Nguyên tắc tính toán & thiết kế hệ thống chụp hút khói inox bếp công nghiệp

Hệ thống thông gió và hút khói luôn được ví như “lá phổi” của toàn bộ gian bếp nhà hàng, khách sạn và bếp ăn tập thể. Trên thực tế, rất nhiều chủ đầu tư chi hàng chục triệu đồng để lắp đặt những chiếc tum chụp hút mùi inox đồ sộ, nhưng khi bước vào giờ cao điểm bật đồng loạt các họng bếp Á, bếp chiên lên thì khói dầu vẫn cuồn cuộn tràn ra sảnh ăn, nhiệt độ phòng bếp vọt lên trên 42°C ngột ngạt, hoặc tiếng quạt gió gầm rú trên trần làm đầu bếp đau đầu căng thẳng suốt ca làm việc.

Nguyên nhân của tình trạng này xuất phát từ việc gò hàn chụp hút và chọn mua quạt hút theo kinh nghiệm truyền miệng mà bỏ qua các phép tính khí động học cơ bản. Bài viết dưới đây cung cấp bộ tiêu chuẩn kỹ thuật cơ khí và công thức tính lưu lượng gió chuẩn xác trong thiết kế hệ thống hút khói bếp công nghiệp, giúp khu bếp của bạn luôn thông thoáng, êm ái và an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC).

3 sai lầm kỹ thuật phổ biến khiến hệ thống chụp hút khói hoạt động kém hiệu quả

Trước khi đi vào công thức tính toán, chủ đầu tư và kỹ sư giám sát cần nhận diện rõ 3 lỗi thiết kế và lắp đặt điển hình khiến hơn 60% hệ thống hút mùi bếp nhà hàng hiện nay không đạt hiệu suất như kỳ vọng:

1. Gia công kích thước miệng chụp hút hẹp hơn hoặc bằng mặt bếp nấu bên dưới:

   • Theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên, cột khói nóng và hơi dầu mỡ khi bốc lên từ mặt chảo xào không đi thẳng đứng 90 độ mà luôn có xu hướng loe rộng ra xung quanh theo hình phễu một góc từ 10 đến 15 độ.

   • Nếu xưởng cơ khí làm chiều rộng của chụp hút bằng đúng chiều rộng của bếp Á bên dưới (ví dụ bếp sâu 800mm làm chụp sâu 800mm), khoảng 25% – 30% lượng khói ở rìa ngoài sẽ trượt ra khỏi mép chụp và phát tán thẳng vào mặt đầu bếp trước khi kịp bị hút vào phin lọc.

2. Đường ống dẫn khói tiết diện quá nhỏ và đi quá nhiều đoạn gấp khúc vuông góc 90 độ:

   • Nhiều mặt bằng bếp cải tạo tận dụng các hộp kỹ thuật hẹp nên thu nhỏ đường ống gió lại và bẻ gập nhiều cút vuông 90 độ để né dầm bê tông.

   • Mỗi một cút vuông 90 độ không có cánh hướng dòng sẽ gây ra tổn thất áp suất tĩnh (Static Pressure Loss) tương đương với một đoạn ống thẳng dài từ 3m đến 5m, đồng thời tạo ra vùng xoáy khí va đập vào thành tôn gây tiếng ồn ù tai rất lớn. Khi tổng trở lực đường ống vượt quá cột áp (Pa) của quạt ly tâm, khói sẽ bị dội ngược trở lại miệng chụp.

3. Chỉ hút khí ra mà không thiết kế hệ thống cấp gió tươi bù áp (Make-up Air):

   • Đây là lỗi nghiêm trọng nhất trong tiêu chuẩn thông gió bếp nhà hàng. Khi quạt hút công suất lớn liên tục rút hàng ngàn mét khối không khí ra khỏi phòng bếp kín mỗi giờ mà không có luồng không khí sạch cấp bù vào, căn bếp sẽ rơi vào trạng thái áp suất âm quá mức (Severe Negative Pressure).

