中式烹飪對被動式建筑耗能影響的實(shí)踐研究

楊 帆

(國家開放大學(xué)蘭州學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

20世紀(jì)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(biāo)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(dá)到這一目標(biāo)，被動房概念使用各種策略，實(shí)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(jī)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(diǎn)是使用熱炒鍋炒菜，大多采用5 kW～10 kW的高熱量輸出燃?xì)鉅t，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(fù)荷與濕負(fù)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(yīng)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(qiáng)度比歐洲廚房高。在不同來源的基礎(chǔ)上，通過個體詢間、網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，設(shè)定了三種廚房內(nèi)部熱負(fù)荷與濕負(fù)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(fēng)。目前從廚房排除高熱量、水分、油脂和氣味負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)解決方案是用抽油煙機(jī)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(fēng)量的抽油煙機(jī)，這些數(shù)值對應(yīng)著在歐洲市場上典型的商用抽油煙機(jī)。如此大的排氣量，室外空氣流入補(bǔ)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(dāng)進(jìn)氣口，這些開口除了使用期間之外都保持關(guān)閉，否則空氣會通過泄漏點(diǎn)涌入全家。按被動房的氣密性水平，對應(yīng)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(fēng)式抽油煙機(jī)從廚房排除熱、濕負(fù)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(zhǔn)確的模擬，也可推薦使用循環(huán)式抽油煙機(jī)，通過濾油網(wǎng)和活性炭過濾器適當(dāng)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(fēng)去除。因此上述的內(nèi)部負(fù)荷狀況與兩種通風(fēng)狀況相結(jié)合：要么沒有外部空氣交換，要么以500 m3/h風(fēng)量啟動排風(fēng)式抽油煙機(jī)，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(dú)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(fù)荷較高。另外一方面，如果使用抽油煙機(jī)，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(fù)荷很高。所得室內(nèi)環(huán)境的可接受程度，可以通過送風(fēng)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(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，而內(nèi)部的房間門大多保持關(guān)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(fù)荷，并且裝有循環(huán)式抽油煙機(jī)，獨(dú)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(qiáng)可以接受。

如果別墅的獨(dú)立廚房使用排風(fēng)式抽油煙機(jī)，夏季溫度會高達(dá)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(dāng)了送風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)室，全年保持在舒適范圍內(nèi)。這里的負(fù)荷(相對較小，因使用率較低)由空調(diào)和大房間的熱容量補(bǔ)償。即使內(nèi)部負(fù)荷較高，使用排風(fēng)式抽油煙機(jī)，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(fù)荷下，即使用了循環(huán)式抽油煙機(jī)仍導(dǎo)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(fēng)式抽油煙機(jī)相比，夏季可以實(shí)現(xiàn)稍低的溫度和濕度水平。后者的原因是室外空氣負(fù)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(shè)理想的采暖、制冷和除濕。在蘭州氣候中，不同的廚房熱負(fù)荷狀況只會導(dǎo)致年度能源需求在冬季和夏季之間平移；在三種負(fù)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(fù)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(fēng)式抽油煙機(jī)與循環(huán)式抽油煙機(jī)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(fù)荷)關(guān)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(shè)，使用者無論使用哪一種抽油煙機(jī)，都會在不適、潮濕、油煙和氣味中達(dá)到一個自己可以接受的平衡點(diǎn)。

表1 輕負(fù)荷循環(huán)式抽油煙機(jī)通過送風(fēng)進(jìn)行溫濕調(diào)節(jié)統(tǒng)計(jì)表

表2 高負(fù)荷排風(fēng)式抽油煙機(jī)通過送風(fēng)進(jìn)行溫濕調(diào)節(jié)統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論及建議

抽油煙機(jī)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(shù)改進(jìn)理所當(dāng)然。誘導(dǎo)通風(fēng)式抽油煙機(jī)已用于工業(yè)廚房，它通過控制室外空氣供應(yīng)可減少排風(fēng)量約50%。也有帶熱回收的抽油煙機(jī)。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(jī)代替。一般來說，抽油煙機(jī)應(yīng)具有較高的能效。接近被動房通風(fēng)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(shè)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?xì)鉅t煮飯產(chǎn)生的熱量和濕度負(fù)荷少得多。燃?xì)饷骰鹬挥?0%熱量加熱了鍋具，其他熱量流失而立即進(jìn)入房間；使用電磁爐要有利得多。現(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?yàn)楦邷鼐椭苯赢a(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。