CN110750942A - 一种基于油烟捕集效率的商用厨房排风量的优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于油烟捕集效率的商用厨房排风量的优选方法，步骤1、建立典型商用厨房模型，计算多种油烟机排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率；步骤2、得到油烟机排风量与对应的一次捕集效率的拟合曲线；步骤3、对拟合曲线上每个工况点的切线求斜率，定义为效率增长率G_η；步骤4、假设效率增长率G_η小于0.005时，一次捕集效率基本稳定，则定义效率增长率为0.005时的排风量为推荐排风量，以此作为实现节能降耗目的的临界排风量。与现有技术相比，本发明能够定量精准地确定了商用油烟机所需的较为合理的排风量，使商用油烟机排风量的设定更加确定和准确，更加贴合实际。

Description

一种基于油烟捕集效率的商用厨房排风量的优选方法

技术领域

本发明涉及计算流体动力学(CFD)的数值模拟技术领域，特别涉及一种商用厨房推荐排风量的确定方法。

背景技术

商用厨房室内空气品质问题近年来引起了不少学者的高度关注，吸入大量油烟会对人体健康产生不良影响，特别是对餐厅、学校或员工食堂等相关从业人员。

为了有效降低室内的油烟污染物浓度，在油烟机的使用过程中经常采取提高油烟机排风量的方式。油烟机的抽排过程可以近似看成点汇式抽吸，即距汇点不同距离的各等速球面上流量相等，则从理论上来说，越大的排风量能取得越高的油烟机捕集效率，污染物越能得到有效的控制。在我国现有的关于商用油烟机排风量标准中，只规定了最小排风量，对排风量的上限没有具体的要求，加深了人们对排风量越大越好的误解。但是，仅依靠增大排风量提高油烟的捕集效率是得不偿失的。一方面，从系统运行能耗的角度看，研究表明排风量的增加会以三次幂的速度引起系统能耗的增加。过大的排风量会造成室内负压过大，增加能耗，同时增加噪音强度。因此，油烟机排风量的降低择优意味着风机能耗利用率的提高，具有明显的节能效果；另一方面，当风量增大到一定值后，油烟捕集效率达到峰值，排风量再增大对改善排烟效果意义不大，甚至降低。

目前多数商用厨房的研究主要以提高油烟机的总捕集效率作为技术目标，但是研究发现一次捕集效率对减少进入室内的油烟污染物更为重要，提高油烟的一次捕集效率才是油烟机高效收集的核心目标。因此，平衡油烟机的排风量、一次捕集效率以及系统能耗三者之间的关系显得尤为重要，通过选择适当的排风量，既保证达到较优的油烟捕集效率，又能不造成过多的能耗损失。

发明内容

为了降低因提高排风量造成的能耗损失，本发明提出了一种商用厨房推荐排风量的确定方法，通过效率增长率G_η寻找一次捕集效率随风量变化进入平台期的起点或是峰值的临界点，使商用油烟机的推荐排风量能够根据厨房的实际情况定量化

本发明的一种基于油烟捕集效率的商用厨房推荐排风量的确定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立典型商用厨房模型，确定待推荐的商用油烟机排风量范围，计算多种油烟机排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率；

步骤2、根据各油烟机排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率，得到油烟机排风量与对应的一次捕集效率的拟合曲线，一次捕集效率随着排风量的增加继续升高，直至出现油烟机排风量Q的临界值点Q_s时，一次捕集效率变化变小甚至下降；

步骤3、对拟合曲线上每个工况点的切线求斜率，定义为效率增长率G_η，得到效率增长率G_η与排风量的关系曲线，排风量与效率增长率G_η呈反比；

步骤4、找到一次捕集效率稳定时所对应的效率增长率，此时对应的排风量为推荐排风量，以此作为实现节能降耗目的的临界排风量。

与现有技术相比，本发明在现有国标中对于排烟罩风量的规定基础上，基于CFD数值模拟技术计算得到的一次捕集效率和所提出的效率增长率指标，定量精准地确定了商用油烟机所需的较为合理的排风量，使商用油烟机排风量的设定更加确定和准确，更加贴合实际。

附图说明

图1为本发明的基于油烟捕集效率的商用厨房排风量的优选方法整体流程图；

图2为本发明具体实施例的CFD模型示意图；

图3为具体实施例的各工况下油烟机排风量与对应一次捕集效率的关系拟合曲线示意图；

图4为具体实施例的各工况下油烟机排风量与对应效率增长率的关系拟合曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施方式作进一步地详细描述。