   • Lúc này, quạt hút không còn điểm tựa không khí để đẩy khói đi, cửa ra vào phòng bếp bị lực hút kéo nặng trịch khó mở, mùi hôi từ cống thoát sàn bị hút ngược lên phòng bếp, hoặc khí lạnh điều hòa đắt tiền từ phòng ăn của khách bị hút tụt hết vào trong bếp.

Tiêu chuẩn kích thước hình học và cấu tạo khi gia công chụp hút khói Inox công nghiệp

Để thu gom triệt để khói mỡ ngay tại nguồn phát sinh, việc đặt xưởng gia công chụp hút khói inox công nghiệp cần tuân thủ nghiêm ngặt các thông số hình học và cấu tạo chi tiết bên trong lòng chụp:

Độ vươn (Overhang) của mép chụp hút so với mép thiết bị nấu và cao độ treo chụp (1.850mm – 2.000mm)

Khi đối chiếu với cao độ mặt bếp nấu (750mm – 800mm) đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn kích thước bàn sơ chế, chậu rửa, kệ inox trong thiết kế bếp nhà hàng, vị trí treo chụp hút khói phải đáp ứng 2 thông số vàng:

• Cao độ treo chụp hút (tính từ mặt sàn hoàn thiện đến mép dưới của chụp):

  • Tiêu chuẩn an toàn và hiệu quả nhất là từ 1.850mm đến 2.000mm.

  • Nếu treo thấp dưới 1.800mm, đầu bếp cao 1m70 sẽ bị cấn đầu vào mép chụp và nhiệt lượng từ ngọn lửa bếp Á khè cao có thể bén trực tiếp vào phin lọc mỡ. Ngược lại, nếu treo cao quá 2.100mm, cột khói khi bay lên đến miệng chụp đã bị gió ngang trong phòng thổi tản mát ra ngoài.

• Độ vươn phủ chườm của mép chụp (Overhang):

  • Chiều sâu và chiều dài của chụp hút khói bắt buộc phải làm rộng hơn mép ngoài của thiết bị nấu bên dưới từ 150mm đến 200mm ở tất cả các cạnh tự do (không áp tường).

  • Ví dụ thực tế: Một chiếc bếp Á đôi có chiều sâu tính từ tường ra là 800mm, thì chiếc chụp hút khói Inox treo phía trên phải có chiều sâu tối thiểu từ 900mm đến 950mm. Riêng đối với khu vực đặt lò nướng cửa mở trước (như lò Combi, lò nướng tầng) hoặc tủ nấu cơm công nghiệp, độ vươn phía trước mặt cửa tủ nên đạt từ 250mm – 300mm để đón trọn luồng hơi nóng bốc ra mỗi khi nhân viên mở cánh cửa tủ.

Cấu tạo tấm phin lọc mỡ (Baffle Filter) đặt nghiêng 45 độ, rãnh dẫn dầu và cốc hứng mỡ Inox 304

Một chiếc tum chụp hút mùi đạt chuẩn an toàn PCCC tuyệt đối không phải là một chiếc phễu tôn rỗng hút thẳng mỡ vào đường ống, mà phải giữ lại được từ 75% đến 85% lượng hạt dầu mỡ ngay tại miệng chụp thông qua 3 bộ phận cơ khí:

1. Tấm phin lọc mỡ ly tâm (Stainless Steel Baffle Filter):

   • Được gia công từ các thanh lá Inox SUS 304 hoặc SUS 430 uốn cong xếp so le nhau (kích thước tiêu chuẩn mỗi tấm thường là 500 x 500 x 45mm hoặc 400 x 500 x 45mm).

   • Tấm phin được đặt nghiêng một góc 45 độ so với phương ngang bên trong lòng chụp. Khi luồng khói nóng mang theo hạt dầu mỡ bay qua các khe uốn lượn của phin lọc, dòng khí bị đổi hướng đột ngột theo lực ly tâm khiến các hạt mỡ nặng va vào bề mặt lá inox, ngưng tụ thành giọt lỏng và chảy dọc theo rãnh lá xuống dưới, chỉ cho không khí đã tách mỡ đi lên đường ống gió.

   • Ngoài ra, cấu tạo lá kim loại xếp chồng của phin Baffle còn đóng vai trò là lá chắn ngăn lửa (Flame Arrestor), không cho ngọn lửa từ chảo xào bén lên đường ống gió phía trên.

