對集成灶熱效率測試與計算方法的研究

張兆民

（河南省城鄉規劃設計研究總院有限公司 河南鄭州 450044）

1 引言

中國傳統的烹飪習慣是以煎、炒、炸等為主，烹飪過程中所產生的廚房油煙問題一直困擾著每個家庭，雖然現在家庭中都配備了傳統吸油煙機，但由于傳統的吸油煙機屬于上吸式設計，有可能會使油煙擴散嚴重，污染室內空氣，烹飪時產生的油煙長時間吸入將導致呼吸道疾病和慢性中毒，甚至可能誘發呼吸和消化系統癌癥。集成灶是一種集吸油煙機、燃氣灶具及消毒柜等產品于一體的現代廚房設備，其運用微空氣動力學原理，采用上側吸或深井側吸以及下排風產生流體負壓區的原理，讓烹飪產生的油煙往下被吸走，可以說是對傳統吸油煙機的一次革命性顛覆，徹底根除了廚房油煙問題。集成灶的吸油煙口距油煙發生源的距離遠遠低于傳統吸油煙機距油煙發生源的距離，從而吸走油煙，但同時也會多帶走燃氣燃燒所產生的熱量，導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重要，這不僅能幫助消費者選擇較為經濟節能的集成灶，而且將為集成灶的節能改進指明方向。

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

行業標準CJ/T 386-2012《集成灶》中將集成灶按照排氣方式的不同，分為環吸式集成灶和側吸式集成灶兩種。所謂的環吸式集成灶，鍋架是凹進去的，下排式煙機放置于集成灶內部，灶面下凹，集成灶工作時產生的煙氣通過風口吸入煙機系統，因其鍋支架凹于灶臺面，特地預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；而所謂的側吸式集成灶，下排式煙機側立于灶的側面，采用側吸的方式，集成灶工作時產生的煙氣側吸入煙機系統，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） 排風裝置關閉時的熱效率

行業標準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《家用燃氣灶具》中實測熱負荷的測試方法，在排風裝置關閉時測試集成灶的實測熱負荷，按照表1要求選擇熱效率測試用上限鍋和下限鍋。待燃燒穩定后坐上鍋，水初溫應取室溫加5K，水終溫應取水初溫加50K。水溫由初始溫度前5K時開始攪拌，到初溫時開始計量燃氣消耗，在比初始溫度高45K時又開始攪拌，當比水初溫高50K時，記錄燃氣消耗量。由式（1）計算實測排風裝置關閉時的熱效率值。

式中：

η1──排風裝置關閉時的熱效率，%；

M──加熱水量，kg；

C──水的比熱，為4.19×10-3MJ/kg?℃；

V1──實測燃氣消耗量，m3；

Q1──15℃、101.3kPa狀態下的試驗氣低熱值，MJ/m3；

tg──測定時燃氣流量計內的燃氣溫度，℃；

Pamb──試驗時的大氣壓力，kPa；

Pm──實測燃氣流量計內的燃氣相對靜壓力，kPa；

s──燃氣溫度為tg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，連續兩次熱效率的差在兩次平均值的5%以下時，取平均值為實測熱效率，否則應重新試驗，直到偏差符合要求為止。試驗完上限鍋和下限鍋的實測熱效率后，由式（2）計算試驗集成灶灶頭的熱效率。

式中：η1,x──使用下限直徑鍋時的實測熱效率，%；

qx──使用下限直徑鍋試驗時的鍋底熱強度，W/cm2；

qs──使用上限直徑鍋試驗時的鍋底熱強度，W/cm2；

η1,s──使用上限直徑鍋時的實測熱效率，%。

（2）排風裝置開啟時的熱效率

排風裝置設置在最高檔位時，重復上述熱效率測試方法得到排風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──排風裝置關閉時的熱效率，%；

η2──排風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

目前由于國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》中熱效率測試與計算方法是將關閉燃氣后繼續攪拌所達到的水溫作為水終溫，針對這點，市場上已經出現了部分大燃燒器或大鑄鐵鍋架等異形燃氣灶具，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閉燃氣后的水溫升繼續提高4K左右，其計算得到的熱效率值將大為提升，且可能達到節能高效燃氣灶具的要求，但其本身可能是尚不能滿足標準限定熱效率值要求的不合格燃氣灶具。因此，行業標準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準GB 16410-1996《家用燃氣灶具》中的熱效率計算方法，可以避免這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際熱效率值。同時，行業標準CJ/T 386-2012《集成灶》中規定將排風裝置關閉時，熱效率和排風裝置設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，是對國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》中關于熱效率要求的一次提高。

