第52卷第4期2021年4月V ol.52 N o.4A p r.2021建筑技术 A rchitecture Technology
•429.
田靖U2，毛宏智3，刘少亮u，邵佳岱M，王重阳M
(1.河北省建筑科学研究院有限公司，050227，石家庄；2.河北建研科技有限公司，050227.石家庄；3.重庆大学，400045,
重庆；4.河北建研工程技术有限公司，050027，石家庄）
摘要：研究翅氏能耗居住建筑厨房的室内气流组织，采用ANSYS软件对该类建筑厨房自然补风口的 不同位置进行模拟，得出吊顶设置下送补风口的最佳位置应在人员烹饪活动范围正上方。结合装修设置侧送 补风口与排油烟机的排风口底平，以及侧送补风口开设在橱柜侧面的形式，均可改善烹饪活动范围的气流组 织，但与补风口相对的位置存在吹风感。 关键词：超低能耗建筑；厨房；气流组织；速度分布
中图分类号：TU 71 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2021)04-0429-05 SIMULATION STUDY ON POSITION OF AIR SUPPLY OUTLET IN KITCHEN OF
ULTRA-LOW ENERGY RESIDENTIAL BUILDINGS
TIAN Jing12, MAO Hong-zhi3, LIU Shao-liang1'2, SHAO Jia-dai1'4, WANG Chong-yang1'4
(1.Hebei Academy of Building Research Co.,Ltd.,050227, Shijiazhuang,China;2.Hebei Building of Research Technology Co.,Ltd.,050227, Shijiazhuang,China;3.Chongqing University,400045, Chongqing,China;4.Hebei Building of Research Engineering Technology Co.,Ltd.,
050227, Shijiazhuang,C hina)
Abstract:The indoor air distribution of kitchen in ultra low energy residential buildings is studied, and ANSYS software is used to simulate the different positions of the natural air supply outlet in the kitchen of this kind of building. It is concluded that the best reasonable position of the air supply outlet under the ceiling setting should be right above the cooking areas.Combined with the decoration, the air distribution in the range of cooking is better when the side air supply outlets are set up and flat with the bottom of the exhaust outlet of the range hood, and the side air supply outlets 电商监测
are set on the side of the cabinet, but there is a sense of air blowing in the position opposite the air supply outlets when cooking.
Keywords:ultra low energy residential buildings; kitchen; airflow distribution; velocity distribution
研究表明，要从根本上改善住宅厨房的室内空气 品质，重要的手段就是设计合理的有组织通风，它既 可减少过量通风换气导致的能源损失，还能够保持良 好的室内空气品质。在厨房设置补风装置，当排油烟 机工作时进行补风，既加大了排风量，增强了排油烟 机的排烟效率，又避免了由于负压导致厨房排烟道的 污浊空气进入室内；同时，补风减少了经排油烟机排 出的室内空气量，减少了暖通空调系统的冷热量的损 失，达到节能目的[1]。厨房采取补风措施是目前应用 最为广泛的改善住宅厨房室内空气品质的手段。
