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商用厨房排风系统设计
内容提要:
本文结合商用厨房排风系统实际环境, 利用通用计算公式和《通用通风管道计算表》, 给出了单头炒灶热流量、 平均速度、 热射流直径等理论和具体应用数据。给商用厨房排风系统设计人员, 提供了一个快速设计参考。
关键词: 热射流、 水力计算、 当量直径、 阻摩比;
一、 概述
1、 商用厨房排风系统, 属于热射流局部排风系统, 由局部排风罩（烟罩）、 风管、 净化设备、 风机等组成;
2、 热射流流量计算
1) 用萨顿通用计算式（原理见右图）
l 热射流流量:
Lz =7.26 * 10 -3 * Z 1.47 *Q 1/3 (m 3 /s) ; ---- ①
式中: Q---热源发烧量, (kJ/S);
Z---假想点热源至计算面距离, Z = H + 2B (m);
l 热射流直径:
Dz = 0.43 * Z 0.88 (m); ------------------------②
l 热射流平均流速:
Vz = 0.05 * Z - 0.29 * Q 1/3 (m/s); --------------③
2) 单头炒灶发烧量热射流参数计算
已知, 单头炒灶发烧量国家标准要求为:
Q = 40kw/h = 3.6*10 3*40 kJ/h = 144*103 kJ/h = 400kJ/s ;
则: Q 1/3 = 7.368 (kJ/S);
又知: 烟罩距炮台挂高: H = 0.8m; 炮台直径: B = 0.6 (m);
则: Z = H+2B =2 (m) ; Z - 0.29 = 0.82 ; Z 1.47 = 2.77 ; Z 0.88 = 1.84 ;
l 代入①式得热射流流量: Lz = 1.48 m3 / s = 5328 m 3 / h 。
l 代入②式得热射流直径: Dz = 0.791 m ≈0.8 m。
l 代入③式得热射流流速: Vz = 0.3 m/s。
3) 热射流流量、 平均流速及空气密度合理假定
l 热射流流量合理假定
单头炒灶发烧量在实际使用中, 假定被损耗掉75% , 则排放余热为25% ; 则: 实际排放余热流量:
Lz = 0.25 * 1.48 = 0.37 m 3 / s = 1332 m 3/ h 。
取排风量L = 1500 m 3 / h应能满足要求。
l 烟罩悬挂高度及尺寸
己知, 热射流直径: Dz = 0.8 m。
热射流面积: Ap=π/4 * Dz 2 = 0.502m2;
则: 1.5√Ap =1.063 m;
实际悬挂高度: H=0.8m, 可见, H＜1.5√Ap , 为低悬罩, 能够不考虑横向气流影响。
又知, 低悬矩形烟罩口尺寸应为:
A = a+0.8H = 0.8+0.8*0.8 = 1.24（m）;
B = b+0.8H = 0.8+0.8*0.8 = 1.24（m）;
实际烟罩宽为1.25--1.3m, 满足计算要求, 但炮台位置偏外, 加之厨师操作时又偏外, 故烟罩宽度还显不足;
l 热射流平均流速合理假定
已知, 假定单头炒灶热射流流量为: L = 1500 m 3 / h, 两个灶头开一个500*600mm吸气孔, 则该孔吸气量应≥3000m3/h（0.83m3/s）, 则吸气孔平均流速应为: Vz = 2.777 m/s ; 取 V≥3 m/s 应能满足要求。
l 空气密度合理假定
已知, 标准空气密度: ρ0 = 1.2 kg / m 3 ; 实际应用中, 考虑到蒸汽、 油烟等原因, 取排放气流密度: ρ= 1.5 kg /m3应能满足要求。
4) 结论
由以上计算可见, 双头炒灶余热:
l 在排烟罩入口处流量: L = 0.83m3/s = 2988 m 3 / h≈3000m3/h。
l 在排烟罩横排入口处气流平均流速: V = 3 m/s 。
l 排烟罩横排入口面积, F ≥ L / V = 0.83/3 = 0.277 m2。两个热当量灶头（L≥2m）在横排上开一个抽风口, 开口宽为W = 0.5m; 长为L = 0.6m; F = 0.3m2即可满足要求;
l 在排烟罩入口处气流密度: ρ= 1.5 kg /m3。
l 排烟罩横排入口处动压Pd = ρ*V2/2 = 1.5*32/2 ≥ 6.75Pa, 隔油网加伞型罩压损Pz = 30Pa, 故烟罩入口处动压应Pd≥40Pa。（注: 调试时用测气流速度方法, 计算动压值, 即: 取掉隔油网在横排入口处测时, V=√2Pd/1.2 = 8m/s, 在隔油网外测时, V = √2Pd/1.2=4m/S）
二、 排风管道水力计算（用假定流量法）步骤
1、 绘制排风系统轴线图, 并对管段进行编号、 标出对应长度和流量;
2、 选择风管内空气流速, 选择低速管, 主管选流速: V = 8 ~12m/s;
3、 依据流量、 流速确定管道截面积; 考虑板材和国家标准管道尺寸, 确定管道规格:
1) 1000x800mm（0.8m2, L=AV = 6.4~9.6m3/s = 23040~34560m3/h）;
2) 800x700mm（0.56m2, L =AV = 4.48~6.7m3/s = 16128 ~24192 m3/h）;
3) 700x600mm(0.42m2, L =AV = 3.36~5.04m3/s = 12096~18144m3/h);
4) 500x500mm（0.25m2, L=AV = 2~3 m3/s = 7200 ~ 10800 m3/s）。
横排规格（保障各段流速改变小于10%）:
1) 变径: 700/550/350/200x600x1000mm;
2) 变径间连接: 550x600xLmm（0.33m2）;350x600xLmm（0.21m2）;
