何新奎 蔣濟(jì)武 郝猛 劉小文

廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東佛山 528300

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)廚房環(huán)境的關(guān)注度也越來(lái)越高，吸油煙機(jī)也成為廚房日常烹飪必不可少的家用大家電之一。近年來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展，吸油煙機(jī)在性能的提升上也出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。當(dāng)前市場(chǎng)上大風(fēng)量、大風(fēng)壓的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，其主要是通過(guò)變頻技術(shù)提升電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此會(huì)導(dǎo)致用戶端實(shí)際使用過(guò)程中噪聲問(wèn)題比較嚴(yán)重。因此，產(chǎn)品有效風(fēng)量逐漸開(kāi)始受到重視，牟飛等人通過(guò)對(duì)住宅排煙道仿真研究以及公共煙道排煙系統(tǒng)排氣過(guò)程進(jìn)行CFD模擬研究，得出用戶端最低有效風(fēng)量達(dá)到500 m3/h后吸油煙機(jī)基本上可以達(dá)到不跑煙的效果[1]；吳靈輝等人采用CFD數(shù)值計(jì)算方法對(duì)比分析同一排煙管道、不同有效風(fēng)量下的吸油煙機(jī)外部控?zé)焻^(qū)特性進(jìn)行研究表明吸煙效果隨有效風(fēng)量的增加而改善，但超過(guò)一定程度后，改善效果不明顯，10 m3/min為經(jīng)濟(jì)有效風(fēng)量[2]；譚朝輝等人更是通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上的大風(fēng)量產(chǎn)品采用直接模擬用戶安裝條件進(jìn)行測(cè)試計(jì)算，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品宣稱的風(fēng)量16 m3/min在完成安裝后會(huì)降低至9 m3/min的有效風(fēng)量[3]；李繼超等人研究表明，有效排風(fēng)量12～15 m3/min最佳[4]。

以上各種理論及實(shí)驗(yàn)研究表明，產(chǎn)品在用戶端安裝完成后，實(shí)際使用風(fēng)量并不能達(dá)到產(chǎn)品宣稱的指標(biāo)。作為強(qiáng)安裝屬性的產(chǎn)品，很有必要研究產(chǎn)品在不同用戶家庭安裝狀態(tài)下的實(shí)際表現(xiàn)情況，因此本文針對(duì)一款特定型號(hào)的吸油煙機(jī)，通過(guò)對(duì)全國(guó)各地用戶端安裝后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣分析，對(duì)比實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)測(cè)試結(jié)果，給出了產(chǎn)品在用戶端性能的實(shí)際表現(xiàn)及分布情況；然后采用聲品質(zhì)設(shè)備人工頭進(jìn)行用戶實(shí)際使用狀態(tài)雙耳聲學(xué)性能測(cè)試，給出不同狀態(tài)下產(chǎn)品聲學(xué)性能表現(xiàn)曲線。最后，對(duì)產(chǎn)品輸入的電能參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，闡明用戶端實(shí)際使用工況及后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)方向。

1 實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及條件

本實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用當(dāng)前市場(chǎng)上主流機(jī)型進(jìn)行，吸油煙機(jī)使用電機(jī)為交流異步電機(jī)，標(biāo)稱高檔風(fēng)量18 m3/min，最大靜壓為400 Pa，噪聲

聲功率級(jí)LW為68 dB(A)。樣機(jī)空氣性能及聲學(xué)性能數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17713-2011要求進(jìn)行測(cè)試。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要針對(duì)吸油煙機(jī)空氣性能和整機(jī)功率進(jìn)行分析驗(yàn)證，如圖1所示為該機(jī)型的空氣性能（P-Q）曲線及輸入功率W曲線，測(cè)試結(jié)果滿足產(chǎn)品標(biāo)稱要求。

圖1 吸油煙機(jī)空氣性能及功率曲線

如圖2所示，為主電機(jī)輸入功率和風(fēng)量曲線，由該曲線可看出，風(fēng)量在一定范圍內(nèi)和功率基本呈線性變化關(guān)系，該機(jī)型具體區(qū)間約為6～16 m3/min，由此進(jìn)行該區(qū)間的風(fēng)量功率關(guān)系曲線擬合，得到擬合曲線方程為一元一次線性方程W=121.7+5.6×Q，而且該風(fēng)量區(qū)間也屬于大部分用戶安裝狀態(tài)。

圖2 風(fēng)量和功率曲線及一維線性擬合

2 用戶狀態(tài)

2.1 用戶狀態(tài)吸油煙機(jī)有效風(fēng)量

為調(diào)研產(chǎn)品在用戶端工作狀態(tài)表現(xiàn)，針對(duì)該機(jī)型進(jìn)行用戶端安裝后高檔穩(wěn)定運(yùn)行的功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共統(tǒng)計(jì)45個(gè)用戶端產(chǎn)品運(yùn)行功率參數(shù)，并按照?qǐng)D2中得出的風(fēng)量和功率關(guān)系進(jìn)行換算分析，得出圖3所示的用戶端輸入功率和有效排風(fēng)量的分布，然后進(jìn)行B-spline曲線進(jìn)行擬合分析。如圖3所示，用戶端輸入功率集中在175～200 W之間，有效排風(fēng)量集中在9～12 m3/min之間。根據(jù)前述相關(guān)研究成果，大部分用戶家庭基本上均可滿足正常使用要求。其中，存在部分用戶端有效風(fēng)量較小，低于7 m3/min，可能是后端排煙管道阻力較大，導(dǎo)致有效排風(fēng)量較小，會(huì)影響日常使用的吸煙效果，需要重點(diǎn)排查。

