Wybrane metody projektowania wentylacji dla kuchni zbiorowego żywienia

Projektowanie wentylacji i klimatyzacji w dużych kuchniach zbiorowego żywienia jest ciekawym wyzwaniem dla projektantów. Konieczne jest bowiem rozwiązanie problemów związanych z wentylacją ogólną kuchni i wyciągami miejscowymi, czyli usuwaniem ciepłego, obciążonego cząstkami tłuszczu oraz zapachami i parą wodną powietrza znad stanowisk roboczych z jednoczesnym zapewnieniem personelowi warunków komfortu cieplno-wilgotnościowego.

Dodatkowym problemem jest często umieszczenie dużej liczby technologicznych urządzeń kuchennych na stosunkowo niewielkiej powierzchni, w niskich pomieszczeniach oraz przebywanie w kuchniach licznej grupy pracowników, co prowadzi do zaprojektowania wentylacji o bardzo dużej krotności wymian powietrza.

Nie należy też zapominać, że poza najbardziej kojarzonymi z kuchniami miejscami przygotowywania gorących posiłków w ich obrębie znajdują się inne wyodrębnione pomieszczenia lub stanowiska pracy o specyficznym przeznaczeniu, wymaganiach termicznych i zróżnicowanej emisji zanieczyszczeń.

Podział i zadania zakładów gastronomicznych

W zakładach gastronomicznych można wydzielić ogólnie trzy podstawowe obszary związane z wykonywanymi czynnościami i zadaniami, w których rozwiązaniu ma pomagać wentylacja i klimatyzacja:

• przygotowywanie posiłków:
  - natychmiastowe usuwanie emitowanych zysków ciepła,
  - usuwanie cząstek tłuszczu, zapachów oraz innych substancji,
  - usuwanie wilgoci,
  - odświeżanie powietrza i zastępowanie powietrza usuwanego powietrzem świeżym (odpowiednio uzdatnionym),
• zmywanie:
  - zapewnienie komfortowych i zdrowych warunków pracy,
  - obniżenie wilgotności i zapewnienie odpowiedniej temperatury powietrza,
  - ograniczenie ryzyka kondensacji pary wodnej,
  - ograniczenie ryzyka przeciągów i mieszania mas powietrza (np. dzięki nawiewowi wyporowemu),
• zapewnienie zintegrowanego oświetlenia, przechowywanie żywności.

Zgodnie z przyjętym schematem funkcjonalnym zakładów gastronomicznych rozróżnia się następujące działy, czyli zespoły pomieszczeń powiązanych ze sobą zarówno funkcjonalnie, jak i rodzajem wykonywanej w nich pracy i świadczonych usług [1]: magazynowy, produkcyjny, ekspedycyjny, handlowy i administracyjno-socjalny. Aby zorientować się, jak wiele różnych stref jest w takim zakładzie, przykładowo wymienić można obszary i podstawowe pomieszczenia wchodzące w skład tylko jednego działu – produkcyjnego [1]:

• wszelkiego rodzaju przygotowalnie wstępne i właściwe,
• kuchnie potraw zimnych i gorących,
• przygotowalnie wyrobów mącznych oraz lodów i deserów, magazyn dobowy, pokój szefa kuchni,
• zmywalnia naczyń kuchennych.

Parametry powietrza w zakładzie gastronomicznym

Zapewnienie komfortu pracy w pomieszczeniach kuchni zbiorowego żywienia umożliwia efektywniejszą pracę pracowników. Na podstawie zaleceń zamieszczonych w wytycznych VDI 2052 [7] w kuchni oraz w zmywalniach należy zapewnić temperaturę powietrza wewnętrznego wynoszącą przynajmniej 18°C i nieprzekraczającą 26°C (chyba że przekroczenie tej temperatury jest nieuniknione i wynika z przeprowadzanych procesów technologicznych).

Temperaturę powietrza należy mierzyć termometrem z osłoniętym czujnikiem, w celu ograniczenia wymiany ciepła poprzez promieniowanie, na wysokości 0,75 m nad podłogą przy stanowisku pracy.

Na rys. 1 znajduje się wykres psychrometryczny, na który zostało naniesione pole klimatu wewnętrznego dla kuchni, odpowiadające warunkom komfortu dla pracowników, oraz linie wynikające z dopuszczalnego (ze względów technologicznych) przekroczenia zalecanych wartości parametrów powietrza. Pole komfortu jest wyznaczone przez następujące wartości parametrów powietrza: temperatura powietrza 18°C, wilgotność względna 30%, temperatura powietrza 26°C, zawartość wilgoci 11,5 g/kg, wilgotność względna 80%.

