CN113566254A - 一种住宅厨房补风方法及补风一体式吸油烟机 - Google Patents

Abstract

一种住宅厨房补风方法，采用气幕补风结合低速扩散补风方式对住宅厨房进行补风，所述气幕补风根据排烟风机的情况进行控制，其余补风由所述低速扩散补风方式补足。所述气幕补风设于排烟风机的前侧以阻止油烟在前侧的溢出。所述气幕补风根据排烟风机的电信号进行控制。利用排烟风机的电信号在线监测反馈实现气幕补风风速的调节。所述低速扩散补风依靠吸油烟机排烟风机开启后厨房空间形成的负压完成补风过程。一种实现所述方法的补风一体式吸油烟机，包括吸油烟机，还包括低速扩散补风装置、气幕补风装置。本发明的方法及一体式补风吸油烟机，具有兼顾排烟和补风、提高吸油烟机油烟捕集效果、改善烹饪人员热舒适且不额外占用厨房空间的综合优势。

Description

一种住宅厨房补风方法及补风一体式吸油烟机

技术领域

本发明属于室内空气品质调节技术领域，涉及住宅厨房补风方法及补风一体式吸油烟机。

背景技术

节约住宅建筑能耗、提高住宅建筑的性能已成为我国实现2030碳达峰目标中极其重要的环节。在国家治理环境污染、节能减排的形势下，超低能耗住宅建筑的发展逐渐受到了中央及地方政策的大力支持，并在全国范围内进入了规模化的快速发展阶段。保守估计，到2035年全国被动式低能耗住宅建筑建成面积将达15亿平方米以上。出于被动式低能耗建筑的节能要求，住宅整体包括厨房气密性等级很高，吸油烟机排风过程中新风补风成为一个突出问题，处理不当可能破坏住宅整体的风平衡和热环境，进而因高浓度油烟污染扩散引起室内空气品质显著下降。这是目前国际上低能耗住宅发展面临的特殊问题，尚无有效解决办法。随着我国低能耗住宅建筑的快速发展趋势，该问题愈发凸显。

目前住宅厨房补风策略多采用独立的补风系统，例如窗式通风器、吊顶补风或灶台周边补风等，但补风系统、风口形式、补风位置的设计和选择往往缺乏科学的空气动力学考量，导致其对烹饪油烟的捕集过程产生破坏作用；此外，安装独立的补风系统会牺牲掉一部分本就紧张的厨房使用空间，且存在较高的安装或改造成本。

为改善吸油烟机的拢烟效果，射流气幕通常被采用以保护油烟羽流。专利《一种可调空气幕及控制方法及一种吸油烟机》(公开号CN111336566A)，气幕风机直接从油烟机前侧的室内空间循环取风，空气幕的气流并非来自室外新风，因此无法保证空气幕本身的空气质量；且采用该空气幕后，还需另设独立的补风系统，若补风系统布置不合理，空气幕的保护效果将大打折扣，厨房热环境也将重新面临挑战。

综上，现有的补风方案存在安装和使用不便、油烟捕集效果不佳、气候适应性差等诸多问题，解决低能耗住宅厨房补风问题迫在眉睫。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种住宅厨房补风方法及补风一体式吸油烟机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

将住宅厨房补风有组织化，以解决厨房补风难以及无组织补风导致的烹饪油烟逃逸扩散的问题，提高吸油烟机的捕集效率；所述吸油烟机利用排烟风机的电信号在线监测反馈实现烟机前侧补风气幕风速的变频调节，其余部分由低速扩散风口补足；本发明能有效改善厨房的空气质量及烹饪人员的热舒适度。