3 對集成灶熱效率的實測分析與節能措施建議

3.1 集成灶熱效率的實測分析

為了對集成灶的熱效率情況有所了解，同時保證實驗測試與計算結果具有可比性，實驗選?。ㄏ嗤念~定熱負荷且排風裝置在最高擋位時功率相同的煙機）3種環吸式集成灶（爐腔直徑及深度都相同）、3種側吸式集成灶（風口面積大小和高度都相同）進行熱效率測試與計算，測試條件為：實驗氣源為天然氣12T，燃氣溫度為19.5℃，環境溫度為20.3℃，大氣壓力為100.55 kPa，熱效率測試與計算結果見表2。

表1 試驗用鍋和加熱水量的選擇

表2 集成灶熱效率測試與計算結果

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

(2) 從表2分析可知：環吸式集成灶和側吸式集成灶在排風裝置關閉時的熱效率值η1相差不大；但當排風裝置開啟且設定在最高檔位時，環吸式集成灶的熱效率值η2明顯低于側吸式集成灶的熱效率值，兩者相差近5%，從而使環吸式集成灶的熱效率值η低于側吸式集成灶的熱效率值，兩者相差近3%，其同樣是由于環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，氧氣不夠充足導致燃燒不充分也是環吸式集成灶要比側吸式集成灶熱效率低的主要原因。

3.2 燃氣灶具熱效率的測試方法的統一性

集成灶是家用燃氣灶具的一種，也就是說行業標準CJ/T 386-2012《集成灶》是國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》的一個分支，但兩者關于熱效率的測試與計算方法卻不相同，行業標準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準GB 16410-1996《家用燃氣灶具》中熱效率的測試方法，不僅能避免異形灶的產生，而且更能貼近用戶實際使用燃氣灶具的情況。因此，建議對國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》中熱效率測試與計算方法進行修改，仍采用廢止國家標準GB 16410-1996《家用燃氣灶具》中熱效率的測試方法，以便統一集成灶和燃氣灶具的熱效率測試方便，體現出標準的統一性和嚴謹性。

3.3 經濟節能集成灶的選擇

由于結構的不同，側吸式集成灶的熱效率明顯高于環吸式集成灶的熱效率；另一方面，側吸式集成灶的鍋支架高于灶面，在烹飪后便于清洗，而環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，無論是從經濟節能方面考慮還是從實用性方面考慮，側吸式集成灶優于環吸式集成灶，可作為經濟節能集成灶的首選。

3.4 側吸式集成灶的節能改進措施

側吸式集成灶讓用戶遠離油煙，但由于吸油煙機在抽走油煙的同時不但減少了高溫煙氣在鍋底的停留時間，而且也加快了高溫煙氣與周圍空氣的冷卻混合，帶走了相當部分的熱量，以至于造成部分側吸式集成灶熱效率降低。因此，必須通過節能改進措施來提高側吸式集成灶的熱效率，可以從減少側吸式集成灶的熱損失和降低吸油煙機帶走的熱量兩方面進行改進。

（1）減少側吸式集成灶的熱損失

減少側吸式集成灶熱損失的主要節能措施有：保持合理的火焰高度，可適當降低集成灶的鍋架高度，使燃燒火焰的高溫區盡可能貼近鍋底，減少燃燒火焰對周圍空氣加熱所帶來的熱損失；增加防風圈或隔熱板，減小鍋底面的空氣流動速度，增加高溫煙氣在鍋底的停留時間，來強化熱量傳遞以減少熱量的流失。

（2）降低吸油煙機帶走的熱量

降低吸油煙機帶走熱量的主要節能措施有：適當改變吸油煙機吸風口導流柵方向，增加燃燒火焰與鍋底的接觸時間；根據燃燒火焰強度大小實現對吸油煙機變頻控制，從而降低吸油煙機帶走的熱量，從而提高側吸式集成灶的熱效率。

4 小結

隨著人們對健康廚房的不斷追求和對集成灶認知度的不斷提高，集成灶的市場占有率將大幅度提高。通過對行業標準CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率測試與計算方法分析，對比測試了環吸式集成灶和側吸式集成灶在排風裝置關閉時和排風裝置開啟且設置在最高檔位時兩種測試工況下的熱效率值情況，建議將側吸式集成灶作為經濟節能集成灶的首選。另一方面，為了體現標準的統一性和嚴謹性，建議統一國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》和行業標準CJ/T 386-2012《集成灶》中熱效率測試與計算方法。另外，從減少側吸式集成灶的熱損失和降低吸油煙機帶走熱量兩方面的節能改進措施，提高側吸式集成式灶具的熱效率。

[1] GB 16410-1996《家用燃氣灶具》[S].

[2] GB 16410-2007《家用燃氣灶具》[S].

[3] GB/T 16411-2008《家用燃氣用具通用試驗方法》[S].

[4] CJ/T 386-2012《集成灶》[S].

[5] 周愛華，集成式燃氣灶具的熱效率及節能措施探討[J]. 家用燃氣具，2010年第1期.

[6] 姜正侯，燃氣燃燒與應用[M]. 北京，中國建筑工業出版社，2000.