【机情无限 精彩毕设】机械2026届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第二十四期——某既有老年公寓通风方案优化研究

学生姓名：薛婷

班       级：建环2022-02班

指导教师：余涛

毕设题目：某既有老年公寓通风方案优化研究

一、概况

1.选题意义

本毕业设计选题的意义在于从理论、实践与个人成长三个层面，为学生和行业提供切实价值。在理论层面，它将气流组织和室内空气品质等专业理论，与既有居住建筑改造这个实际场景相结合，为学生提供了一个典型的交叉研究案例，能有效锻炼系统思维和综合应用能力；在实践层面，选题精准切入老年公寓通风难题这一点，通过探索优化方案，目标是在改善居住舒适度与健康水平的同时，实现节能减排，为大量同类住房的改造升级提供了具体参考。在个人层面，这个课题引导学生从专业视角去关注和改善真实的居住环境，让学生在动手解决实际问题的过程中，不仅提升了就业竞争力，更能深刻体会如何用专业技术推动社会可持续发展，从而培养专业责任感。

2.任务分解

（1）前期调研与基础数据分析：找一个类似的老年公寓建筑，调研当地政策、既有管理模式及对环控改造的要求；详细测量并分析所调研建筑的物理特性、室内构造、污染物的可能来源、既有的环控设施、用能结构等；通过查阅文献和实地调研，明确住户的人员结构、居住模式、生活习惯及对室内环境的具体感受；以提升室内的空气品质与热环境质量为工程改造的目的，依据相关国家及行业标准，结合现状调查，合理确定全年各季节的室内空气品质和热环境质量参数值。

（2）污染物排出路径方案的设计与优化：通过查阅文献和实地考察，明确老年公寓里的污染物类别和污染物特性；确定设计建筑内各种固定的空气污染源、热湿源位置，将设计建筑内的空间划分为清洁空间、过渡空间和污染空间；制定对各空气污染源、热湿源的控制方案，实现“室外清洁空气-清洁空间-过渡空间-污染空间-室外”的通风气流路线；明晰健康通风（以稀释污染物、保障基本空气质量为核心）与热舒适通风（以调节温湿度、提供热舒适为核心） 的功能区别。遵循优先采用自然通风的原则，构建与优化老年公寓内的通风方案；在明确各类信息后，用CFD进行模拟计算，选定空气流域，模拟不同的通风方式下污染物的扩散情况。

（3）厨房排污方案：应该做到有效控制炒菜时油烟颗粒的扩散，使用油烟机的同时可以增设吊柜下的“条形风幕”（风速 1.5m/s，宽度 0.6m），形成“气墙”阻隔油烟外溢。在夏季时，把厨房门打开，同时使用抽油烟机和气墙；在冬季时，厨房门关闭，抽油烟机打开，再打开一面窗户，利用冬季热压通风，尝试把污染物快速排出。厨房应该保持负压，防止污染物扩散到其他清洁区，但此处还应该考虑补风，防止机械排风造成厨房负压过大。

（4）卫生间排污方案：可以在马桶或淋浴区的正上方吊顶安装比较静音的换气扇，同时在门附近安装一个开关，分为高速、低速、静音三个档位。人如厕时可手动开启高速档换气扇，让氨气、硫化氢等异味气体快速被抽出；淋浴时，也可以手动开启高速档换气扇，迅速降低湿度，因为淋浴5分钟左右湿度就会达80%以上，必须及时排湿，防止发霉或细菌滋生，比如霉菌、大肠杆菌等；在人离开家之前可以开30分钟的低速档，排出地漏反味、残留湿气，保持卫生间干燥；最后当晚上睡觉时，可以打开静音档，不影响睡眠的同时还能维持基础换气，保持卫生间空气良好。此外，还可以利用热压通风，与换气扇一起，提高排污效率。

（5）户内整体通风优化：结合关键区域的通风方案，把视角展开到典型的一户室内，配合开关门窗等完成“室外清洁空气-清洁空间-过渡空间-污染空间-室外”的通风气流路线。

