吸油煙機在實驗室及用戶狀態部分性能的研究

何新奎 蔣濟武 郝猛 劉小文

廣東美的制冷設備有限公司 廣東佛山 528300

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對廚房環境的關注度也越來越高，吸油煙機也成為廚房日常烹飪必不可少的家用大家電之一。近年來隨著技術發展，吸油煙機在性能的提升上也出現質的飛躍。當前市場上大風量、大風壓的產品競爭也越來越激烈，其主要是通過變頻技術提升電機轉速來實現的，因此會導致用戶端實際使用過程中噪聲問題比較嚴重。因此，產品有效風量逐漸開始受到重視，牟飛等人通過對住宅排煙道仿真研究以及公共煙道排煙系統排氣過程進行CFD模擬研究，得出用戶端最低有效風量達到500 m3/h后吸油煙機基本上可以達到不跑煙的效果[1]；吳靈輝等人采用CFD數值計算方法對比分析同一排煙管道、不同有效風量下的吸油煙機外部控煙區特性進行研究表明吸煙效果隨有效風量的增加而改善，但超過一定程度后，改善效果不明顯，10 m3/min為經濟有效風量[2]；譚朝輝等人更是通過對市場上的大風量產品采用直接模擬用戶安裝條件進行測試計算，發現產品宣稱的風量16 m3/min在完成安裝后會降低至9 m3/min的有效風量[3]；李繼超等人研究表明，有效排風量12～15 m3/min最佳[4]。

以上各種理論及實驗研究表明，產品在用戶端安裝完成后，實際使用風量并不能達到產品宣稱的指標。作為強安裝屬性的產品，很有必要研究產品在不同用戶家庭安裝狀態下的實際表現情況，因此本文針對一款特定型號的吸油煙機，通過對全國各地用戶端安裝后的運行數據進行采樣分析，對比實驗室狀態測試結果，給出了產品在用戶端性能的實際表現及分布情況；然后采用聲品質設備人工頭進行用戶實際使用狀態雙耳聲學性能測試，給出不同狀態下產品聲學性能表現曲線。最后，對產品輸入的電能參數進行統計分析，闡明用戶端實際使用工況及后續產品設計研發方向。

1 實驗室狀態

1.1 實驗樣機及條件

本實驗樣機采用當前市場上主流機型進行，吸油煙機使用電機為交流異步電機，標稱高檔風量18 m3/min，最大靜壓為400 Pa，噪聲

聲功率級LW為68 dB(A)。樣機空氣性能及聲學性能數據根據當前國家標準GB 17713-2011要求進行測試。

1.2 實驗結果

實驗測試主要針對吸油煙機空氣性能和整機功率進行分析驗證，如圖1所示為該機型的空氣性能（P-Q）曲線及輸入功率W曲線，測試結果滿足產品標稱要求。

圖1 吸油煙機空氣性能及功率曲線

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

圖2 風量和功率曲線及一維線性擬合

2 用戶狀態

2.1 用戶狀態吸油煙機有效風量

為調研產品在用戶端工作狀態表現，針對該機型進行用戶端安裝后高檔穩定運行的功率進行統計，共統計45個用戶端產品運行功率參數，并按照圖2中得出的風量和功率關系進行換算分析，得出圖3所示的用戶端輸入功率和有效排風量的分布，然后進行B-spline曲線進行擬合分析。如圖3所示，用戶端輸入功率集中在175～200 W之間，有效排風量集中在9～12 m3/min之間。根據前述相關研究成果，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量較小，低于7 m3/min，可能是后端排煙管道阻力較大，導致有效排風量較小，會影響日常使用的吸煙效果，需要重點排查。

圖3 用戶端輸入功率及產品有效風量分布

2.2 用戶狀態吸油煙機工作區間及聲學性能

如圖4所示，在吸油煙機P—Q曲線上將用戶端狀態進行劃分，可以明顯看出風量低于7 m3/min的用戶，止回閥出口段壓力基本上達到300 Pa及以上，按照全堵狀態最大靜壓計算，后端排煙管道堵塞率已達到75%及以上，屬于異常工況狀態。

圖4 用戶狀態煙機工作區間分布

為更進一步調研用戶狀態產品聲學性能，將該吸油煙機安裝在模擬用戶狀態的廚房內，采用管道后端設備調節吸油煙機出口止回閥壓力從0 Pa到最大靜壓，采用數字式人工頭測試及記錄不同工況狀態下吸油煙機的噪聲水平，如圖5所示，為人工頭雙耳采集的A計權聲壓級數值和雙耳響度平均值曲線。從圖5可以看出，吸油煙機在用戶狀態聲學性能明顯和實驗狀態有較大差距，主要是因為實驗室狀態為半消聲室測試，而用戶狀態為廚房小空間，且類似于混響空間，因此差異較大；整個聲學性能曲線呈現先下降后上升的趨勢，可能是下降段因為排風量逐漸下降，風機系統轉速隨著后端阻力增大而提升，風機效率開始往最佳點提升，整個聲學性能也逐漸改善，當后端阻力達到100 Pa以后，整機轉速進一步提升，風機效率開始下降，風機系統振動加劇，腔體內混響增大，廚房內出現低頻駐波，導致噪聲性能基本上呈線性上升趨勢[5]。當后端堵塞率達到75%以后，用戶狀態雙耳A計權聲壓級達到71分貝以上，雙耳響度值達到31 sone以上，已經嚴重影響用戶使用，長時間處于這種噪聲狀態下可能會影響身心健康。

圖5 實驗室模擬用戶狀態聲學性能測試曲線

3 用戶端電壓參數

吸油煙機在實驗室狀態下均按照GB 17713-2011標準中規定的標準變頻電源輸出220 V/50 Hz電壓進行測試，但是用戶端電壓值并不是標準的變頻220 V，因此，本次統計還專門進行了用戶端電壓數據采集工作，共分為六個組別，總樣本量達到1018份。

表1為每組數據統計結果，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，可能是偏遠山區電壓采集結果；極大值區間基本在244 V～255 V之間，城市中用電低谷期可能會出現該電壓峰值。圖6為各組樣本量數據統計直方圖，從直方圖可直觀看出，統計結果趨中，數據可信度較高。

表1 正常定子測試

表1 用戶端電壓值統計抽樣

圖6 用戶端電壓統計直方圖

4 結語

本文通過采集吸油煙機用戶端運行參數，對比實驗室狀態，采用線性擬合的方式分析出實際安裝狀態下用戶端有效排風量的大致區間，并使用數字式人工頭及模擬廚房對吸油煙機進行聲學性能模擬測試，對比發現實驗室狀態和用戶狀態吸油煙機性能差異較大；然后通過分組統計的方式采集用戶端電壓值，不僅發現用戶端電壓均值和實驗值標準電壓差異較大，而且區間跨度也較大。為后期產品研發及設計提供有效數據支撐。

（1）未來產品研發設計及標準建設需在吸油煙機有效排風量及用戶狀態使用區間等方面多進行探討；

（2）用戶狀態產品聲學性能和實驗室狀態差異較大，因此關注如何有效控制用戶狀態產品噪聲和性能平衡問題為重要事項；

（3）對比用戶端電壓和實驗室電壓參數，后續產品性能區間設計及有關電器可靠性驗證可重點關注用戶狀態電壓區間問題。