住宅通风气流控制与CFD模拟

1.3 油烟颗粒散发化学特性（PAHs） • 三种典型菜肴(标准化流程)
炒青菜
40 35
PAHs 散发率 / ng/s
PAHs 散发率 / ng/s
Average
葱爆肉
100 80 60 40 20 0
平均值
油爆虾
140 120
平均值
炒青菜
葱爆肉
PAHs 散发率 / ng/s
油爆虾
30 25 20 15 10 5 0 0 30 60 90 120 时间 / S 150 180
2.4 双管送/排风系统可行性
分布式
集中式
混合式
500
1.平衡了各层用户环路阻力
风量 (m3/h)
400
2.排风均匀性得到大幅提高
3.风机工作点分布比较集中
300
使用系数0.87 使用系数0.67 使用系数0.47
200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
4.变工况下均匀性好
400
管道压降 用户压降
440
压力(pa)
300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
压力，pa
400
360
各层油烟机工作点 油烟机特性曲线
320 0 200 400 600 800 1000
楼层
1、户间排烟通风量均匀性差，顶层用户960m3/h，底层用户180m3/h； 2、各楼层用户风机工作点分散； 3、排烟管道正压较大，串烟/倒灌难以避免。
500
PAHs concentration / ng/m3
Case 1 Case 2
400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Time / s
2.1 住宅厨房通风习惯问卷
做饭时闻到强烈的油烟味？
何时开启油烟机？
1031份
冬季做饭会开启门窗吗？ 何时关油烟机？
源 强 度
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1.2 油烟颗粒物理散发特性
散发强度的粒径分布 = 总散发强度S X 体积粒径分布
X
=
Page 6
1.3 油烟颗粒散发化学特性（PAHs）
Page 7
1.3 油烟颗粒散发化学特性（PAHs）
定油量: 80g
定油温: No.1-40g, No.2-60g, No.3-80g
% V < 0.18 0.78 2.02 4.03 6.93 10.78 15.58 21.30 27.85 35.08 42.82 50.85 58.91 66.75 74.10 80.72 86.44 91.11 94.69 97.22
% V 0.18 0.61 1.23 2.01 2.90 3.85 4.80 5.72 6.55 7.24 7.74 8.03 8.06 7.84 7.35 6.63 5.71 4.67 3.58 2.53
楼层
不同使用系数时用户均匀性
600 500
700 600 500
风量 m3/h
400
压力 Pa
分布式
300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
400 300 200 100
集成式动力 分布式动力 混合式动力
混合式
楼层
0
100
200
300
3
400
500
600
风量 m /h
各层用户风量平衡性
各层用户风机工作点
0 -100 -200
补风道压力曲线
400 300 200
压力 (pa)
-300 -400 -500 -600 -700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
压力 (pa)
排烟道压力曲线
100 0 -100 -200 -300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
100 80 60 40 20 0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
0
30
60
90
时间/ s
120 150 时间 / S
180
210
240
• 累积散发量：炒青菜2501ng，葱爆肉5436ng，油爆虾8451ng
25根， 55根， 85根
1.4 个体暴露与吸入因子CFD模拟
数学模型：RNG k-ε model + Drift flux model
2.2 高层住宅厨房集中排烟--问题
子母型烟道
变压式烟道
变截面烟道
等截面烟道
1、面向户间串烟、串味问题为主； 2、烟道动静压转换阻力大； 3、部分烟道施工难度大； 4、户间流量难以平衡。
2.3 常用的等截面排烟系统（单管）
各层用户通风不均匀性 ，底层用户排烟量少，排烟管道存在串烟和倒灌
用户油烟机压头
% V < 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
% V 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
1.以一种流量分布器，实现等截面烟道流量均匀（设计状态）。 2.以分布器汇流阻力/直通阻力自适应性，保证较高的运行平衡率。 3.主烟道1/2层间补入单户设计排烟量，确保汇流流量比低于敏感限值。 4.集成风机变风量运行，适应高层建筑变工况条件下节能要求。 案例
设计工况下风量
运行下风量分析
相同使用系数不同层启闭-风量分析
排烟道压力曲线
补风道压力曲线
楼层
楼层
1.补风口与排风口负压较大，需研究两者的衔接气流； 2.负压不能依赖厨房封闭来实现，避免气密性干扰。
2.5 集成式等截面烟道均匀排风探讨
1.仅设置屋顶集成风机排烟，住户仅保留无动力/微动力集烟罩。 2.新风由各住户经所在层新风管被动吸入（住户厨房关闭，保持正 常气密性即可）。 3.屋顶集成动力维持排烟道负压，防止串烟倒灌问题。 4.各住户厨房排烟噪声大幅降低。
% V 1.59 0.83 0.32 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Size (µ m) 54.12 63.10 73.56 85.77 100.00 116.59 135.94 158.49 184.79 215.44 251.19 292.87 341.46 398.11 464.16 541.17 630.96 735.64 857.70 1000.00
住宅厨房颗粒污染特性 与通风系统新考虑
谢谢!
