過(guò)渡季住宅廚房熱環(huán)境CFD模擬研究

武志松，姜益強(qiáng)，鄭文科，田 夢(mèng)

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090；2.寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

廚房烹飪時(shí)產(chǎn)生的油煙是住宅內(nèi)主要的污染源，它能引發(fā)各種疾病,給人們帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患,而如果不能有組織地排至室外，將會(huì)擴(kuò)散到客廳、餐廳等鄰室，造成長(zhǎng)時(shí)間污染。合理的通風(fēng)系統(tǒng)與氣流組織不僅會(huì)使廚房?jī)?nèi)人員擁有舒服的工作環(huán)境，更能使住宅內(nèi)各房間保持合理的壓力關(guān)系，從而防止廚房?jī)?nèi)的熱油煙氣外溢，有助于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，營(yíng)造良好的生活環(huán)境。鑒于廚房環(huán)境對(duì)人體健康和人體舒適的重要性，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)住宅廚房的熱環(huán)境和空氣品質(zhì)進(jìn)行了大量研究。

通過(guò)采用合理的通風(fēng)技術(shù)、優(yōu)化廚房結(jié)構(gòu)、增設(shè)補(bǔ)風(fēng)等手段可以改善廚房的氣流組織，從而改善廚房的熱環(huán)境。蔣達(dá)華對(duì)自由擴(kuò)散及機(jī)械排風(fēng)條件下廚房烹飪過(guò)程進(jìn)行模擬研究，得到影響熱羽流擴(kuò)散現(xiàn)象的因素，提出了將油煙通過(guò)氣流組織引入排煙罩的油煙區(qū)域控制方法[1]。劉曉凡等對(duì)置換通風(fēng)技術(shù)與傳統(tǒng)混合通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了比較，分析得出置換通風(fēng)能夠改善飲食業(yè)廚房工作區(qū)域的氣流分布形式[2]。Bin Zhou等對(duì)典型住宅廚房的空氣流速、溫度和污染物分布進(jìn)行了數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出推拉式通風(fēng)系統(tǒng)可在夏季情況下降低空氣溫度，提高人員熱舒適性[3]。

鄒聲華等人通過(guò)模擬分析比較了我國(guó)住宅廚房常見的三類通風(fēng)方式的通風(fēng)特性，指出要想獲得較好的氣流組織，需要合理布置好廚房的門、窗及排風(fēng)口[4]。王淼等對(duì)不同窗臺(tái)高度下的室內(nèi)污染物濃度場(chǎng)進(jìn)行模擬研究并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到廚房窗臺(tái)高度對(duì)廚房污染物排放的影響[5]。Jiaqing Zhou等利用數(shù)值模擬對(duì)典型韓國(guó)公寓廚房在烹飪過(guò)程中的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行研究，得出通過(guò)減小氣流和天花板之間的角度可以在廚房的呼吸平面中減小面積平均溫度[6]。賈欣通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究了住宅廚房在排油煙機(jī)、新風(fēng)口及排風(fēng)口不同的相對(duì)位置下的熱環(huán)境,結(jié)果表明在無(wú)門窗的墻側(cè)布置廚房灶臺(tái)和吸油煙機(jī),同時(shí)設(shè)置自然補(bǔ)新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)廚房熱環(huán)境的改善效果最佳[7]。

李博利用CFD模擬了開啟頂吸式排油煙機(jī)、同時(shí)設(shè)置自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)不同通風(fēng)條件下住宅廚房的室內(nèi)氣流情況，論證了改善廚房氣流組織的補(bǔ)風(fēng)形式[8]。邱峰對(duì)設(shè)置下吸式排油煙機(jī)、同時(shí)增設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的廚房室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行了研究,考察了不同工況對(duì)下吸式排油煙機(jī)控?zé)熜Ч挠绊懀玫礁纳茝N房工作環(huán)境最優(yōu)的控制方案[9]。尚少文等對(duì)住宅廚房排油煙系統(tǒng)在無(wú)補(bǔ)風(fēng)和有補(bǔ)風(fēng)的條件下分別進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明0.162～0.184 kg/s的補(bǔ)風(fēng)量能有效避免油煙等污染物外溢，可以降低系統(tǒng)能耗[10]。

