側吸式集成灶熱效率與煙管長度關系探討

陳 程, 張 華, 楊麗杰, 劉博嚴, 閆文濤,張 軍, 王家欣 , 秦寒生

(1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司 城市燃氣熱力研究院, 天津 300384;2.國家燃氣用具質量檢驗檢測中心, 天津 300384)

1 概述

中國傳統(tǒng)的烹飪習慣是以煎、炒、炸等為主,烹飪過程中產(chǎn)生的油煙問題一直困擾著每個家庭,雖然現(xiàn)在家庭中都配備了吸油煙機,但吸油煙效果不盡人意,在這種情況下集成灶應運而生。比起傳統(tǒng)的吸油煙機,集成灶能更好地抽吸油煙,凈化廚房環(huán)境。市場上集成灶主要款式有兩種:環(huán)吸式、側吸式。試驗對比發(fā)現(xiàn)側吸式集成灶比環(huán)吸式集成灶熱效率高,操作方便,實用性強,更受消費者青睞[1-3]。側吸式集成灶結構見圖1。

圖1 側吸式集成灶結構

影響側吸式集成灶熱效率的因素很多,包括風機的風量、擋風板高度、煙管長度等。GB 30720—2014《家用燃氣灶具能效限定值及能效等級》沒有對測試集成灶熱效率時的煙管長度進行規(guī)定。本文按照GB 30720—2014的熱效率測試方法,以10臺不同品牌的側吸式集成灶為樣本,分別配置不同長度的煙管,進行熱效率、排煙速度、風機功率測試及分析,以探究熱效率、排煙速度、風機功率與煙管長度的關系。

2 熱效率測試

2.1 試驗條件及狀態(tài)

① 室溫為(20±5)℃,每次試驗過程中室溫波動應小于5 ℃。

② 室內(nèi)一氧化碳體積分數(shù)應小于0.002%,二氧化碳體積分數(shù)應小于0.2%,試驗灶具周圍1 m處空氣流速不超過0.1 m/s。

③ 電源條件:使用交流電源,電壓波動范圍在±2%以內(nèi)。

④ 對燃燒所需的空氣量,應使用標準試驗氣在額定燃氣壓力下調(diào)節(jié)到燃燒火焰最佳狀態(tài),然后將風門固定,各項性能試驗時不得再調(diào)風門。

2.2 熱效率試驗與計算方法

在上述試驗條件及狀態(tài)下,根據(jù)GB 30720—2014中附錄C選定試驗用鍋和加熱水量,依照GB 30720—2014中第5.3節(jié)的試驗方法進行測試,根據(jù)式(1)、(2)計算出上限鍋、下限鍋的實測熱效率,同一條件下作兩次以上試驗,連續(xù)兩次熱效率差在1%以下時,取平均值為實測熱效率,否則應重新試驗,直到合格為止。試驗完使用上限鍋和下限鍋的實測熱效率后,利用式(3)計算得到試驗燃燒器的熱效率。

GB 30720—2014中第5.3節(jié)的使用上限鍋、下限鍋實測熱效率計算式為:

(1)

m=m1+0.213m2

(2)

式中ηs——實測熱效率

m——實際加入的水與鋁鍋換算的當量加水量,kg

c——水的比熱容,MJ/(kg·K),為4.19×10-3MJ/(kg·K)

t2——水的終溫,℃

t1——水的初溫,℃

V——實測燃氣消耗量,m3

Hi——15 ℃、101.3 kPa狀態(tài)下試驗氣低熱值,MJ/m3

tg——試驗時燃氣流量計內(nèi)的燃氣溫度,℃

pamb——試驗時大氣壓力,kPa

pm——試驗時燃氣流量計內(nèi)燃氣相對靜壓力,kPa

pw——溫度為tg時的水飽和蒸氣壓力,kPa

m1——加入鍋內(nèi)的水質量,kg

m2——鋁鍋(含蓋子和攪拌器)的質量,kg

GB 30720—2014中第5.3節(jié)的試驗燃燒器的熱效率計算式為:

(3)