本发明通过贯流风机的电机频率调节实现风量的调节，进而控制风速；气幕风口尺寸一定时，风速可由风量确定。

进一步，提供一种补风一体式吸油烟机，包括常规顶吸式吸油烟机、低速扩散补风装置、智能气幕补风装置。

所述低速扩散补风装置包括：

均流静压箱、连接支管、补风腔、孔板风口。

所述均流静压箱位于吸油烟机补风腔正上方，上部与吊顶内补风管连接，下部通过前、左、右三个连接支管与补风腔连通，用于改善补风气流进入补风腔后的水平均匀性。

所述均流静压箱箱体的高度尺寸不低于200mm，可通过吊杆吊顶安装，或者通过挂板固定在后侧壁面。

根据仿真计算结果，箱体高度尺寸越大，均流效果越佳；但考虑吸油烟机实际安装时，距吊顶的距离有限，所述200mm的尺寸要求，既保证一定均流效果，同时也满足安装要求。

所述补风腔由吸油烟机箱体、靠墙背板、上侧盖板和孔板围合而成。整个孔板区域按照上疏下密的设计原则分为三层，开孔率分别取50％～70％、30％～50％、15％～30％；此外，补风腔水平截面呈上窄下宽的形状，孔板均与竖直方向呈一定夹角，设计角度从上到下依次为18°～25°、12°～18°、5°～12°。

所述低速扩散补风装置为自然补风形式，吊顶补风管及补风腔内无补风风机，依靠吸油烟机排烟风机开启后厨房空间形成的负压完成补风过程。

所述低速扩散补风装置的设计补风量＝吸油烟机排烟风量-气幕补风量；吸油烟机排烟风量≤600m³/h时，各块孔板风口的平均补风速度≤0.3m/s以下，局部最大补风速度≤0.7m/s。

所述智能气幕补风装置与低速扩散补风装置共用同一补风来源，包括：

贯流风机控制器、贯流风机、气幕风口。

所述贯流风机控制器为一种可编程逻辑控制器，其基于排烟风机的实时电参数向贯流风机输出分段控制信号，通过调节电机运行频率，实现气幕风量的调节。

所述贯流风机位于烟机吸收罩前端腔体内，当吸油烟机排烟风量≤800m³/h时，满足其补风量始终为排烟风量的10％～20％。

所述气幕风口位于烟机吸收罩前端的下侧面，风口长度为750mm～850mm，风口宽度控制在10mm～20mm之间。

本发明另外提供一种适用于所述吸油烟机的气幕补风控制方式，所述控制方法包括：

S1：从吸油烟机电源控制板中截取排烟风机的电机电参数；

S2：基于所述的电参数拟合得到排烟风量值；

S3：基于所述的排烟风量确定气幕补风量；利用商业计算流体力学软件进行模拟后可知，气幕补风量在排烟风量15％～25％的范围内选取时，所形成的气幕有利于烟机对油烟的捕集，气幕补风量超过排烟风量的35％时，气幕将对油烟的捕集产生破坏作用；

S4：获取气幕补风量和贯流风机转速、频率的对应关系；

S5：确定贯流风机的在线变频控制策略，实现气幕补风量的实时调节。

由于采用上述技术方案，本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的一体式补风吸油烟机，具有兼顾排烟和补风、提高吸油烟机油烟捕集效果、改善烹饪人员热舒适且不额外占用厨房空间的综合优势，包括：

(1)所述吸油烟机中的补风系统包裹在现有烟机结构外部，属于附加性结构；补风系统经吊顶内管路从室外引入新风，并接入一体式吸油烟机，厨房内无需设置额外的独立补风系统；充分利用现有烟机结构特点，不占用任何厨房内使用空间；因此具备极高的开发可行性；

(2)气幕风口上方设贯流风机，基于排烟电参数实时控制调节出风速度，实现智能化风幕补风；可适应由楼层或使用习惯不同等引起的排烟风量非定常的场景，从而有效应对目前“定常”气幕对不同排烟风量下的油烟热羽流存在破坏性作用的风险，拢烟抗干扰性增强；

(3)补风管路中无需增设管道风机，在低速扩散风口实现自然补风。设计出风孔板作为低速扩散补风口，通过孔板开孔率及孔径优化设计形成了低速、无湍流出风效果；出风孔板安装便捷，安装后无需实时调节；

(4)气幕风和孔板出风均可实现与排风气流的短程衔接，厨房空间气流无显著大型涡流，补风气流不与烹饪区以外空间的气流发生掺混，不仅强化了吸油烟机的局部拢烟效果，同时有效改善了工作区冬夏季局部热环境，实现部分供暖和空调负荷节约；

