陈 程, 张 华, 杨丽杰, 刘博严, 闫文涛,张 军, 王家欣 , 秦寒生

(1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 城市燃气热力研究院, 天津 300384;2.国家燃气用具质量检验检测中心, 天津 300384)

1 概述

中国传统的烹饪习惯是以煎、炒、炸等为主,烹饪过程中产生的油烟问题一直困扰着每个家庭,虽然现在家庭中都配备了吸油烟机,但吸油烟效果不尽人意,在这种情况下集成灶应运而生。比起传统的吸油烟机,集成灶能更好地抽吸油烟,净化厨房环境。市场上集成灶主要款式有两种:环吸式、侧吸式。试验对比发现侧吸式集成灶比环吸式集成灶热效率高,操作方便,实用性强,更受消费者青睐[1-3]。侧吸式集成灶结构见图1。

图1 侧吸式集成灶结构

影响侧吸式集成灶热效率的因素很多,包括风机的风量、挡风板高度、烟管长度等。GB 30720—2014《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》没有对测试集成灶热效率时的烟管长度进行规定。本文按照GB 30720—2014的热效率测试方法,以10台不同品牌的侧吸式集成灶为样本,分别配置不同长度的烟管,进行热效率、排烟速度、风机功率测试及分析,以探究热效率、排烟速度、风机功率与烟管长度的关系。

2 热效率测试

2.1 试验条件及状态

① 室温为(20±5)℃,每次试验过程中室温波动应小于5 ℃。

② 室内一氧化碳体积分数应小于0.002%,二氧化碳体积分数应小于0.2%,试验灶具周围1 m处空气流速不超过0.1 m/s。

③ 电源条件:使用交流电源,电压波动范围在±2%以内。

④ 对燃烧所需的空气量,应使用标准试验气在额定燃气压力下调节到燃烧火焰最佳状态,然后将风门固定,各项性能试验时不得再调风门。

2.2 热效率试验与计算方法

在上述试验条件及状态下,根据GB 30720—2014中附录C选定试验用锅和加热水量,依照GB 30720—2014中第5.3节的试验方法进行测试,根据式(1)、(2)计算出上限锅、下限锅的实测热效率,同一条件下作两次以上试验,连续两次热效率差在1%以下时,取平均值为实测热效率,否则应重新试验,直到合格为止。试验完使用上限锅和下限锅的实测热效率后,利用式(3)计算得到试验燃烧器的热效率。

GB 30720—2014中第5.3节的使用上限锅、下限锅实测热效率计算式为:

(1)

m=m1+0.213m2

(2)

式中ηs——实测热效率

m——实际加入的水与铝锅换算的当量加水量,kg

c——水的比热容,MJ/(kg·K),为4.19×10-3MJ/(kg·K)

t2——水的终温,℃

t1——水的初温,℃

V——实测燃气消耗量,m3

Hi——15 ℃、101.3 kPa状态下试验气低热值,MJ/m3

tg——试验时燃气流量计内的燃气温度,℃

pamb——试验时大气压力,kPa

pm——试验时燃气流量计内燃气相对静压力,kPa

pw——温度为tg时的水饱和蒸气压力,kPa

m1——加入锅内的水质量,kg

m2——铝锅(含盖子和搅拌器)的质量,kg

GB 30720—2014中第5.3节的试验燃烧器的热效率计算式为:

(3)

式中η——热效率

ηS1——使用下限锅时实测热效率

q1——使用下限锅试验时锅底热流密度,W/cm2

q2——使用上限锅试验时锅底热流密度,W/cm2

ηS2——使用上限锅时实测热效率

3 排烟速度和风机功率测试

在进行热效率测试的同时,采用风速仪在烟管出口中心测量得到排烟速度,在智能变频电源上读取风机功率。智能变频电源可以输出稳定电压,显示负载设备的电流及功率等参数。

4 不同烟管长度下集成灶测试试验

4.1 试验用燃气与样机参数

以10台不同品牌的大气式侧吸式集成灶为样本,分别配置不同长度的烟管,进行热效率测试试验。试验用燃气参数见表1。10台试验样机的烟管内直径均为180 mm,6台样机使用交流风机,4台样机使用直流风机,每台样机的左燃烧器与右燃烧器额定热负荷相同。样机参数见表2,其中额定压力为2.0 kPa的样机燃用天然气,额定压力为2.8 kPa的样机燃用液化石油气。对10台试验样机配置不同长度的烟管,将配置的烟管长度除以标配烟管长度得到的值称为长度比,用符号n表示。对于编号为1～4的样机,n取1、2、3;对于编号为5～10的样机,n取1、2、3、4。

表1 试验用燃气参数

表2 样机参数

4.2 试验结果

10台样机热效率随n的变化见图2,使用交流风机的样机排烟速度、风机功率随n的变化见图3,使用直流风机的样机排烟速度、风机功率随n的变化见图4。

图2 样机热效率随n的变化

图3 使用交流风机的样机排烟速度、风机功率随n的变化

图4 使用直流风机的样机排烟速度、风机功率随n的变化

4.3 结果分析

GB 30720—2014中4.2节给出了大气式集成灶的能效等级划分标准,见表3。

表3 大气式集成灶的能效等级划分标准

将长度比为m的烟管称为m倍烟管。

由图2可知,每台试验样机热效率随着n增大逐渐增大。使用2倍烟管时,10台样机平均热效率比使用标配烟管时高0.95个百分点,使用3倍烟管时,10台样机平均热效率比使用2倍烟管时高1.34个百分点。按照表3进行判定,当10台样机均使用标配烟管时,10台样机中能够达到1级的样机有5台;当10台样机均使用2倍烟管时,能够达到1级的样机有8台;当10台样机均使用3倍烟管时,都能达到1级。

由图3可知,每台使用交流风机的试验样机,随着n增大,排烟速度逐渐减小,风机功率逐渐减小。

由图4可知,每台使用直流风机的试验样机,随着n增大,排烟速度逐渐减小,风机功率逐渐增大。

5 结论及建议

5.1 结论

① 集成灶热效率随着烟管长度增大逐渐增大。使用2倍烟管时,10台样机平均热效率比使用标配烟管时高0.95个百分点,使用3倍烟管时,10台样机平均热效率比使用2倍烟管时高1.34个百分点。当10台样机均使用标配烟管时,10台样机中能够达到1级的样机有5台;当10台样机均使用2倍烟管时,能够达到1级的样机有8台;当10台样机均使用3倍烟管时,都能达到1级。

② 每台使用交流风机的试验样机,随着烟管长度增大,排烟速度逐渐减小,风机功率逐渐减小。

③ 每台使用直流风机的试验样机,随着烟管长度增大,排烟速度逐渐减小,风机功率逐渐增大。

5.2 建议

① GB 30720—2014没有对测试集成灶热效率时烟管长度进行规定,建议集成灶热效率应在标准烟管下进行测试,从而能够更加客观公平地评价集成灶的热效率。

② 建议集成灶生产厂商在说明书中对烟管安装和加长进行详细说明,可以参考GB 6932—2015《家用燃气快速热水器》烟管相关内容进行改进,为用户选择侧吸式集成灶提供正确的指引。