2. Rãnh dẫn dầu bao quanh chu vi lòng chụp (Grease Gutter):

   • Toàn bộ mép dưới bên trong của thân chụp hút được chấn gấp tạo thành một máng rãnh sâu 30mm – 40mm có độ dốc nghiêng nhẹ về hai góc cuối của chụp hút để thu gom toàn bộ lượng mỡ lỏng chảy xuống từ các tấm phin lọc.

3. Cốc hứng dầu tháo rời (Removable Grease Cup):

   • Tại điểm thấp nhất của rãnh dẫn dầu được hàn ống xả dẫn thẳng xuống cốc hứng mỡ bằng Inox 304 treo gọn bên hông chụp. Cuối mỗi ca làm việc, nhân viên bếp chỉ cần nhấc nhẹ chiếc cốc inox này ra để đổ bỏ dầu thừa và rửa sạch chỉ trong 1 phút.

Khi nào dùng chụp hút đơn áp tường (Wall Canopy), khi nào dùng chụp hút đôi đảo bếp (Island Hood)?

Tùy thuộc vào cách bố trí dãy thiết bị nấu trên mặt bằng, xưởng cơ khí sẽ sản xuất 1 trong 2 kiểu dáng chụp hút khói sau:

• Chụp hút khói đơn vát 1 bên (Wall-mounted Canopy Hood):

  • Dùng cho dãy bếp nấu kê áp sát vào tường. Mặt lưng của chụp phẳng thẳng đứng để bắn vít cố định vào tường gạch/bê tông, mặt trước vát chéo 45 độ thẩm mỹ. Bên trong lắp 01 hàng phin lọc mỡ chạy dọc theo chiều dài bếp (chiều sâu chụp phổ biến từ 850mm – 1.000mm, chiều cao thân chụp 450mm – 500mm).

• Chụp hút khói đôi trung tâm (Central Island Canopy Hood):

  • Dùng cho mô hình Đảo bếp trung tâm (nơi 2 dãy bếp Á, bếp Âu, bếp chiên, tủ cơm đặt đấu lưng vào nhau ở giữa phòng).

  • Chụp hút đảo bếp được treo thả từ trần bê tông xuống bằng hệ thống ty ren chịu lực M10/M12, vát chéo đều cả 4 mặt, bên trong lắp 02 hàng phin lọc mỡ đấu lưng nhau hình chữ V ngược. Chiều rộng tổng thể của chụp hút đảo bếp thường dao động từ 1.800mm đến 2.400mm.

Công thức tính lưu lượng gió hút (m³/h), công suất quạt ly tâm và tiết diện đường ống dẫn khói

Để chọn đúng công suất quạt hút ly tâm (kW) và kích thước đường ống gió mà không bị thiếu tải hay thừa tải gây ồn, các kỹ sư cơ điện áp dụng trình tự tính toán 3 bước bằng các phép tính thực tế dưới đây:

Bước 1: Chọn vận tốc gió tại mặt chụp hút (Face Velocity – V) theo nhóm thiết bị nấu

Tùy thuộc vào lượng khói, hơi nước và nhiệt lượng tỏa ra từ thiết bị đặt bên dưới chụp hút, vận tốc gió hút qua tiết diện miệng chụp (V) được chia thành 4 cấp độ tiêu chuẩn:

• Cấp độ nhẹ (Light Duty – Vận tốc gió V = 0,20 đến 0,25 m/s): Áp dụng cho chụp hút đặt trên tủ nấu cơm công nghiệp, tủ hấp, nồi hầm canh bằng điện hoặc máy rửa bát công nghiệp (chủ yếu phát sinh hơi nước nóng, ít khói dầu).

• Cấp độ trung bình (Medium Duty – Vận tốc gió V = 0,25 đến 0,30 m/s): Áp dụng cho dãy bếp Âu 4–6 họng, bếp chiên nhúng, bếp chiên phẳng, lò nướng Salamander.

• Cấp độ nặng (Heavy Duty – Vận tốc gió V = 0,35 đến 0,40 m/s): Áp dụng cho dãy bếp Á xào lửa khè công suất lớn, chảo xào nghiêng, bếp chiên rán liên tục trong nhà hàng và bếp ăn tập thể.