超低能耗居住建筑作为一种优异气密性能、高效 节能、健康舒适的住宅建筑，其厨房通过应用机械排 风、自然补风的通风方式来保证室内空气品质。具体 做法是在厨房外墙上开设补风口，补风从室外直接引 入，补风管道靠近夕卜墙处设置密闭型电动风阀，电动收稿日期：2021-02-05
基金项目：河北省重点研发计划项目“超低能耗建筑高质量建造及运维体系构建”（20374501D)
作者简介：田靖（ 1988—），女，河北保定人，工程师，硕士，e-m ail：897571837@qq 风阀
与排油烟机联动（无法实现联动时，可在易操作 的位置设置控制开关），排油烟系统未开启时应关闭 严密，不得漏风；在风管道周圈设置保温，以防结露；补风口位置应尽量靠近排油烟机，并与排油烟机排风 形成短路，补风口应远离人体高度范围。
在实际工程中超低能耗居住建筑厨房有的在吊顶 内敷设补风管并在吊顶处开设风口，有的结合装修在 排油烟机罩口位置开设侧送补风口、也有的在橱柜内 敷设补风管在橱柜开设格栅。由于位置不同，这些厨 房补风口的形式不同对厨房室内环境影响也不尽相 同。本文通过数值模拟的方法对超低能耗居住建筑厨 房在门窗关闭的条件下，不同的自然补风口位置进行 模拟，得出厨房室内环境的速度分布情况，分析得到 较理想的工况，从而合理改善厨房内的气流组织分布 和室内空气品质。
1研究对象
l.i厨房基本信息
考虑真实性与操作的可行性，选取某超低能耗居
•430-建筑技术第52卷第4期
住建筑厨房为模拟对象，其外形尺寸为2.2m (长）x 3.7m (宽）x3.0m (高）；其北侧围护结构为外墙，墙厚200mm，有一组外窗；西侧、东侧与北侧围护 结构为内墙，墙厚200mm，西侧紧邻客厅。
灶台高 0.8m’宽0.6m，排油烟机距地面1.79m。厨房模型 结构如图1所示。
1.2机械排风和自然补风系统
1.2.1机械排风系统
排风系统采用普通家用排油烟机，为简化模型，排油烟机排风口为0300圆形风口。由于本研究对象为 超低能耗建筑，气密性远优于常规建筑，故本文不考 虑门窗渗透的影响，也未考虑灶台火苗对气流的影响。
1.2.2自然补风系统
在厨房外墙上开设补风预留洞，通过补风管道引 入室外新风，并在厨房室内合适位置设置补风口，开 启排油烟机后，室外新风可在压差作用下被吸入厨房 形成的补风气流。厨房自然补风口尺寸为500 mm x 200mm，结合不同的厨房装修风格，本文考虑以下 2种厨房自然补风口形式：一种为下送单层百叶风口，在吊顶标高设置；另一种为侧送单层百叶风口。
为进一步研究超低能耗居住建筑厨房的室内微环 境，本文建立自然补风口与排油烟机的排风口之间的 几种不同位置关系，各风口位置关系见表1。
2数值模拟
模拟计算使用ANSYS ICEM &FLUENT软件。本文对模拟计算模型做合理的简化假设：（1 )因厨房 窗户位于建筑背面，故不考虑太阳福射将窗户当作墙 体；（2 )厨房地面、屋顶、夕卜墙均视为绝热壁面；（3 )一般房间内的气流分布基本为湍流，可视为稳态湍流 流动；（4 )室内空气是不可压缩牛顿流体；（5 )忽略 温度变化对空气比热、动力粘度和导热系数的影响。
2.1几何模型和网格划分
采用ANSYS ICEM软件创建表1中五种工况的
表1厨房补风口与排风口位置关系
不同模
拟工况
自然补风口排油烟机的排风口
工况1
下送单层百叶风口：位于排风口北侧，
风口中心距离北向外墙1100mm，距离
东向墙体350 m m，距顶板400 mm
风口中心距北向夕卜
墙1600mm，距东
向墙体300 mm，
距顶板1100 mm
工况2
下送单层百叶风口•.位于排风口北侧，
风口中心距离北向外墙700mm，距离
东向墙体350m m，距顶板400mm
工况3
下送单层百叶风口：风口中心距离
北向外墙1600m m，距离东向墙体
600 m m，距顶板400 mm
工况4
侧送单层百叶风口：风口中心距离
北向外墙丨100m m，距离东向墙体
600 m m，风口上沿距顶板600 mm
工况5
侧送单层百叶风口：风口中心距离
北向外墙1100m m，距离东向墙体
600 m m，风口上沿距顶板2190 mm
几何模型并划分网格，为简化计算过程，建模时忽略 了室内的装饰物。图2为计算域的示意图。
图2计算域示意（计算机截图）
(a)工况1; (b)工况2; (c)工况3; (d)工况4; (e)工况5
网格划分使用ANSYS ICEM软件，为保证计算 过程的敛散性和计算结果的精度，采用结构化网格并
进行边界层加密处理。
2021年4月田靖，等：超低能耗居住建筑厨房补风口位置模拟研宄•431-
2.2模型求解
2.2.1湍流模型和求解器的选择
湍流模型选用K-epsilon (k-s)模型，不考虑流 体粘性。选择分离式求解器（segregated solver)，采 用SIMPLE算法。
