商用厨房室内通风空调设计

暖通南社 2018-01-11 09:52:23

商用厨房的功能特点及通风系统要求

1 厨房功能特点概述

餐饮业餐馆、饮食店和食堂的厨房根据性质大致分为以下若干类:中餐厨房、西餐厨房、员工食堂厨房及美食广场厨房等。中餐厨房烹饪温度高,油烟多,污染严重;员工食堂油烟量大,而且集中;美食广场油烟较少,比较分散;西餐厨房油烟相对少些。中餐厨房对送排风要求是最高的。

商用厨房设备一般以厚度为0.5~1.5mm的不锈钢304板为主材制作,主要产品有各种炉灶,星盆(水池),蒸饭箱(车),工作台,工作柜,保温台柜,四层货架,油网烟罩,运水烟罩,通风管道等。还包括各种进口或国产的西餐设备,吧台设备,冰箱,热水器,消毒柜,洗碗机,烤箱,制冰机,咖啡机,搅拌机等。 

各厨房根据具体经营性质及协作组合关系等的实际需要,有选择性地加以设置主食品仓库、副食品仓库、冷库、检验室、粗加工间、切配间、烹饪间、蒸饭间(主食加工)、面点间、备餐间、冷菜间、烧腊间和洗碗间等各功能间。

2 厨房主要功能间的特点和具体通风需求

厨房各功能间的特点和具体通风需求见表1所示。从中可以看出:厨房的烹饪间、面点间、蒸煮间、洗碗间、烧腊间是油烟和蒸汽产生的重点区域。

烹饪间作为商用厨房的核心部分,是进行炒、炸、煎、烹烤等烹饪活动的主要场所,会产生大量烹调油烟和散发大量热量,是厨房污染物的集中产出区,污染物的排放是最严重的,需通过油烟净化器处理后方可排放到大气中,室内热舒适性和空气质量品质也是最差的。烧腊间的烤鸭炉、烤猪炉和面点间的烤箱、小炒炉等,这些设备也会产生大量的油烟污染物和热量辐射。另外蒸煮间的蒸炉和蒸饭车及洗碗间的洗碗机等则会产生大量的蒸汽和热量,需要及时排出,但因油烟较少,可以不必配置油烟净化器。

表1 餐饮业厨房各功能间的通风需求

名称

作用

主要设备配置

通风系统说明

通风系统需求

新风

补风

换气

排风

空调

主食品仓库

储藏大米、面粉等。

放米架、放面架、散米柜、散面粉柜、磅秤等。

密封空间,可通过机械通风保证粮食储存的最佳问湿度,最佳温度5~15℃ 最佳湿度45%~75%





副食品仓库

储藏蔬菜、水果、调料等。

四层货架、储物柜等。

一般,常温。





冷库

分冷藏库和冷冻库。

四层货架、吊柜等。

要及时散热,保持库外空气流通。





检验室

对采购回来的货物进行质量、数量、品质检查。

磅秤、留验盒、电子秤等。

 

一般,常温。





粗加工间

分为荤加工区,素加工区,初步的干净处理。

主要设备     工作台、水斗、货架、砧板架等。

 

一般,常温。




切配间

进一步细加工,切菜和配菜。

主 砧板工作台、水斗、货架、冰箱雪柜、食品机械如切菜机、绞肉机、真空包装机等。

一般,常温。




烹饪间

 

厨房核心区域,主要有炒、煮、煲、蒸、煎、炸等,也是油烟集中产出区。

炒灶、蒸柜、煲仔炉、矮仔炉、万能蒸烤箱、炸炉、扒炉、辅助设施还有抽油烟罩、调理工作台、平台雪柜、货架、调料车等。

油烟最为集中,也是厨房污染物集中产出区,需通过净化器净化后方可排放到空气中,另局部抽风最为集中,需合理补新风和送空调风。


蒸饭间

蒸米饭、蒸馒头和包子等主食,是蒸汽集中产出区。

 

蒸饭车,分燃气蒸饭车和电蒸饭车。

 

