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1、商用厨房商用厨房 室内环境模拟与分析室内环境模拟与分析 姓名：kelvin wan 导师：likui yu 专业：制冷与低温工程能源科学与工程学院2006制冷低温研究所学术年会研究内容一. 绪论商用厨房环境特点 现状 数值模拟内容二. 数值模拟过程物理数学模型边界条件计算处理过程结果分析比较三. 能耗分析四. 结论内容提要2006制冷低温研究所学术年会 01/14商用厨房环境特点及现状绪论-1l商用厨房室内环境恶劣，热、湿源相对集中且热源发热量大， 产湿量大，室内的热负荷90来自热源的散热，室内温度较高 ，同时非对称性热辐射强 。l厨房工作人员尤其是直接暴露于灶台区随热浮升力上升的热油 烟雾侵
2、袭和灶台燃烧面的高温热辐射烘烤的环境中，而且热辐 射的形式是非对称热辐射，这些对厨师的热舒适性及职业安全 性是一个很大的挑战。 l目前，尤其是对中式商业厨房的空调通风系统优化设计缺乏相 应标准，厨房环境质量的最优控制方式、厨房室内最合理的通 风量问题、建立相应的商业厨房室内热环境标准，亟待解决。 2006制冷低温研究所学术年会 02/14l商用厨房室内环境质量评价，以往人们现场测试商用厨房的各 种热环境参数，评价厨房环境质量，从而判断空调通风系统设 计的合理性，不仅费时、代价高昂，而且效果也不太理想。 数 值模拟基于计算机的强大运算能力，利用设计数据，方便快捷 地得到室内环境的预测情形。l模拟
3、比较两种不同空调通风方式下，商用厨房室内的流场状况 、工作点垂直温度分布、热舒性的预测。l基于模拟结果分析，确定两种控制方式中最佳的控制方法，进 一步进行优化设计。数值模拟内容绪论-22006制冷低温研究所学术年会 03/14物理数学模型物理模型数学模型Case-1Case-2湍流模型Indoor zero-equation turbulence model 控制方程（广义义） 模型简简化与预预先假定不可压缩 牛顿流体，稳态 流动，满足Boussinesq假设 表面辐射模型采用Surface-to-Surface 模型 不考虑漏风影响，厨房室内气密性良好； 考虑维护结 构传热 ，忽略室内灯光和
4、其他小的分散热源 Case-1Case-2数值模拟过程-12006制冷低温研究所学术年会 04/14边界条件数值模拟过程-2NameCase-1Case-2Boundary conditionsWall1063.51063.5E-S-W-N:37.433.7 38.334.5 heat source0.44*80.44*837 KW (40% of the appliance energy consumption rate ) Door22*322*3Tin-1=28 ，Vin-1 0.1m/sExhaust opening0.81.2*80.81.2*8Vout= 0.5m/s Spot s
5、upply opening0.20.2*8Tin-2=19, Vin-2=2m/sDisplacement supply opening0.40.4*6Tin-3=28 ,Vin-3=2m/s,=370Ceiling diffuser0.40.4*5Tin-4=19, Vin-4=2m/s ,=370Backdrop plenum opening6.60.3*1 0.32.2*1Tin-5=28 ,Vin-5=0.6m/sAir rateSupply air rate： 12000 m3/h exhaust air rate：14000 m3/h 2006制冷低温研究所学术年会 05/14计算
6、处理过程数值模拟过程-3l运用Airpak(2.0) 软件。Airpak是一个专用的空调通风系统软件, 它功能强大、快速、易于使用。它以Fluent技术为内核，利用 Fluent求解器进行流场计算,可计算超复杂空间模型的流场情况 。l室内空间采用六面体网格，网格划分时进行预设局部加密细化条 件。l离散求解的相关参数设定 ：湍流模型变变量压压力温度动动量室内零方程离散格式Body force weighted一阶阶迎风风格 式一阶阶迎风风格 式收敛敛准则则欠松弛系 数0.31.00.7流动动： 0.001 能量：1e-6求解格式压压力AMG温度AMG动动量AMG循环类环类 型V类类型FLEX类类
