中式烹飪對被動式建筑耗能影響的實踐研究

楊 帆

(國家開放大學蘭州學院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

20世紀90年代初起源于德國的被動房概念，已成功的傳播到歐洲和歐洲以外的地區(qū)。它的目標是以合理的成本，超低的能耗，提供最佳的室內(nèi)環(huán)境。為達到這一目標，被動房概念使用各種策略，實現(xiàn)建筑物周圍與內(nèi)部能量流動的最小化。廚房中抽油煙機的使用對房間內(nèi)積存的熱量和濕度會有較大影響，而中式的烹飪方式又對溫度和濕度有改善。

飲食在中國占重要地位。中餐特別豐富多樣，各地區(qū)都有不同的傳統(tǒng)菜肴。在本研究范圍內(nèi)，烹飪對廚房內(nèi)部的熱量和濕度增加的影響特別重要。中國美食的一個特點是使用熱炒鍋炒菜，大多采用5 kW～10 kW的高熱量輸出燃氣爐，一般使用時間相對較短。然而，也有用湯鍋長時間燉煮的菜肴。除此之外，米飯是主食，常用節(jié)能電飯煲煮飯，造成的熱負荷與濕負荷很小。

1 被動房廚房熱工

假定廚房使用方式很不相同，相應差異很大。有些傳統(tǒng)家庭一天在家里烹任幾次，而另一極端是吃速食餐或購買外賣。然而必須假定中國廚房的平均使用強度比歐洲廚房高。在不同來源的基礎上，通過個體詢間、網(wǎng)絡調(diào)查，設定了三種廚房內(nèi)部熱負荷與濕負荷狀況，旨在涵蓋蘭州大部分存在的現(xiàn)象。廚房中炊具的效能分級，處理過程損失和炒好的菜放在廚房外桌上的散熱，都納入考慮。

第二個影響熱工表現(xiàn)的參數(shù)是廚房的通風。目前從廚房排除高熱量、水分、油脂和氣味負荷的標準解決方案是用抽油煙機抽取空氣向外排放。GB 50736中列舉了300 m3/h和500 m3/h之間排風量的抽油煙機，這些數(shù)值對應著在歐洲市場上典型的商用抽油煙機。如此大的排氣量，室外空氣流入補充是絕對必要的，無論是通過一個敞開的窗口，或通過在外墻上的適當進氣口，這些開口除了使用期間之外都保持關閉，否則空氣會通過泄漏點涌入全家。按被動房的氣密性水平，對應上述流量的壓力差約需100 Pa。

考慮到建筑物的能源需求和熱舒適性，冬天以及夏季炎熱時期中，最好避免廚房的不必要空氣交換。用排風式抽油煙機從廚房排除熱、濕負荷，尤其是在外部高溫的夏季(典型的蘭州白天:32 ℃)，不可能維持在舒適范圍內(nèi)。即使沒有更準確的模擬，也可推薦使用循環(huán)式抽油煙機，通過濾油網(wǎng)和活性炭過濾器適當凈化烹飪區(qū)升起的蒸汽。濕氣和殘留的氣味通過廚房的連續(xù)回風去除。因此上述的內(nèi)部負荷狀況與兩種通風狀況相結(jié)合：要么沒有外部空氣交換，要么以500 m3/h風量啟動排風式抽油煙機，早上、中午和晚上各30 min。

2 模擬結(jié)果

如果廚房沒有其自己的制冷和除濕裝置，例如一個獨立的分體式空調(diào)，則夏季的溫度和濕度水平將高于建筑物內(nèi)的其他房間，造成內(nèi)部負荷較高。另外一方面，如果使用抽油煙機，在冬季偶爾會出現(xiàn)比其他房間溫度低的情況，盡管內(nèi)部熱負荷很高。所得室內(nèi)環(huán)境的可接受程度，可以通過送風制冷的例子來得到最好的解釋。此時廚房只能通過間接的方式進行空氣調(diào)節(jié)，而內(nèi)部的房間門大多保持關閉。我們使用蘭州新區(qū)的氣候數(shù)據(jù)來比較不同的情況。