• Cấp độ siêu nặng (Extra Heavy Duty – Vận tốc gió V = 0,45 đến 0,50 m/s): Áp dụng cho các loại bếp nướng than hoa, lò quay vịt dùng than củi sinh ra nhiều khói đặc và bụi than.

Bước 2: Công thức tính tổng lưu lượng gió cần hút (Q)

Sau khi có kích thước miệng chụp hút gồm Chiều dài (L – mét) và Chiều rộng/sâu (W – mét), diện tích miệng chụp hút là F = L x W (m²). Lưu lượng gió cần hút trong 1 giờ được tính theo công thức:

Công thức tính lưu lượng gió hút (Q):

• Lưu lượng gió tính theo m³/giây: Q (m³/s) = Diện tích miệng chụp F (m²) x Vận tốc gió mặt chụp V (m/s)

• Lưu lượng gió tính theo m³/giờ: Q (m³/h) = L (m) x W (m) x V (m/s) x 3.600

(Lưu ý thực tế: Với chụp hút đơn áp tường có 3 mặt thoáng, nhiều kỹ sư cũng kiểm tra chéo theo công thức chu vi mở: Lưu lượng Q bằng khoảng 1.000 đến 1.500 m³/h cho mỗi 01 mét dài chụp hút tùy thuộc vào bếp Âu hay bếp Á lửa khè).

Ví dụ tính toán thực tế cho một dãy bếp nhà hàng: Giả sử khu bếp của bạn có dãy bếp Á xào và bếp chiên tổng chiều dài là 3,6m; bạn đặt gia công một chiếc chụp hút khói Inox dài L = 4,0m và sâu W = 0,9m (Diện tích miệng chụp F = 4,0 x 0,9 = 3,6 m²). Do có bếp Á xào lửa lớn nên chọn vận tốc gió mặt chụp chuẩn là V = 0,35 m/s.

• Lưu lượng gió hút cần thiết (m³/s): 3,6 m² x 0,35 m/s = 1,26 m³/s.

• Lưu lượng gió hút trong 1 giờ (m³/h): 1,26 x 3.600 = 4.536 m³/h.

• Cộng hệ số dự phòng tổn thất áp suất đường ống (15%): 4.536 x 1,15 = ~5.200 m³/h.

• Kết luận chọn quạt hút: Chủ đầu tư cần chọn 01 quạt hút ly tâm công nghiệp công suất khoảng 2,2kW – 3,0kW (3HP – 4HP) có lưu lượng danh định đạt từ 5.500 đến 6.500 m³/h và cột áp tĩnh đạt từ 350 Pa – 500 Pa (tùy chiều dài đường ống thoát khói lên mái).

Bước 3: Công thức tính tiết diện đường ống dẫn khói Inox để không gây tiếng ồn

Khi luồng gió 5.200 m³/h ở trên được gom từ chụp hút đẩy vào đường ống dẫn khói, nếu làm đường ống quá nhỏ, vận tốc gió chạy trong ống sẽ vọt lên quá 15 – 18 m/s gây ra tiếng rít gió chói tai. Ngược lại, nếu làm ống quá to khiến vận tốc gió tụt xuống dưới 7 m/s, các hạt dầu mỡ lơ lửng sẽ không đủ lực đẩy bay ra ngoài mà lắng đọng bám dày đặc vào đáy ống.

Do đó, vận tốc gió trong đường ống dẫn khói bếp (Vo) bắt buộc phải duy trì trong dải từ 9 m/s đến 12 m/s (chuẩn tối ưu là 10 m/s):

Công thức tính tiết diện đường ống dẫn khói (S):

• Tiết diện ống gió S (m²) = Lưu lượng gió Q (m³/s) / Vận tốc gió trong ống Vo (10 m/s)

Áp dụng tiếp vào ví dụ trên (với lưu lượng đã cộng dự phòng là 1,45 m³/s và chọn vận tốc gió trong ống là 10 m/s):

• Tiết diện đường ống cần thiết (S): 1,45 m³/s / 10 m/s = 0,145 m².

