0 引言
有餐飲功能的大型公共建筑中大型廚房通風(fēng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：爐灶排風(fēng)量和相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)量很大，且與周圍空調(diào)區(qū)域應(yīng)保持負(fù)壓，以避免氣味外溢；灶具的產(chǎn)熱產(chǎn)濕量較大，在炎熱的夏季，僅靠通風(fēng)很難消除室內(nèi)的熱濕負(fù)荷, 新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)一般需經(jīng)空氣處理機(jī)組進(jìn)行除濕降溫廚房設(shè)計(jì) 。
但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中廚房設(shè)計(jì) ，在廚房灶具完全確定前，其發(fā)熱量和空調(diào)冷卻量很難確定；設(shè)計(jì)估算如偏小，不滿足夏季降溫要求；如估算過大，空氣處理設(shè)備表冷器、控制閥和冷源設(shè)備等均偏大，不僅增加一次投資、設(shè)備運(yùn)行和控制均偏離額定工況，
不利于節(jié)能廚房設(shè)計(jì) 。
為避免設(shè)計(jì)中的盲目性，筆者總結(jié)了廚房風(fēng)量平衡措施、通風(fēng)量和冷熱量的計(jì)算方法，并確定了不同氣候地區(qū)廚房新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)參數(shù)的計(jì)算方法廚房設(shè)計(jì) 。
1 通風(fēng)量確定及風(fēng)量平衡
總排風(fēng)量理論上應(yīng)按排除廚房發(fā)熱量以及按爐灶排氣罩罩口風(fēng)速計(jì)算出的較大值確定，但建筑設(shè)計(jì)時(shí)廚房發(fā)熱量往往無法確定，一般按排氣罩計(jì)算或按換氣次數(shù)估算排風(fēng)量，計(jì)算或估算方法可參考文獻(xiàn)等廚房設(shè)計(jì) 。為了維持廚房為負(fù)壓，補(bǔ)風(fēng)量一般為排風(fēng)量的80%~ 90%。因使用時(shí)間和排風(fēng)量不同，熱加工間與配餐等其他發(fā)熱量較小房間宜分別設(shè)置排風(fēng)設(shè)備，各灶具也宜分別設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)。配餐等其他房間一般設(shè)置全面排風(fēng)即可。熱加工間除設(shè)爐灶排風(fēng)外，還應(yīng)設(shè)置換氣次數(shù)不小于5h-1的全面排風(fēng)設(shè)施，如果房間爐灶排風(fēng)形成的房間換氣次數(shù)過大，可以考慮全面排風(fēng)僅在爐灶不使用時(shí)開啟，以避免補(bǔ)風(fēng)量過大。
因熱加工間與配餐等房間送風(fēng)參數(shù)要求不同，宜分別設(shè)置補(bǔ)風(fēng)設(shè)備廚房設(shè)計(jì) 。熱加工間全面排風(fēng)與爐灶排風(fēng)不同時(shí)使用時(shí)，總補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)不考慮全面排風(fēng)量；且補(bǔ)風(fēng)機(jī)組的補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)適應(yīng)排風(fēng)量，以保證廚房的設(shè)計(jì)負(fù)壓值和風(fēng)量平衡，可以采用排風(fēng)設(shè)備和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)設(shè)備聯(lián)鎖啟停，或共用的空氣處理機(jī)組采用變速風(fēng)機(jī)，根據(jù)排風(fēng)機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)和風(fēng)量改變補(bǔ)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等控制措施。