此外可以通過(guò)優(yōu)化排油煙設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善廚房的排油煙效果，從而改善室內(nèi)的空氣品質(zhì)。田一平提出以風(fēng)量、風(fēng)壓、本體阻力、噪聲、油煙凈化等作為住宅廚房排油煙機(jī)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)[11]?；粜莿P針對(duì)原型吸油煙機(jī)設(shè)計(jì)了導(dǎo)流板優(yōu)化方案，通過(guò)仿真得出集煙罩形式、廚房補(bǔ)風(fēng)方式對(duì)廚房排煙效率的影響，且指出排煙效果與補(bǔ)風(fēng)口的位置密切相關(guān)[12]。謝軍龍等對(duì)民居廚房中蝶型、平板型導(dǎo)煙板集煙罩的吸油煙機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到兩種集煙罩達(dá)到排煙要求所需最小風(fēng)量以及相同風(fēng)量下蝶形導(dǎo)煙板集煙罩的吸油煙機(jī)排煙效果相對(duì)最佳[13]。

綜合現(xiàn)有研究?jī)?nèi)容可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)通過(guò)采用上述的技術(shù)措施改善廚房熱環(huán)境進(jìn)行了較多研究，提出了多種控制方案，在一定程度上改善了廚房的氣流組織分布，提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)。然而目前對(duì)于采用廚房屋頂排風(fēng)及其不同排風(fēng)量對(duì)廚房熱環(huán)境的影響研究甚少，現(xiàn)有的改進(jìn)措施對(duì)廚房上下部溫度分層現(xiàn)象改善效果不佳，集聚在屋頂?shù)母邷責(zé)煔鈬?yán)重影響著人體的健康與舒適。本文提出通過(guò)增設(shè)屋頂排風(fēng)扇帶走烹飪過(guò)程中產(chǎn)生并在屋頂集聚的高溫?zé)煔猓谔岣呤覂?nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)可降低能耗、節(jié)約能源。然而不同排風(fēng)量下的排風(fēng)效果不同，對(duì)廚房熱環(huán)境及人體熱舒適影響不同。因此考慮到廚房?jī)?nèi)人員的熱舒適，本文將利用CFD模擬軟件對(duì)采用傳統(tǒng)頂吸式排油煙機(jī)、并在自然通風(fēng)和增設(shè)屋頂排風(fēng)(不同排風(fēng)量)條件下的典型住宅廚房的溫度場(chǎng)分別進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，且對(duì)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行比較分析，為傳統(tǒng)形式下住宅廚房合理的氣流組織形式提供依據(jù)。

1 模型建立

根據(jù)實(shí)際建筑尺寸與廚具設(shè)備的布置情況，建立廚房模型(圖1)，幾何尺寸為2.4 m×1.8 m×2.4 m,其中含有門，窗，櫥柜，抽油煙機(jī)，人，鍋，排氣扇等。抽油煙機(jī)包含排煙口與煙罩，對(duì)應(yīng)下方的燃?xì)庠睢Ｈ細(xì)庠钊紵a(chǎn)生的火焰簡(jiǎn)化為一個(gè)凸起圓柱，圓柱中心為煙氣產(chǎn)生區(qū)，周邊為高溫火焰輻射區(qū)，燃?xì)庠钌戏胖贸村仭?/p>

仿真過(guò)程中采用穩(wěn)態(tài)湍流k-ω模型對(duì)該廚房氣流進(jìn)行三維不可壓縮流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式。選用PISO算法進(jìn)行速度與壓力的耦合，殘差各項(xiàng)設(shè)置為10-4。輻射采用DO輻射模型?？諝饷芏葹樽兠芏饶Ｐ?，即隨著溫升，空氣密度變小。窗外空氣含有一定的H2O與CO2，其中水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0073(相對(duì)濕度為50.1%)，CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.000 55(濃度550 ppm)，邊界條件設(shè)置見表1。

