暖通空調(diào)中不可忽視的煙囪通風(fēng)設(shè)計(jì)

（廣東省建工設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510600）

暖通空調(diào)中不可忽視的煙囪通風(fēng)設(shè)計(jì)

王培財(cái)

（廣東省建工設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510600）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)也帶來了環(huán)境破壞和空氣污染的問題，筆者從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)行業(yè)工作多年來參與了數(shù)十個(gè)與煙囪項(xiàng)目改造設(shè)計(jì)、咨詢的項(xiàng)目，經(jīng)總結(jié)整理發(fā)現(xiàn)，需改造重新設(shè)計(jì)和出現(xiàn)煙囪排煙效果不理想的現(xiàn)象，與前期設(shè)計(jì)階段有很大的關(guān)系，大多數(shù)煙囪的通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)被忽視。因此，本文通過對(duì)煙囪通風(fēng)系統(tǒng)由前期設(shè)計(jì)配合到設(shè)計(jì)計(jì)算及應(yīng)注意采取的措施等整個(gè)相對(duì)完整的環(huán)節(jié)闡述，呼吁同行在今后的設(shè)計(jì)中對(duì)此問題予以重視。

暖通空調(diào)；煙囪；通風(fēng)；煙氣；空氣污染

概述

改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了舉世矚目的成就，但同時(shí)也帶來了環(huán)境破壞、空氣污染、溫室效應(yīng)等問題。特別是近十年來我國(guó)城市化的迅猛發(fā)展，各大中城市的中心區(qū)建筑密度大、建筑類型多，各建筑煙囪的通風(fēng)排煙雜亂無章、相互影響，嚴(yán)重地影響了城市的空氣環(huán)境。根據(jù)筆者近些年來所參與的改造設(shè)計(jì)、咨詢的數(shù)十個(gè)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)均是在前期圖紙?jiān)O(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)煙囪排煙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理而造成的，因此在前期設(shè)計(jì)階段，暖通空調(diào)專業(yè)若能對(duì)煙囪排煙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)予以足夠的重視，無疑對(duì)降低城市大氣的PM2.5污染物的濃度、提高城市的空氣質(zhì)量，具有重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)意義。

1 合理設(shè)置煙囪在建筑總平面位置

在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)建筑物所在的地區(qū)、規(guī)劃的布局、煙囪的使用時(shí)段等因素合理設(shè)置煙囪在建筑總平面的位置。我國(guó)幅員遼闊、地形復(fù)雜、氣候類型多樣，在設(shè)計(jì)前期應(yīng)了解項(xiàng)目所處當(dāng)?shù)氐募撅L(fēng)氣候、地形特點(diǎn)，然后結(jié)合總平面商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)的布局，考慮煙囪使用的時(shí)段性，如有些鍋爐房的煙囪是全年時(shí)運(yùn)行，有些是季節(jié)性運(yùn)行，綜合確定煙囪的位置。一般來說，商用性、生產(chǎn)性的煙囪不應(yīng)設(shè)置在居民區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)內(nèi)，全年使用的煙囪應(yīng)設(shè)置在總體最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，季節(jié)性使用的煙囪應(yīng)設(shè)置在該季節(jié)最大頻率風(fēng)向的下風(fēng)向。這樣就能在規(guī)劃布置中大大減少對(duì)人和環(huán)境的影響。

2 土建煙囪井道面積、材料及構(gòu)造

煙囪是設(shè)置在建筑物內(nèi)部或貼附在建筑物側(cè)的井道豎向空間。土建預(yù)留的井道面積尺寸，所采用的材料及構(gòu)造等是煙囪的先決條件，相當(dāng)于對(duì)煙囪起著先天的條件作用。

2.1 煙囪井道的面積

在筆者改造設(shè)計(jì)的煙囪項(xiàng)目中，有其中一部分是煙井風(fēng)道預(yù)留的土建面積過小或尺寸設(shè)置不合理，造成煙道的阻力過大，煙氣排入大氣不暢，這主要原因暖通空調(diào)專業(yè)在配合階段提給供建筑專業(yè)煙井預(yù)留面積尺寸計(jì)算不合理、不充分。不同類型用途的煙囪風(fēng)量的計(jì)算不同，下面列舉一下幾個(gè)典型的類型。

1）廚房的通風(fēng)量計(jì)算

a.全面通風(fēng)量計(jì)算法：

式中 ：L為通風(fēng)量（m3/h）；tp為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)計(jì)溫度（℃）；tj為室外進(jìn)風(fēng)溫度（℃）；Q為廚房顯熱總發(fā)熱量（W）。

