住宅廚房內(nèi)的被動式通風(fēng)系統(tǒng)研究

果海鳳 錢嘉宏 宋昂揚 王英琦 李瑞雪

北京市住宅建筑設(shè)計研究院有限公司

0 引言

住宅建筑內(nèi)多為中餐廚房，炊事多為烹炒煎炸，油煙多，做飯次數(shù)多，空氣污染嚴重。廚房也是住宅中舒適性標(biāo)準最低的場所，一般僅設(shè)暖氣，基本無空調(diào)，全年開窗通風(fēng)，冬天冷，夏天熱。

住宅廚房內(nèi)一般僅設(shè)抽油煙機，靠開窗自然補風(fēng)。一方面，由于油煙機性能差異，不能有效排除室內(nèi)油煙，到處彌漫著炒菜做飯的味道，極大影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。另一方面，開窗自然通風(fēng)，冬季冷，夏季熱。廚房往往成了家庭成員最不愿進入的地方，同時也是被動房內(nèi)能耗較高和設(shè)計最大的難題。

1 中式廚房的暖通設(shè)計

1.1 采暖制冷

住宅暖通設(shè)計中，居室內(nèi)溫度為20 ℃，廚房內(nèi)設(shè)計溫度一般為16 ℃[1]，采暖多為暖氣或地板采暖。夏季廚房室內(nèi)溫度小于29 ℃即可，無特別要求，夏季通風(fēng)溫度≤35 ℃，基本無空調(diào)。高檔住宅廚房內(nèi)設(shè)計了空調(diào)，也僅在廚房內(nèi)設(shè)計一個送風(fēng)口，空調(diào)機安裝在廚房外。為了保證廚房油煙不被吹到其他空間或空調(diào)內(nèi)部，廚房必須保持負壓。所以油煙機的排風(fēng)量一般很高（1000～1500 m3/h），且大于空調(diào)送風(fēng)量。

1.2 排風(fēng)排煙

廚房內(nèi)分為灶臺區(qū)和非灶臺區(qū)。在非炊事時段，全面通風(fēng)換氣次數(shù)不宜小于3 次/h[2]，一般設(shè)計為4～6次/h。炊事時段，換氣次數(shù)為40～60 次/h（中餐）。廚房補風(fēng)量應(yīng)與排風(fēng)量相匹配，且宜為排風(fēng)量的80%～90%。

廚房排煙有排氣扇和抽油煙機兩種方式。老式住宅，通風(fēng)設(shè)計簡單，僅設(shè)排氣扇，功率小，噪聲低，耗電少，空氣負壓小，排煙效果差，且廚房內(nèi)和排氣扇周邊油煙較多，衛(wèi)生質(zhì)量差。新建住宅廚房內(nèi)，均設(shè)計了排油煙豎井，安裝了油煙機，風(fēng)力強大，排油煙效果最佳，廚房衛(wèi)生狀況得到了極大的改善。問題是：補入新風(fēng)量不足，油煙外溢嚴重，構(gòu)造復(fù)雜，清洗困難，需專業(yè)安裝和清洗。

1.3 補風(fēng)

炊事時，廚房形成負壓，必須進行補風(fēng)。補風(fēng)是為了保證良好的排煙效果。有三種方式：室外自然風(fēng)補風(fēng)，鄰室滲透補風(fēng)和空調(diào)送風(fēng)。

室外新風(fēng)補風(fēng)通過直接開窗實現(xiàn)，簡單易操作，符合我國國情和大多數(shù)人的生活習(xí)慣。極端天氣下，比如霧霾天或揚沙天，不宜直接開窗。夏季，室外自然風(fēng)溫度很高，大量無組織的熱空氣涌入，廚房會很容易常處于過熱狀態(tài)。冬季，直接開窗通風(fēng)會導(dǎo)致廚房內(nèi)過冷，甚至出現(xiàn)結(jié)露、結(jié)冰等現(xiàn)象。

