张国亮

（浙江九龙厨具集团有限公司 ，浙江 杭州 311261）

0 引言

中餐文化已经成为世界范围最受欢迎的烹饪之一，其中“蒸”是其具代表性的加工手法，大量蒸汽快速加热和准确的蒸制时间控制是中餐“蒸”的要点。“蒸”可以保持食物原汁原味，减少营养成分流失，是“健康饮食”的加工手法。中餐商用燃气蒸箱是常用的常压蒸制设备，以下名称用蒸箱。

传统蒸箱一般分为上下箱2个部分，下箱部分作用是产生蒸汽：主要包括水胆、控制系统、燃烧系统、入水系统、排水系统等；上箱部分主要作用是利用蒸汽蒸制食物：主要包括蒸腔内胆、外框、蒸箱门、蒸汽控制开关和安全放散口等。所以蒸箱整体功能应该分2个部分：蒸汽产生部分和蒸汽利用部分。水胆式燃气蒸箱的综合能源利用率应该是蒸腔食物吸收热量与燃气总消耗的热能的比值。因此只用测试水胆的蒸发量与燃气消耗的热量比值作为蒸箱的热效率是不全面的[1]。

1 定义及蒸箱热效率测试方法分析

1.1 燃气蒸箱

燃气蒸箱是以燃气为燃料、利用加热水制得的微压饱和蒸汽蒸制食品的燃具，主要由燃气系统、供水系统、排烟系统、水胆（蒸汽发生器）以及蒸腔等部分组成[2]。

1.2 水胆式蒸箱

水胆中的水以敞开的方式被加热至沸腾并为蒸箱的烹饪隔间提供蒸汽，蒸汽经过烹饪隔间或放散管直接排放至大气中，工作时水胆及腔体内蒸汽压力不大于500 Pa[2]。

1.3 蒸汽发生式蒸箱

蒸箱的蒸汽由蒸汽发生器或类似结构的蒸汽产生单元提供；区别在于蒸汽发生器可蓄压，类似结构的蒸汽产生单元不可蓄压。

1.4 蒸箱热效率

蒸箱热效率是蒸箱在稳定状态下单位时间气化蒸汽所需要的热量与相同时间内所消耗燃气的热能的比值。

1.5 蒸箱的热效率测试标准

CJ/T 187—2003 测试蒸箱的热效率为测试水胆加热水温差测试法；测试过程中无法设置温度测试点，可操作性差[3]。CJ/T 187—2013测试蒸箱热效率为测试水胆蒸发量来计算蒸箱热效率；测试中取1个进水温度点，计算热效率为饱和水蒸气比焓减去进水量0 ℃到进水温度的温差的热量[3]。GB 35848—2018测试蒸箱热效率为测试水胆蒸发量来计算蒸箱热效率；测试中取进水温度、水蒸汽温度，计算热效率为进水温度到100 ℃温差热量与水的气化潜热总和。更接近于实际真实数据，目前为最新的测试蒸箱热效率的方法。

按照测试要求，蒸箱水胆与蒸腔为一体结构时，效率测试时应防止蒸汽被冷凝后回流至水胆和未汽化的水被蒸汽带出水胆，根据需要，在测试热效率时应在蒸箱水胆上方开口位置设置一隔离水胆和蒸腔空间的顶盖，顶盖面积为100 cm³，中间留出1个蒸汽孔，蒸汽应该自由地进入蒸腔空间，冷凝水不应流回至水胆同时水沸腾时不应溅出水胆。蒸箱热效率的测试方法中都只测试了蒸箱水胆产生蒸汽的效率，用水量作为蒸发量，未考虑蒸汽含水量，热效率实测值大于热效率实际值；对于蒸腔部分蒸汽利用并未测试。不能测试蒸腔的容积大小、内部结构等与蒸箱热效率之间的关系。

2 有效热负荷容积比

2.1 蒸腔有效容积

蒸腔能放进的最大长方体容积总和，单位为L。

2.2 有效热负荷容积比

蒸箱有效热负荷与蒸腔有效容积总和的比值，用字母R表示，单位为W/L，对照表数据见表1。

表1 有效热负荷容积比对照表

2.3 有效热负荷容积比测算方法

在测试热效率的试验情况下取值η，蒸箱的容积取值为能放进蒸腔的最大长方体容积总和，如公式（1）所示。

式中：R为有效热负荷容积比，W/L；Vi为蒸箱的腔体容积，L；η为蒸箱的热效率，%；Q为蒸箱的实测热负荷，W。

表1根据不同燃气蒸箱的规格、实测热负荷及热效率、腔体有效容积，测试出有效热负荷容积比；根据比较，实测有效热负荷容积比比国家一级能效的数值略低，比国家最低能效的数值要高[4]。

