中式烹饪对被动式建筑耗能影响的实践研究

杨 帆

(国家开放大学兰州学院，甘肃 兰州 730000)

0 引言

20世纪90年代初起源于德国的被动房概念，已成功的传播到欧洲和欧洲以外的地区。它的目标是以合理的成本，超低的能耗，提供最佳的室内环境。为达到这一目标，被动房概念使用各种策略，实现建筑物周围与内部能量流动的最小化。厨房中抽油烟机的使用对房间内积存的热量和湿度会有较大影响，而中式的烹饪方式又对温度和湿度有改善。

饮食在中国占重要地位。中餐特别丰富多样，各地区都有不同的传统菜肴。在本研究范围内，烹饪对厨房内部的热量和湿度增加的影响特别重要。中国美食的一个特点是使用热炒锅炒菜，大多采用5 kW～10 kW的高热量输出燃气炉，一般使用时间相对较短。然而，也有用汤锅长时间炖煮的菜肴。除此之外，米饭是主食，常用节能电饭煲煮饭，造成的热负荷与湿负荷很小。

1 被动房厨房热工

假定厨房使用方式很不相同，相应差异很大。有些传统家庭一天在家里烹任几次，而另一极端是吃速食餐或购买外卖。然而必须假定中国厨房的平均使用强度比欧洲厨房高。在不同来源的基础上，通过个体询间、网络调查，设定了三种厨房内部热负荷与湿负荷状况，旨在涵盖兰州大部分存在的现象。厨房中炊具的效能分级，处理过程损失和炒好的菜放在厨房外桌上的散热，都纳入考虑。

第二个影响热工表现的参数是厨房的通风。目前从厨房排除高热量、水分、油脂和气味负荷的标准解决方案是用抽油烟机抽取空气向外排放。GB 50736中列举了300 m3/h和500 m3/h之间排风量的抽油烟机，这些数值对应着在欧洲市场上典型的商用抽油烟机。如此大的排气量，室外空气流入补充是绝对必要的，无论是通过一个敞开的窗口，或通过在外墙上的适当进气口，这些开口除了使用期间之外都保持关闭，否则空气会通过泄漏点涌入全家。按被动房的气密性水平，对应上述流量的压力差约需100 Pa。

考虑到建筑物的能源需求和热舒适性，冬天以及夏季炎热时期中，最好避免厨房的不必要空气交换。用排风式抽油烟机从厨房排除热、湿负荷，尤其是在外部高温的夏季(典型的兰州白天:32 ℃)，不可能维持在舒适范围内。即使没有更准确的模拟，也可推荐使用循环式抽油烟机，通过滤油网和活性炭过滤器适当净化烹饪区升起的蒸汽。湿气和残留的气味通过厨房的连续回风去除。因此上述的内部负荷状况与两种通风状况相结合：要么没有外部空气交换，要么以500 m3/h风量启动排风式抽油烟机，早上、中午和晚上各30 min。

2 模拟结果

如果厨房没有其自己的制冷和除湿装置，例如一个独立的分体式空调，则夏季的温度和湿度水平将高于建筑物内的其他房间，造成内部负荷较高。另外一方面，如果使用抽油烟机，在冬季偶尔会出现比其他房间温度低的情况，尽管内部热负荷很高。所得室内环境的可接受程度，可以通过送风制冷的例子来得到最好的解释。此时厨房只能通过间接的方式进行空气调节，而内部的房间门大多保持关闭。我们使用兰州新区的气候数据来比较不同的情况。

在别墅厨房的温度和湿度分布。在最有利的情况下，即中等的内部负荷，并且装有循环式抽油烟机，独立厨房的夏季温度在使用时常升至27 ℃。也就是超出了舒适范围大约2 ℃，这种差异对工作间来说还是可以接受的。冬季温度最高为22 ℃，仅略有增加。厨房湿度会上升至含湿量14 g/kg，这不理想，但是勉强可以接受。

如果别墅的独立厨房使用排风式抽油烟机，夏季温度会高达30 ℃，空气湿度水平有时高于含湿量16 g/kg，这是难以接受的，尤其是在使用过程中。相反，冬天厨房的温度有时下降至19 ℃。在冬季的含湿量也会降低。对二层客厅和厨房合并成的大面积空间，也充当了送风温度的调节室，全年保持在舒适范围内。这里的负荷(相对较小，因使用率较低)由空调和大房间的热容量补偿。即使内部负荷较高，使用排风式抽油烟机，结果也还可以。虽然某些情况下含湿量超过14 g/kg，相对湿度超过70%。

高内部负荷下，即使用了循环式抽油烟机仍导致类似的情况。然而，这里的冬季温度也可观地提高到24 ℃。与使用排风式抽油烟机相比，夏季可以实现稍低的温度和湿度水平。后者的原因是室外空气负荷较低。为了能够更好地量化不同类型操作的能源需求，必须考虑所有的情况，假设理想的采暖、制冷和除湿。在兰州气候中，不同的厨房热负荷状况只会导致年度能源需求在冬季和夏季之间平移；在三种负荷状况下，采暖、制冷和除湿需求的总和大致保持不变。在采暖为主的气候区如哈尔滨和乌鲁木齐，厨房较高的内部负荷可降低采暖需求。而在温暖的气候区如广州和琼海，则会增加对温湿调节的总需求。

在兰州，排风式抽油烟机与循环式抽油烟机相比(见表1，表2，图1)，增加了约10 kWh/(m2·年)的使用能源需求。这一结果与厨房的使用方式(轻、中、高负荷)关系不大。也必须在此指出，在所有的情况下，只要有一扇连接客厅并且经常敞开的门，厨房的舒适条件就可以得到改善——在参考模型中的内门每天仅开放5 h。也可以假设，使用者无论使用哪一种抽油烟机，都会在不适、潮湿、油烟和气味中达到一个自己可以接受的平衡点。

表1 轻负荷循环式抽油烟机通过送风进行温湿调节统计表

表2 高负荷排风式抽油烟机通过送风进行温湿调节统计表

3 结论及建议

抽油烟机大大增加空调的能耗。此外，还有额外空气流入的潜在麻烦。技术改进理所当然。诱导通风式抽油烟机已用于工业厨房，它通过控制室外空气供应可减少排风量约50%。也有带热回收的抽油烟机。然而，对于住宅建筑的厨房，这些方法似乎过于昂贵。建议用可过滤油脂和气味的循环式抽油烟机代替。一般来说，抽油烟机应具有较高的能效。接近被动房通风系统(0.45 Wh/m3)的电力消耗是可接受的，使用过程中几百瓦功率消耗并不罕见。

建议选用高效的烹饪设备，以满足舒适度和节能的需求。尤其是在夏季温暖及炎热的气候区。例如，自动电饭煲已经非常普遍，这要比用燃气炉煮饭产生的热量和湿度负荷少得多。燃气明火只有50%热量加热了锅具，其他热量流失而立即进入房间；使用电磁炉要有利得多。现在已经有电力炒菜锅。恒温控制，下部隔热的电炒锅很有优势，因为高温就直接产生在最需要的地方。中国现代商业厨房已经有适用炒菜锅的专用电磁炉灶台，这可能是一个更理想的办法。