2.2.2边界条件与数值参数
(1 )流体介质：空气。
(2)进出口条件：模型补风口设置为pressure-inlet ; 排油烟机的排风口设置为 velocity-outlet，风速 为3.93m/s ；其他壁面设置为wall，选择无滑移壁面 函数。定义湍流参数时选择湍流强度与水力直径，通 过计算求得各边界条件参数和湍流强度与水力直径。
(3 )计算时检查变量的残差变化来监视计算的收 敛性。除能量的残差值外，当所有变量的残差值小于 表2所示的值即认为计算收敛。
表2相邻两次迭代的残差界限
连续性方程X动量方程Y动量方程K方程s方程Le-3Le-3Le-3Le-3Le-3
(4)初始化流场，开始迭代计算，显示并保存求 解结果[2】。
双层布2.3模拟结果及分析
本文选取人员烹饪活动范围区域和排油烟机排风 口中心竖直面（z=0.3m)的速度场进行，其中人员 烹饪活动范围区域截取了两个水平面，一个是灶台上 100mm位置，即_y=0.9m ；另一个是灶台前400mm 位置，即z=l_0m。其速度分布图如图3所示。
图3工况1速度分布云图（计算机截图）
(a)人员烹往活动范围尸0.9m;(b)人员烹往活动范围
z=1.0m;(c)排油烟机排风口中心竖直面z=〇.3m
由图3〜图7显示的结果知，不同工况条件下人 员烹饪活动范围和排油烟机排风口中心竖直面的速度 分布情况差异较大。图图5为工况1至工况3吊 顶处下送补风口的速度分布，经对比分析可看出，补 风
口在人员烹饪活动范围正上方（工况3 )时，人员 烹饪活动范围的气流组织最佳；补风口在排油烟机的 排风口上方（工况1和工况2 )时，人员烹往时会有 较明显的吹风感，且工况1补风口紧邻排风口的气流 分布较差，其主要原因是补风口送来的冷风在出口位 置直接被排风口吸走，导致周围空气受到较大的吸附 力冲击。从排油烟机排风口中心竖直截面上速度场可 看出，与工况1和工况2相比，工况3排风口处的风 速较小且气流分布情礦好。
图4工况2速度分布云图（计算机截图）
(a)人员烹饪活动范围_y=0.9m;(b)人员烹饪活动范围
磁疗手链
z=1.0m;(c)排油烟机排风口中心竖直面z=0.3m
图6为工况4侧送补风口与排油烟机的排风口底 平的速度分布，该工况人员烹饪活动范围的气流组织 较好，但烹饪时补风口吹来的风对人头顶范围影响较 大。图7为工况5侧送补风口开设在橱柜侧面的情况，人员烹饪活动范围的气流组合也较好，但对比图6人 员操作水平界面（>-〇.9m)效果稍差一些，虽没有 对人头顶的吹风感，但腿部范围感觉不舒适。此外，从图中还可看出工况4和工况5排风口处的风速较小，且气流分布情况相对较好。
将不同工况条件下人员烹任活动范围_y=0.9m, z=l_0m和排油烟机排风口中心竖直面（z=0.3m)
截
.432.建筑技术第52卷第4期
图5工况3速度分布云图（计算机截图）
(a)人员烹饪赫范围尸0.9m;(b)人员烹饪騎范围图二工况5速度分布zr图（计算机麵）
F l.Om;(C)排油烟机排风口中心竖直面z=0.3m(a)人员烹饪活动范围产〇.9m;(b)人员烹饪活动范围
z=1.0m;(c)排油烟机排风口中心竖直面z=0.3m
表3不同工况条件下空气的平均速度 m/s
工况尸 0.9 m z=1.0m z=0.3m
工况10.430.320.49
工况20.440.280.50
工况30.390.260.33
工况40.280.300.36
工况50.290.260.32
图6工况4速度分布云图（计算机截图）
阀门手轮(a)人员烹饪活动范围尸0.9m;(b)人员烹饪活动范围
z=1.0m;(c)排油烟机排风口中心竖直面z=0.3m
面上的空气的平均速度汇总见表3。
由表3可看到，5种工况条件下人员烹饪活动范 围和排油烟机排风口中心竖直面上的平均风速均在 0.5 m/s以下，其中工况3、工况4和工况5对应截面 的空气平均速度均低于〇.4m/s，对存在室外补风口、排油烟机排风口这些对室内环境有影响的厨房而言，基本能保证室内环境需求。工况1和工况2的布置方 式对气密‘性要求较高的建筑，尤其是超低能耗居住建 筑，其厨房补风口的位置应尽量不采纳。
3结论
本文选取某超低能耗居住建筑厨房自然补风口的 5种不同位置进行数值模拟，发现不同的补风形式的
效果不同。
第52卷第4期2021年4月V ol.52 N o.4A p r.2021建筑技术
太阳能整体浴室
Architecture Technology•433-
某超低能耗居住建筑通高区域气流组织
数值模拟研究
田靖U2，毛宏智3，郭欢欢U4
(1.河北省建筑科学研究院有限公司，050227，石家庄；2.河北建研科技有限公司，050227，石家庄；3.重庆大学，400045，