对新风的要求较低,排出的主要是水蒸气,可以不采用净化装置,直接排出。




面点间

分面点制作间和面点烘焙间。制作如面包、馒头、蛋糕、甜点等,进行烘烤、炸等,是油烟产出区之一。

烤箱、蒸炉、醒发箱,和面机、搅拌机、打蛋机、馒头机、压面机、木面案板台、水斗、货架、冰箱、速冻柜。 

对于新风要求较低,排气量较小,但产生的气体含有油烟有害物质,需通过净化。

备餐间

厨房和餐厅的连接部位,热菜暂存区,供应热水及冰块等。

工作柜, 茶叶柜、吊柜、制冰机、热水器、紫外线灭菌灯等。应设有二次更衣及相应的消毒设施。

设独立空调。





冷菜间

相对封闭的区域,制作各式凉菜、冷盘。

平台雪 柜 冰箱、紫外线消毒灯、灭蝇灯等,单独设立更衣间。

设独立空调。





烧腊间

制作各式卤味。

主要有     烤猪炉和烤鸭炉,烤鸭炉分京式烤鸭炉和广式烤鸭炉,还有挂腊架,卤味星盆,冻猪柜等。

对于新风要求较低,排气量较小,但产生的气体含有油烟有害物质,需通过净化。



洗碗间

含碗碟洗涤消毒间与食具存放区。

主要设施   洗碗机、水斗、消毒柜、入机台、出机台、花洒龙头、碗碟柜、货架等。

对新风的要求较低,排出的主要是水蒸气,可以不采用净化装置,直接排出。



商用厨房通风的主要组成部分

中餐厨房污染严重、环境恶劣,除了油烟的严重威胁外,还有灶火高温辐射的侵害。这都直接影响到工业人员的情绪,进而影响烹调质量和工作效率。1996年Wyon调研分析指出,厨房温度每高出热舒适温度5.5 ℃,工作效率就将下降高达30%。即如果在恰好达到热舒适的厨房环境中一定时间完成某项工作需要7个人,则当厨房温度升高5.5 ℃后,就需要多出3个人来在同样时间完成同样的工作。所以厨房通风系统、油烟净化效果的好坏也直接关系到社会效益及餐饮业公司企业的经济效益。

如图1所示,厨房中所有灶具释放的热量都以辐射和对流的方式传至厨房空间。厨房油烟和高温空气通过排烟罩,乃至整个排风系统排至厨房外,厨房形成负压,同时就需要室外的空气再补充进来,该部分空气的来源有三方面:空调送风(supply air)、邻室餐厅渗透补风(transfer air)和室外自然风补风(makeup air)[。所以,厨房通风系统总的来说分为送风系统和排风系统两大部分。夏季,室外自然补风温度会很高,排烟罩可能会由于各种原因不能很有效地收集油烟和高温空气,出于节能考虑,空调负荷的设计经常会出现偏小的情况,再加上所有热源辐射出的热量,最终厨房会很容易常处于过热状态。所以厨房通风方式的设计、通风设计相关参数计算的准确与否等非常关键,直接决定了厨房的热舒适性。


图1 餐饮业典型厨房的通风示意图

商用厨房通风的主要组成部分

1 商用厨房送风系统

(1)室外自然风补风(也称为室外新风)

室外新风通过送风柜或送风机经风管直接送入厨房的各个功能区域,起到补风作用。风柜或风机前安装新风过滤器,风管需设70 ℃熔断防火阀,并安装风量调节阀。

(2)邻室餐厅渗透补风

在厨房负压作用下,室外和邻室餐厅的气流会通过门窗或缝隙自然进入厨房。

(3)空调送风

空调风来源于新风机组或组合式空调器,作用有:改善厨师工作岗位空气质量;调节厨房温度;同时也起到补风作用。送风位置根据厨房具体情况合理布置。

在厨房通风空调系统设计过程中,室外和邻室餐厅渗透补风常被省略,一般影响不大,所以厨房送风系统通常被认为是:室外新风+空调送风。

表2和表3为《饮食建筑设计规范》(JGJ 64-89)的规定。

2冬季采暖餐厅厨房室内设计温度

餐厅、厨房功能间名称

室内设计温度

餐厅、饮食厅

18℃~20℃

厨房和饮食制作间(冷加工间)