(5)补风气流在经过均流静压箱和补风腔内均包裹在排烟系统外，可部分回收所排油烟中的余热量，从而提升补风气流温度，在冬季可进一步降低供暖负荷。

附图说明

图1为本发明实施例的吸油烟机原理图。

图2为本发明实施例的吸油烟机结构示意图。

图3为本发明实施例的吸油烟机安装示意图。

图4为本发明实施例的气幕补风逻辑流程图。

图5为本发明实施例的电源控制板通讯协议图。

图6为采用无风幕吸油烟机和外窗独立补风系统时的厨房油烟浓度分布正视图。

图7为采用无风幕吸油烟机和外窗独立补风系统时的厨房油烟浓度分布侧视图。

图8为采用本发明实施例的厨房油烟浓度分布正视图。

图9为采用本发明实施例的厨房油烟浓度分布侧视图。

图10为北方地区冬季采用无风幕吸油烟机和外窗独立补风系统时的厨房温度分布正视图。

图11为北方地区冬季采用无风幕吸油烟机和外窗独立补风系统时的厨房温度分布侧视图。

图12为北方地区冬季采用本发明实施例的厨房温度分布正视图。

图13为北方地区冬季采用本发明实施例的厨房温度分布侧视图。

1、排烟风管；2、排烟风机电机；3、风机蜗壳；4、吸油烟机箱体；5、补风管；6、补风腔；7、电源控制板；8、贯流风机控制器；9、贯流风机；10、气幕风口；11、排烟风机出口；12、均流静压箱；13、连接支管；14、Ⅰ区孔板；15、Ⅱ区孔板；16、Ⅲ区孔板；17、气幕风进风口；18、补风管路室外风帽；19、橱柜；20、防火止回阀；21、公共烟道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

本发明的目的是提供一种新型的住宅厨房补风方法及补风一体式吸油烟机，可实现补风量随排烟风量的动态调节，始终保持良好的厨房气流组织环境，有效解决了当前住宅厨房在烹饪时油烟散发严重，补风困难和补风效果差的问题；本发明还能在供暖季和空调季有效降低供暖和空调负荷，具有显著的节能效果。

如图2所示，本发明一种补风一体式吸油烟机产品，该产品在常规烟机的基础上加装了一套补风系统。所加装的补风系统由两部分组成，一部分为无动力低速扩散补风装置，另一部分为气幕补风装置。

本实施例中，无动力扩散补风装置包括均流静压箱12、连接支管13和补风腔6。

如图3所示，均流静压箱12位于吸油烟机正上方，可以通过吊杆固定在天花板或者通过挂板固定在后侧壁面，固定完成后静压箱顶板紧贴吊顶底部。补风管在接入补风腔6之前首先进入均流静压箱12，由于开口突增，补风气流动压快速下降，静压上升，使得静压箱内气流的扰动下降，压力分布趋于均匀。随后由于静压箱内均匀分布的压力作用下，补风气流均匀地通过三个连接支管13进入补风腔6。基于商业计算流体力学软件的模拟结果显示，静压箱尺寸为650mm(长)×420mm(宽)×420mm(高)时，可以将补风量均匀地分配给下方三个连接支管。

补风腔6的面板包裹在现有烟机箱体4外，除靠墙背板和上侧盖板外，其他面板全部作为出风口，以此扩大送风面积从而达到低速出风条件。如图1所示，补风沿竖直向下的方向进入补风腔5，要想实现水平方向的均匀出风，必须对风口的形式和结构作合理设计。本实施例中采用了孔板风口形式，并将整个孔板区域按从上往下的顺序划分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，每个区域各有五块孔板。Ⅰ区孔板设计开孔率为60％，Ⅱ区孔板设计开孔率为40％，Ⅲ区孔板设计开孔率为20％，针对不同区域开孔率的独立设计达到了减少下部孔板补风量，改善垂直补风均匀性的目的。此外，所有区域孔板的上侧均向补风腔5倾斜，与竖直方向呈一定夹角，其中Ⅰ区孔板与竖直方向夹角为20°，Ⅱ区孔板与竖直方向夹角为15°，Ⅲ区孔板与竖直方向夹角为10°。针对不同区域倾斜角度的独立设计使补风腔5呈现出上窄下宽的特点，补风气流越向下运动，越多的动压转化为静压，既降低了下部气流风速，同时强化了竖直和水平方向上的均流出风效果。

