簡介：在多層住宅實際設(shè)計中，排風(fēng)豎井通常由建筑師設(shè)計，且排煙罩、通風(fēng)器由住戶自行購買。因此，實際運行中常有排煙不暢等問題。本文利用數(shù)值模擬的方法分析了七層住宅的衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)不同開啟率、廚房排煙系統(tǒng)采用同型號或不同型號排煙罩的運行特性，并對存在較大排風(fēng)問題的廚房排煙系統(tǒng)提出了改進(jìn)方案。關(guān)鍵字：排煙系統(tǒng)排煙罩通風(fēng)器

1前言

　　隨著生活水平的提高，住宅的室內(nèi)空氣品質(zhì)愈來愈被人們所關(guān)注。廚房、衛(wèi)生間是住宅中兩個主要散發(fā)污染物場所。尤其是廚房，不僅有煤氣燃燒所產(chǎn)生的污染物，還有烹飪產(chǎn)生的大量油煙與蒸汽，廚房排風(fēng)不暢將導(dǎo)致整個室內(nèi)彌漫著油煙氣味。暖通工作者對廚房中的污染物、最小排風(fēng)量、排煙罩性能等方面都進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但對多層住宅中廚房排煙系統(tǒng)和衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)的運行特性關(guān)注很少。多層住宅中的排風(fēng)豎井通常由建筑師設(shè)計，暖通工程師很少介入,并且廚房、衛(wèi)生間中的排煙罩、通風(fēng)器大多由住戶自行購買。因此，實際運行中經(jīng)常發(fā)生排煙不暢、串氣等問題。本文利用數(shù)值模擬的方法分析了多層住宅廚房與衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)運行效果、產(chǎn)生排風(fēng)量不足的原因及改進(jìn)措施。

圖1子母風(fēng)道截面圖

　　本文以一個七層住宅為分析對象，住宅中的豎向風(fēng)（煙）道采用龍J21標(biāo)準(zhǔn)圖集中混凝土子母風(fēng)（煙）道(如圖1所示)，并假定了衛(wèi)生間和廚房中通風(fēng)器、排煙罩的安裝方式。

2住宅衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)

2.1建立數(shù)學(xué)模型

　　設(shè)在各層子風(fēng)道進(jìn)口處都安裝同型號的通風(fēng)器。假定衛(wèi)生間的排風(fēng)量為54m^{3h（相當(dāng)于3m2衛(wèi)生間有6次h的換氣次數(shù)），用BF-100型通風(fēng)器，其最大風(fēng)量81m3h最大靜壓20Pa，所謂最大風(fēng)量指靜壓為0時的風(fēng)量，最大靜壓指風(fēng)量為0時的靜壓（以下同）。熱壓在冬季對底層有利，這里忽略其作用。}

圖2某段豎井

　　當(dāng)通風(fēng)器達(dá)到穩(wěn)定工作時，通過各子風(fēng)道的管路系統(tǒng)阻力等于各自衛(wèi)生間通風(fēng)器的壓頭和風(fēng)壓之和（用避風(fēng)風(fēng)帽時）。因此可列出以下方程。

2.1.1能量方程

　　任意選取如圖2所示的某段排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，根據(jù)流體力學(xué)的能量平衡原理，得到任意子風(fēng)道內(nèi)空氣流動的能量方程如下：

H_i=＋（1）

　　其中

H_{i=Hw,i＋Hf=Hw,i＋k（2）}

　　式中H_{i、Hw,i分別為任一路徑和衛(wèi)生間通風(fēng)器的壓頭；Hf為避風(fēng)風(fēng)帽的風(fēng)壓，當(dāng)Hf＝0時為無避風(fēng)風(fēng)帽；為平均室外風(fēng)速，取=3.5；k為風(fēng)壓系數(shù)，筒型風(fēng)帽k=0.5；、、分別為第i層子風(fēng)道、第j層和第j+1層間豎井、豎井出口處的阻抗；、、分別為第i層子風(fēng)道、第1層和第j+1層間豎井、排風(fēng)系統(tǒng)中氣體的流量；m為建筑層數(shù)。}

2.1.2阻抗方程

　　式（1）中的阻抗為該管段的長度阻力與局部阻力之和除以該斷面的面積與流速乘積的平方（限于篇幅，阻抗方程略）。阻抗方程中的局部阻力系數(shù)按文獻(xiàn)［1］取值，由于子母風(fēng)道交匯處的局部阻力系數(shù)無處可查，本文近似的將其看成小角度的匯流三通，它的阻力系數(shù)與子母風(fēng)道流量比、面積比有關(guān)，本文按［2］中數(shù)據(jù)回歸了該三通的旁通和直通阻力系數(shù)。阻抗方程中的摩擦阻力系數(shù)采用阿里特蘇里公式^[2]。

2.1.3通風(fēng)器的特性方程

　　根據(jù)所選用的BF-100型通風(fēng)器的性能曲線，擬合得到全壓與流量的關(guān)系：

H_{wi=-3693200Q^{3+75716Q2-493.22Q+20.162（3）}}

2.2計算結(jié)果分析

　　由式（1）可知，各層實際的排風(fēng)量就是通過解一系列關(guān)于流量與局部阻力系數(shù)的非線性方程組得到的。本文采用擬牛頓法通過編制程序計算。計算結(jié)果如下：

　　首先分析安裝避風(fēng)風(fēng)帽和不安裝避風(fēng)風(fēng)帽情況下，通風(fēng)器都開啟時各層排風(fēng)量的差別，比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)安裝避風(fēng)風(fēng)帽時各層的排風(fēng)量反而減少了11％（7層）~23％（1層）。其原因為避風(fēng)風(fēng)帽有較大的出口局部阻力系數(shù)（ζ_{0=2.8）抵消了風(fēng)壓的有利作用而降低了排風(fēng)量。所以，當(dāng)室外風(fēng)速不是很大時建議不使用避風(fēng)風(fēng)帽，使用一般的風(fēng)帽即可。}

　　住宅衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)實際上同時使用的概率不大，為此計算各層全開和70％隨機開啟率時各層的排風(fēng)量，計算結(jié)果列于表1中。通過分析表1可得到如下結(jié)論：

　?。?）當(dāng)各層的通風(fēng)器全開時，底下3層的風(fēng)量小于設(shè)計值，尤其1層的排風(fēng)量僅為設(shè)計風(fēng)量的70%。但這種全開的概率極小。當(dāng)有2層的通風(fēng)器不開時，各層衛(wèi)生間的排風(fēng)量均能達(dá)到設(shè)計要求。當(dāng)不開啟層數(shù)增加，排風(fēng)量均能超過設(shè)計值。由于各層的通風(fēng)器由住戶自己購買，必然造成所使用的通風(fēng)器型號不一，從而導(dǎo)致選用靜壓、流量偏小的通風(fēng)器的住戶的排風(fēng)量達(dá)不到要求，尤其是1、2層的住戶。

　?。?）對于7層住宅建筑，豎井面積為0.03m^{2，選用最大靜壓20Pa，最大風(fēng)量81ｍ3h的衛(wèi)生間通風(fēng)器，絕大多數(shù)情況下可以滿足衛(wèi)生間的排風(fēng)要求。}

表1不同工況下各層的排風(fēng)量（m^3h）