王曉嶺 童朱玨 付康 方藝 周徐寧

（1.浙江省質(zhì)量檢測科學(xué)研究院 浙江杭州 310013；2.杭州奧普衛(wèi)廚科技有限公司 浙江杭州 310018 ）

1 引言

集成灶是近幾年興起的一種將吸油煙機(jī)、消毒柜、燃?xì)?電)灶等功能以整體方式集成組合在一起的廚房器具，其吸油煙機(jī)的吸風(fēng)口一般安裝在灶臺的側(cè)上方，而動力部分則采用下置式排風(fēng)系統(tǒng)從傳統(tǒng)的灶臺上部轉(zhuǎn)移到隱秘的灶臺下方，與傳統(tǒng)安裝在灶臺上放吸油煙機(jī)不同，集成灶下排式吸油煙機(jī)由于其隱蔽式下排風(fēng)結(jié)構(gòu)的原因，器具內(nèi)部安裝有一段可伸縮的排風(fēng)導(dǎo)管，拉長后可引出到器具外部與煙道連接。由于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17713-2011只規(guī)定了安裝在家用烹調(diào)爐具、爐灶或類似用途的器具上部的傳統(tǒng)式吸油煙機(jī)的性能試驗方法，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 386-2012《集成灶》也只規(guī)定了下排式吸油煙機(jī)的安全性能試驗方法，對空氣性能技術(shù)要求和試驗方法并未作出規(guī)定。因此對于這種下排式吸油煙機(jī)的空氣性能試驗，目前暫時處于標(biāo)準(zhǔn)缺失無方法可依的狀態(tài)。

對于安裝在灶臺上方的傳統(tǒng)吸油煙機(jī)空氣性能試驗，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17713-2011附錄A第2條試驗條件明確規(guī)定了被測樣機(jī)與測量裝置的連接狀態(tài)為；“外排式吸油煙機(jī)應(yīng)該安裝制造商隨機(jī)附帶的與排風(fēng)管連接用的過渡罩（除去止逆閥等遮蓋件），但不必安裝排風(fēng)管”，測試布置如圖1所示。當(dāng)企業(yè)和實驗室使用GB/T 17713-2011附錄A中圖 A1試驗裝置對集成灶下排式吸油煙機(jī)進(jìn)行性能測試時，由于集成灶下排式吸油煙機(jī)的過渡罩與柔性可伸縮排風(fēng)管在出廠時就已安裝在器具內(nèi)部，因此測量風(fēng)量時被測樣機(jī)與測量裝置之間必須通過排風(fēng)管才能進(jìn)行連接，并且發(fā)現(xiàn)測量時排風(fēng)管的長度及排風(fēng)路線的不同對風(fēng)量試驗結(jié)果會產(chǎn)生較大的影響。對此，本文采用了實驗的方法來進(jìn)行研究，通過比較不同連接形式的試驗結(jié)果找出造成試驗結(jié)果差異的原因，并作了必要的理論分析，進(jìn)而對統(tǒng)一測試方法提出了建議。

2 試驗裝置及試驗方案

為了分析這種差異現(xiàn)象確保數(shù)據(jù)在同一條件下的可比性，試驗采用同一臺集成灶并使用同一套測量設(shè)備進(jìn)行實驗，被測樣機(jī)與測量風(fēng)管的連接方式分別采用圖2、圖3和圖4所示的3種方式，其中圖2連接方式目前實驗室使用比較普遍，主要原因是由于集成灶比較沉重，日常檢測中試驗人員為了方便快速的測試往往把集成灶直接放在地上，通過拉長可伸縮排風(fēng)管與測量裝置連接，排風(fēng)管路由2個近90°的彎頭和一段直管段組成，器具外部排風(fēng)管總長度L約1.2m。圖3是將集成灶放在樣品支撐平臺上，吸油煙機(jī)的排風(fēng)口與測量風(fēng)管的連接器通過排風(fēng)管水平直線同軸對接，外部排風(fēng)管長度分別為L=1m和L=0.5m。圖4連接方式是將集成灶下排式吸油煙機(jī)外殼出氣口直接對接測量風(fēng)管的連接器，外部排風(fēng)管完全被壓縮長度L=0m。