• Quy đổi ra kích thước ống gió vuông Inox/Tôn mạ kẽm: Có thể chọn ống tiết diện 400mm x 380mm (hoặc 450mm x 350mm nếu trần thấp cần ép dẹt ống). Nếu dùng ống tròn xoắn thì chọn đường kính Phi 430mm – 450mm.

Bảng tra cứu nhanh thông số Chụp hút khói, Đường ống và Quạt hút theo chiều dài dãy bếp:

Bài toán cân bằng áp suất và tích hợp hệ thống cấp gió tươi ngay từ giai đoạn thiết kế mặt bằng bếp

Đối với các khu bếp mở có nhiều cửa sổ thông thoáng ra ngoài trời, lượng không khí tự nhiên tràn qua cửa có thể tự bù đắp cho lượng khí bị quạt hút rút đi. Tuy nhiên, đối với các gian bếp kín nằm trong tầng hầm, trung tâm thương mại, khách sạn hoặc bếp ăn một chiều đóng kín cửa ngăn côn trùng, bạn bắt buộc phải thiết kế song song 02 đường ống độc lập: Đường ống hút khói thải ra (Exhaust Air) và Đường ống cấp gió tươi sạch vào (Fresh Make-up Air).

Quy tắc vàng cân bằng áp suất âm nhẹ (80% – 85%):

• Lưu lượng của quạt cấp gió tươi sạch vào phòng bếp không bao giờ được lớn hơn lưu lượng quạt hút khói (vì nếu cấp vào nhiều hơn hút ra sẽ tạo áp suất dương đẩy mùi thức ăn trong bếp tràn ngược ra phòng ăn của khách).

• Tỷ lệ chuẩn quốc tế là Lưu lượng gió tươi cấp bù = 75% đến 85% Lưu lượng gió hút khói.

  • Ví dụ: Hệ thống hút khói rút ra 5.200 m³/h, thì hệ thống quạt cấp gió tươi sẽ bơm trả lại phòng bếp khoảng 4.000 đến 4.400 m³/h không khí sạch đã qua lưới lọc bụi. Mức chênh lệch âm 15% – 20% này giúp giữ một áp suất âm nhẹ vừa đủ để không khí mát từ sảnh nhà hàng luôn có xu hướng đi nhẹ vào bếp, khóa chặt 100% mùi dầu mỡ không bao giờ lọt ra khu vực bàn ăn của thực khách.

Bởi hệ thống đường ống hút khói và ống cấp gió tươi chiếm nhiều không gian trần nhất và phụ thuộc trực tiếp vào vị trí đặt dãy bếp nấu bên dưới, hạng mục này cần được tính toán đồng thời ngay trong gói dịch vụ thiết kế bếp công nghiệp tại Thietkebep.com để tránh xung đột với dầm bê tông, hệ thống đèn chiếu sáng và đầu phun chữa cháy Sprinkler. Khi kiến trúc sư và kỹ sư cơ điện quy hoạch đồng bộ mặt bằng thiết bị bếp cùng mạng lưới đường ống thông gió ngay trên bản vẽ thiết kế bếp công nghiệp 2D, 3D, đường ống dẫn khói sẽ được bố trí đi theo trục thẳng ngắn nhất ra ngoài trời, giảm thiểu số lượng cút cua và tiết kiệm tối đa chi phí vật tư tôn Inox.

Bên cạnh đó, để giảm thiểu tiếng ồn cơ học truyền từ quạt ly tâm theo đường ống tôn vào phòng bếp, tại điểm nối giữa cổ quạt hút và đường ống gió chính luôn phải lắp đặt khớp nối mềm chống rung bằng bạt chịu nhiệt (Flexible Canvas Connector) kết hợp hộp ống gió tiêu âm (Duct Silencer) có lót bông khoáng cách âm dày 50mm và treo quạt trên hệ lò xo giảm chấn. Giải pháp đồng bộ từ gia công cơ khí chụp hút Inox 304 sắc nét đến tính toán khí động học chuẩn xác sẽ mang lại một môi trường làm việc mát mẻ, yên tĩnh, giúp đội ngũ đầu bếp phát huy tối đa hiệu suất trong suốt ca vận hành.