當(dāng)采用餐廳新風(fēng)作為廚房補(bǔ)風(fēng)時(shí)，應(yīng)考慮餐廳補(bǔ)風(fēng)與排風(fēng)的風(fēng)量平衡，空氣在各區(qū)域的流動(dòng)方向應(yīng)是: 其他空調(diào)區(qū)域(正壓，送風(fēng)量> 排(回風(fēng))量)→餐廳(送風(fēng)量= 排(回)風(fēng)量)→廚房(負(fù)壓，送風(fēng)量＜小于排風(fēng)量)廚房設(shè)計(jì) 。當(dāng)餐廳采用風(fēng)量恒定的新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)，且與廚房直接相鄰時(shí)，餐廳新風(fēng)可壓入廚房作為廚房補(bǔ)風(fēng)。當(dāng)餐廳采用全空氣變新風(fēng)比空調(diào)系統(tǒng)，且與廚房直接相鄰時(shí)，餐廳冬夏季最小新風(fēng)量可壓入廚房作為廚房補(bǔ)風(fēng)，并宜另設(shè)過渡季全新風(fēng)運(yùn)行時(shí)開啟的排風(fēng)系統(tǒng)。餐廳與廚房的補(bǔ)風(fēng)通路應(yīng)滿足自然通風(fēng)的風(fēng)速要求(不大于1m/s)。餐廳和廚房不直接相鄰時(shí)，餐廳應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。
2 公共廚房新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)參數(shù)、冷卻量計(jì)算和室溫控制
2.1新風(fēng)機(jī)組冬季送風(fēng)參數(shù)
冬季室外溫度較低的地區(qū)，公共廚房應(yīng)設(shè)供暖系統(tǒng)，承擔(dān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷廚房設(shè)計(jì) 。為了避免機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)給室內(nèi)帶來額外的熱負(fù)荷，應(yīng)對(duì)機(jī)械補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行加熱處理后再送入室內(nèi)，送風(fēng)溫度不應(yīng)低于室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度。根據(jù)文獻(xiàn)，熱加工間室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度為10℃，對(duì)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高的熱加工間，可以適當(dāng)提高，一般送風(fēng)設(shè)計(jì)溫度可取10~14℃。
上述較低的溫度(例如10℃) 僅為從節(jié)能出發(fā)計(jì)算設(shè)備加熱量的設(shè)計(jì)取值，冬季加熱水閥的室內(nèi)控制溫度可人為設(shè)定在較舒適的溫度(例如16℃)，當(dāng)爐灶使用時(shí)，送風(fēng)溫度實(shí)際低于房間設(shè)定溫度，房間溫度則保持在比設(shè)計(jì)取值(10℃) 高且舒適的范圍內(nèi)廚房設(shè)計(jì) 。
制作間、配餐間的室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度和送風(fēng)溫度一般取16℃；當(dāng)熱加工間與制作配餐間合用送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，送風(fēng)溫度應(yīng)取二者中的較高值廚房設(shè)計(jì) 。室外溫度一般取當(dāng)?shù)囟竟┡彝庥?jì)算溫度。
2.2新風(fēng)機(jī)組夏季送風(fēng)參數(shù)、冷卻量計(jì)算和室溫控制
由于廚房的室內(nèi)發(fā)熱量很難確定，因此無法通過熱平衡方法確定廚房送風(fēng)量及送風(fēng)參數(shù)廚房設(shè)計(jì) 。在廚房發(fā)熱未知的情況下，廚房通風(fēng)量一般是根據(jù)換氣次數(shù)或灶具排風(fēng)量確定的已知量。作如下假設(shè)：當(dāng)空氣處理機(jī)組將已確定的新風(fēng)量處理至通過室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)的熱濕比線的機(jī)器露點(diǎn)(與90% 相對(duì)濕度線的交點(diǎn))，即可消除廚房的散熱散濕量；根據(jù)此假設(shè)，只要確定廚房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及熱濕比，就可以通過焓濕圖確定機(jī)組的送風(fēng)參數(shù)(見圖1)。分析和確定過程如下：