廚房為負壓區(qū)，室外和鄰室的氣流會通過門窗或縫隙滲透進入廚房。如果廚房的門縫隙較大或炊事時不關(guān)門，抽油煙機強大的吸力，會使得居室內(nèi)的舒適氣流會大量涌進廚房，影響居室內(nèi)的冷熱溫度，舒適性差。

高檔住宅的廚房內(nèi)設(shè)有空調(diào)，作用有：調(diào)節(jié)廚房溫度，同時起到補風(fēng)作用。

2 中式廚房的被動房設(shè)計難點

中式廚房的特殊性，使得廚房宜設(shè)獨立的排油煙補風(fēng)系統(tǒng)[3]。排油煙系統(tǒng)一般為專用排油煙豎井+抽油煙機，但被動房內(nèi)的補風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，又要保證廚房內(nèi)非炊事時的氣密性和炊事時的安全性，及對整個居室最少的影響，這也是被動房內(nèi)廚房通風(fēng)設(shè)計的難點所在。

2.1 采暖制冷

被動房冬夏負荷很小，且有新風(fēng)要求，所以一般無傳統(tǒng)的采暖形式，更多的是依靠新風(fēng)采暖或新風(fēng)+輔助供冷供暖的形式。

被動房內(nèi)的暖通空調(diào)末端主要有新風(fēng)空調(diào)一體機、新風(fēng)+風(fēng)機盤管、新風(fēng)+VRV、新風(fēng)+輻射供冷供暖（毛細管）等。無論是哪種形式，廚房由于排風(fēng)排煙要求，是負壓區(qū)。作為氣流組織的最末端，廚房一般只設(shè)回風(fēng)口或排風(fēng)口，或非炊事時開門，通過回風(fēng)解決廚房內(nèi)的冷暖問題。

2.2 排煙補風(fēng)

被動房內(nèi)氣密性非常好，為了保證廚房內(nèi)氧氣量充足和灶具的正常使用，必須設(shè)計獨立的排油煙和補風(fēng)系統(tǒng)。被動房內(nèi)廚房的通風(fēng)系統(tǒng)主要有四種形式（表1）。

表1 廚房通風(fēng)方式

圖1 方案一管路布置圖

圖1 為方案一，新風(fēng)空調(diào)一體機在廚房吊頂內(nèi)安裝，不設(shè)專門的補風(fēng)方式，廚房外窗僅滿足被動房的要求即可，但必須有可開啟扇，做飯時抽油煙機開啟，手動打開廚房窗戶進行補風(fēng)。此方式最簡單，初投資低，外墻開洞少，但需人為手動開啟，不能實現(xiàn)智能化。必須提醒住戶做飯時開窗，一旦沒有開窗通風(fēng)，不僅會影響居室內(nèi)的空氣品質(zhì)，甚至?xí)斐勺鲲垥r氧氣量供給不足，不能燃燒或影響充分燃燒，引發(fā)CO 中毒或發(fā)生爆炸等安全問題。

圖2 為方案二布置圖，圖3 為外窗安裝圖。此方案在廚房外窗上部增加一個上亮子（高度至少400 mm），將其做成電動開啟（內(nèi)倒開啟）并可與抽油煙機聯(lián)動，當(dāng)抽油煙機開啟時自動開啟，無需人為手動控制。聯(lián)動可借助智能家居實現(xiàn)。優(yōu)點是外墻開洞少，無結(jié)露風(fēng)險，利用窗戶加電動開窗器實現(xiàn)智能補風(fēng)。缺點是造價較高，需增加電氣管路。能耗較方案一增加了電動開窗器的電量消耗。