設(shè)置15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖2)并監(jiān)測(cè)其溫度隨時(shí)間變化情況，在人正前方豎直方向有9點(diǎn)，從最下方0.1 m處至最上方2.4 m處分別為1～9，人體呼吸區(qū)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)6，水平方向高1.6 m處人前方有點(diǎn)10～12，背后有點(diǎn)13～15。

圖1 廚房模型

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

表1 邊界條件

2 模擬計(jì)算結(jié)果分析

2.1 自然通風(fēng)情況

首先對(duì)自然通風(fēng)條件下的家用廚房環(huán)境進(jìn)行氣流組織仿真。由圖3、圖4可知，爐灶產(chǎn)生的高溫?zé)煔庋爻村佸伒紫蛏线\(yùn)動(dòng)，由于抽油煙機(jī)的抽吸與空氣浮力作用，高溫?zé)煔庥稍钕虺橛蜔煓C(jī)流動(dòng)，并被抽油煙機(jī)排出室外，抽油煙機(jī)的抽吸作用造成局部低壓，使得空氣通過(guò)窗戶進(jìn)入到廚房?jī)?nèi)部。由于受到從窗戶進(jìn)入的室外空氣的影響，部分熱煙氣被卷吸，逃逸出排煙罩，并流向廚房屋頂。隨著做飯時(shí)間的持續(xù)，高溫?zé)煔獠粩嘣谖蓓斁奂纬蔁峥諝鈱?，使得廚房上部和下部空氣分層明顯。熱空氣層的厚度逐漸增加，并逐漸接近窗戶的上沿。當(dāng)高溫?zé)煔忾_始從窗戶溢出室內(nèi)時(shí)，熱空氣層的厚度不再增加，室內(nèi)溫度場(chǎng)保持穩(wěn)定。

圖5描繪了豎直方向上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況。由圖可知，人體下半身(點(diǎn)1～3)的溫度在整個(gè)做飯過(guò)程中基本維持室溫，最后穩(wěn)定在21.4 ℃。人體上半身(點(diǎn)4～6)由于受到火焰輻射的影響，在開始做飯后溫度迅速升高，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)4,5距火焰更近，受火焰輻射影響更大，溫度要高于監(jiān)測(cè)點(diǎn)6,最后溫度穩(wěn)定在23.1 ℃。由于人體呼吸區(qū)處(點(diǎn)6)靠近窗戶，室外新風(fēng)使此處溫度降低，由于受窗戶來(lái)流持續(xù)影響，最后溫度穩(wěn)定在21.6 ℃。隨做飯時(shí)間的持續(xù)，從抽油煙機(jī)逃逸的煙氣越來(lái)越多，屋頂處(點(diǎn)7～9)集聚越來(lái)越多的高溫?zé)煔猓颂帨囟戎饾u升高，最后監(jiān)測(cè)點(diǎn)7處溫度穩(wěn)定在24.5 ℃，監(jiān)測(cè)點(diǎn)8,9處溫度穩(wěn)定在26.3 ℃。

圖3 自然通風(fēng)情況溫度渲染圖

圖4 自然通風(fēng)情況溫度云圖

圖5 豎直方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖6 水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖6描繪了水平方向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況。由圖可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)10,11位于人體呼吸區(qū)前方及抽油煙機(jī)下方，受到高溫?zé)煔獾挠绊?，此處溫度逐漸升高，最后溫度穩(wěn)定在24 ℃，低于屋頂處溫度。監(jiān)測(cè)點(diǎn)12位于抽油煙機(jī)抽風(fēng)口下部靠墻一側(cè)，在做飯初始時(shí)，高溫?zé)煔怆S抽油煙機(jī)排走，點(diǎn)12溫度最高，達(dá)到40 ℃，隨著做飯時(shí)間的延續(xù)，高溫?zé)煔獯蟛糠峙欧诺匠橛蜔煓C(jī)的側(cè)方，室外新風(fēng)占據(jù)了抽油煙機(jī)下方的大部分空間，此時(shí)點(diǎn)12的溫度降低，最后溫度穩(wěn)定在25 ℃。人體背后(點(diǎn)13～15)溫度隨著室溫的升高而升高，由于距離灶臺(tái)較遠(yuǎn)，因此溫度低于人體前部的點(diǎn)。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)13在窗戶前側(cè)更易受室外新風(fēng)的影響，溫度低于監(jiān)測(cè)點(diǎn)14,15，最后監(jiān)測(cè)點(diǎn)13溫度穩(wěn)定在22.6 ℃，監(jiān)測(cè)點(diǎn)14,15溫度穩(wěn)定在23.3 ℃。