1)由于熱加工間排風(fēng)油煙等污染物量大，不能設(shè)置回風(fēng)或排風(fēng)熱回收裝置，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)一般為直流新風(fēng)機(jī)組，為了避免能量浪費(fèi)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取值不宜過低廚房設(shè)計(jì) 。熱加工間的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫、濕度推薦值為30℃，65%，配餐間的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫、濕度推薦值為26℃，65%。氣候干熱地區(qū)室內(nèi)相對(duì)濕度則較低。廚房散熱散濕量均較大，熱濕比ε假定為8000kJ/kg 。
2)廚房新風(fēng)機(jī)組冷卻量QL(kW)按下式計(jì)算：
式中 Vx為新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)量，m3/h；Q為空氣密度，kg/m3；hs 為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S 的比焓，kJ/kg；hw為室外狀態(tài)點(diǎn)W 的比焓，kJ/kg，為安全起見，取當(dāng)?shù)叵募究照{(diào)室外設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)廚房設(shè)計(jì) 。
3)由于上述冷卻量是基于/將已確定的送風(fēng)量處理至通過室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)的熱濕比線的機(jī)器露點(diǎn)，即能夠消除廚房的散熱散濕量0的假設(shè)，因此對(duì)于夏季濕熱地區(qū)，式(1) 的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S 由通過N 點(diǎn)的熱濕比線(ε= 8000kJ/kg)與U= 90%相對(duì)濕度線相交獲得(見圖1 中的N-S線)，S點(diǎn)溫度為23.2℃，含濕量為16.12 g/kg，比焓為64.35 kJ/kg廚房設(shè)計(jì) 。當(dāng)房間實(shí)際最大負(fù)荷略大于機(jī)組最大冷卻能力時(shí)，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)有可能沿?zé)釢癖染€上移，房間溫度略高于設(shè)定值，但濕度略有下降，對(duì)人員舒適感有利；由于滿負(fù)荷時(shí)間較短，且采用的室外新風(fēng)溫度為夏季空調(diào)設(shè)計(jì)溫度，因此不會(huì)對(duì)廚房舒適度產(chǎn)生影響。
4)對(duì)于氣候干熱地區(qū)，夏季室外空調(diào)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)Wc可能在熱濕地區(qū)送風(fēng)點(diǎn)S 的左側(cè)(見圖1中的虛線)，即室外空氣狀態(tài)點(diǎn)含濕量小于S點(diǎn)含濕量，此時(shí)應(yīng)調(diào)整送風(fēng)點(diǎn)為Sc，可取Sc點(diǎn)溫度與S點(diǎn)相同，含濕量與室外空氣狀態(tài)點(diǎn)Wc相同廚房設(shè)計(jì) 。新風(fēng)機(jī)組空氣處理過程為干工況冷卻。
本文中的干熱地區(qū)是指夏季空調(diào)室外計(jì)算含濕量小于圖1中送風(fēng)點(diǎn)S含濕量( 16. 12g/kg)的地區(qū)廚房設(shè)計(jì) 。表1為主要代表城市及其夏季室外氣象參數(shù)。這些地區(qū)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度均在26℃以上，但室外含濕量均在14g/kg以下，新風(fēng)機(jī)組需要降溫冷卻，但不需要除濕，甚至不需要將空氣處理至等濕過程的機(jī)器露點(diǎn)。某空氣處理機(jī)組廠家協(xié)助筆者進(jìn)行了表冷器的選擇計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。從表中可以看出，在正常的迎面風(fēng)速范圍內(nèi)，表中各城市均能選出合適的表冷器，并且表冷器出口空氣溫度在22~ 23℃之間，含濕量與室外空氣含濕量幾乎相同，說明上述干工況處理過程能夠?qū)崿F(xiàn)。