式中 ：Q1為廚房設(shè)備發(fā)熱量（W）；

Q2為操作人員散熱量（W）；Q3為照明燈具散熱量；Q4為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷（W）；Q5為其它設(shè)備發(fā)熱量（W）。

b.換氣次數(shù)估算法：

式中 ：L為通風(fēng)量（m3/h）；n為換氣次數(shù)（次/h）；V為換氣房間體積（m3）。

n可按經(jīng)驗(yàn)值選取：中餐廚房n取40～60次/h；西餐廚房n取30～40次/h；職工餐廳廚房n取25～35次/h。

c.罩口斷面風(fēng)速法：

式中：L1為設(shè)備排風(fēng)量（m3/h）；v為按罩口斷面的風(fēng)速，取0.5m/s；S為排風(fēng)罩投影面積（m2）。

式中：m取1.1～1.3。

排煙井道所選擇的計(jì)算風(fēng)速和尺寸也應(yīng)合理，計(jì)算風(fēng)速選取一般在10～12m/ s在范圍內(nèi)，煙井道的截面尺寸應(yīng)保持寬長(zhǎng)比在1：5的范圍內(nèi)。過大的風(fēng)速和過小的寬長(zhǎng)比均會(huì)造成阻力大大增大，不利于煙氣的排放。

2）發(fā)電機(jī)的排煙量計(jì)算：

式中：Lpy為發(fā)電機(jī)的排煙量（m3/ min）；d為汽缸直徑（m）；S為活塞行程（m）；n為轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）；Z為沖程數(shù)；i為氣缸數(shù)。

3）鍋爐的排煙量計(jì)算：

筆者改造設(shè)計(jì)、咨詢的項(xiàng)目均民用建筑類型，如商業(yè)餐飲、酒店、辦公樓類型，這些建筑類型中基本中都是使用的燃油（柴油）或燃?xì)猓ㄌ烊粴狻⒊鞘忻簹猓┑某＃ㄘ?fù)）壓鍋爐，因此本文分析和計(jì)算是的以此類鍋爐為基礎(chǔ)分析和計(jì)算條件的。煙囪的排煙量當(dāng)中主要是含有煙氣量、SO2和煙塵，其各項(xiàng)的計(jì)算公式比較復(fù)雜，當(dāng)選用某種類型的鍋爐時(shí)一般采用廠家提供的實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)用于煙井風(fēng)道的計(jì)算預(yù)留即可。

2.2 煙囪井道的材料

以前的一些早期建設(shè)的建筑物煙囪井道采用的是內(nèi)襯耐高溫的防火磚的磚徹井道，雖然是造價(jià)低廉，但存在著一定的漏煙現(xiàn)象。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及現(xiàn)在高層、超高層建筑物的出現(xiàn)，為了減輕重量、安裝快速及有防火極限的要求，市面上有了各種類型的成品預(yù)制煙道。對(duì)于商品房住宅，國(guó)家建設(shè)部頒布的《住宅廚房、衛(wèi)生間排氣道》（JG/T194-2006）或各地方地區(qū)頒布的住宅廚房、衛(wèi)生間排氣道的圖集，都適用于各種原材料制成的排煙氣道。對(duì)于商業(yè)餐飲廚房、酒店鍋爐房、發(fā)電機(jī)房的煙囪應(yīng)采用鋼制煙囪安設(shè)于土建的煙井內(nèi)，特別是市面上有一些預(yù)制式的不銹鋼煙囪，材質(zhì)內(nèi)外壁采用SUS316、SUS304，中間保溫材質(zhì)為硅酸鋁棉，不失為一種優(yōu)良的煙囪。

2.3 煙囪的構(gòu)造

其實(shí)煙囪整體的構(gòu)造注意點(diǎn)主要是集中在煙囪帽罩、本體、設(shè)置防爆口這幾點(diǎn)上。

煙囪頂端的出口須做防護(hù)高空氣流倒灌影響的帽罩，帽罩的結(jié)構(gòu)不能影響排煙的抬升高度。煙囪本體除了具有隔熱保溫功能外，對(duì)于鋼煙囪尚應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，還要考慮熱漲冷縮引起的伸縮量的補(bǔ)償，故需設(shè)固定支架、承重支架、導(dǎo)向支架、補(bǔ)償器。在容易積聚煙氣的煙道處應(yīng)設(shè)防爆口，水平段煙道的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)煙囪抽力而定，且應(yīng)有1%坡向排水點(diǎn)的坡度。煙囪下端需設(shè)清灰排污裝置。當(dāng)多臺(tái)鍋爐、發(fā)電機(jī)共用煙囪時(shí)，各支管應(yīng)設(shè)置單向閥。

