對集成灶熱效率測試與計算方法的研究

張兆民

（河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司 河南鄭州 450044）

1 引言

中國傳統(tǒng)的烹飪習(xí)慣是以煎、炒、炸等為主，烹飪過程中所產(chǎn)生的廚房油煙問題一直困擾著每個家庭，雖然現(xiàn)在家庭中都配備了傳統(tǒng)吸油煙機(jī)，但由于傳統(tǒng)的吸油煙機(jī)屬于上吸式設(shè)計，有可能會使油煙擴(kuò)散嚴(yán)重，污染室內(nèi)空氣，烹飪時產(chǎn)生的油煙長時間吸入將導(dǎo)致呼吸道疾病和慢性中毒，甚至可能誘發(fā)呼吸和消化系統(tǒng)癌癥。集成灶是一種集吸油煙機(jī)、燃?xì)庠罹呒跋竟竦犬a(chǎn)品于一體的現(xiàn)代廚房設(shè)備，其運(yùn)用微空氣動力學(xué)原理，采用上側(cè)吸或深井側(cè)吸以及下排風(fēng)產(chǎn)生流體負(fù)壓區(qū)的原理，讓烹飪產(chǎn)生的油煙往下被吸走，可以說是對傳統(tǒng)吸油煙機(jī)的一次革命性顛覆，徹底根除了廚房油煙問題。集成灶的吸油煙口距油煙發(fā)生源的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)吸油煙機(jī)距油煙發(fā)生源的距離，從而吸走油煙，但同時也會多帶走燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致集成灶的整體熱效率有所降低。因此，對集成灶熱效率測試與計算方法的研究變得至關(guān)重要，這不僅能幫助消費(fèi)者選擇較為經(jīng)濟(jì)節(jié)能的集成灶，而且將為集成灶的節(jié)能改進(jìn)指明方向。

2 集成灶熱效率測試與計算方法的分析

2.1 集成灶的分類

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中將集成灶按照排氣方式的不同，分為環(huán)吸式集成灶和側(cè)吸式集成灶兩種。所謂的環(huán)吸式集成灶，鍋架是凹進(jìn)去的，下排式煙機(jī)放置于集成灶內(nèi)部，灶面下凹，集成灶工作時產(chǎn)生的煙氣通過風(fēng)口吸入煙機(jī)系統(tǒng)，因其鍋支架凹于灶臺面，特地預(yù)留有單柄鍋鍋柄的放置口，以便于單柄鍋的放入，在使用時對鍋的口徑和操作方式、方法有一定要求；而所謂的側(cè)吸式集成灶，下排式煙機(jī)側(cè)立于灶的側(cè)面，采用側(cè)吸的方式，集成灶工作時產(chǎn)生的煙氣側(cè)吸入煙機(jī)系統(tǒng)，集成灶鍋支架高于灶面，對所使用的鍋沒有特殊的要求。

2.2 集成灶熱效率測試與計算方法

（1） 排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中對熱效率的測試與計算方法是按照GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺分袑?shí)測熱負(fù)荷的測試方法，在排風(fēng)裝置關(guān)閉時測試集成灶的實(shí)測熱負(fù)荷，按照表1要求選擇熱效率測試用上限鍋和下限鍋。待燃燒穩(wěn)定后坐上鍋，水初溫應(yīng)取室溫加5K，水終溫應(yīng)取水初溫加50K。水溫由初始溫度前5K時開始攪拌，到初溫時開始計量燃?xì)庀?，在比初始溫度?5K時又開始攪拌，當(dāng)比水初溫高50K時，記錄燃?xì)庀牧?。由式?）計算實(shí)測排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率值。

式中：

η1──排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率，%；

M──加熱水量，kg；

C──水的比熱，為4.19×10-3MJ/kg?℃；

V1──實(shí)測燃?xì)庀牧?，m3；

Q1──15℃、101.3kPa狀態(tài)下的試驗(yàn)氣低熱值，MJ/m3；

tg──測定時燃?xì)饬髁坑媰?nèi)的燃?xì)鉁囟龋妫?/p>

Pamb──試驗(yàn)時的大氣壓力，kPa；

Pm──實(shí)測燃?xì)饬髁坑媰?nèi)的燃?xì)庀鄬o壓力，kPa；

s──燃?xì)鉁囟葹閠g時的飽和水蒸氣壓力，kPa。

同一條件下做兩次以上的熱效率試驗(yàn)，連續(xù)兩次熱效率的差在兩次平均值的5%以下時，取平均值為實(shí)測熱效率，否則應(yīng)重新試驗(yàn)，直到偏差符合要求為止。試驗(yàn)完上限鍋和下限鍋的實(shí)測熱效率后，由式（2）計算試驗(yàn)集成灶灶頭的熱效率。