3 試驗結(jié)果

4種不同試驗條件下的性能數(shù)據(jù)見圖5，從試驗結(jié)果可以看出采用不同的連接形式對測試結(jié)果的影響非常大。偏差的分布規(guī)律是排風(fēng)管L=0時，風(fēng)量和效率測試結(jié)果最大，并隨著排風(fēng)管長度L的增大、彎頭增多風(fēng)量和效率的測量結(jié)果不斷減小。其中L=0（圖4連接方式）時與L=1.2m（圖2連接方式）時的效率和風(fēng)量測量結(jié)果差異分別達(dá)到19.1%和16.6%。

4 測試差異影響因素分析及對策

（1）目前對于風(fēng)機(jī)性能試驗通常采用風(fēng)管和風(fēng)室兩種試驗裝置，風(fēng)室試驗裝置中都配有輔助引風(fēng)機(jī)，可用來克服由于測試風(fēng)機(jī)本身不能克服的部分阻力，從而獲得不同靜壓下的風(fēng)量。但GB/T 17713-2011附錄A中圖 A1采用出氣風(fēng)管測量裝置是不帶輔助引風(fēng)機(jī)的，主要靠被測吸油煙機(jī)本身所能提供的壓力來克服測試風(fēng)管的阻力，系統(tǒng)管網(wǎng)阻力的變化是會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響的。首先，從GB/T 17713中流量計算公式進(jìn)行分析，GB/T 17713關(guān)于風(fēng)量的定義為：靜壓為0Pa時，吸油煙機(jī)單位時間內(nèi)輸送的氣體體積，對傳統(tǒng)的上排式吸油煙機(jī)這里的靜壓指的是氣流最后離開吸油煙機(jī)外殼出風(fēng)口截面2處（過渡罩圓孔處），即測量裝置的入口截面的靜壓。如果過渡罩圓孔的面積A2等于測量裝置進(jìn)氣管D4入口位置截面4的面積A4，也就是截面4處的靜壓。GB/T 17713圖 A1出氣風(fēng)管測量裝置測量截面只有一個，即測量減壓筒內(nèi)的計示靜壓Ps6的截面6，出風(fēng)口靜壓不是直接測量得到，而是利用伯努利方程倒推計算得到截面2處的靜壓，靜壓Ps2n由式（1）得到：

上式中：Ps2n空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的靜壓（Pa）；PEBn空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓（Pa）；ρn空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度（kg/m3）；ρn=1.205 18 kg/m3；qv試驗工況下的風(fēng)量（m3/s）；D4試驗裝置擴(kuò)散段上游直徑（m）。PEBn計算公式為：

上式中：ρa(bǔ)試驗條件下的的空氣密度（kg/m3）；PFE試驗工況下的全壓（Pa）；計算公式為：

上式中K為結(jié)構(gòu)常數(shù)，即擴(kuò)散段的壓力損失系數(shù)，K值可通過查標(biāo)準(zhǔn)中表A2得到。從以上流量方程式可以看出，計算公式是按不帶排風(fēng)管的傳統(tǒng)上排式吸油煙機(jī)試驗條件設(shè)計的，只考慮了測量風(fēng)管擴(kuò)散段的壓力損失系數(shù)（即結(jié)構(gòu)常數(shù)）K，并未考慮排風(fēng)管的壓力損失，同時靜壓的計算截面是以測量裝置的入口截面2為基準(zhǔn)的。但對于下排式吸油煙機(jī)出氣口靜壓測量截面位置應(yīng)在氣流離開器具外殼進(jìn)入外部排風(fēng)管的截面1處，風(fēng)量應(yīng)是截面1靜壓為零時的風(fēng)量。因此，標(biāo)準(zhǔn)中的流量計算公式對于帶排風(fēng)管的下排式吸油煙機(jī)性能試驗是不能直接套用的。

由以上分析可知，測試結(jié)果偏差的主要影響因素是下排式吸油煙機(jī)連接排風(fēng)管測量后增加了管道阻力及風(fēng)機(jī)的負(fù)載，影響到了下游測量段的結(jié)果，風(fēng)管L越長，管道壓力損失越大，孔板上游減壓筒內(nèi)計示靜壓（孔板前后壓差）測量值就越小，而實際測量時試驗人員照搬標(biāo)準(zhǔn)中計算公式，以截面2為靜壓的計算截面，未考慮排風(fēng)管阻力對測試結(jié)果的影響，從而使的風(fēng)量和效率的計算結(jié)果隨之減小，造成不同連接方式測量結(jié)果的差異。