7、型FLEX类类型l求解预测平均投票数和预测不满意百分数(PMV-PPD)评价指 标 ，预设衣着热阻(CLO)和新陈代谢率(MET)分别为0.7、2.0 .2006制冷低温研究所学术年会 06/14数值模拟过程-4结果分析比较-1Case-1Case-2 Fig.1 Velocity Vectors in an y-z Plane (x=1.5m) Case-1：有个逆时针的涡流场存 在于岗位送风与置换风口之间；由 于排烟罩的排风作用，气流短流出 现在灶台与排烟罩之间，排烟罩的 油烟捕集能力被增强；Case-2：两个涡流场分别存在于 顶板送风口与排烟罩上部、室内中 间位置；短流气流扫过操作面，保
8、 证油烟的捕集；厨师头部处风速小 于case-1中的风速；Comparison-1 2006制冷低温研究所学术年会 07/14结果分析比较-2数值模拟过程-4Case-1Case-2Fig.2 Temperature Contours in an y-z Plane (x=1.5m) 温度等值线（x1.5m plane）比 较：操作区域Case-2的温度分布 略高于case-1中温度分布。操作区域Comparison-2 2006制冷低温研究所学术年会 08/14数值模拟过程-4结果分析比较-3Comparison-3 Case-1Fig.3 Temperature of operating
9、point Case-2工作点-1，距灶肚0.3m 工作点-2，距灶肚0.6mDefine Operate Point 操作点垂直温度分布比较：Case-1操作点温度大致为23.625.6， Case-2操作点温度比前者大约高2。取样点2006制冷低温研究所学术年会 09/14数值模拟过程-4结果分析比较-4Case-1Case-2Fig.4 PMV Contours in an x- y Plane (z=1.1m) Comparison-4 预测 平均投票数比较：Case-1操作区域的PMV值为0.641.05， Case-2操作区域的PMV值接近1.30，明显高 于case-1中的预测平
10、均投票值。操作区2006制冷低温研究所学术年会 10/14数值模拟过程-4结果分析比较-5Case-1Case-2Fig.5 PPD Contours in an x- y Plane (z=1.1m) Comparison-5预测预测 不满意百分数比较：Case-1操作区域的PPD值为22.5%33.96%， Case-2操作区域的PPD值比case-1中的预测 不满意百分数高10个百分数。2006制冷低温研究所学术年会 11/14能耗分析空调通风能耗比较l商用厨房合理的送风量主要有三种功能：1）经空调处理的送风 量满足厨师的热舒适性要求和呼吸要求；2）满足灶肚燃烧耗氧 量的需求；3）维持室
11、内合适的压力要求，一般保持室内负压值 为-5Pa（设计标准） 。l计算比较两种空调送风量的大小，结果表明case-1和case-2中空 调送风量为2,304 m3/h 和5,760 m3/h 。l两种不同方案下的送风量与排风量均相同，由此可判断case-1 的空调耗能是case-2空调耗能的20。2006制冷低温研究所学术年会 12/14l两种通风系统均有利于增强油烟的捕集能力。岗位送风方式能提供一 个更舒适的工作区，但是岗位送风口的送风参数受到限制，过低的送 风温度和过高的送风速度，都会使厨师有“吹风感”。l为了改善工作区的热舒适等级，可尝试一些新的方式，如需求控制通 风 （Demand C
12、ontrol Ventilation ）、个性化岗位送风等方式，但需要 进一步验证。l数学模型需要进一步修改，使其更接近现实；而且，不同工况下的情 形尚需进一步模拟，以探求更有效的方式改善通风系统的性能。结论：进一步的工作 结论进一步的工作l由于厨房的高温高湿性，尤其操作区属于高温环境区，而PMV-PPD对 近热舒适环境较适宜，对高温环境的数值预测评价将进一步使用湿球 黑球温度（WBGT）指数来评价，与职业安全问题相关联。l进一步考虑室内的污染物分布状况，以寻求最佳的油烟捕集与控制方 式，拟采用“WBGT+CO2分布”数值预测评价模式对室内环境进行研究 。2006制冷低温研究所学术年会 13/14谢谢谢谢 ！请批评指正请批评指正 ！2006能源院制冷年会 14/14致谢