2.2 加設(shè)排風(fēng)情況

在廚房屋頂處加設(shè)排風(fēng)扇，此處排風(fēng)量分別為30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h、150 m3/h，比較分析其與自然通風(fēng)條件下對(duì)廚房溫度場(chǎng)的影響。

由圖7～圖14可知，在做飯時(shí)間持續(xù)到室溫趨于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，相對(duì)于自然通風(fēng)情況，排風(fēng)扇風(fēng)量較小時(shí)(30～120 m3/h)做飯過(guò)程產(chǎn)生的高溫油煙可較好的被抽油煙機(jī)帶走排出室外，可改善廚房上部下部的熱空氣分層現(xiàn)象，人體表面環(huán)境溫度也更為均勻。但當(dāng)排放量增大至150 m3/h，大量的高溫油煙逃逸出排煙罩，使得廚房?jī)?nèi)的溫度分層現(xiàn)象更加明顯，人體表面環(huán)境溫度梯度遞增現(xiàn)象更加嚴(yán)重。這說(shuō)明在屋頂加設(shè)排風(fēng)可使從抽油煙機(jī)逃溢出的高溫?zé)煔鈴呐棚L(fēng)口排出室外，減小熱空氣層在廚房?jī)?nèi)的集聚，但過(guò)大的排風(fēng)風(fēng)速會(huì)顯著改變廚房?jī)?nèi)的氣流組織，使得大量油煙逸出抽油煙機(jī)并聚集在屋頂，加劇了廚房上下部溫度分層現(xiàn)象，導(dǎo)致熱環(huán)境惡化，影響人體熱舒適。

圖7 30 m3/h排風(fēng)量溫度渲染圖

圖8 30 m3/h排風(fēng)量溫度云圖

圖9 80 m3/h排風(fēng)量溫度渲染圖

圖10 80 m3/h排風(fēng)量溫度云圖

圖11 120 m3/h排風(fēng)量溫度渲染圖

圖12 120 m3/h排風(fēng)量溫度云圖

圖13 150 m3/h排風(fēng)量溫度渲染圖

圖14 150 m3/h排風(fēng)量溫度云圖

圖15 30 m3/h排風(fēng)量豎直方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖16 30 m3/h排風(fēng)量水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

2.3 不同排風(fēng)量對(duì)室溫影響

圖15～圖20描繪了30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h排風(fēng)量下豎直、水平方向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化情況。由圖可知，人體腿部(點(diǎn)1～3)的溫度在做飯過(guò)程中基本維持室溫。人體上半身(點(diǎn)4,5,6)由于受到火焰輻射的影響，在開始做飯后溫度迅速升高，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)4,5距火焰更近，受火焰輻射影響更大，溫度要高于監(jiān)測(cè)點(diǎn)6,在小排風(fēng)量時(shí)(30～120 m3/h)隨排風(fēng)量的增加，越來(lái)越多的高溫?zé)煔獗慌懦?，此處溫度降低，由于人體呼吸區(qū)處(點(diǎn)6)靠近窗戶，受室外新風(fēng)的影響，此處的溫度降低至和室溫接近。

圖18 80 m3/h排風(fēng)量水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖19 120 m3/h排風(fēng)量豎直方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖20 120 m3/h排風(fēng)量水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

在做飯初始時(shí)，由于做飯產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠荒芗皶r(shí)被抽油煙機(jī)和排風(fēng)扇帶走，大量高溫?zé)煔庠谖蓓斕?點(diǎn)7,8,9)集聚，此處溫度迅速升高，后隨做飯時(shí)間的持續(xù)，在排風(fēng)量為30 m3/h時(shí)，屋頂處氣流組織逐漸穩(wěn)定，溫度趨于穩(wěn)定。隨排風(fēng)量的增大(80 m3/h、120 m3/h)，高溫?zé)煔獗慌懦鍪彝?，此處溫度開始降低。