（6）严格按照学术规范和毕业论文要求，撰写完整的毕业论文，包括所有的通风设计计算和分析过程、计算结果，字数不少于一万五千字。

二、已完成工作

（1）调研部分：完成了中英文文献的阅读与调研，明确了老年公寓厨卫通风的研究重点和现存问题，初步确定了模拟厨房PM2.5扩散将采用DPM离散相模型、卫生间NH₃/H₂S的扩散将采用组分输运模型，搭配具有较高计算效率的RNG k-ε湍流模型进行后续研究模拟。

（2）建模部分：参照图纸尺寸完成了厨房、卫生间的三维建模，并使用Gambit生成不同网格数量的非结构化网格，并完成了厨房模型的网格独立性验证。

图1. 厨房建模及网格划分

图2. 卫生间建模及网格划分

图3. 厨房模型网格独立性验证

  （3）工况设置：设置了不同工况，以研究厨卫污染物的扩散特性，包括污染物的分布特性以及扩散特性等。

  （4）模拟：在Fluent中完成了模拟设置，标定了国标限值，完成了厨卫污染物不同工况下的数值模拟。

卫生间模拟工况设置如下，

表1. 卫生间模拟工况设置

Y=1.4m的平面作为老年人的呼吸高度平面，是该模拟中需要重点关注的平面；X=1m的平面是卫生间中间对称的截面，研究该平面的污染物浓度分布有助于分析污染物的扩散特性。（以下是部分结果展示）

工况1：

图4. 卫生间模拟工况1结果云图

由于工况1仅打开窗户的自然通风工况，其整个卫生间空间的污染物浓度分布较为均匀且整体处于国标要求的浓度范围之外，故需要进一步研究机械通风形式下的排污效果。此外，通过对整个纵向沿程截面的平均浓度进行定量分析，可以与后续工况进行对比评估各种工况的排污效果，结果如下。

图5. 卫生间模拟工况1数据折线图

工况2：

图6. 卫生间模拟工况2结果云图

在工况2的基础上打开排气扇，即同时启用机械通风与自然通风，这是卫生间常见的运行模式。在此工况下，通过云图不难看出部分区域的浓度有所下降，但硫化氢仍然保持着较高浓度，后续将继续探究是否是因为其性质所导致的。此外同上述工况进行了沿程截面平均浓度的定量分析，如下所示。

图7. 卫生间模拟工况2数据折线图

工况3：

图8. 卫生间模拟工况3结果云图

在此工况下卫生间处于最大通风能力状态，排气扇和门窗均全部打开。通过以上云图可以看出，在靠近卫生间门处污染物浓度大幅降低，但是窗户附近仍然保持着高浓度。后续的优化研究将探究门窗在不同位置处对房间浓度的影响。同上述工况，沿程截面浓度曲线如下。

图9. 卫生间模拟工况3数据折线图

厨房模拟工况设置如下，

表2. 厨房模拟工况设置

Y=1.6m平面作为厨房人体的呼吸高度平面，是该模拟中需要重点关注的平面；X=0.35m平面是厨房里经过灶具污染源中心的平面，研究该平面的总温度分布有助于分析污染物的扩散特性。（以下是部分结果展示）

工况1：

图10. 厨房模拟工况1结果云图

工况1作为对照组，模拟厨房门窗紧闭以及油烟机未开的极端情况。通过上述云图可以看出，在门窗均未打开的情况下，热源附近的空间温度处于较高水平；在此工况下重点关注的呼吸区污染物浓度分布较为均匀且基本处于要求范围之内，进一步分析整个Y方向沿程截面的平均浓度水平，如下图所示。初步分析在无通风的状况下，整个房间的污染物扩散并稀释。