5)一般新風(fēng)機(jī)組溫度傳感器設(shè)置在出風(fēng)口，控制出風(fēng)溫度恒定廚房設(shè)計(jì) 。但對(duì)于采用直流式空調(diào)系統(tǒng)的廚房，廚房室內(nèi)發(fā)熱量是變化的，送風(fēng)溫度也應(yīng)隨之變化，因此應(yīng)將溫度傳感器設(shè)在室內(nèi)，控制機(jī)組供熱供冷水閥的開度，以免發(fā)生夏季送冷風(fēng)時(shí)室內(nèi)發(fā)熱量過小、室溫過低，以及冬季不能保證室溫或室溫過高等現(xiàn)象。與一般新風(fēng)機(jī)組一樣，北方地區(qū)還應(yīng)在加熱盤管處設(shè)置防凍的溫度傳感器，采取當(dāng)盤管溫度達(dá)下限時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)和進(jìn)風(fēng)閥并報(bào)警等措施。夏季，當(dāng)室外溫度低于房間設(shè)計(jì)溫度取值(30℃) 時(shí)，還可以不低于室外溫度為原則降低室溫控制設(shè)定值運(yùn)行，使廚房工作環(huán)境更加舒適。
3 新風(fēng)機(jī)組可承擔(dān)熱濕負(fù)荷與室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕量的比較
3.1新風(fēng)機(jī)組可承擔(dān)顯熱負(fù)荷和濕負(fù)荷面積指標(biāo)
在假設(shè)條件下(室內(nèi)熱濕比為8000kJ/kg廚房設(shè)計(jì) ，送風(fēng)溫度為該熱濕比對(duì)應(yīng)的機(jī)器露點(diǎn)溫度，干燥地區(qū)取與濕熱地區(qū)相同的送風(fēng)溫度)，空氣處理機(jī)組可承擔(dān)的顯熱負(fù)荷和濕負(fù)荷面積指標(biāo)可以由下式計(jì)算：
式(2)，(3)中 q 為可承擔(dān)的顯熱負(fù)荷面積指標(biāo)，W/m2；V為換氣次數(shù)，h-1；h 為層高，m，計(jì)算時(shí)取3m；Q為空氣密度，kg/m3，計(jì)算時(shí)取1.2kg/m3；cp 為空氣比定壓熱容，J/( kg·e )；tn為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，℃；ts為送風(fēng)溫度，℃；w 為可承擔(dān)的濕負(fù)荷面積指標(biāo)，g/( m2·h)；dn 為室內(nèi)含濕量設(shè)定值，g/kg；ds為送風(fēng)含濕量，g/kg廚房設(shè)計(jì) 。由式(2)和(3)計(jì)算得到中、西餐熱加工間空氣處理機(jī)組可承擔(dān)的顯熱及濕負(fù)荷面積指標(biāo)如表3 所示。
3.2室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕量的估算和假設(shè)
廚房的室內(nèi)產(chǎn)熱主要由三部分構(gòu)成：灶具發(fā)熱、人員產(chǎn)熱、燈光發(fā)熱；由于廚房室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度不低于室外通風(fēng)溫度或溫差較小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱忽略不計(jì)廚房設(shè)計(jì) 。產(chǎn)濕主要由兩部分組成：人員產(chǎn)濕、灶具等廚房設(shè)備的產(chǎn)濕。
1)人員產(chǎn)熱產(chǎn)濕量(假設(shè)人員密度為6m2/人)熱加工間：室內(nèi)設(shè)定溫度為30℃，人員勞動(dòng)強(qiáng)度定義為中級(jí)勞動(dòng)，人員顯熱為45 W/人，潛熱為190 W/人，全熱為235 W/人，產(chǎn)濕量為283g/(人·h)；換算為面積指標(biāo)后，人員產(chǎn)熱產(chǎn)濕指標(biāo)為：顯熱7.5 W/m2，產(chǎn)濕47.2g/(m2·h)廚房設(shè)計(jì) 。
配餐間：室內(nèi)設(shè)定溫度為26℃，人員勞動(dòng)強(qiáng)度定義為中級(jí)勞動(dòng)，人員顯熱為74 W/人，潛熱為161 W/人，全熱為235 W/人，產(chǎn)濕量為240g/(人·h)；換算為面積指標(biāo)后，人員產(chǎn)熱產(chǎn)濕指標(biāo)為：顯熱12.3 W/m2，產(chǎn)濕40g/(m2·h)廚房設(shè)計(jì) 。
2)燈光發(fā)熱
文獻(xiàn)中居住建筑廚房的照明功率密度值為7W/m2，中餐廳的照明功率密度值為13 W/m2，公共廚房的照明功率密度值沒有明確規(guī)定，保守估計(jì)為15W/m2廚房設(shè)計(jì) 。