3 蒸箱蒸汽利用率及蒸箱综合能源利用率

3.1 蒸箱蒸汽利用率

蒸箱在稳定的工作状态下，蒸腔测试介质（水）吸收的热量占蒸箱出蒸汽的汽化热量的百分比。

3.2 蒸箱蒸汽利用率试验方法

3.2.1 试验用盆

采用能放置于层架上的最大尺寸水盆，投影大小为蒸箱层架面积的85%以上，高度尺寸为60 mm；材料为不锈钢304，厚度为（1.0±0.1） mm。

3.2.2 试验加水

加水量为水盆水深度的40 mm左右，取整数质量的水量。

3.2.3 试验方法

使用“0-2”气试验，在燃气的额定压力下点燃燃烧器，先加热至有蒸汽排出，蒸箱达到热平衡状态；水温的测试点应在水盆中心水深1/2的位置，试验水初温应取室温加5 ℃（放入水盆水应该控制在0 ℃液态水，将加水时间控制在2 min以内。）将水称量后放入水盆内，关闭蒸箱门，待最先达到室温加5 ℃的水盆温度开始测试；记录水胆的蒸发量初始值；记录燃气初读数；记录水最先达到温升45 ℃的水盆（最高水温≤90 ℃）水胆蒸发量终止值；记录此时燃气消耗的终读数，其他水盆水温取实际测试水温为终温值，如公式（2）所示。

式中：η1为蒸箱蒸汽利用率，%；g为水盆加入水量，kg；C为水的比热，0.0042 MJ/kg·℃；G为蒸箱蒸发量，kg；ΔC为水的汽化热值，2.258 MJ/kg；t2为水盆水的终温，℃；t1为水盆水的初温，℃。

以上测试蒸汽利用率同时按照GB 35848—2018验证热效率是否准确。在相同条件下蒸汽利用率检验应该进行2次，取其平均值。当（大值-小值）/平均值﹥0.05时，应再重复检验，直至合格为止。蒸箱蒸汽利用率测试数据见表2。

3.3 蒸箱综合能源利用率

蒸箱在稳定的工作状态下，蒸腔测试介质（水）吸收的热量占相同时间燃气消耗的热量的百分比。

3.4 蒸箱综合能源利用率测试方法

蒸箱综合能源利用率计算如公式（3）所示。

式中：η为蒸箱综合能源利用率，%；gi为水盆加入水量，kg；C为水的比热，0.0042MJ/kg·℃；t2为水盆水的终温，℃；t1为水盆水的初温，℃；V1为燃气流量初读数，m3；V2为燃气流量终读数，m3；Hi为15 ℃、101.3 kPa状态下燃气的低热值，MJ/m3；f为将燃气耗量折算到15 ℃、101.3 kPa状态下的修正系数。相同条件下蒸箱能源综合利用率检验应进行2次，取其平均值。当（大值-小值）/平均值﹥0.05时，应再重复检验，直至合格为止[5]。蒸箱综合能源利用率测试数据，表3。表2根据实测热负荷及偏差和热效率、腔体有效容积，测试出有效热负荷容积比；根据水温、水量、燃气消耗量及水吸收热量计算出蒸汽利用率和综合能源利用率，比较所得，综合能源利用率低于蒸汽利用率[6]。

4 蒸箱蒸汽利用率及蒸箱综合能源利用率测试方法的分析

根据蒸汽利用率测试对比数据可以研究蒸腔加热速度和蒸腔温度均匀性。由于测试热效率没有考虑蒸汽含水量的因素，因此实际测试值与实际值存在一定的偏差。综合能源利用率测试中因蒸汽冷凝水滴落到测试水盆中，在实际测试中会有一定的偏差。

综上所述，蒸箱热效率的测试方法中都只测试蒸箱水胆产生蒸汽的效率，用水量作为蒸发量，没有考虑蒸汽含水量，对于蒸腔部分蒸汽利用并未测试。不能测试蒸腔的容积大小、内部结构等与蒸箱热效率之间的关系。而根据表2的测试分析有了蒸汽利用率和综合能源利用率不同的详细数值。

表2 蒸箱蒸汽利用率

表3 蒸箱综合能源利用率测试数据

因为温场是食物烹饪过程的直接环境，温场的变化过程和食物的烹饪过程是同步的，所以要对食物的烹饪进行控制，就必须对温场进行控制。其中温场的中心点温度和温场的均匀性是衡量温场的2个重要指标。加热主要分为2个阶段，即预热阶段和工作阶段，由于在预热阶段因为腔体内没有食物，因此控制燃烧器的热负荷使蒸箱腔体在最短时间内达到设定的温度和湿度即可。在达到工作阶段的初始条件后即可放入食物转为工作阶段，由上箱蒸汽循环控制系统进行分层控制，对不同的食品采取不同的蒸汽量、烹饪时间和蒸汽冷凝因素，根据燃气热负荷加热水量，产生蒸汽，对不同蒸腔面积内的菜品采取不同的烹饪模式达到所需要的蒸腔温场、湿度环境和工作时间等，进一步对温场进行控制，从而提高综合能源的利用率[7]。

