吸油烟机在实验室及用户状态部分性能的研究

何新奎 蒋济武 郝猛 刘小文

广东美的制冷设备有限公司 广东佛山 528300

0 引言

随着生活水平的提高，人们对厨房环境的关注度也越来越高，吸油烟机也成为厨房日常烹饪必不可少的家用大家电之一。近年来随着技术发展，吸油烟机在性能的提升上也出现质的飞跃。当前市场上大风量、大风压的产品竞争也越来越激烈，其主要是通过变频技术提升电机转速来实现的，因此会导致用户端实际使用过程中噪声问题比较严重。因此，产品有效风量逐渐开始受到重视，牟飞等人通过对住宅排烟道仿真研究以及公共烟道排烟系统排气过程进行CFD模拟研究，得出用户端最低有效风量达到500 m3/h后吸油烟机基本上可以达到不跑烟的效果[1]；吴灵辉等人采用CFD数值计算方法对比分析同一排烟管道、不同有效风量下的吸油烟机外部控烟区特性进行研究表明吸烟效果随有效风量的增加而改善，但超过一定程度后，改善效果不明显，10 m3/min为经济有效风量[2]；谭朝辉等人更是通过对市场上的大风量产品采用直接模拟用户安装条件进行测试计算，发现产品宣称的风量16 m3/min在完成安装后会降低至9 m3/min的有效风量[3]；李继超等人研究表明，有效排风量12～15 m3/min最佳[4]。

以上各种理论及实验研究表明，产品在用户端安装完成后，实际使用风量并不能达到产品宣称的指标。作为强安装属性的产品，很有必要研究产品在不同用户家庭安装状态下的实际表现情况，因此本文针对一款特定型号的吸油烟机，通过对全国各地用户端安装后的运行数据进行采样分析，对比实验室状态测试结果，给出了产品在用户端性能的实际表现及分布情况；然后采用声品质设备人工头进行用户实际使用状态双耳声学性能测试，给出不同状态下产品声学性能表现曲线。最后，对产品输入的电能参数进行统计分析，阐明用户端实际使用工况及后续产品设计研发方向。

1 实验室状态

1.1 实验样机及条件

本实验样机采用当前市场上主流机型进行，吸油烟机使用电机为交流异步电机，标称高档风量18 m3/min，最大静压为400 Pa，噪声

声功率级LW为68 dB(A)。样机空气性能及声学性能数据根据当前国家标准GB 17713-2011要求进行测试。

1.2 实验结果

实验测试主要针对吸油烟机空气性能和整机功率进行分析验证，如图1所示为该机型的空气性能（P-Q）曲线及输入功率W曲线，测试结果满足产品标称要求。

图1 吸油烟机空气性能及功率曲线

如图2所示，为主电机输入功率和风量曲线，由该曲线可看出，风量在一定范围内和功率基本呈线性变化关系，该机型具体区间约为6～16 m3/min，由此进行该区间的风量功率关系曲线拟合，得到拟合曲线方程为一元一次线性方程W=121.7+5.6×Q，而且该风量区间也属于大部分用户安装状态。

图2 风量和功率曲线及一维线性拟合

2 用户状态

2.1 用户状态吸油烟机有效风量

为调研产品在用户端工作状态表现，针对该机型进行用户端安装后高档稳定运行的功率进行统计，共统计45个用户端产品运行功率参数，并按照图2中得出的风量和功率关系进行换算分析，得出图3所示的用户端输入功率和有效排风量的分布，然后进行B-spline曲线进行拟合分析。如图3所示，用户端输入功率集中在175～200 W之间，有效排风量集中在9～12 m3/min之间。根据前述相关研究成果，大部分用户家庭基本上均可满足正常使用要求。其中，存在部分用户端有效风量较小，低于7 m3/min，可能是后端排烟管道阻力较大，导致有效排风量较小，会影响日常使用的吸烟效果，需要重点排查。

图3 用户端输入功率及产品有效风量分布

2.2 用户状态吸油烟机工作区间及声学性能

如图4所示，在吸油烟机P—Q曲线上将用户端状态进行划分，可以明显看出风量低于7 m3/min的用户，止回阀出口段压力基本上达到300 Pa及以上，按照全堵状态最大静压计算，后端排烟管道堵塞率已达到75%及以上，属于异常工况状态。

图4 用户状态烟机工作区间分布

为更进一步调研用户状态产品声学性能，将该吸油烟机安装在模拟用户状态的厨房内，采用管道后端设备调节吸油烟机出口止回阀压力从0 Pa到最大静压，采用数字式人工头测试及记录不同工况状态下吸油烟机的噪声水平，如图5所示，为人工头双耳采集的A计权声压级数值和双耳响度平均值曲线。从图5可以看出，吸油烟机在用户状态声学性能明显和实验状态有较大差距，主要是因为实验室状态为半消声室测试，而用户状态为厨房小空间，且类似于混响空间，因此差异较大；整个声学性能曲线呈现先下降后上升的趋势，可能是下降段因为排风量逐渐下降，风机系统转速随着后端阻力增大而提升，风机效率开始往最佳点提升，整个声学性能也逐渐改善，当后端阻力达到100 Pa以后，整机转速进一步提升，风机效率开始下降，风机系统振动加剧，腔体内混响增大，厨房内出现低频驻波，导致噪声性能基本上呈线性上升趋势[5]。当后端堵塞率达到75%以后，用户状态双耳A计权声压级达到71分贝以上，双耳响度值达到31 sone以上，已经严重影响用户使用，长时间处于这种噪声状态下可能会影响身心健康。

图5 实验室模拟用户状态声学性能测试曲线

3 用户端电压参数

吸油烟机在实验室状态下均按照GB 17713-2011标准中规定的标准变频电源输出220 V/50 Hz电压进行测试，但是用户端电压值并不是标准的变频220 V，因此，本次统计还专门进行了用户端电压数据采集工作，共分为六个组别，总样本量达到1018份。

表1为每组数据统计结果，可以看出每组的电压均值均在230 V以上，样本中极小电压值在196 V及以上，可能是偏远山区电压采集结果；极大值区间基本在244 V～255 V之间，城市中用电低谷期可能会出现该电压峰值。图6为各组样本量数据统计直方图，从直方图可直观看出，统计结果趋中，数据可信度较高。

表1 正常定子测试

表1 用户端电压值统计抽样

图6 用户端电压统计直方图

4 结语

本文通过采集吸油烟机用户端运行参数，对比实验室状态，采用线性拟合的方式分析出实际安装状态下用户端有效排风量的大致区间，并使用数字式人工头及模拟厨房对吸油烟机进行声学性能模拟测试，对比发现实验室状态和用户状态吸油烟机性能差异较大；然后通过分组统计的方式采集用户端电压值，不仅发现用户端电压均值和实验值标准电压差异较大，而且区间跨度也较大。为后期产品研发及设计提供有效数据支撑。

（1）未来产品研发设计及标准建设需在吸油烟机有效排风量及用户状态使用区间等方面多进行探讨；

（2）用户状态产品声学性能和实验室状态差异较大，因此关注如何有效控制用户状态产品噪声和性能平衡问题为重要事项；

（3）对比用户端电压和实验室电压参数，后续产品性能区间设计及有关电器可靠性验证可重点关注用户状态电压区间问题。