3 煙氣處理與排放

廚房、鍋爐、發(fā)電機(jī)的煙氣最終都是經(jīng)過煙囪的煙罩排向大氣的，現(xiàn)在我國(guó)的空氣污染的問題比較突出，國(guó)家對(duì)排放向大氣的煙氣所含有的污染物也頒布了諸多的各類排放標(biāo)準(zhǔn)，故不論是哪種煙氣均必須嚴(yán)格按照國(guó)家的要求須進(jìn)行處理后達(dá)到國(guó)家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)才能排放。

3.1 廚房油煙的凈化與處理

商業(yè)餐飲類的廚房的油煙凈化設(shè)備有靜電型、復(fù)合型、光解技術(shù)型等，但不論是采用哪種類型，廚房的油煙排放均應(yīng)處理達(dá)到外觀目測(cè)無油、無煙、無味，技術(shù)檢測(cè)上的油煙去除效率、惡臭污染物臭氣濃度等符合國(guó)家環(huán)保排放要求，并且消防上要做到安全防火。筆者在改造廣州的商場(chǎng)的廚房時(shí)就遇到屋頂?shù)呐艧熆谟忻懊骰鸬默F(xiàn)象，這是有極大的消防安全隱患的。經(jīng)過嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的要求進(jìn)行了油煙處理和做好消防防火的改造后，在屋頂?shù)膹N房排風(fēng)口處只感覺到有熱氣，改造好的效果良好。

住宅類的廚房油煙處理排放目前還只是采用家庭安裝抽油煙機(jī)排入住宅廚房煙道的做法，一般的家庭抽煙油機(jī)只是有油煙分離、過濾的功能，對(duì)過濾后的煙氣沒有再進(jìn)行處理就排放了，所以有條件應(yīng)選購也有煙氣凈化裝置的油煙機(jī)。

3.2 發(fā)電機(jī)的煙氣處理

目前各建筑物內(nèi)的配備的備用或消防應(yīng)急用的發(fā)電機(jī)所的燃料都是柴油，柴油燃燒后排放的煙氣中含有碳黑、SO2、NOx等大量有毒有害物質(zhì)，必須加以處理。目前對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組排出的黑煙尾氣，常規(guī)做法是采用旋流板水洗噴淋法，尾氣中的污染物在旋流板式噴淋塔中經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，使NOx、SO2等氣態(tài)污染物得到中和達(dá)到國(guó)家的環(huán)保要求處理后達(dá)標(biāo)排放。

若不加處理直接排放，對(duì)大氣環(huán)境會(huì)造成污染，根據(jù)國(guó)家的環(huán)保要求，對(duì)該廢氣進(jìn)行治理后達(dá)標(biāo)排放。

3.3 鍋爐燃燒后尾氣的處理

在民用建筑中使用的鍋爐一般為燃油（輕柴油）或燃?xì)猓ㄌ烊細(xì)狻⒊鞘忻簹猓Ｈ加偷腻仩t的尾氣處理的辦法基本上和柴油發(fā)電機(jī)一樣。天燃?xì)獾闹饕煞质羌淄椋–H4），燃燒后產(chǎn)生CO2、H2O和部分N2O，是一種潔凈的能源，而且現(xiàn)在大中城市使用的基本上為天燃?xì)猓词故乾F(xiàn)在是城市煤氣的也正在或即將進(jìn)行媒改氣，故采用天燃?xì)庾鳛殄仩t的燃料是比較理想的，其尾氣的處理也比較簡(jiǎn)單。

結(jié)語

煙囪通風(fēng)設(shè)計(jì)對(duì)于在一個(gè)龐多復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)當(dāng)中雖說是一個(gè)比較不起眼的環(huán)節(jié)，也往往容易在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中被忽視，但煙囪整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)著周圍環(huán)境、空氣有著直接的影響，與人們的生活息息相關(guān)，也對(duì)著我國(guó)大氣質(zhì)量有著重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響。特別是現(xiàn)在我國(guó)大中城市的霧霾現(xiàn)象的增多，就是一直以來長(zhǎng)期不重視各類生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的煙廢氣的排放加以嚴(yán)格的控制形成的。因此，筆者通過本文呼吁在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中在加強(qiáng)對(duì)煙囪通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)良設(shè)計(jì)，不可忽視。

[1]GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2]GB50051-2013，煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]GB50041-2008，鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[4]陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

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