Ponieważ nie zawsze możliwe jest utrzymanie preferowanych komfortowych warunków pracy, w normie dopuszcza się odstępstwo od nich. Są to zaznaczone na wykresie psychrometrycznym dwie łączące się linie: izoterma 32°C zaczynająca się od wartości wilgotności względnej wynoszącej 30%, a kończąca na wartości 50%, oraz prosta opisana przez stałą wartość zawartości wilgoci 16,5 g/kg, zaczynająca się od wilgotności względnej wynoszącej 50%, a kończąca na wartości 80%.

Zawartość wilgoci 16,5 g/kg jest maksymalną wartością tego parametru. Jak stwierdzono w wytycznych [7], projektowanie wentylacji i klimatyzacji w kuchniach może być oparte na tych wartościach granicznych.

W wytycznych stwierdzono, że nadal brakuje rzetelnych informacji dotyczących minimalnej wartości wilgotności względnej powietrza w kuchniach – przyjęto wartość 30% z adnotacją, że dopuszczalne jest okazjonalne niedotrzymanie tej wartości wilgotności wynikające z przebiegu procesów technologicznych.

W tab. 1 wskazano zalecaną zasadę przyjmowania do projektu obliczeniowych wartości temperatury i wilgotności powietrza (niska temperatura przy wysokiej wilgotności względnej, wysoka temperatura przy niskiej wilgotności powietrza). Są to zestawienia wartości parametrów powietrza, dla których zawartość wilgoci wynosi zalecane 11,5 g/kg suchego powietrza. Wartości przyjęte zgodnie z tabelą zapewniają uzyskanie komfortu cieplnego.

Niezbędne jest również określenie wymaganych parametrów powietrza w pomieszczeniach innych niż kuchnie i zmywalnie (tab. 2). Wartość trzeciego z podstawowych parametrów środowiska wewnętrznego, czyli prędkości powietrza, zależy w strefie komfortu od temperatury powietrza, turbulencji strumienia powietrza, aktywności fizycznej pracowników oraz izolacyjności cieplnej odzieży. Aby ograniczyć niebezpieczeństwo powstania przeciągu, zaleca się, by maksymalny nawiewany strumień powietrza, odniesiony do powierzchni podłogi obsługiwanego pomieszczenia, wynosił 35 m3/(h×m2).

W wytycznych [7] na wykresie (rys. 2) przedstawiono zależność pomiędzy zalecaną średnią prędkością powietrza a jego temperaturą dla średniej aktywności fizycznej typu II oraz izolacyjności cieplnej odzieży wynoszącej 0,6 clo (co orientacyjnie odpowiada wartości oporności cieplnej bardzo lekkiej odzieży roboczej noszonej w lecie). Pomiary prędkości powietrza należy wykonywać przy stanowisku pracy na wysokości 1,7 m nad podłogą.

Podana w wytycznych VDI 2052 dla pracowników kuchni aktywność typu II związana jest z wydatkiem energetycznym wynoszącym 150 W dla standardowej osoby o powierzchni ciała 1,7 m2, co odpowiada wydatkowi energetycznemu 88,2 W/m2. Zgodnie z normą PN-78/B-03421 [4] taka praca związana jest z aktywnością fizyczną małą (do 200 W), a według PN-EN 7730:2006 [3] jest to praca lekka w pozycji stojącej (np. w laboratorium, w przemyśle lekkim).

W przypadku gdy zaprojektowana została wentylacja wyporowa z nawiewnikiem ustawionym na poziomie podłogi, prędkość powietrza na wysokości 0,1 m nad podłogą nie powinna przekraczać 0,2 m/s (wartość określona dla temperatury powietrza nawiewanego 20°C w odległości 0,8 m od nawiewnika). Dla tego typu nawiewników temperatura powietrza nawiewanego nie powinna spaść poniżej 20°C [7].

Kolejnym parametrem, który charakteryzuje pracę klimatyzacji lub wentylacji, jest poziom natężenia dźwięku, mierzony także na wysokości 1,7 m nad podłogą. Powinien zawierać się w zakresie 50–60 dB(A). Wartość ta może być przekroczona o 5 dB(A) w zmywalni.