通过孔板开孔率和倾斜角度的共同设计，有效提高了孔板的利用率，改善出风均匀性的同时满足了低速出风的扩散补风设计原则。Ⅲ区距离烹饪区域最近，在进行烹饪活动时，随着Ⅲ区孔板出风湍动能的显著下降，其对烹饪区域气流环境的扰动作用也被大幅削弱，因此起到了保护气幕补风，改善吸油烟机的油烟捕集效果的作用。

所述实施例的气幕补风装置包括贯流风机9和气幕风口10，贯流风机9位于烟机吸收罩前端腔体内，气幕风口10位于吸收罩前端的下侧面，风口长度为800mm，风口宽度为14mm。

吸油烟机开启后，贯流风机控制器8实时截取电源控制板7的可读电信号，基于电信号控制贯流风机9的电机频率，实现贯流风机补风量随烟机排烟风量的实时调节。补风所需新风通过补风管5从室外引入，依次经过补风腔6和气幕进风口17，随后在贯流风机9作用下由气幕风口10补入室内。

图6和图7对比了采用无气幕的常规吸油烟机和本发明所述吸油烟机的厨房浓度和温度分布，采用常规吸油烟机时，补风形式为安装在外窗上的独立补风器；对比结果显示，采用本发明所述的吸油烟机后，厨房空间油烟平均浓度相对于常规吸油烟机时下降了77％，而厨房空间平均温度上升了6.7℃。

本发明另外提供一种适用于所述一体式吸油烟机的气幕补风控制方法，适用于本实施例的控制逻辑如图4所示，具体包括：

S1：从吸油烟机电源控制板中截取排烟风机的电机电参数；

排烟风量无法直接读取，必须利用所述电源控制板的可读电参数间接计算获取。本实施中所采用的电源控制板通讯协议如图5所示，由于型号限制，仅能读取0x00-0x01和0x08-0x09，即速度与实际电流值。

S2：基于所述的电参数拟合得到排烟风量值；

所述吸油烟机电机为恒转矩电机，在电路板上外接蓝牙控制模块，可控制电机恒转速运行，以此可测得不同转速下的风机特性曲线。实验室测试结果显示，转速不变的条件下，风机的风量可由电机输入电流确定。

因此，排烟风量Q₀可由转速n₀和输入电流I₀拟合得到，即：

Q₀＝G(n₀,I₀)

S3：基于所述的排烟风量确定气幕补风量；

可选的，实施例中的气幕补风量设置为排烟风量20％，气幕风速为2.5m/s；此时所形成的气幕有效阻止了油烟在前侧的溢出，相对于未采用本发明所述吸油烟机大幅提高了油烟捕集效率。

S4：获取气幕补风量和贯流风机转速、频率的对应关系；

所述贯流风机采用直流无刷电机，属于同步电机，其转速的计算式如下：

n＝60f/p，其中f为电机的输入频率，p为电机磁极对数；

所述贯流风机需克服整个补风系统管路的阻力进行补风，补风量与管路阻力特性相关；

可选的，所述气幕补风量和电机输入频率对应的函数关系式具体如下：

Q_b＝F₁f²+F₂f+F₃，其中Q_b表示气幕补风量，单位为m³/h，F₁,F₂,F₃表示拟合系数。

S5：确定贯流风机的在线变频控制策略，实现气幕补风量的实时调节；

吸油烟机开启后，首先基于t₀时刻的风机转速n₀和电机输入电流I₀得到该时刻的排烟风量Q₀(m³/h)，并判断其是否在(60λ,60(λ+1)]的范围内，并记录该状态；其中λ＝0,1,2,···n，对家用吸油烟机，一般n≤20；

贯流风机控制器后取排烟风量后，按照气幕的补风比例计算出补风量，并依据气幕补风量和电机输入频率对应的函数关系式得到相应电机频率，本实施例中的补风比例η＝20％，即Q_b,0＝0.2Q₀；随后向贯流风机发出控制信号，通过调节转速完成补风量的调节；

当t＝t₁时，同样基于t₁时刻的风机转速n₁和电机输入电流I₁得到该时刻的排烟风量Q₁(m³/h)，再次判断其是否在(60λ,60(λ+1)]的范围内；若该时刻排烟风量Q₁在所述范围内，则气幕补风量无需调整，若不在所述范围内，则重新调整气幕补风量，此时补风量Q_b,1＝0.2Q₁。