式中：η1,x──使用下限直徑鍋時的實(shí)測熱效率，%；

qx──使用下限直徑鍋試驗(yàn)時的鍋底熱強(qiáng)度，W/cm2；

qs──使用上限直徑鍋試驗(yàn)時的鍋底熱強(qiáng)度，W/cm2；

η1,s──使用上限直徑鍋時的實(shí)測熱效率，%。

（2）排風(fēng)裝置開啟時的熱效率

排風(fēng)裝置設(shè)置在最高檔位時，重復(fù)上述熱效率測試方法得到排風(fēng)裝置開啟時的熱效率η2。

（3）集成灶的熱效率

由式（3）計算集成灶的熱效率值。

式中：η──集成灶熱效率，%；

η1──排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率，%；

η2──排風(fēng)裝置開啟時的熱效率，%。

（4）集成灶熱效率的要求

集成灶熱效率不應(yīng)小于50%。

2.3 對集成灶熱效率測試與計算方法的分析

目前由于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺分袩嵝蕼y試與計算方法是將關(guān)閉燃?xì)夂罄^續(xù)攪拌所達(dá)到的水溫作為水終溫，針對這點(diǎn)，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了部分大燃燒器或大鑄鐵鍋架等異形燃?xì)庠罹?，大燃燒器或大鑄鐵鍋架在燃燒過程中所存儲的熱量可以將關(guān)閉燃?xì)夂蟮乃疁厣^續(xù)提高4K左右，其計算得到的熱效率值將大為提升，且可能達(dá)到節(jié)能高效燃?xì)庠罹叩囊?，但其本身可能是尚不能滿足標(biāo)準(zhǔn)限定熱效率值要求的不合格燃?xì)庠罹摺Ｒ虼?，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率測試與計算方法采用的是廢止國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-1996《家用燃?xì)庠罹摺分械臒嵝视嬎惴椒ǎ梢员苊膺@方面測試與計算帶來的誤差，且更能貼近使用集成灶時的實(shí)際熱效率值。同時，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中規(guī)定將排風(fēng)裝置關(guān)閉時，熱效率和排風(fēng)裝置設(shè)置在最高檔位時熱效率的平均值作為集成灶熱效率的判定依據(jù)，是對國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺分嘘P(guān)于熱效率要求的一次提高。

3 對集成灶熱效率的實(shí)測分析與節(jié)能措施建議

3.1 集成灶熱效率的實(shí)測分析

為了對集成灶的熱效率情況有所了解，同時保證實(shí)驗(yàn)測試與計算結(jié)果具有可比性，實(shí)驗(yàn)選取（相同的額定熱負(fù)荷且排風(fēng)裝置在最高擋位時功率相同的煙機(jī)）3種環(huán)吸式集成灶（爐腔直徑及深度都相同）、3種側(cè)吸式集成灶（風(fēng)口面積大小和高度都相同）進(jìn)行熱效率測試與計算，測試條件為：實(shí)驗(yàn)氣源為天然氣12T，燃?xì)鉁囟葹?9.5℃，環(huán)境溫度為20.3℃，大氣壓力為100.55 kPa，熱效率測試與計算結(jié)果見表2。

表1 試驗(yàn)用鍋和加熱水量的選擇

表2 集成灶熱效率測試與計算結(jié)果

(1) 從表2分析可知：在相同測試條件下，集成灶在排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率值η1遠(yuǎn)高于排風(fēng)裝置開啟且設(shè)定在最高檔位時熱效率值η2，這主要是由于吸油煙機(jī)的開啟，吸油煙機(jī)在抽走油煙的同時也帶走了相當(dāng)部分的熱量，特別是環(huán)吸式集成灶，其油煙吸口離火焰太近，表現(xiàn)得更為明顯。

(2) 從表2分析可知：環(huán)吸式集成灶和側(cè)吸式集成灶在排風(fēng)裝置關(guān)閉時的熱效率值η1相差不大；但當(dāng)排風(fēng)裝置開啟且設(shè)定在最高檔位時，環(huán)吸式集成灶的熱效率值η2明顯低于側(cè)吸式集成灶的熱效率值，兩者相差近5%，從而使環(huán)吸式集成灶的熱效率值η低于側(cè)吸式集成灶的熱效率值，兩者相差近3%，其同樣是由于環(huán)吸式集成灶油煙吸口離火焰太近，減少了熱量在鍋底面停留時間，另一方面，氧氣不夠充足導(dǎo)致燃燒不充分也是環(huán)吸式集成灶要比側(cè)吸式集成灶熱效率低的主要原因。