将本发明的一种基于油烟捕集效率的商用厨房推荐排风量的确定方法应用于的CFD模型示意图的商用厨房算例中，具体实施方式描述如下：

步骤1、首先建立典型商用厨房模型，如图2所示，为本发明具体实施例的CFD模型示意图。在模型模拟的过程中，将油烟机的排风口设为速度出口边界。假设排风口面上各点的流速均匀分布，在排风口面面积一定的情况下，则通过改变排风口速度来获取不同的排风量。计算时根据国家环保GB18483-2001《饮食业油烟排放标准》的规定设定。标准中提到单个灶头对应的排风罩罩面投影面积为1.1m²，对于大、中、小型饮食业单位的单个灶头基准排风量均为2000m³/h，而在本例中一个工作区共两个灶头，则基准排风量为4000m³/h，设计计算时每个工作区油烟机的平均排风量设定为1500-5000m³/h，分别是1500m³/h、2000m³/h、2500m³/h、3000m³/h、3500m³/h、4000m³/h、4500m³/h、5000m³/h。在确定了排风量的研究范围(即每个工作区油烟机的平均排风量设定为1500-5000m³/h，分别是1500m³/h、2000m³/h、2500m³/h、3000m³/h、3500m³/h、4000m³/h、4500m³/h、5000m³/h)之后，计算多种排风量工况下的厨房油烟颗粒物的一次捕集效率。

在中国专利201711254268.8《一种基于CFD的油烟机油烟捕集效率的确定方法》中公开了一次捕集颗粒的计算公式：假设一次捕集的颗粒停留时间类似正态分布，统计得知油烟机内部面颗粒最小停留时间为S秒，将直方图中颗粒数占比最大的横坐标区间即停留时间区间的中点值X秒确定为一次捕集停留时间正态分布的峰值停留时间，以此为一次捕集停留时间范围的中心，则一次捕集停留时间范围的最大值可确定为2X-S秒；则定义停留时间在S秒至2X-S秒内的粒子均为一次捕集颗粒，定义如下式：

一次捕集效率＝(油烟机内部各面上的一次捕集颗粒数之和)/(污染源产生的颗粒数)。

步骤2、根据计算得到的各排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率，得到油烟机排风量与对应一次捕集效率的拟合曲线，如图3所示。由拟合曲线可知，在排风量初始增长区，一次捕集效率随排风量的增加升高的速度较快，风量增加一次捕集效率继续升高，当风量达到一定程度时，一次捕集效率或变化很小或呈下降趋势(该例中为变化很小的情况)，如果一味地继续增大排风量以提高捕集效率，将会大大增加系统能耗，浪费能量。此时，曲线上必存在着排风量Q的临界值点Q_s，该点将曲线分成两个部分，当Q＜Q_s时，曲线呈现快速增长态势；当Q＞Q_s时，曲线近似水平状发展或呈下降趋势(本例中为近似水平状发展的情况)。

步骤3、曲线增长速度的快慢与临界值Q_s的确定，用效率增长率G_η来描述，即拟合曲线上切线的斜率。对多个工况点上的切线求斜率，得到油烟机排风量与效率增长率的关系拟合曲线，如图4所示；

步骤4、效率增长率G_η随着排风量的增大而减小，说明一次捕集效率随风量的变化速度逐渐缩小，曲线发展越来越平缓。从图3中可以看到，在Qs这个点之后，即效率增长率为0.005时曲线近似水平状发展，就可以认为一次捕集效率基本保持不变，此时对应的排风量为推荐排风量。因此，假设效率增长率G_η小于0.005时，一次捕集效率基本稳定，则定义效率增长率G_η为0.005时的排风量为推荐排风量，以此作为实现节能降耗目的的临界排风量。在本例中，效率增长率G_η为0.005时对应的排风量为4650m³/h，即Q_s＝4650m³/h，当排风量大于4650m³/h时风量的增大对油烟颗粒的一次捕集效率的提升效果不明显，考虑从其他角度进行优化设计。

Claims (1)

1.一种基于油烟捕集效率的商用厨房排风量的优选方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、建立典型商用厨房模型，确定待推荐的商用油烟机排风量范围，计算多种油烟机排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率；

步骤2、根据各油烟机排风量工况下的油烟颗粒物的一次捕集效率，得到油烟机排风量与对应的一次捕集效率的拟合曲线，一次捕集效率随着排风量的增加继续升高，直至出现油烟机排风量Q的临界值点Q_s时，一次捕集效率变化变小甚至下降；

步骤3、对拟合曲线上每个工况点的切线求斜率，定义为效率增长率G_η，得到效率增长率G_η与排风量的关系曲线，排风量与效率增长率G_η呈反比；

步骤4、找到一次捕集效率稳定时所对应的效率增长率，此时对应的排风量为推荐排风量，以此作为实现节能降耗目的的临界排风量。

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