在做飯初始時(shí)，人體前方(點(diǎn)10,11)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度在小排風(fēng)量(30 m3/h)時(shí)迅速升高，隨排風(fēng)量的增加，高溫?zé)煔獗慌懦鍪彝?，受窗戶?lái)流的影響，溫度和室外新風(fēng)溫度接近。隨做飯時(shí)間的持續(xù)，小排風(fēng)量下此處溫度趨于穩(wěn)定，大排風(fēng)量下溫度先升高后趨于穩(wěn)定。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)11更接近灶臺(tái)，所以監(jiān)測(cè)點(diǎn)11的溫度高于監(jiān)測(cè)點(diǎn)10。

在做飯初始時(shí)，高溫?zé)煔怆S抽油煙機(jī)排走，抽油煙機(jī)下方(點(diǎn)12)溫度最高，隨著做飯時(shí)間的延續(xù)，高溫?zé)煔獯蟛糠峙欧诺匠橛蜔煓C(jī)的側(cè)方，室外新風(fēng)占據(jù)了抽油煙機(jī)下方的大部分空間，此時(shí)溫度降低，小排風(fēng)量(30～120 m3/h)時(shí)，隨做飯時(shí)間持續(xù)溫度逐漸趨于穩(wěn)定。

在做飯初始時(shí)，由于高溫?zé)煔庖绯霈F(xiàn)象不明顯，人體背后(點(diǎn)13～15)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本維持室溫，隨做飯時(shí)間持續(xù)，此處受高溫?zé)煔庥绊?，溫度緩慢升高，隨排風(fēng)量(30～120 m3/h)增加溫度升高幅度減小，由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)13在窗戶前側(cè)更易受室外新風(fēng)的影響，故溫度低于監(jiān)測(cè)點(diǎn)14,15。

圖21、圖22描繪了150 m3/h排風(fēng)量下豎直、水平方向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化情況。由圖可知，人體腿部(點(diǎn)1～3)的溫度在做飯過(guò)程中基本維持室溫。在做飯初始時(shí)，大量的高溫油煙逃逸出排煙罩，人體上半身(點(diǎn)4～6)處聚集大量高溫?zé)煔?，溫度隨之上升，后隨做飯時(shí)間的持續(xù)，溫度趨于穩(wěn)定。在做飯初始時(shí)，較大的排風(fēng)量將高溫油煙及時(shí)帶走，屋頂(點(diǎn)7～9)處溫度變化不大，隨做飯時(shí)間持續(xù)，排風(fēng)扇的抽吸作用使大量煙氣都聚向屋頂處，此處溫度急劇升高。

圖21 150 m3/h排風(fēng)量豎直方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

圖22 150 m3/h排風(fēng)量水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化

人體前方(點(diǎn)10,11)處溫度在做飯初始時(shí)，受窗戶來(lái)流的影響，溫度和室外新風(fēng)溫度接近，后隨做飯時(shí)間的持續(xù)，溫度急劇升高到峰值后開始呈下降趨勢(shì)。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)11更接近灶臺(tái)，所以監(jiān)測(cè)點(diǎn)11的溫度高于監(jiān)測(cè)點(diǎn)10。在做飯初始時(shí)，高溫?zé)煔怆S抽油煙機(jī)排走，抽油煙機(jī)下方(點(diǎn)12)溫度最高，隨做飯時(shí)間的持續(xù)，較大的排風(fēng)量使越來(lái)越多的高溫?zé)煔獗慌棚L(fēng)扇排至室外，此處溫度開始降低，隨后趨于穩(wěn)定。在做飯初始時(shí)，人體背后(點(diǎn)13～15)處溫度接近室溫，后受大風(fēng)量的抽吸作用影響，隨做飯時(shí)間持續(xù)，此處溫度急劇升高。