重庆；4.河北建研工程技术有限公司，050227，石家庄）
摘要：基于某超低能耗居住建筑中通高区域的暖通设计，论述暖通设计方案和高效新风热回收系统形 式，并利用数值模拟方法证实其气流组织的可行性，为超低能耗居住建筑通高区域实现室内良好的气流组织, 最大限度地泽低通风换气过程中的能量损失提供参考。
关键词：气流组织；数值模拟；温度场；速度场
中图分类号：TU71 文献标志码：A文章编号：1000-4726(2021)04-0433-03
NUMERICAL SIMULATION OF AIRFLOW DISTRIBUTION IN A ULTRA-LOW ENERGY
RESIDENTIAL BUILDING WITH FULL HEIGHT SPACE
TIAN Jing1MAO Hong-zhi3,GUO Huan-huan1,4
(1.Hebei Academy of Building Research Co.,Ltd.,050227, Shijiazhuang,China;2.Hebei Building of Research Technology Co.,Ltd.,050227, Shijiazhuang,China;3.Chongqing University,400045, Chongqing,China;4.Hebei Building of Research Engineering Technology Co.,Ltd.,
050227, Shijiazhuang,China)
Abstract:Based on the HVAC design of a ultra-low energy residential building with full height space,this paper discusses the HVAC design scheme and the efficient fresh air heat recovery system, and verifies the feasibility of the airflow distribution by numerical simulation.It provides a reference for nearly zero energy residential buildings with full height space to realize good indoor air distribution, and reducing the energy loss during ventilation to the maximum extent.
Keywords:airflow distribution;numerical simulation;temperature field;velocity field
超低能耗居住建筑可大幅度降低供暖、空调需求，超低能耗居住建筑采用一套集供暖、供冷、除霾、引 进新风、排风高效热回收、室内(：02自动监控、室
收稿日期：2021-02-05
咖啡加工基金项目：河北省重点研发计划项目“超低能耗建筑高质量建造及运 维体系构建”（20374501D)
作者简介：田靖（ 1988—），女，河北保定人，工程师，硕士，e-mail：897571837@qq.内p m2.5自动监控等多种功能于一体的专用能源环境一体机，已经得到了很好的推广应用，但对该系统在住宅的通高区域使用效果的研究甚少。
本文针对某超低能耗居住建筑的通高区域，采用 数值模拟分析验证其气流组织的可行性。
1研究对象
本文以某超低能耗居住建筑作为研究对象，该建
(1)吊顶处下送补风口设在人员烹饪活动范围正 上方时，人员烹饪活动范围的气流组织最佳且排风口 处的风速较小；补风口在排油烟机的排风口上方时，人员烹饪时会有较明显的吹风感。
(2 )结合装修设置侧送补风口与排油烟机的排风 口底平的形式，人员烹饪活动范围的气流组织较好，但烹饪时补风口吹风对人头顶范围影响较大。
(3 )侧送补风口开设在橱柜侧面的形式，人员烹 迕活动范围的气流组合也较好，但腿部范围会感觉不 舒适。
合理的气流组织能改善室内空气品质，为满足超 低能耗居住建筑健康舒适的室内环境要求，应合理厨 房室内的气流组织。本文仅针对厨房自然补风口五种不同位置进行研究，无法涵盖所有情况，后续有条件 时将开展进一步研究，以便为设计合理的气流组织提供预测和参考。
参考文献
[1]李晓云.住宅厨房排油烟系统补风方式及气流组织研究[D].沈阳:
沈阳建筑大学,2011:4-5.
[2]王福军.计算流体动力学分析[M].北京：清华大学出版社，2004.
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