Obliczanie strumienia powietrza nawiewanego dla wentylacji ogólnej

W celu obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego można skorzystać z dokładnych (i bardziej czasochłonnych) sposobów obliczeniowych lub metod wskaźnikowych, łatwiejszych i szybszych. Mogą to być następujące metody (wymienione w kolejności od najdokładniejszej do najbardziej uproszczonej):

• według zysków ciepła lub zysków wilgoci,
• według ilości powietrza przypadającego na 1 m2 podłogi,
• według ilości powietrza przypadającego na jedną osobę,
• według krotności wymian powietrza.

Zgodnie z zaleceniami [7] metody uproszczone mają być stosowane jedynie w celu wstępnego oszacowania ilości powietrza wentylacyjnego.Bilans strumieni powietrza dla wentylacji ogólnej powinien uwzględniać:

• strumienie powietrza nawiewanego przez wentylację ogólną,
• strumienie powietrza wywiewanego z pozostałej części kuchni (poza okapami), czyli przez wentylację ogólną,
• strumienie powietrza wychwytujące wyziewy kuchenne i następnie usuwane przez okapy.

Zalecaną w VDI 2052 [7] metodą obliczania zysków ciepła służących do określenia strumienia powietrza wentylacyjnego dla tych obszarów, gdzie głównym obciążeniem jest wydzielane ciepło, jest metoda dokładna, w której konieczne jest bardzo staranne przeanalizowanie źródeł ciepła i zapisanie bilansu ciepła dla pomieszczenia obsługiwanego przez wentylację ogólną.

Mimo tych zaleceń w wytycznych zamieszczono także wykres umożliwiający wstępne (jak podkreślono) określenie strumienia powietrza wentylacyjnego w oparciu o powierzchnię podłogi w kuchni dla trzech sytuacji (rys. 3):

• kuchnia analizowana jako całość,
• strefa gotowania, pieczenia, duszenia,
• strefa smażenia, grillowania, opiekania, płukania i zmywania.

Natomiast dla pomieszczeń pomocniczych strumień powietrza wentylacyjnego (podawany jako m3/(h×m2 podłogi)) można określić na podstawie danych zawartych w tab. 3. We wcześniejszej wersji wytycznych VDI 2052 z 1999 r. znajdowała się jeszcze jedna uproszczona metoda określania zysków ciepła w zależności od rodzaju źródła ciepła (tab. 4), której w aktualnej wersji nie zamieszczono.

Obliczanie strumienia powietrza nawiewanego dla wentylacji miejscowej

Metoda określania zysków ciepła od technologicznych urządzeń kuchennych zlokalizowanych pod okapami kuchennymi związana jest z obliczaniem ciepła oddawanego wskutek konwekcji [7]. Ciepła oddawanego poprzez promieniowanie nie uwzględnia się przy określaniu strumienia powietrza usuwanego przez okap kuchenny. Odpowiednie wzory oraz dane dotyczące emisji ciepła lub wilgoci przez urządzenia kuchenne zostały przedstawione w zaleceniach [7].

Wymagania dotyczące wentylacji i klimatyzacji kuchni

Zalecenia dotyczące wentylacji kuchni wg VDI 2052

Zgodnie z zapisami przedstawionymi w wytycznych VDI 2052 [7] w kuchniach należy przestrzegać następujących podstawowych wymagań:

• ze względu na wymagania higieniczne zadaniem wentylacji i klimatyzacji w kuchniach jest przeciwdziałanie zanieczyszczeniu żywności spowodowanemu przez strumień powietrza oraz przeciwdziałanie przenoszeniu zapachów, zanieczyszczeń i innych substancji gazowych przez strumień powietrza wentylacyjnego;
• jeśli jest to możliwe, w kuchni powinno panować niewielkie podciśnienie w stosunku do sali konsumenckiej, w celu uniknięcia przepływów powietrza. Jednak ilość powietrza usuwanego nie powinna być większa od ilości powietrza nawiewanego o więcej niż 3–5%;
• system wentylacyjny lub klimatyzacyjny powinien pracować jedynie na powietrzu zewnętrznym. Recyrkulacja powietrza nie powinna być stosowana.