在別墅廚房的溫度和濕度分布。在最有利的情況下，即中等的內(nèi)部負荷，并且裝有循環(huán)式抽油煙機，獨立廚房的夏季溫度在使用時常升至27 ℃。也就是超出了舒適范圍大約2 ℃，這種差異對工作間來說還是可以接受的。冬季溫度最高為22 ℃，僅略有增加。廚房濕度會上升至含濕量14 g/kg，這不理想，但是勉強可以接受。

如果別墅的獨立廚房使用排風式抽油煙機，夏季溫度會高達30 ℃，空氣濕度水平有時高于含濕量16 g/kg，這是難以接受的，尤其是在使用過程中。相反，冬天廚房的溫度有時下降至19 ℃。在冬季的含濕量也會降低。對二層客廳和廚房合并成的大面積空間，也充當了送風溫度的調(diào)節(jié)室，全年保持在舒適范圍內(nèi)。這里的負荷(相對較小，因使用率較低)由空調(diào)和大房間的熱容量補償。即使內(nèi)部負荷較高，使用排風式抽油煙機，結(jié)果也還可以。雖然某些情況下含濕量超過14 g/kg，相對濕度超過70%。

高內(nèi)部負荷下，即使用了循環(huán)式抽油煙機仍導致類似的情況。然而，這里的冬季溫度也可觀地提高到24 ℃。與使用排風式抽油煙機相比，夏季可以實現(xiàn)稍低的溫度和濕度水平。后者的原因是室外空氣負荷較低。為了能夠更好地量化不同類型操作的能源需求，必須考慮所有的情況，假設理想的采暖、制冷和除濕。在蘭州氣候中，不同的廚房熱負荷狀況只會導致年度能源需求在冬季和夏季之間平移；在三種負荷狀況下，采暖、制冷和除濕需求的總和大致保持不變。在采暖為主的氣候區(qū)如哈爾濱和烏魯木齊，廚房較高的內(nèi)部負荷可降低采暖需求。而在溫暖的氣候區(qū)如廣州和瓊海，則會增加對溫濕調(diào)節(jié)的總需求。

在蘭州，排風式抽油煙機與循環(huán)式抽油煙機相比(見表1，表2，圖1)，增加了約10 kWh/(m2·年)的使用能源需求。這一結(jié)果與廚房的使用方式(輕、中、高負荷)關系不大。也必須在此指出，在所有的情況下，只要有一扇連接客廳并且經(jīng)常敞開的門，廚房的舒適條件就可以得到改善——在參考模型中的內(nèi)門每天僅開放5 h。也可以假設，使用者無論使用哪一種抽油煙機，都會在不適、潮濕、油煙和氣味中達到一個自己可以接受的平衡點。

表1 輕負荷循環(huán)式抽油煙機通過送風進行溫濕調(diào)節(jié)統(tǒng)計表

表2 高負荷排風式抽油煙機通過送風進行溫濕調(diào)節(jié)統(tǒng)計表

3 結(jié)論及建議

抽油煙機大大增加空調(diào)的能耗。此外，還有額外空氣流入的潛在麻煩。技術改進理所當然。誘導通風式抽油煙機已用于工業(yè)廚房，它通過控制室外空氣供應可減少排風量約50%。也有帶熱回收的抽油煙機。然而，對于住宅建筑的廚房，這些方法似乎過于昂貴。建議用可過濾油脂和氣味的循環(huán)式抽油煙機代替。一般來說，抽油煙機應具有較高的能效。接近被動房通風系統(tǒng)(0.45 Wh/m3)的電力消耗是可接受的，使用過程中幾百瓦功率消耗并不罕見。

建議選用高效的烹飪設備，以滿足舒適度和節(jié)能的需求。尤其是在夏季溫暖及炎熱的氣候區(qū)。例如，自動電飯煲已經(jīng)非常普遍，這要比用燃氣爐煮飯產(chǎn)生的熱量和濕度負荷少得多。燃氣明火只有50%熱量加熱了鍋具，其他熱量流失而立即進入房間；使用電磁爐要有利得多?，F(xiàn)在已經(jīng)有電力炒菜鍋。恒溫控制，下部隔熱的電炒鍋很有優(yōu)勢，因為高溫就直接產(chǎn)生在最需要的地方。中國現(xiàn)代商業(yè)廚房已經(jīng)有適用炒菜鍋的專用電磁爐灶臺，這可能是一個更理想的辦法。