图11. 厨房模拟工况1数据折线图

工况2：

图12. 厨房模拟工况2结果云图

工况2模拟厨房开启窗户、开启抽油烟机、门关闭、门缝开启的场景。从模拟结果可见，在该工况下，烹饪热源产生的污染物得到有效控制。在Y=1.6m的呼吸区截面上，PM2.5浓度被显著稀释，整体维持在较低水平。通过沿Y方向的截面浓度分析可知，PM2.5浓度随高度的增加呈明显下降趋势。这表明，“开窗+开油烟机”的组合模式形成了有效的气流组织，能高效地将污染物从污染源区域排出，显著改善了呼吸区的空气质量，是一种经济且可行的厨房通风优化方案。

图13. 厨房模拟工况2数据折线图

工况3：

图14. 厨房模拟工况3结果云图

工况3设置为门窗均打开，以此来模拟自然对流通风的场景。通过上述云图并于工况1进行比较，可以看出在人体呼吸区附近的温度明显下降；同时，污染物浓度平均水平虽然与工况1基本持平，但是部分区域存在浓度较高的情况，这可能是由于此种工况下房间内的流场分布更为复杂，后续研究将进一步分析流场分布等多种因素对于污染物扩散的影响。通过定量对比工况4与工况1的Y方向沿程截面的平均浓度水平，可以验证自然通风有一定效果。

图15. 厨房模拟工况3数据折线图

三、下一步工作计划

接下来将进行厨卫污染物控制方案和全户型通风优化方案的研究阶段，具体工作安排如下：

（1）完成多组工况的模拟对比，定量分析换气次数、污染物散发速率、污染源与风口距离等因素对厨卫污染物浓度的影响程度；分别设计厨房油烟颗粒控制方案和卫生间 NH₃/H₂S控制方案，侧重污染气体就近排出、风口布局、补风模式等；

（2）在Fluent中模拟各优化方案，完成边界条件与参数设置，通过模拟得到各方案的污染物浓度分布和气流组织情况，对比分析优化效果，分别选出厨房、卫生间的最优控制方案，再整合形成全户型通风的综合优化方案，完成优化前后效果的对比；

（3）整理所有模拟数据，绘制论文所需图表，并且结合相关文献，进行模拟结果与优化方案的具体分析，完成论文中厨卫控制方案、全户型优化方案等章节的撰写；

（4）完成毕业设计论文部分的撰写，仔细核对论文格式、引用、图表标注等细节，提交指导教师审核并根据修改意见完善内容，最终定稿且做好答辩准备工作。

问题一：卫生间得到这些结论之后，下一步你打算做什么？

回答：对于这个问题，我查阅了许多相关文献，为了提高卫生间的排污效率，我打算做下部排风，类似于在污染源附近开风口，将污染气体就近排出。

问题二：灶台是速度入口是什么意思？

回答：对于这个问题，我将从边界条件设置的角度来回答，首先在建模的时候我在厨房操作台上画了一个正方体来模拟炒菜锅，做饭时正方体上表面模拟炒菜时候油烟颗粒的散发源，查阅相关文献得到PM2.5的散发速率和边界条件，因此我参考后也设置成速度入口。

在本次中期答辩中，我经历了从准备到答辩的全过程，不仅对自己的设计成果进行了全面梳理，更通过与导师和同学们的交流，获得了宝贵的反馈与建议。

本次中期答辩不仅是对研究进展的一次集中汇报，更是一次深度反思的过程。在准备与陈述过程中，我系统梳理了从调研、网格验证到关键地点污染物模拟的完整技术路径。答辩中，老师针对卫生间优化结论的作用、数据来源的科学性、边界条件设置的合理性等提问，让我意识到，一项可靠的模拟研究，必须在“目的—方法—数据—结论”之间建立严密的逻辑闭环。特别是关于工况3排污效率下降的发现，说明形式上的通风未必等于功能上的优化，这让我对“以人为本”的设计理念有了更具体的体悟。

本次中期答辩是一次“设计—质疑—重构”的宝贵实践，我将听取老师的建议，进一步优化模型边界条件与工况设置，深化通风优化模拟，争取在终期答辩中呈现一个既具学术严谨性、又具落地可行性的老年公寓通风优化方案。