Zalecenia dotyczące wentylacji kuchni wg HVCA DW/172

W wytycznych HVCA DW/172, 2005 [6] zamieszczono następujące podstawowe wskazania dotyczące projektowania wentylacji:

• maksymalna temperatura powietrza w pobliżu urządzeń kuchennych: +28°C;
• minimalna liczba wymian powietrza, 40 na godzinę w kuchni, nie może być podstawą do doboru okapu lub stopu wentylacyjnego;
• zalecane temperatury powietrza nawiewanego:
  - strop wentylacyjny – temperatura minimalna: +16°C,
  - wentylacja ogólna – temperatura minimalna: +16°C,
  - doprowadzenie powietrza przez okapy z funkcją nawiewu – temperatura minimalna: +10°C;
• ilość powietrza zewnętrznego musi być zgodnie z wymaganiami COSSH (The Control of Substances Hazardous to Health) taka, aby uzyskać stężenie tlenku węgla wynoszące maksymalnie 300 ppm przez 10 minut, lub zgodnie z wymaganiami WHO: 10 ppm przez 8 godzin;
• jedyną zalecaną metodą obliczania powietrza wyciąganego przez okap jest metoda oparta na obliczeniach ciepła konwekcyjnego wydzielanego przez urządzenia kuchenne;
• jedynie w razie braku wystarczających danych do obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego można zastosować metodę prędkości porywania (w otworze wlotowym okapu), od 0,25 do 0,5 m/s, lub metody prowizoryczne – mocy zainstalowanej lub krotności wymian powietrza (40/h – minimalna krotność zapewniająca komfort pracy, n osiąga wartość 60–120/h), lub określenia ilości powietrza w zależności od typu okapu – są to metody dopuszczane do stosowania jedynie w przypadku braku informacji o urządzeniach kuchennych,
• strumień powietrza nawiewanego – ok. 85% strumienia powietrza usuwanego.

Wytyczne PIP dla małych zakładów gastronomicznych

W materiałach pomocniczych dla pracodawców w zakładach gastronomicznych znajdują się m.in. następujące informacje dotyczące wentylacji naturalnej mechanicznej [8]:

• wszystkie pomieszczenia zakładu powinny być wyposażone w wentylację naturalną o zalecanej 1,5-krotnej wymianie powietrza na godzinę;
• zaleca się, by podstawowe pomieszczenia zakładu wyposażone zostały w wentylację mechaniczną o krotności wymian powietrza:
  - kuchnia: 15 do 30 wymian,
  - przygotowalnia: 4 do 8 wymian,
  - zmywalnia: 5 do 10 wymian,
  - pracownia cukiernicza lub deserów: 8 do 12 wymian.

Na otworach wentylacyjnych należy zainstalować kratki z materiału nierdzewnego, o konstrukcji łatwej do zdejmowania i mycia. Kierunek przepływu powietrza: od strony „czystej” pomieszczenia do strony „brudnej”. Pomieszczenia o różnym poziomie wymagań sanitarnych należy włączać do różnych układów wentylacyjnych (nie wolno stosować w tym przypadku układu wspólnego) [8].

Obliczanie strumienia powietrza nawiewanego wg SRS

Dla porównania poniżej podano wymagania dotyczące projektowania i odbioru wentylacji w kuchniach przedstawione w krajowych zaleceniach Stowarzyszenia Rzeczoznawców Sanitarnohigienicznych z 2002 r. [2]. Dla kuchni właściwą ilość powietrza należy ustalić na podstawie bilansu zysków ciepła lub wilgoci, ale:

• orientacyjna krotność wymian powietrza: 5–30 h–1,
• maksymalna krotność wymian powietrza według wymagań krajowych: 40 h–1.

Po przekroczeniu 40 wymian powietrza wymagana jest weryfikacja rozwiązania technologicznego lub chłodzenie powietrza, co sugeruje, że podstawowym systemem dla kuchni jest jedynie ich wentylacja, rozumiana jako wymiana powietrza, czyli w lecie nieobejmująca chłodzenia powietrza.

Odniesienie do najprostszych instalacji, które przy olbrzymich zyskach ciepła w kuchniach nie zawsze są w stanie zapewnić pożądane warunki komfortu dla pracowników, potwierdza uwaga zamieszczona na początku materiałów pomocniczych [2]: „Niniejsze «Materiały…» nie obejmują rozwiązań z zastosowaniem nowoczesnych technik lub urządzeń typu sufity wentylowane, okapy indukcyjne itp.” oraz podane dla lata wartości temperatury powietrza. Według SRS zwłaszcza w pomieszczeniach, w których z zamontowanych urządzeń technologicznych wydzielane jest ciepło i wilgoć, parametry powietrza w strefie roboczej (do 2 m nad podłogą) należy przyjmować według normy PN-78/B-03421 [4].