16℃

厨房和饮食制作间(热加工间)

10℃

干菜库、饮料库

8℃~10℃

蔬菜库

5℃

洗涤间

16℃~20℃

3夏季餐厅厨房室内空调设计参数

房间名称

夏季室内设计温度(℃)

夏季室内相对湿度(%)

噪声标准

(db)

新风量

(m3/h·人)

工作地带风速(m/s)

一级餐厅

24~26

<65

NC40

25

<0.25

二级餐厅

25~28

<65

NC50

20

<0.3

2 商用厨房排风系统

商用厨房排风系统的基本原理如图2所示。具体组成包括以下四部分:

(1) 脱排烟罩(也称为集烟罩)

脱排烟罩分为运水烟罩、油网烟罩、集气罩等,如图2-2。脱排烟罩应根据厨房工艺要求统一考虑,根据炉灶或烤箱等设备的摆放位置来进行合理设计和制作。烟罩一般用厚度为1.0~1.5mm不锈钢304板材制作。

油网烟罩内设置油烟过滤网,可拆卸、清洗和更换。油网烟罩含有送岗位新风的和不送岗位新风两种,是目前厨房配置中较为简单、经济和常用的油烟捕集设备。它是将厨房中炉灶燃烧产生的油烟通过油烟净化器、抽油烟机排后到室外。这种烟罩虽经济实用,但不利于消防环保和卫生达标要求,且时间一长就出现油烟管道和烟罩内积油过多,影响排油烟效果、卫生难以清理。

集气罩主要用于蒸饭间和洗碗间,将由蒸饭车,洗碗机等设备产生的蒸汽通过风机直接排放到室外,一般不必配置净化器。

运水烟罩则如第一章所述,是将脱排烟罩和油烟净化装置集于一体,采用液体洗涤法的油烟净化方法,能有效解决油烟污染问题,并具备防火功能的一种集烟罩,近些年应用逐渐广泛。 


(2)风管、变径管(也称为排风管道)

排风管道最好采用厚0.5~2.0mm不锈钢304或201板制作,其次是镀锌板(白铁皮)和土建砖砌。如采用镀锌板制作,应在排油烟风管内外表面刷防锈底漆两遍,再在内表面刷耐酸漆两遍,外表面刷灰色磁漆两遍。

水平排风风道要有2%以上的坡度坡向烟罩,水平管道末端采用活法兰连接,以便拆卸清理油烟污垢。排气筒出段的长度至少应有4.5倍直径(或当量直径)的平直管段,其朝向应避开受影响的建筑物。

(3)抽油烟机

主要有厨房专用的低噪音风柜(图3),混流风机,离心风机和轴流风机等,如表4所示。

表4 各种抽油烟机性能

风机种类

主要特性

造价情况

噪音

震动

风量

压力

轴流风机

造价低

80~85dB(A)  较大

较大

离心风机

造价中

85~95dB(A)    

混流风机

较高

造价中

75~85dB(A)   

低噪音风柜

较大

造价较高

70~80dB(A)  较小


(4)油烟净化器

油烟净化主要有惯性分离法,洗涤法,过滤法,静电沉积法以及以上两种或以上合并在一起的复合法。静电沉积法是利用电场使油雾颗粒荷电,并在电场力作用下被收集到极板上,从而得到净化。过滤法有滤布过滤和纤维过滤。洗涤法是用吸收液吸收烟气中的污染物,通过气液接触使污染物从气相向液相转移。能克服油滴粘性,长期稳定运行。目前,静电油烟净化器在国内采用比较普遍。

排放油烟的饮食业单位必须安装油烟净化设施,并保证操作期间按要求运行。油烟无组织排放视同超标。饮食业油烟的最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率按表5的规定执行。

表5 饮食业油烟的最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率

规   模

小 型

中 型

大 型

最高允许排放浓度(mg/m3  

2.0

净化设施最低去除效率(%)

