（天津市建筑设计院，天津300074）
摘要：目前，在新建住宅厨房集中排风系统的设计中，大多直接选用图集规范的管道尺寸，但对超高层住宅排气管道的尺寸设计，图集规范尚不完善。这就导致在一些超高层建筑中为满足排风能力，管道尺寸设计的过大，占据较大的公共空间，若一味的减小管道尺寸又会影响排风能力。本文设计计算了在一定同时开机率的工况下，能够满足厨房排油烟需求的最小管道尺寸，对超高层住宅厨房排烟气道的设计具有指导意义。
关键词：住宅；厨房排烟；设计
前言
对于超高层住宅，《津09SJ116住宅厨房、卫生间排气道（变截面、防火）》图集中给出了A、B两种排气道形式，A系统厨房排气道主要针对低层及高层住宅，为等截面单排气道形式；B系统厨房排气道的设计对象包含40层以上的超高层住宅，超高层住宅的排气道有两根，从有第二根排气道开始，第一根排气道不再设置进气口。
表2 B系统排气道选用表
集中式排烟气道中，由于不同楼层的烟气所经管路长度不同，排烟气量的垂直差异非常普遍。理论分析和工程实践经验都说明集中式排烟气道的尺寸越小，不平衡的情况越严重，底层用户的排烟气量越难达到要求。本文在超高层集中式排烟气道的设计计算中，以首层为最不利研究对象，即当首层能够满足排烟气量要求，排油烟机全压大于管道阻力及风帽阻力损失时，排烟气道尺寸能够满足设计要求。另外，笔者认为两根排气道的设计方案减少了高层部分的厨房使用面积，因此，对40层以上的超高层住宅设计单根等截面排烟气道，与图集的设计形式对比，分析优劣。
1厨房排烟气道形式
我国对厨房及卫生间排气道的设计提出了一些规范要求。GB50096-2011《住宅设计规范》6.8.2规定“厨房、卫生间的共用排气道应采用能够防止各层回流的定型产品，并应符合国家有关标准。排气道断面尺寸应根据层数确定，排气道接口部位应安装支管接口配件，厨房排气道接口直径应大于Φ150mm，卫生间排气道接口直径应大于Φ80mm”。在条文说明5.8.6中提到“厨房排油烟机的排气量一般为300m3/h～500m3/h，有效进风截面积不小于0.02m2，相当于进风风速4m/s～7m/s”。 6.8.2中提到“为保证排气道的工程质量，要求选择排气道产品时特别注意其排气量、防回流构造、严密性等性能指标。我国目前住宅使用的共用排气道，一般是竖向排气道，利用各层住户的排油烟机向管道增压排气。由于各层住户的排油烟机输出压力不相等，容易产生上下层之间的回流。因此，应采用能够防止各层回流的定型产品。同时，层数越多的住宅，要求排气道的截面越大，如果排气管道截面太小，竖向排气道中的压力大于支管压力，也容易产生回流。因此，断面尺寸应根据层数确定。排气道支管及其接口直径太小，会造成管道局部压力过大，产生回流。所以提出最小直径要求”。GB50368-2005《住宅建筑规范》8.3.7规定“当采用竖向通风道时，应采取防止支管回流和竖井泄漏的措施”。在9.1.5规定“住宅建筑设备的设置和管线敷设应满足防火安全要求”。GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2005版） 8.5.5规定“厨房、浴室、厕所等的垂直排风管道，应采取防止回流的措施或在支管上设置防火阀”。
按照防止经竖向排烟道油烟串味（即规范所提的回流）的技术措施，目前我国已采用的竖向集中排油烟系统大致可以分为两种形式：依靠特殊的烟道内部结构和依靠烟道外部的止逆阀（也有两者同时使用的）。考虑到减轻烟道的制作难度及重量、目前现场施工管理的水平、系统的调节及维护管理等因素，本文重点研究后者，即：采用简单的单孔烟道，在烟道上用户排油烟机软管接入口处安装可靠的止逆阀。性能良好的止逆阀同时具备防串味、防火、流动阻力小及调节楼层间阻力平衡的功能，且安装、使用和维护方便。下图（图1）为本文所研究排烟气道的系统示意图，采用等截面竖向烟道，各用户支管处加止逆阀，烟道出屋顶处设有风帽增加自然排烟动力。
图1 等截面加止逆阀排烟气道系统示意图
2设计参数的确定
根据设计计算要求，确定出首层最小排风量、厨房排油烟机同时使用系数、以及排烟管道的沿程阻力系数、局部阻力系数。
2.1排风量
排风量的大小关系到排油烟效果及烟道截面积。由于尚未制定有关国家标准，还是一个有待继续探讨的问题。排风量的大小首先与所使用的排油烟机性能有关。通常排油烟机的排风量在自由状态下可达500m3/h以上。近年来，住宅设计标准提高，厨房面积平均在5m2以上，新的设计标准拟将排风量提高到250m3/h。这一数据与已有的一些研究结论基本吻合，它既考虑了有效排除污染物的技术要求，也考虑了烟道截面积不至于过大的经济要求，对5m2的厨房换气次数可达25次/h，符合工程设计要求。如果用户有要求，或建筑标准进一步提高，设计风量也可达到300m3/h 。综上，本文的设计排风量为300m3/h。