圖3 用戶端輸入功率及產(chǎn)品有效風(fēng)量分布

2.2 用戶狀態(tài)吸油煙機(jī)工作區(qū)間及聲學(xué)性能

如圖4所示，在吸油煙機(jī)P—Q曲線上將用戶端狀態(tài)進(jìn)行劃分，可以明顯看出風(fēng)量低于7 m3/min的用戶，止回閥出口段壓力基本上達(dá)到300 Pa及以上，按照全堵?tīng)顟B(tài)最大靜壓計(jì)算，后端排煙管道堵塞率已達(dá)到75%及以上，屬于異常工況狀態(tài)。

圖4 用戶狀態(tài)煙機(jī)工作區(qū)間分布

為更進(jìn)一步調(diào)研用戶狀態(tài)產(chǎn)品聲學(xué)性能，將該吸油煙機(jī)安裝在模擬用戶狀態(tài)的廚房?jī)?nèi)，采用管道后端設(shè)備調(diào)節(jié)吸油煙機(jī)出口止回閥壓力從0 Pa到最大靜壓，采用數(shù)字式人工頭測(cè)試及記錄不同工況狀態(tài)下吸油煙機(jī)的噪聲水平，如圖5所示，為人工頭雙耳采集的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)數(shù)值和雙耳響度平均值曲線。從圖5可以看出，吸油煙機(jī)在用戶狀態(tài)聲學(xué)性能明顯和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)有較大差距，主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室狀態(tài)為半消聲室測(cè)試，而用戶狀態(tài)為廚房小空間，且類似于混響空間，因此差異較大；整個(gè)聲學(xué)性能曲線呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，可能是下降段因?yàn)榕棚L(fēng)量逐漸下降，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速隨著后端阻力增大而提升，風(fēng)機(jī)效率開(kāi)始往最佳點(diǎn)提升，整個(gè)聲學(xué)性能也逐漸改善，當(dāng)后端阻力達(dá)到100 Pa以后，整機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提升，風(fēng)機(jī)效率開(kāi)始下降，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)加劇，腔體內(nèi)混響增大，廚房?jī)?nèi)出現(xiàn)低頻駐波，導(dǎo)致噪聲性能基本上呈線性上升趨勢(shì)[5]。當(dāng)后端堵塞率達(dá)到75%以后，用戶狀態(tài)雙耳A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)達(dá)到71分貝以上，雙耳響度值達(dá)到31 sone以上，已經(jīng)嚴(yán)重影響用戶使用，長(zhǎng)時(shí)間處于這種噪聲狀態(tài)下可能會(huì)影響身心健康。

圖5 實(shí)驗(yàn)室模擬用戶狀態(tài)聲學(xué)性能測(cè)試曲線

3 用戶端電壓參數(shù)

吸油煙機(jī)在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下均按照GB 17713-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)變頻電源輸出220 V/50 Hz電壓進(jìn)行測(cè)試，但是用戶端電壓值并不是標(biāo)準(zhǔn)的變頻220 V，因此，本次統(tǒng)計(jì)還專門進(jìn)行了用戶端電壓數(shù)據(jù)采集工作，共分為六個(gè)組別，總樣本量達(dá)到1018份。

表1為每組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出每組的電壓均值均在230 V以上，樣本中極小電壓值在196 V及以上，可能是偏遠(yuǎn)山區(qū)電壓采集結(jié)果；極大值區(qū)間基本在244 V～255 V之間，城市中用電低谷期可能會(huì)出現(xiàn)該電壓峰值。圖6為各組樣本量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖，從直方圖可直觀看出，統(tǒng)計(jì)結(jié)果趨中，數(shù)據(jù)可信度較高。

表1 正常定子測(cè)試

表1 用戶端電壓值統(tǒng)計(jì)抽樣

圖6 用戶端電壓統(tǒng)計(jì)直方圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)采集吸油煙機(jī)用戶端運(yùn)行參數(shù)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)，采用線性擬合的方式分析出實(shí)際安裝狀態(tài)下用戶端有效排風(fēng)量的大致區(qū)間，并使用數(shù)字式人工頭及模擬廚房對(duì)吸油煙機(jī)進(jìn)行聲學(xué)性能模擬測(cè)試，對(duì)比發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)和用戶狀態(tài)吸油煙機(jī)性能差異較大；然后通過(guò)分組統(tǒng)計(jì)的方式采集用戶端電壓值，不僅發(fā)現(xiàn)用戶端電壓均值和實(shí)驗(yàn)值標(biāo)準(zhǔn)電壓差異較大，而且區(qū)間跨度也較大。為后期產(chǎn)品研發(fā)及設(shè)計(jì)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

（1）未來(lái)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)需在吸油煙機(jī)有效排風(fēng)量及用戶狀態(tài)使用區(qū)間等方面多進(jìn)行探討；

（2）用戶狀態(tài)產(chǎn)品聲學(xué)性能和實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)差異較大，因此關(guān)注如何有效控制用戶狀態(tài)產(chǎn)品噪聲和性能平衡問(wèn)題為重要事項(xiàng)；

（3）對(duì)比用戶端電壓和實(shí)驗(yàn)室電壓參數(shù)，后續(xù)產(chǎn)品性能區(qū)間設(shè)計(jì)及有關(guān)電器可靠性驗(yàn)證可重點(diǎn)關(guān)注用戶狀態(tài)電壓區(qū)間問(wèn)題。