Dla lata podano następujące zalecenia [2]:

• maksymalna temperatura powietrza nie powinna przekroczyć aktualnie panującej temperatury zewnętrznej o więcej niż:
  - 3 K przy zyskach ciepła jawnego <50 W/m2,
  - 5 K przy zyskach ciepła jawnego >50 W/m2.

Dla pomieszczeń pomocniczych podano następujące ilości wymian powietrza:

• przygotowalnie: 4–8 h–1,
• zmywalnia: 5–10 h–1,
• magazyny: 1–3 h–1,
• pomieszczenia szaf chłodniczych – wg obliczeniowych zysków ciepła,
• zaplecze socjalno-sanitarne – wg wymagań MPiPS (DzU nr 129/1997, poz. 844, ze zm.).

Wymagania dotyczące organizacji przepływu powietrza zostały sformułowane w [2] następująco:

• usytuowanie nawiewników i wywiewników powinno zapewnić swobodny ruch powietrza w całym pomieszczeniu, bez tworzenia się tzw. „martwych stref”,
• przepływ przepływu powietrza od strony „czystej” do „brudnej”,
• ze względu na zanieczyszczenia bakteriologiczne powietrze z sali konsumentów ze względów sanitarnych nie powinno przepływać do kuchni,
• pomieszczania o różnym poziomie wymagań sanitarnych nie mogą być łączone we wspólny ciąg i układ wentylacji mechanicznej (kuchnia, sala konsumentów, WC),
• nie należy stosować recyrkulacji powietrza w pomieszczeniach produkcyjnych,
• urządzenia technologiczne (trzon kuchenny, kotły warzelne, patelnie, piece itp.) wydzielające większe ilości ciepła i wilgoci powinny być zlokalizowane pod okapami lub w bardzo małych obiektach pod wyciągami,
• dla okapów zaleca się stosowanie oddzielnych zespołów wentylacyjnych,
• okapy powinny być wyposażone w łatwo wymienialne filtry tłuszczowe i zabezpieczenie przed opadaniem skroplin,
• w kuchni nie wolno stosować nadciśnienia powietrza, zaleca się wyrównanie ciśnień. Dopuszcza się podciśnienie w małych kuchniach i okresowo w kuchniach średnich, a w pozostałych pomieszczeniach zaplecza kuchennego zaleca się stosowanie podciśnienia z równoczesną rekompensatą nawiewu na komunikację i rozdzielnię, która stanowi barierę dla wydzielanych zapachów. Bilans ciepła w całym zakładzie powinien być zrównoważony,
• w zakładzie wietrzenie powinno być zapewnione w sposób ciągły.
•  

Rozdział powietrza

Obecnie jako rozwiązanie wentylacji ogólnej w kuchniach stosuje się:

• wentylację mieszającą (nawiewniki lub stropy nawiewne),
• wentylację wyporową (nawiewniki wyporowe zlokalizowane na poziomie podłogi lub nad pracownikami).
•  

W tab. 5 przedstawiono wartości podstawowych parametrów charakteryzujących pracę obu tych systemów.

Literatura

1. Koziorowska B., Projektowanie technologiczne zakładów gastronomicznych kuchni hotelowych i szpitalnych, Gastro-Projekt, www.gastro-projekt.pl.
2. Materiały pomocnicze do uzgadniania projektów wentylacji mechanicznej zakładów żywienia zbiorowego w zakresie wymagań sanitarnohigienicznych, oprac. Stowarzyszenie Rzeczoznawców Sanitarnohigienicznych w Warszawie, Biuletyn Informacyjny nr 11/2002.
3. PN-EN ISO 7730-2006 Środowiska termiczne umiarkowane. Wyznaczanie wskaźników PMV i PPD oraz określanie warunków komfortu termicznego (ang.)
4. PN-78/B-03421 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.
5. Przewodnik projektowania warunków komfortu dla kuchni zbiorowego żywienia, oprac. Food Halton, Rabah Ziane, Halton Sp. z o.o.
6. Specification for Kitchen Ventilation Systems, HVCA (Heating and Ventilating Contractors’ Association), DW/172, 2005, Wlk. Brytania.
7. VDI 2052, Raumlufttechnische Anlagen für Küchen (Ventilation equipment for kitchens), 2006.
8. Wieczorek Z., Dostosuj swój zakład do obowiązującego prawa pracy. Materiał pomocniczy dla pracodawców małych zakładów gastronomicznych, http://www.pip.gov.pl/html/pl/doc/07040012.pdf.