圖2 方案二管路布置圖

圖3 方案二外窗安裝圖

圖4 為方案三，廚房內(nèi)設(shè)計獨立的排油煙補風(fēng)系統(tǒng)[3]，廚房外墻上設(shè)計單獨的補風(fēng)管和電動密閉閥門。補風(fēng)管須在外墻上開洞，廚房面寬一般不大，至少要開三個風(fēng)洞，很難實現(xiàn)，一般會考慮在鄰室房間開洞，這既增加精裝吊頂，又影響居室空間和舒適性。為了保證補風(fēng)口的氣密性，必須使用金屬電動風(fēng)閥，該管路穿過建筑外墻且無法用保溫完全包裹，這就導(dǎo)致其表面在冬季存在嚴重的結(jié)露風(fēng)險。同時該設(shè)備放置于櫥柜中，占用空間大。工程和設(shè)備造價都較高。

圖4 方案三管路布置圖

圖5 方案四管路布置圖

圖5 為方案四，即增大新風(fēng)取風(fēng)管管徑，并增加一個旁通支路，設(shè)計電動百葉風(fēng)口（或電動密閉閥+普通百葉風(fēng)口），平時關(guān)閉，炊事時開啟抽油煙機，電動百葉風(fēng)口（或電動風(fēng)閥）聯(lián)動開啟，進行補風(fēng)。此補風(fēng)效果較好，補風(fēng)管走梁下，用吊柜包著風(fēng)管?？拷橛蜔煓C的地方在吊柜上開孔。既能保證結(jié)構(gòu)安全，又使得冷空氣盡量少得跨越廚房空間，對室內(nèi)冷負荷影響較小。但每戶建筑外墻上需開大洞，至少預(yù)留250 mm的套管，建筑結(jié)構(gòu)工程造價成本高，很難實現(xiàn)。

3 能耗和經(jīng)濟性分析

以首開通州共有產(chǎn)權(quán)房某住宅樓為計算模型，分別建立了四種方案的PHPP 模型，在其他設(shè)計參數(shù)均相同的情況下，比較廚房四種補風(fēng)方式對供暖需求，制冷需求及一次能耗的影響，比較其節(jié)能特性，并采用熱橋計算軟件對四種通風(fēng)方式進行了熱橋計算，進行了熱橋分析（表2）。

表2 四種通風(fēng)方式比較

比較可知，方案三對熱橋的影響最大，采暖需求較其他三種方案也最大。方案二和方案一對其他專業(yè)的影響較小，經(jīng)濟性最好。方案四的造價最高，較方案三每戶增100～200 元左右。方案三對各個專業(yè)的影響都較大，廚房補風(fēng)口應(yīng)靠近抽油煙處，補風(fēng)管較長，對采暖需求和一次能耗的影響最大。

4 結(jié)論

被動房內(nèi)廚房的通風(fēng)設(shè)計是其設(shè)計的難點所在，不僅影響建筑的能耗和舒適性，同時影響著建筑的投資和安全性。本文詳細介紹了中式廚房的暖通設(shè)計特點及被動房設(shè)計難點，重點探討和對比了被動式住宅內(nèi)廚房的四種補風(fēng)方式的優(yōu)缺點和實現(xiàn)的難易程度。并以首開通州共有產(chǎn)權(quán)房某住宅樓為計算模型，采用PHPP 計算軟件，進行了四種通風(fēng)方式的對比模擬計算。研究結(jié)果表明，方案一和方案二的廚房補風(fēng)方式最為簡單，易于實現(xiàn)，造價低，但存在安全隱患，不能實現(xiàn)智能家居聯(lián)動。方案三和方案四的廚房補風(fēng)方式，補風(fēng)效果最好，安全性高，易于與智能家居實現(xiàn)聯(lián)動和智能控制，但造價高，實現(xiàn)較難，需要與建筑、結(jié)構(gòu)和精裝等設(shè)計人員多次反復(fù)配合。同時，熱橋系數(shù)較高，采暖需求較大，能耗影響較大。被動房建造中應(yīng)綜合權(quán)衡，合理選擇最佳最適宜且較容易實現(xiàn)的廚房通風(fēng)方式，以達到最佳的節(jié)能性和最優(yōu)的經(jīng)濟性。