（2）通過以上分析可知，對下排式吸油煙機(jī)連接排風(fēng)管測量風(fēng)量時，靜壓的計算公式中還應(yīng)考慮外部排風(fēng)管的阻力，不能直接套用標(biāo)準(zhǔn)中的計算公式。對于風(fēng)管阻力如何確定，標(biāo)準(zhǔn)中并未規(guī)定，通常確定某一段風(fēng)管的壓力損失即摩擦阻力△pf可用公式（4）來計算：

式中，f為管道的摩擦系數(shù)，L為風(fēng)管的管徑，ρ為管內(nèi)空氣密度，V管內(nèi)平均流速，摩擦系數(shù)f主要取決于雷諾數(shù)和管壁的粗糙度，相關(guān)的技術(shù)資料[3]推薦采用Jain在1976年建立的一個計算摩擦系數(shù)的數(shù)學(xué)模型：

式中ks：絕對粗糙度,Re：管道雷諾數(shù),影響絕對粗糙度ks因素比較多,如管道的形狀、尺寸、以及風(fēng)管內(nèi)表面粗糙度的分布等，通常絕對粗糙度ks由實驗確定。對于全伸展情況下鋁制柔性風(fēng)管絕對粗糙度ks可參考美國暖通空調(diào)協(xié)會（ASHRAE）手冊[4]所提供的風(fēng)管阻力計算圖。集成灶的排風(fēng)管一般采用鋁制柔性可伸縮風(fēng)管，在全伸展?fàn)顟B(tài)下長度為1.5m,管徑170mm,在未完全展開狀態(tài)下，形狀呈螺旋波紋狀，管徑不是恒定不變的，氣流在管內(nèi)的流動狀態(tài)非常復(fù)雜。目前對這種柔性可伸縮鋁制風(fēng)管未完全展開狀態(tài)的阻力和計算資料未見技術(shù)文獻(xiàn)記載，暫無參考圖表可查，而實際檢測時風(fēng)管的狀態(tài)基本上又都處于未完全展開狀態(tài)。因此在測試工作中應(yīng)該盡量避免采用圖2和圖3連接形式測量下排式吸油煙機(jī)，而采用圖4器具出口與測量裝置直接連接方式，由于此時器具外部排氣管完全被壓縮長度L=0，因此可以不考慮排風(fēng)管的壓力損失，試驗條件與標(biāo)準(zhǔn)是相符的，標(biāo)準(zhǔn)中的試驗結(jié)果計算公式可以照搬采用。

5 結(jié)論

（1）利用GB/T 17713-2011圖A1出氣風(fēng)管試驗裝置對集成灶下排式吸油煙機(jī)在不同的排風(fēng)管長度和連接狀態(tài)情況下進(jìn)行性能測試對比的結(jié)果表明，4種連接形式所得到結(jié)果存在較大的偏差，其主要原因是由于排風(fēng)管阻力的不同而造成的，排風(fēng)管L越長壓力損失越大，對下游測量段的結(jié)果影響也越大，導(dǎo)致孔板上游減壓筒內(nèi)計示靜壓測量值就越小，當(dāng)利用標(biāo)準(zhǔn)中的試驗結(jié)果計算公式時又未考慮排風(fēng)管壓力損失的影響，使得計算出的其它性能參數(shù)也隨之減小。

（2）實際檢測時在排風(fēng)管壓力損失系數(shù)難以確定的情況下，可采用圖4的連接形式，由于外部排風(fēng)管被完全壓縮長度L=0，可不考慮外部排風(fēng)管的壓力損失對性能造成的影響，試驗條件與GB/T 17713的要求相同，實驗室按此試驗條件測試，標(biāo)準(zhǔn)中的試驗結(jié)果計算公式可直接利用。

[1]GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》[S].

[2]王平，等.流體力學(xué)大全[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1991.

[3]劉澤勤，空調(diào)系統(tǒng)柔性風(fēng)管壓力損失特性實驗與分析[J].暖通空調(diào), 2007 年第37卷第4 期.

[4]ASHRAE Handbook,Fundamentals[J].SI Edition,Amenrican Society of Heating,Refrigertion and Air Conditioning,Inc.Atlanta,1993.

[5]張克危，流體機(jī)械原理[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1991.