依此，在下一个时刻重复所述控制策略。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员显然可以较容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴可做出相应的改进和修改，这都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种住宅厨房补风方法，其特征在于：采用气幕补风结合低速扩散补风方式对住宅厨房进行补风，所述气幕补风根据排烟风机的情况进行控制，其余补风由所述低速扩散补风方式补足。

2.根据权利要求1所述的住宅厨房补风方法，其特征在于：所述气幕补风设于排烟风机的前侧以阻止油烟在前侧的溢出。

3.根据权利要求1所述的住宅厨房补风方法，其特征在于：所述气幕补风根据排烟风机的电信号进行控制。

4.根据权利要求1所述的住宅厨房补风方法，其特征在于：利用排烟风机的电信号在线监测反馈实现气幕补风风速的调节。

5.根据权利要求1所述的住宅厨房补风方法，其特征在于：

所述低速扩散补风依靠吸油烟机排烟风机开启后厨房空间形成的负压完成补风过程。

6.根据权利要求1所述的住宅厨房补风方法，其特征在于，所述气幕补风按照以下方式进行控制：

S1：从吸油烟机电源控制板中截取排烟风机的电机电参数；

S2：基于所述的电参数拟合得到排烟风量值；

S3：基于所述的排烟风量确定气幕补风量；利用商业计算流体力学软件进行模拟后可知，气幕补风量在排烟风量15％～25％的范围内选取时，所形成的气幕有利于烟机对油烟的捕集，气幕补风量超过排烟风量的35％时，气幕将对油烟的捕集产生破坏作用；

S4：获取气幕补风量和贯流风机转速、频率的对应关系；

S5：确定控制策略，实现气幕补风量的实时调节。

7.根据权利要求6所述的住宅厨房补风方法，其特征在于，

S3中气幕补风量不超过排烟风量的35％。

8.根据权利要求6所述的住宅厨房补风方法，其特征在于，

S3中气幕补风量在排烟风量15％～25％的范围内。

9.一种实现权利要求1所述住宅厨房补风方法的补风一体式吸油烟机，包括吸油烟机，其特征在于，还包括低速扩散补风装置、气幕补风装置；

所述低速扩散补风装置包括：

均流静压箱、连接支管、补风腔、孔板风口；

所述均流静压箱位于吸油烟机补风腔正上方，上部与吊顶内补风管连接，下部通过前、左、右三个连接支管与补风腔连通，用于改善补风气流进入补风腔后的水平均匀性；

所述均流静压箱箱体通过吊杆吊顶安装，或者通过挂板固定在后侧壁面；

所述补风腔由吸油烟机箱体、靠墙背板、上侧盖板和孔板围合而成；

所述低速扩散补风装置为自然补风结构，依靠吸油烟机排烟风机开启后厨房空间形成的负压完成补风过程；

所述低速扩散补风装置的设计补风量＝吸油烟机排烟风量-气幕补风量；

所述气幕补风装置包括：贯流风机控制器、贯流风机、气幕风口；

所述贯流风机控制器为可编程逻辑控制器，其基于排烟风机的实时电参数向贯流风机输出分段控制信号，通过调节电机运行频率，实现气幕风量的调节；

所述贯流风机位于烟机吸收罩前端腔体内；

所述气幕风口位于烟机吸收罩前端的下侧面。

10.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：当吸油烟机排烟风量≤600m³/h时，所述低速扩散补风装置，各块孔板风口的平均补风速度≤0.3m/s以下，局部最大补风速度≤0.7m/s。

11.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：所述补风腔的整个孔板区域按照上疏下密的设计原则分为三层，开孔率分别取50％～70％、30％～50％、15％～30％。

12.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：所述补风腔水平截面呈上窄下宽的形状。

13.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：所述孔板均与竖直方向呈一定夹角，设计角度从上到下依次为18°～25°、12°～18°、5°～12°。

14.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：所述气幕补风装置与低速扩散补风装置共用同一补风来源。

15.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：当吸油烟机排烟风量≤800m³/h时，所述贯流风机满足其补风量始终为排烟风量的10％～20％。

16.根据权利要求9所述的补风一体式吸油烟机，其特征在于：所述气幕风口的长度为750mm～850mm，宽度为10mm～20mm。

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