水胆式蒸箱在结构设计及测试时还应该注意以下6点：1） 非冷凝水胆式蒸箱排烟温度应﹥110 ℃。2） 应该设置自动补水和水过量保护装置。3） 应该在最上层蒸腔的合适位置设置蒸汽压力测压接口，出厂时应进行密封处理。4） 尾蒸汽排气孔应为防堵塞结构，并且不应排放到一级烟道中。5） 尾蒸汽排空管当量外径不应<38 mm。6） 蒸箱腔体应该设置超压放散装置。

5 商用燃气蒸箱的节能措施

近年来，生产企业和专业技术人员做了大量商业蒸箱的节能工作，并取得了一定的成效，分为燃烧节能、结构节能、使用过程节能和余热回收节能。

5.1 燃烧节能

燃烧节能包括使用节能火排炉头，使燃气在时间较短和距离较短时完全燃烧；采取燃气和空气预混的方式，加强火焰的旋转和烟气回流，在烟气排放过程中增加小型鼓风机强排，燃烧配风通过烟气预加热以及风气联动装置以保证合理的燃气和空气比。

5.2 结构节能

设计合理的热吸收水循环箱体及烟气流道，延长箱体内热吸收的滞留时间和排烟管道内烟气的合理滞留时间，避免出现高温火焰短路直接排除的情况；箱体内增加水循环的热量吸收；合理的吊火高度使火焰和水循环箱体的接触处于中心高温区，同时不削弱燃气的完全燃烧；增加有效水循环箱体的接触面积并增加传热面积；另外加强水循环箱体的保温绝热也会改善蒸箱效率。

5.3 使用过程节能

在使用过程中蒸箱是分层使用的，忙的时候全部开启，空的时候开启一门或二门，在出菜时可以熄火节能或局部关闭火排以减少燃烧量，操作人员在使用过程中基本不会离开蒸箱，所以在使用蒸箱时需要保持良好的节能习惯，如风气联动同步调整风量和燃气量、保证合理的燃烧状态，蒸箱不用时及时调小或采取关闭燃气阀门等措施。

5.4 余热回收节能

在采取了上述几种措施的情况下，蒸箱的节能有了明显的改变，目前市场中较好的几款水胆式燃气蒸箱热效率可以达到90%以上，达到国家一级能效的规定。即使是上述节能蒸箱，对排烟出口的温度测试说明了排烟口的温度约为300 ℃，炒菜灶的排烟温度还要高很多，达到600 ℃左右。因此，采用节能炉头、改进燃气配风、加大有效箱体水循环、箱体保温绝热等措施并不能改善商用燃气蒸箱过多效率的情况下，将蒸箱烟气尾气的热能进行回收利用是非常好的节能措施。余热利用不影响原有蒸箱的使用效果，即烟气余热回收只是蒸箱排放烟气热能的有效利用，不对蒸箱的使用性能产生影响；不需要对蒸箱现有的结构进行大的改动，不增加蒸箱的外形尺寸，也不需要提高鼓风机功率等；余热利用形式多样化，如制备热水、开水，满足不同场合的需要；余热利用只需要加装余热回收装置、热水箱、管道及供水、控制系统。当出水口温度达到设定温度时，电磁阀自动打开上水，将热水从热能回收装置内顶出，每个换热装置热水出口汇合到1根总管后送往保温水箱储存，一旦出水温度低于设定温度时，电磁阀关闭，储热水箱再通过水箱与用水点的高差或水泵送往各个热水使用点。

综上所述，商用蒸箱烟气余热回收，造价低、节能效果好、见效快，不仅提高了能源利用效率、解决了炊事或其他场合的热水需求，同时由于排烟温度的降低改善了炊事场所的工作环境、消除了火灾隐患、降低了食堂排烟系统的负担，是一项具有社会及经济双重效益的技术，例如全国存量燃气蒸箱全部采用该技术，至少可以提高燃气能源利用率7%～9%，创造节能效益近百亿，具有良好的市场前景。

6 结语

商用燃气蒸箱应设计合理的有效热负荷容积比，综合能源利用率测试是最接近实际使用状态的测试方法，因此综合能源利用率作为蒸箱的热效率更为合理。

该文通过工作实践经验和大量的实验室数据，针对商用燃气水胆式蒸箱热效率概念、测试方法及要求进行总结，并参照不同标准的热效率测试方法，提出商用燃气蒸箱蒸汽利用率的概念，通过商用燃气蒸箱合理设计有效热负荷容积比及采取一系列燃烧节能措施，逐步改进热效率的测试方法，提高效率，更接近实际工作的使用状态，并有效利用烟气余热回收技术，提升能源综合技术利用率，从而达到行业节能降耗的目标。但是综合能源利用率作为蒸箱的热效率测试依据与现行的实施标准还有不同之处，需要考虑不同产品的有效腔体容积、蒸腔部分的蒸汽利用、生产工艺及测试方法等问题，还需要继续深入探讨。