2.2同时使用系数
同时使用系数的取定也关系到烟道截面积的大小。一般说来，住宅层数越多，同时使用系数越小。早期设计时，分别采用60%（六层以下）、50%（十八层以下）及40%（三十层以下）的同时使用系数。本文研究对象为高层及超高层建筑，但为了提高设计标准，确保排放效果，现拟将同时使用系数设为40%。并假定所有开机户都均匀分配。
2.3烟道内壁绝对粗糙度
目前所使用的烟道一般均为纤维增强薄壁水泥管道，内壁的光洁程度较好。据资料介绍，混凝土粗糙度为1～3mm、水泥管粗糙度为0.3～0.8mm（表面平整）或1.0～2.0mm（表面粗糙），设计一般取为1.5mm。沿程阻力系数为0.04。
2.4局部阻力系数
设计计算中，出于安全考虑，止回阀局部阻力系数选为2.5；风帽局部阻力系数为1.5。依据相关资料，查得矩形风管T形合流三通，圆形支管接至矩形主管的合流局部阻力系数见下表。LS为合流前排烟气道内的风量，Lc为合流后排烟气道内的风量。
3设计计算
住宅厨房集中排烟气系统设计计算的目的：确定合理的烟道截面尺寸，即确定当烟道内截面的当量直径为何值时，最底层用户若达到额定的排风量，所采用的排油烟机提供的出口全压能克服系统中的流动阻力，保证排风顺畅，且不会产生烟道过多地占用厨房的使用面积或者是在设备上做不必要的高投资等浪费的现象。
设计计算方法：一般采用试算法，即根据拟采用的排油烟机在额定风量（300 m3/h）下所具有的全压来计算烟道截面积。参照某品牌排油烟机性能参数，在300m3/h排风量时具有150Pa的全压，目前市场上的排油烟机性能已有较大提高，在300m3/h排风量时全压可达170Pa，而在150Pa全压时排风量可达350m3/h，但为保证设计安全，只需满足烟道总阻力≤150Pa。
根据上一部分设定的计算参数，选取一栋40层，层高2.8m的超高层住宅为研究对象，在开机率为40%时，每层排烟气量为300m3/h，排烟气道尺寸为450mm×400mm时，首层烟气排出时经过的总阻力为109.63 Pa，出口处需克服的动压为32.92Pa，满足总阻力142.55Pa≤150Pa且十分接近，即该烟道尺寸为满足设计要求的最小尺寸。具体计算数据见附表。
将该计算结果与表2比对可以发现，本设计结果中烟道占用各层厨房的总面积为7.2m2，而图集中B系统排气道总占用面积为8.44m2，可以看出，本设计结果在满足使用需求的前提下更节省建筑空间，尤其对高层部分厨房占用面积降低了39%。
4结语
本文统计汇总了大量的排烟气道设计计算参数，并对一栋超高层建筑进行了试算，与现有图集尺寸进行对比，发现烟道尺寸尚有可优化空间。作为设计计算结果的是烟道截面尺寸，但这一结果是与系统中所有因素都有关的。作为空气流动动力的排油烟机性能、每户设计排放量、同时使用系数、止逆阀形式和阻力、风帽形式和阻力及排烟道材料和制作质量等都会影响设计结果，必须结合具体情况和用户（或建设方）要求合理选取。
本文设计计算时考虑的是排烟气道的初阻力，并未充分考虑排烟气道使用一段时间之后油烟留渍造成的管道不光滑，阻力增加。因此在设计计算时建议加入后期使用增加的阻力，由于难以估算，可在选择管道尺寸时乘以一定的安全放大系数。若为计算出的本文排烟气道（450mm×400mm）乘以1.5倍的安全放大系数，则应选用500mm×500mm的排烟气道，排气道总占用面积为10m2，比图集建议使用的B系统排气道面积略有增加。但本文的计算结果对只能使用一根排气道，不适宜使用两根排气道的超高层建筑仍有适用价值。
利用本文的资料和计算方法，结合工程实际情况，可以为更多超高层建筑排烟气道的设计提供依据。
参考文献：
[1]陈丽萍，龚延风，国君杰，莫奇．住宅厨房集中排烟系统的理论计算[J]．暖通空调，2002（04）
[2]徐文华，沈雪峰．住宅厨房排烟的研究及系统设计方法[J]．建筑热能通风空调，2001（1）
论文作者:张岑
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月下
论文发表时间:2016/9/21
标签：气道论文; 阻力论文; 排烟论文; 截面论文; 厨房论文; 烟道论文; 系数论文; 《建筑建材装饰》2015年12月下论文;