表2 主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度/℃

對(duì)比主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況，由表2可得，與自然通風(fēng)情況相比，在豎直方向上，加設(shè)排風(fēng)對(duì)人體腿部附近的溫度影響不大，對(duì)人體上半身、人體呼吸區(qū)、屋頂附近溫度有所影響。在人體上半身附近，當(dāng)排風(fēng)量為80 m3/h、120 m3/h時(shí)此處溫度可降低1.3 ℃。在人體呼吸區(qū)附近，當(dāng)排風(fēng)量為30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h時(shí)此處溫度分別可降低1.1 ℃、1.4 ℃、1.5 ℃，但當(dāng)排風(fēng)量為150 m3/h時(shí)此處溫度升高2.2 ℃。在屋頂附近，當(dāng)排風(fēng)量為30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h時(shí)此處溫度分別可降低0.8 ℃、1.3 ℃、1.6 ℃，但當(dāng)排風(fēng)量為150 m3/h時(shí)此處溫度升高4.5 ℃。在水平方向上(1.6 m處)，在人體前方，當(dāng)排風(fēng)量為30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h時(shí)此處溫度分別可降低0.3 ℃、0.3 ℃、0.7 ℃，但當(dāng)排風(fēng)量為150 m3/h時(shí)此處溫度升高3.3 ℃。在人體背后，當(dāng)排風(fēng)量為30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h時(shí)此處溫度分別可降低0.9 ℃、1.1 ℃、1.5 ℃，但當(dāng)排風(fēng)量為150 m3/h時(shí)此處溫度升高2 ℃。

經(jīng)對(duì)比分析可得，排風(fēng)量較小時(shí)(30～120 m3/h)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度相較于自然通風(fēng)情況均有所降低，其中在排風(fēng)量為120 m3/h時(shí)效果最好，人體呼吸區(qū)溫度可降低1.5 ℃左右，屋頂處溫度可降低1.6 ℃，溫度分層現(xiàn)象明顯改善，廚房溫度分布較為均勻，對(duì)廚房熱環(huán)境及人體熱舒適感有利。但當(dāng)排風(fēng)量較大(150 m3/h)時(shí)，主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度均有所提高，人體呼吸區(qū)處溫度升高2.2 ℃，屋頂處溫度升高4.5 ℃，加重了溫度分層現(xiàn)象，導(dǎo)致廚房熱環(huán)境惡化，影響人體熱舒適。

3 結(jié)論

本文針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)住宅廚房環(huán)境展開研究，發(fā)現(xiàn)在過(guò)渡季采用自然通風(fēng)會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)存在熱空氣分層的現(xiàn)象，影響人體舒適感，故提出設(shè)置屋頂排風(fēng)扇的模式，并采用CFD數(shù)值仿真方法對(duì)比研究了不同排風(fēng)量對(duì)于廚房熱環(huán)境的影響，得到以下結(jié)論：

(1)在自然通風(fēng)情況下，受空氣來(lái)流影響，高溫?zé)煔獠粩嘁莩龀橛蜔煓C(jī)，并流向屋頂，使得家用廚房上下部溫度分層明顯，垂直溫差可達(dá)4.3 ℃，影響烹飪?nèi)藛T熱舒適感。

(2)在廚房頂部加設(shè)排風(fēng)口可改變單靠自然通風(fēng)情況下的廚房熱環(huán)境，但不同排風(fēng)量下對(duì)廚房熱環(huán)境影響不同。通過(guò)對(duì)30 m3/h、80 m3/h、120 m3/h不同排風(fēng)量工況的分析比較可得，相對(duì)于自然通風(fēng)情況，增設(shè)120 m3/h排風(fēng)量的排風(fēng)扇可使人體呼吸區(qū)溫度降低1.5 ℃左右，垂直溫差減少了1.4 ℃左右，熱環(huán)境相對(duì)改善。

(3)當(dāng)排風(fēng)扇風(fēng)量增大至150 m3/h，相比于自然通風(fēng)條件，廚房熱空氣分層現(xiàn)象更加嚴(yán)重，垂直溫差可達(dá)8.7 ℃，人體呼吸區(qū)處溫度升高2.2 ℃。由此可知排風(fēng)扇風(fēng)量較大對(duì)廚房熱環(huán)境與人體熱舒適有不利影響。