3)灶具的產(chǎn)熱產(chǎn)濕
假設(shè)中餐熱加工間灶具產(chǎn)熱為160 W/m2，灶具產(chǎn)濕為人員產(chǎn)濕量的2倍，西餐熱加工間灶具產(chǎn)熱為110W/m2，產(chǎn)濕量為人員產(chǎn)濕量的1.5倍，配餐間沒有灶具，假設(shè)配餐過程的產(chǎn)濕與人員產(chǎn)濕相同廚房設(shè)計(jì) 。
配餐間、熱加工間室內(nèi)熱濕負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表4 所示廚房設(shè)計(jì) 。
3.3面積熱濕負(fù)荷指標(biāo)的比較
對(duì)比表3與表4，空氣處理機(jī)組消除熱濕負(fù)荷的能力均能滿足要求廚房設(shè)計(jì) 。
室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕量原則上應(yīng)根據(jù)廚房實(shí)際情況調(diào)查、計(jì)算；但各廚房灶具分布情況不同，即使灶具設(shè)置已經(jīng)確定，仍涉及到廚房工作人員的數(shù)量、加工的食物種類和數(shù)量、餐廳的經(jīng)營(yíng)情況等諸多因素，很難甚至無法計(jì)算實(shí)際產(chǎn)熱產(chǎn)濕量廚房設(shè)計(jì) 。
因此，本文采用了極粗略的估算和假設(shè)，僅力圖通過上述的分析與假設(shè)，說明2.2 節(jié)中室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及熱濕比的假設(shè)用于工程的統(tǒng)一設(shè)計(jì)計(jì)算基本合理廚房設(shè)計(jì) 。
4結(jié)論
4.1廚房排風(fēng)量應(yīng)根據(jù)廚房發(fā)熱量以及按排氣罩計(jì)算出的較大值確定，當(dāng)發(fā)熱量無法確定時(shí)可按排氣罩計(jì)算或按換氣次數(shù)估算；為了維持廚房室內(nèi)為負(fù)壓，廚房補(bǔ)風(fēng)量一般為排風(fēng)量的80% ~90%廚房設(shè)計(jì) 。
4.2熱加工間和配餐等其他房間，以及各灶具宜分別設(shè)置排風(fēng)及補(bǔ)風(fēng)設(shè)備，新風(fēng)機(jī)組的補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)適應(yīng)排風(fēng)量，以保證廚房的設(shè)計(jì)負(fù)壓值和風(fēng)量平衡廚房設(shè)計(jì) 。
4.3對(duì)于冬季需供暖的地區(qū)，空調(diào)送風(fēng)只負(fù)擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，送風(fēng)溫度宜取室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度廚房設(shè)計(jì) 。
4.4廚房新風(fēng)機(jī)組的冷熱量控制不同于一般新風(fēng)機(jī)組，應(yīng)將溫度傳感器設(shè)在室內(nèi)，控制機(jī)組供熱、供冷水閥的開度廚房設(shè)計(jì) 。
4.5當(dāng)廚房發(fā)熱量無法確定時(shí)廚房設(shè)計(jì) ，新風(fēng)機(jī)組夏季冷卻量的計(jì)算是基于/將已確定的送風(fēng)量處理至通過室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)的熱濕比線的機(jī)器露點(diǎn)，即能夠消除廚房的散熱散濕量0的假設(shè)，根據(jù)此假設(shè)，并考慮直流式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，設(shè)計(jì)計(jì)算推薦采用以下數(shù)值：
1)室內(nèi)夏季設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值
室內(nèi)溫度：熱加工間30℃、配餐間26℃；相對(duì)濕度不大于65%；熱濕比假設(shè)為8 000kJ/kg廚房設(shè)計(jì) 。
2)夏季送風(fēng)溫度熱加工間為23.2℃，配餐間為19℃廚房設(shè)計(jì) 。
干熱地區(qū)夏季新風(fēng)機(jī)組應(yīng)干工況運(yùn)行，送風(fēng)溫度與熱濕地區(qū)相同，送風(fēng)含濕量等于室外空氣含濕量廚房設(shè)計(jì) 。