3.2 燃?xì)庠罹邿嵝实臏y試方法的統(tǒng)一性

集成灶是家用燃?xì)庠罹叩囊环N，也就是說行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》是國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺返囊粋€分支，但兩者關(guān)于熱效率的測試與計算方法卻不相同，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率的測試方法采用的是廢止國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-1996《家用燃?xì)庠罹摺分袩嵝实臏y試方法，不僅能避免異形灶的產(chǎn)生，而且更能貼近用戶實(shí)際使用燃?xì)庠罹叩那闆r。因此，建議對國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺分袩嵝蕼y試與計算方法進(jìn)行修改，仍采用廢止國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-1996《家用燃?xì)庠罹摺分袩嵝实臏y試方法，以便統(tǒng)一集成灶和燃?xì)庠罹叩臒嵝蕼y試方便，體現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

3.3 經(jīng)濟(jì)節(jié)能集成灶的選擇

由于結(jié)構(gòu)的不同，側(cè)吸式集成灶的熱效率明顯高于環(huán)吸式集成灶的熱效率；另一方面，側(cè)吸式集成灶的鍋支架高于灶面，在烹飪后便于清洗，而環(huán)吸式集成灶的鍋支架凹于灶臺面，在烹飪后不便于清洗。因此，無論是從經(jīng)濟(jì)節(jié)能方面考慮還是從實(shí)用性方面考慮，側(cè)吸式集成灶優(yōu)于環(huán)吸式集成灶，可作為經(jīng)濟(jì)節(jié)能集成灶的首選。

3.4 側(cè)吸式集成灶的節(jié)能改進(jìn)措施

側(cè)吸式集成灶讓用戶遠(yuǎn)離油煙，但由于吸油煙機(jī)在抽走油煙的同時不但減少了高溫?zé)煔庠阱伒椎耐Ａ魰r間，而且也加快了高溫?zé)煔馀c周圍空氣的冷卻混合，帶走了相當(dāng)部分的熱量，以至于造成部分側(cè)吸式集成灶熱效率降低。因此，必須通過節(jié)能改進(jìn)措施來提高側(cè)吸式集成灶的熱效率，可以從減少側(cè)吸式集成灶的熱損失和降低吸油煙機(jī)帶走的熱量兩方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1）減少側(cè)吸式集成灶的熱損失

減少側(cè)吸式集成灶熱損失的主要節(jié)能措施有：保持合理的火焰高度，可適當(dāng)降低集成灶的鍋架高度，使燃燒火焰的高溫區(qū)盡可能貼近鍋底，減少燃燒火焰對周圍空氣加熱所帶來的熱損失；增加防風(fēng)圈或隔熱板，減小鍋底面的空氣流動速度，增加高溫?zé)煔庠阱伒椎耐Ａ魰r間，來強(qiáng)化熱量傳遞以減少熱量的流失。

（2）降低吸油煙機(jī)帶走的熱量

降低吸油煙機(jī)帶走熱量的主要節(jié)能措施有：適當(dāng)改變吸油煙機(jī)吸風(fēng)口導(dǎo)流柵方向，增加燃燒火焰與鍋底的接觸時間；根據(jù)燃燒火焰強(qiáng)度大小實(shí)現(xiàn)對吸油煙機(jī)變頻控制，從而降低吸油煙機(jī)帶走的熱量，從而提高側(cè)吸式集成灶的熱效率。

4 小結(jié)

隨著人們對健康廚房的不斷追求和對集成灶認(rèn)知度的不斷提高，集成灶的市場占有率將大幅度提高。通過對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率測試與計算方法分析，對比測試了環(huán)吸式集成灶和側(cè)吸式集成灶在排風(fēng)裝置關(guān)閉時和排風(fēng)裝置開啟且設(shè)置在最高檔位時兩種測試工況下的熱效率值情況，建議將側(cè)吸式集成灶作為經(jīng)濟(jì)節(jié)能集成灶的首選。另一方面，為了體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和嚴(yán)謹(jǐn)性，建議統(tǒng)一國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺泛托袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率測試與計算方法。另外，從減少側(cè)吸式集成灶的熱損失和降低吸油煙機(jī)帶走熱量兩方面的節(jié)能改進(jìn)措施，提高側(cè)吸式集成式灶具的熱效率。

[1] GB 16410-1996《家用燃?xì)庠罹摺穂S].

[2] GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺穂S].

[3] GB/T 16411-2008《家用燃?xì)庥镁咄ㄓ迷囼?yàn)方法》[S].

[4] CJ/T 386-2012《集成灶》[S].

[5] 周愛華，集成式燃?xì)庠罹叩臒嵝始肮?jié)能措施探討[J]. 家用燃?xì)饩撸?010年第1期.

[6] 姜正侯，燃?xì)馊紵c應(yīng)用[M]. 北京，中國建筑工業(yè)出版社，2000.