60

75

85

(5)通风系统常用辅助设备

    常用的辅助设备主要有防火阀(图5)、消音器(图6)、风量调节阀(图7)、减震器、风口、风帽等。


厨房送排风系统的主要形式

厨房的各加工间应处理好通风排气,并应防止厨房油烟污染餐厅。热加工间应采取机械排风,不具备机械排风时,应设置出屋面的排风竖井或设有挡风板的天窗等有效自然通风措施。

餐饮业厨房送排风系统的通风形式具体表现为表6所示的四种。

表6 厨房送排风系统的通风形式

序号

通风形式

特点

适用场合

1

仅有局部排油烟,而无任何送风。

通风系统进出风量不能平衡,如果不能补足足够的外部空气,则排风量也不能达到设计要求,使得室内的污染空气不能有效排出室外,从而降低厨房室内的空气品质。

小餐馆

小饮食店

小食堂

2

有局部排油烟,仅有岗位送新风,无全面通风。

新风:室外新风,有补风作用,送至近炉灶处。

三级餐馆

二级饮食店

一般食堂

3

有局部排油烟和岗位送新风,还有全面通风。

新风位置要适当,送风不可在厨师头顶或颈后直吹,否则会造成不舒适,严重时会引起厨师职业病。送风口距厨师头部约1.5米较合适。

二级餐馆

一级饮食店

中级食堂

4

有局部通风和全面通风,送新风和空调风。

空调风来源于新风机组或组合式空调器,通过风管送入远离炉灶处,调节厨房内的温度,同时起到补风作用。送风口可根据厨房具体情况合理布置。

一级餐馆

高级食堂

商用厨房通风系统的设计

1 混合通风设计的原理和基本方法

目前商用厨房的通风系统大多采用混合通风MV(MixingVentilation)方式,这是传统的气流组织形式,其以稀释理论为基础,气流组织大多为上送上回。混合通风方式气流组织原理如图8所示。将一定量处理过的空气由设在房间上部的送风口送入,基于射流原理新鲜空气在整个房间内回旋运动,厨房内的浑浊空气充分混合,并通过排风口将部分污染物排出室外,最终形成了与排风状态接近的室内空气环境,因此也可称其为稀释通风。从混合通风的原理可知,其污染物排放效率有限。在实际工程应用中,由于送风位置、送风方式、送风比例、操作区风速等的设计不合理诸多因素,造成室内污染物排放效率较低,厨房工作人员工作环境恶劣,因而有必要对该种通风方式进行系统的研究,实现设计的最优化,以尽可能从设计的角度来进一步提高厨房室内污染物排放效率,改善工作人员的工作环境。


8 混合通风原理

  同时,商用厨房独特的建筑室内环境,在设计过程中,不同的烹调方式对环境质量的要求自然不同。表7为国内外餐饮业厨房空调设计标准。从表7中可以看出,国内外在商用厨房建筑暖通空调设计上使用的设计标准有些差异,这是由于各地区气候条件不同,人对热环境的要求与可接受性也不同,因而各自对应的适用范围有一定差别。

表7 国内外餐饮业厨房空调设计标准

比较

室内环境

送风系统

送风要求

送排风比

温度

湿度

温度

风速

位置

中国

小等于28

小等于80%

室外新风+

空调送风

无特殊要求

小于0.3m/s

顶棚送风

0.85~0.9:1

欧洲

18~26

35%~65%

19

0.2m/s

顶部送风

1:1

美国

小等于26

小等于60%

10~18 

0.25m/s

排烟罩一体型顶棚送风

0.85~0.9:1

日本

小等于25

小等于80%

无特殊要求

壁面送风

顶棚送风

0.85~0.9:1

2 置换通风基本原理和相关设计

(1)置换通风基本原理及特点(点击见南社百科相关课件)

虽然良好的设计可以从一定程度上改进厨房混合通风的效率,但由于混合通风原理如前所述自身的一些局限性,有必要对厨房通风系统做进一步研究,探索适合厨房的新的通风方式。其中,置换通风方式以其良好的热舒适性、优良的空气品质和明显的节能效果于近些年日益受到设计人员和业主的关注,并在很多建筑领域得到广泛的应用。