同济大学
高军, 博士, 副教授, 同济大学, E-mail: gaojun-hvac @
Size (µ m) 2.51 2.93 3.41 3.98 4.64 5.41 6.31 7.36 8.58 10.00 11.66 13.59 15.85 18.48 21.54 25.12 29.29 34.15 39.81 46.42
% V < 98.80 99.63 99.95 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
厨房PM2.5浓度远高于室外，且含有PAH等有 害化学物质，应引起关注
油烟颗粒
Page 3
油烟PAHs
1.1厨房污染源量化研究状况
生化、生理、毒理、流行病学研究较多
Chiu and Yu(2004), International Journal of Cancer Yu and Chiu(2006), Cancer Research 温梦婷,胡敏(2007), 环境科学 谭德生,邝元成(2012), 环境科学 ……
100
2012 M ay 31 - 20:10:37
10.00
Volume Frequency (%)
7.50
50
5.00
2.50
0 0.10
1.00 Parti cl e Di am eter (µ m)
0.00 10.00
Size (µ m) 0.117 0.136 0.158 0.185 0.215 0.251 0.293 0.341 0.398 0.464 0.541 0.631 0.736 0.858 1.00 1.17 1.36 1.58 1.85 2.15
“气流控制与CFD模拟”专题交流
住宅厨房颗粒污染特性 与通风系统新考虑
高 军
高军, 博士, 副教授, 同济大学, E-mail: gaojun-hvac @
1
2
住宅厨房油烟颗粒污染特性 住宅厨房通风系统的思考
Page 2
住宅烹饪燃料燃烧污染产物、中式高温烹饪下 油和食物裂解污染厨房污染源 与非吸烟女性患肺癌高度相关（华人家庭主妇 流行病学结论）
风机工作点
总结
住宅厨房油烟颗粒散发粒径谱/源强度/PAHs可实现定量化，为CFD模拟和人 体吸入暴露提供依据。
住宅厨房无组织自然补风可能恶化颗粒污染程度，且与供暖空调节能违背。 高层建筑双管同程式系统可确保用户流量均匀，但需保证局部负压衔接。
高层建筑集成式等截面烟道排风系统具有负压防串烟/变工况流量自适应等 优点，需深入开发相应构件和设计软件，有待进一步推进。
CFD计算中多假定散发模式
Lai and Chen(2007, 2008), Building and Environment; Lim and Lee (2008), Energy and Buildings; 王刚, 王汉青 (2009), 湖南工业大学学报; 李梅芳, 彭小勇等 (2010), 制冷空调与电力机械……
Page 4
基于气流分布CFD的人体对污染吸入因子尚无定量
1.2 油烟颗粒散发物理特性
粒 径 谱
! Particle Size Distribution
20120531.s m ea\Exp 008 - 2012 May 31\oil-zhongjian-up 1 1.ps d Sam ple : oil-zhongjian-up Start+1:34 (s )