式中η——熱效率

ηS1——使用下限鍋時實測熱效率

q1——使用下限鍋試驗時鍋底熱流密度,W/cm2

q2——使用上限鍋試驗時鍋底熱流密度,W/cm2

ηS2——使用上限鍋時實測熱效率

3 排煙速度和風機功率測試

在進行熱效率測試的同時,采用風速儀在煙管出口中心測量得到排煙速度,在智能變頻電源上讀取風機功率。智能變頻電源可以輸出穩(wěn)定電壓,顯示負載設備的電流及功率等參數(shù)。

4 不同煙管長度下集成灶測試試驗

4.1 試驗用燃氣與樣機參數(shù)

以10臺不同品牌的大氣式側吸式集成灶為樣本,分別配置不同長度的煙管,進行熱效率測試試驗。試驗用燃氣參數(shù)見表1。10臺試驗樣機的煙管內(nèi)直徑均為180 mm,6臺樣機使用交流風機,4臺樣機使用直流風機,每臺樣機的左燃燒器與右燃燒器額定熱負荷相同。樣機參數(shù)見表2,其中額定壓力為2.0 kPa的樣機燃用天然氣,額定壓力為2.8 kPa的樣機燃用液化石油氣。對10臺試驗樣機配置不同長度的煙管,將配置的煙管長度除以標配煙管長度得到的值稱為長度比,用符號n表示。對于編號為1～4的樣機,n取1、2、3;對于編號為5～10的樣機,n取1、2、3、4。

表1 試驗用燃氣參數(shù)

表2 樣機參數(shù)

4.2 試驗結果

10臺樣機熱效率隨n的變化見圖2,使用交流風機的樣機排煙速度、風機功率隨n的變化見圖3,使用直流風機的樣機排煙速度、風機功率隨n的變化見圖4。

圖2 樣機熱效率隨n的變化

圖3 使用交流風機的樣機排煙速度、風機功率隨n的變化

圖4 使用直流風機的樣機排煙速度、風機功率隨n的變化

4.3 結果分析

GB 30720—2014中4.2節(jié)給出了大氣式集成灶的能效等級劃分標準,見表3。

表3 大氣式集成灶的能效等級劃分標準

將長度比為m的煙管稱為m倍煙管。

由圖2可知,每臺試驗樣機熱效率隨著n增大逐漸增大。使用2倍煙管時,10臺樣機平均熱效率比使用標配煙管時高0.95個百分點,使用3倍煙管時,10臺樣機平均熱效率比使用2倍煙管時高1.34個百分點。按照表3進行判定,當10臺樣機均使用標配煙管時,10臺樣機中能夠達到1級的樣機有5臺;當10臺樣機均使用2倍煙管時,能夠達到1級的樣機有8臺;當10臺樣機均使用3倍煙管時,都能達到1級。

由圖3可知,每臺使用交流風機的試驗樣機,隨著n增大,排煙速度逐漸減小,風機功率逐漸減小。

由圖4可知,每臺使用直流風機的試驗樣機,隨著n增大,排煙速度逐漸減小,風機功率逐漸增大。

5 結論及建議

5.1 結論

① 集成灶熱效率隨著煙管長度增大逐漸增大。使用2倍煙管時,10臺樣機平均熱效率比使用標配煙管時高0.95個百分點,使用3倍煙管時,10臺樣機平均熱效率比使用2倍煙管時高1.34個百分點。當10臺樣機均使用標配煙管時,10臺樣機中能夠達到1級的樣機有5臺;當10臺樣機均使用2倍煙管時,能夠達到1級的樣機有8臺;當10臺樣機均使用3倍煙管時,都能達到1級。

② 每臺使用交流風機的試驗樣機,隨著煙管長度增大,排煙速度逐漸減小,風機功率逐漸減小。

③ 每臺使用直流風機的試驗樣機,隨著煙管長度增大,排煙速度逐漸減小,風機功率逐漸增大。

5.2 建議

① GB 30720—2014沒有對測試集成灶熱效率時煙管長度進行規(guī)定,建議集成灶熱效率應在標準煙管下進行測試,從而能夠更加客觀公平地評價集成灶的熱效率。

② 建議集成灶生產(chǎn)廠商在說明書中對煙管安裝和加長進行詳細說明,可以參考GB 6932—2015《家用燃氣快速熱水器》煙管相關內(nèi)容進行改進,為用戶選擇側吸式集成灶提供正確的指引。