置换通风是一种污染物排放效率高的通风方式,其气流组织原理及流态如图9所示。新鲜空气以极低的流速从房间下部的置换通风器流出,通常送风温度低于室温2~4℃。送风的密度大于室内空气的密度,在重力作用下送风下沉到地面并蔓延到全室。地板上形成一薄薄的冷空气层称之为空气湖。空气湖中的新鲜空气受热源上升气流的卷吸作用、后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用而缓慢上升,形成类似活塞流的向上单向流动,因此室内热浊的空气被后续的新鲜空气抬升到房间顶部并被设置在上部的排风口所排出。


图9 置换通风流态示意图

这种通风形式不再完全受送风的动量控制而主要受热源的热浮升力作用,热污染源形成的烟羽因密度低于周围空气而上升。烟羽沿程不断卷吸周围空气并流向顶部。如果烟羽流量在近顶棚处大于送风量,根据连续性原理,必将有一部分热浊气流下降返回。因此在顶部形成一个热浊空气层。根据连续性原理,在任一个标高平面上的上升气流流量Qp等于送风量Qs与回返气流流量Qr之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量Qp正好等于送风量Qs,在该平面上回返空气量等于零。在稳定状态时,这个界面将室内空气在流态上分成两个区域,即上部紊流混合区和下部单向流动清洁区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的不同特性,下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度,而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀,接近排风的温度和污染物浓度。因此,从理论上讲,只要保证分层高度在工作区以上,首先由于送风速度极小且送风紊流度低,即可保证在工作区大部分区域风速低于0.15m/s,不产生吹风感;其次,新鲜清洁空气直接送入工作区,先经过人体,这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中,从而有效地提高了工作区的空气品质。而上部区域空气中污染物浓度可以超过工作区的容许浓度,从而对人体无妨,见图10所示。


图10厨房置换通风和混合通风室内污染物浓度分布示意图

另外,该通风方式,室内无交叉气流,排风罩也能更有效地捕捉油烟气,以提供更好的室内空气品质。

表8 置换通风与混合通风方式比较

比较

通风方式

置换通风

混合通风

设计目的

工作区环境满足要求

全室内环境均匀

通风动力源

密度差浮力控制

机械通风为主流动控制

通风机理

气流扩散浮力上升

气流强烈混合

送风特性

下侧送 上回

上送 下回

风速低 温差小

风速高 温差大

分层、扩散性好

掺混性强

紊流系数小

紊流系数大

空气品质

工作区位于回流区

空气品质接近回风

工作区位于送风区

空气品质接近送风

通风负荷

工作区负荷

全室负荷

置换通风与混合通风方式在通风原理上有本质区别,因此在设计目标、气流动力、气流分布特性、技术措施等方面存在一系列差异。两种通风方式的系统比较如表8所示。

从表8中可知,置换通风方式优于传统混合通风。混合通风方式工作区紊流强度较高,存在吹风危险,而置换通风工作区紊流强度较低,从而降低了吹风危险。在将置换通风引入厨房通风系统后,厨房工作人员的热舒适性及所呼吸到的空气质量也将大大改善,如图11所示。置换通风为侧下送风,室内气流分布存在垂直温差,呈下冷上热趋势,会引起人足踝处不适,有吹冷风感。设计时候要控制温度场、速度场以避免该问题。


图11 厨房置换通风和混合通风室内热舒适性示意图

(2)送风温度设计

传统混合通风在厨房设计时送风温差需要8 ~10 ,而置换通风送风温度不能过低。若送风温差过大,当厨房工作人员在风口附近工作时,就会感到不适。由于置换通风的送风温度有所提高,就可以考虑将送风口位置设计在临近厨房操作区,一方面直接把新鲜空气送入工作人员附近;另一方面,送风温度的提高使得制冷机组内制冷剂的蒸发温度升高,增加了单位制冷量,制冷机组制冷效率随之增大,运行效率得到提高。

因此,置换通风送风温度的提高不但可以改善厨房室内环境,还能够降低系统运行能耗。

(3)通风气流效果设计

置换通风进入厨房的送风气流流动类似活塞流,整个房间存在温度和污染物浓度梯度,室内气流由此分为下部单向流动区和上部混合区。厨房置换通风与混合通风室内气流分布如图12所示。

