效果。基于CFD模拟计算,建立了4种通风排烟工况的计算模型,包括房间渗透工况、不同窗户开度(15°、30°、45°)工况、炉灶四周设置补风幕工况和新型吊顶补风工况,计算对比了不同工况下室内温度场、风速场以及CO2浓度场的变化情况。此外,优化设计了吊顶补风的四种开口类型,分别为0.3×0.2m的单个矩形补风口、0.3×0.1m的双矩形补风口、0.1×0.2m的三矩形补风口以及半径为0.56m的六个圆形补风口,设置在人员后方或工作区最远处,总计共8种吊顶补风工况。通过模拟研究不同补风口形状和补风口位置对室内气流组织的影响,探索满足严寒地区住宅厨房所需要的最优补风方案。结合实验数据与模拟结果分析发现,密闭工况下厨房整体处于极差的负压状态,严重影响排油烟机的工作效率,室内人员热舒适性较差。开窗通风可以有效改善室内污染情况,开窗角度为30°时更符合严寒地区住宅厨房需要,但是开窗通风在改善室内空气品质的同时并不能满足人员的热舒适性要求。炉灶四周设置补风幕的形式可以有效改善室内气流组织情况,房间空气品质与人员热舒适性均得到提高,但是该方案安装较为受限。与各工况对比,在吊顶补风的作用下,整体厨房环境包括风速、温度、污染物水平、静压、CO2浓度、室内气流波动和烹饪火焰均都得到了明显改善。其中吊顶补风工况6中厨房静压稳定在-12.0Pa,避免厨房烟气流向相邻房间,室内CO2浓度维持在725ppm,满足严寒地区经济适用要求。这些研究结果为改善严寒地区住宅厨房的合理气流分布、营造热舒适环境提供了理论依据和策略指导。
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