4、 从最长、 条件最差管路着手, 计算摩擦阻力和局部阻力:
1) 1000x800矩形管道流速当量直径dv:
dv = 2ab/a+b=2（1000x800）/1000+800=888.9mm;
Rm(8m/s) = 0.65Pa; Rm(10m/s) = 1.0Pa; Rm(12m/s) = 1.3Pa;
2) 800x700矩形管道流速当量直径dv:
dv = 2ab/a+b = 2(800x700) / 800+700 = 746.6mm:
Rm(8m/s) = 0.85Pa; Rm(10m/s) = 1.1Pa; Rm(12m/s) = 1.8Pa;
3) 700x600矩形管道流速当量直径dv:
dv = 2ab/a+b = 2(700x600)/700+600 = 646mm;
管道阻摩比Rm:
Rm(8m/s) = 1.0Pa; Rm(10m/s) = 1.9Pa; Rm(12m/s) = 2.5Pa
4) 500x500矩形管道流速当量直径dv:
dv = 2ab/a+b = 2(500x500) / 500+500 =500mm
管道阻摩比Rm:
Rm(8m/s) =1.2Pa; Rm(10m/s) = 2.1Pa; Rm(12m/s) = 3.5Pa;
5) 常见管件阻力系数ζ和局部阻力Z（以流速V=10m/s, ρV2/2 = 120Pa为例）:
l 900矩形弯头(R=1.5D)
(1) a(1000)xb(8000): ζ= 0.16; Z =19.2Pa;
(2) a(800)xb(700) : ζ= 0.17; Z = 20.4Pa;
(3) a700xb600: ζ= 0.18; Z = 21.6 Pa;
(4) a500xb500 : ζ= 0.17; Z = 20.4Pa;
l 合流三通
（1）1=F2, F1+F2=F3, L1=L2, α=300 : ζ= 0.14; Z = 16.8 Pa;
（2）流三通(直管)(F1=F2, F1+F2＞F3, α=300): ζ1=0; Z=0 Pa;
（3）流三通(支管) (条件同上) : ζ2=0.44; Z=52.8Pa;
l 风机出口
采取: 渐扩管（F1/F0=1.50, α=100,ζ=0.02）加450弯头（R=D, α=45,ζ= 0.138）, 当V=10m/s时, Z=2.4+16.56≈19Pa;
注意: 以上Z数据是在V = 10m/s情况下算出, 在支管中应用构件Z值, 应依据支管V值进行计算。
6) 定型产品局部阻力
(1) 电子净化器(α=300, ζ=0.8, 设: V=10m/s): Z=96Pa;
(2) 烟罩(α＝200, ζ= 0.17, 设: V =3m/s, Z1 = 1.15Pa; )（隔油网f1 / f0 = 0.6 / 0.7, ζ=5.3/3.7, Z2 = 35.78 / 24.98Pa）: Z = Z1 + Z2 = 36.93 / 26.13Pa;
5、 对并联管路必需进行阻力平衡（许可误差≤15%）, 调整方法:
1) 改变支管尺寸, 重新计算支管阻力;
2) 在阻力小支管上安装调整器;
6、 计算总阻力
计算最长、 条件最差管路总阻力, 方便选择风机风压。
Z总 = ∑ (Rm l + Z) ; (Pa)
7、 选择风机
商用厨房排风系统通常选择双向（或单向）进风、 离心式、 中压风机, 依据系统总阻力、 总风量和出入口空间位置要求, 选择风机叶轮尺寸、 转速; 电机功率; 出入口角度等参数。
注意:
①在选择风机参数时, 对风量、 风压应附加安全系数, 即:
风机风量: L = KL*L’
风机风压: P = KP*P’
式中: L’-----系统设计风量; P’-----系统设计风压;
KL-----风量安全系数, 取KL = 1~1.1;
KP-----风压安全系数, 取KP = 1.1~1.15。
②风轮转速改变会使流量、 风压、 电机动率发生以下改变:
风机风量: L =N1/N0*L’;
风机风压: P =(N1/N0)2*P’;
电机功率: W = (N1/N0)3*W’
式中: L’ -----风机原流量; P’-----风机原风压; W’-----电机原动率;
N0-----改变前转速; N1-----改变后转速;
③风柜在系统中放置位置: 风柜风压(Pq), 在数上等于进(Pqi)、 出(Pqo)口全压差, 即Pq=Pqo - Pqi。因风柜入口为负压, 出口为正压, 且在数值上相等, 所以标准上风柜应放置在管道中间位置为宜; 具体放置位置应依据实际情况决定。
三、 风道设计、 制作、 安装注意事项
1、 尽可能减小管道构件数量, 以减小管道阻力; 管道构件应尽力做精、 做细, 曲率半径R≥1.5D, 夹角α≤300;
2、 构件与构件之间距离l/d应大于3倍管径直管距离, 不然因为相互干扰, 会使局部阻力发生大幅度改变;
3、 通常一个系统支管数不宜超出10个, 不然就要加大主管尺寸, 使其中气流速度要在3m/s以下, 才便于调试各支管阻力平衡;
4、 支管接口（亦称横排开口）应安排在渐扩管处, 渐扩管中心夹角通常为: α≤100 ;
5、 降低风机出口处流速, 以降低出口动压损失。通常都应有一段出口管, 有时将出口管做成渐扩管。
6、 风管与风机进出口连接要合理, 确保气流均匀分布, 避免发生涡流和流速忽然改变, 以减小阻力和噪音。
7、 管道法兰连接、 打胶时, 尽可能使内部平滑以减小摩擦阻力, 尽力打实预防以后漏油;
8、 管道安装时应确保其坡度≥1.5%; 并在最低处设溢油孔和接油盒;

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