从图12中可以看出,传统混合通风厨房室内气流分布紊乱、污染物弥漫于整个空间。而置换通风是将厨房内的污染物和余热置换于人员操作区之上,使得厨房人员的呼吸区域处于新风的良好环境中。因此,与混合通风比,采用置换通风方式能够为厨房工作人员操作区提供更好的气流分布形式以提高空气品质。


图12 两种通风方式厨房室内气流分布示意图

(4)负荷计算

商用厨房的功能分区大致为储藏区、初加工区、加工切配区、烹饪区、面点区、备餐区和洗碗区等等,且每个区域都有相应的设施设备。烹调区是餐饮业厨房的核心区域,一般配置炉灶、调理台、冰箱、星盆和包括脱排油烟罩在内的通风排烟装置等等。商用厨房室内热源散热主要有:烹饪灶台区和室内工作人员、照明以及制冷和制热等辅助设备的散热。

传统混合通风在负荷计算时是以整个厨房空间为设计对象,计算负荷大。置换通风技术仅以厨房工作人员的操作区为主要对象,只需考虑保证工作人员头部呼吸带范围的舒适性,满足该区域的要求即可。通常商用厨房排烟罩高约2.0m,灶台高一般为0.8m,加上炉围和锅的高度后约为0.95m,厨师为男性较多,平均身高为1.75m。因此,设计时将灶台与排风罩0.95m~2.0m之间的区域作为置换通风设计时的工作区范围,见图13。

图13 厨房工作灶台操作高度尺寸

厨房间室内总负荷计算为:
式中, Q为室内总负荷;Qp、Qk、Qf分别表示人体、厨房设备和饭菜散热形成的负荷; Qs、Q1分别表示围护结构和照明散热形成的负荷,在置换通风设计中代表其散发至厨房工作人员操作区的负荷;Hair为室内空气与新风的焓差。显然,两种通风设计时人体Qp、厨房设备Qk及饭菜Qf的散热形成的负荷相同,但是在置换通风设计中,围护结构和照明的散热QS和Q1仅需计算散发辐射到工作区的部分。若以上标“×”表示置换通风数值,则Qs*<Qs,Q1*<Q1。另外,置换通风送风温差小于混合通风,也即Qair*<Qair 。因而,置换通风计算室内负荷小于混合通风,即Q*<Q ,这也是置换通风节能的一项关键因素。

(5)置换通风器的选型和安装布置

在置换通风设计过程中,作为关键设备的置换通风末端装置——置换通风器的选型和布置直接影响置换通风效果。其选型主要是以出口风速为关键指标:

① 工业建筑,出口风速v取0.5 m/s;

② 高级办公室,出口风速v取0.2 m/s;

根据厨房工作特点分析,其出口风速v可在0.3m/s附近取值。一般根据送风量和出口风速v=0.2~0.5 m/s确定置换通风器的数量。

置换通风的出口风速低,送风温差小的特点导致置换通风系统的送风量大,置换通风器体积相对来说也较大。其结构通常有圆柱型、半圆柱型、1/4圆柱型、扁平型及壁型5种,如图14所示。


图14 置换通风器的结构类型

置换通风器的布置,原则上要考虑以下因素:

① 置换通风器附近不应该出现大的障碍物;

② 置换通风器宜靠外墙或外窗;

③ 圆柱形置换通风器可布置在房间中部;

④ 冷负荷高时,宜布置多个置换通风器;

⑤ 置换通风器布置应与室内空间协调。

通常在民用建筑中置换通风器均为落地安装,如图15(a)所示。当某地高级办公大楼采用夹层地板时,置换通风器也可在地面上,见图15(b)。在工业厂房中由于地面上有机械设备及产品零件的运输,置换通风器可架空布置,如图15(c)所示。地平安装时置换通风器的作用是将出口空气向地面扩散,使其形成空气湖。架空安装时该置换通风器的作用是引导出口空气下降到地面,然后再扩散到全室并形成空气湖。落地安装是使用得最广泛的一种形式。1/4圆柱型可布置在墙角内,易与建筑配合;半圆柱型及扁平型用于靠墙安装;圆柱型用于大风量的场合并可布置在房间的中央。厨房间可根据实际空间情况,选择落地安装或架空布置,其中图15(b)中则为架空安装。


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