燃氣灶的熱損失及節(jié)能措施探討

1、燃氣灶的熱損失及節(jié)能措施探討吳成年關(guān)鍵詞 燃氣灶 熱損失 節(jié)能措施摘要 本文從分析燃氣灶熱損失入手，推導出燃氣灶鍋底面燃氣的熱交換損失計算公式，并對火焰分布不同的燃燒器其鍋底面燃氣的熱交換損失進行了相應(yīng)的計算、分析；通過如何減少熱交換損失及如何減少傳熱損失，對燃氣灶的節(jié)能措施進行了探討。這些措施，對于進一步提高燃氣灶的熱效率是十分有益的。前言燃氣灶在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓綇V泛地應(yīng)用，燃氣已與人們生活息息相關(guān)；隨著世界性石油危機的不斷突現(xiàn)，燃氣（本文主要指天然氣、液化石油氣、人工煤氣）作為一種不可再生的能源資源，節(jié)約燃氣越來越受到人們的重視。如何在燃氣灶的設(shè)計上進一步提高其節(jié)能性能，不僅可以使人們

2、從節(jié)約燃氣中直接受益，而且對于燃氣資源的有效利用及燃氣資源的保護都具有重要的現(xiàn)實意義。家用燃氣灶的熱效率，是衡量燃氣灶是否節(jié)能的一項重要指標。根據(jù)國家標準GB16410家用燃氣灶具中的規(guī)定，對于臺式燃氣灶，熱效率應(yīng)大于55%，嵌入式灶，熱效率應(yīng)大于50%。在實際產(chǎn)品中，普通的臺式燃氣灶熱效率一般都小于60%；普通的嵌入式灶熱效率一般都小于55%；而采用紅外線加熱技術(shù)的燃氣灶，一般熱效率都可以超過60%。所謂燃氣灶的熱效率，通俗地講就是燃氣灶在使用過程中對燃氣熱能的有效利用率。從燃氣灶的熱效率上可以看出，家用燃氣灶具普遍存在著燃氣熱能利用率不高的現(xiàn)象，有大約4050%的燃氣熱能在使用中被浪費。不

3、管是從節(jié)約能源的角度看，還是站在消費者利益的角度看，提高燃氣灶對燃氣熱能的有效利用率，設(shè)計、生產(chǎn)高熱效率的家用燃氣灶，已成為燃氣具行業(yè)發(fā)展的一個重要方向。對于家用燃氣灶來講，它還有一項重要的指標，就是燃燒煙氣中的有害氣體（如一氧化碳等）不能超過有關(guān)規(guī)定。要保證燃氣灶燃燒煙氣中的有害氣體不超過有關(guān)規(guī)定，又要提高燃氣灶熱效率，這是一對矛盾；提高熱效率，往往會帶來煙氣中有害氣體的增高。要使非紅外線燃氣灶（尤其是嵌入式燃氣灶）熱效率超過60%甚至更高，雖有一定的難度，但已有企業(yè)證明是可以達到的。如何在保證燃燒煙氣中有害氣體不超標的前提下提高燃氣灶的熱效率，是值得研究、探討的。本文將從分析燃氣灶熱損失入

4、手，推導出燃氣灶鍋底面燃氣的熱交換損失計算公式，并對火焰分布不同的燃燒器其鍋底面燃氣的熱交換損失進行計算、分析；通過如何減少熱交換損失及如何減少傳熱損失，對燃氣灶的節(jié)能措施進行探討。一、燃氣灶的主要熱損失燃氣灶的熱損失可以分為以下幾種類型：1、鍋底面燃氣的熱交換損失本文所講的鍋底面燃氣的熱交換損失，是指燃氣灶燃燒時，火焰不能完全與鍋底面接觸所產(chǎn)生的熱損失；它的大小主要以火焰與鍋底面的接觸面積來判斷。目前，家用燃氣灶所使用的燃氣閥，是通過對單個噴嘴或多個噴嘴燃氣流量的控制，對火焰大小進行控制、調(diào)節(jié)；尤以雙噴嘴燃氣閥最為廣泛使用。燃氣灶在燃燒時多為雙環(huán)或多環(huán)火焰；中心火焰的熱流量一般僅占燃燒器熱流

5、量的1020%左右（臺式灶：1620%左右，嵌入式灶：1016%左右）。中心火熱流量的大小，主要受燃燒器二次空氣補給的限制；中心火熱流量過大，燃燒煙氣中的有害氣體則可能超標。嵌入式燃氣灶中心火的熱流量普遍比臺式燃氣灶要小，主要是由于嵌入式燃氣灶中心火的空氣補給比臺式燃氣灶要困難，為保證燃燒煙氣中的有害氣體不超標，只得減少中心火的熱流量，這實屬迫不得已之舉。用尖底鍋炒菜時可以直觀地看到，由于中心火熱流量小，外圈火熱流量大，油在尖底鍋中，首先在外圈火加熱范圍處（油面外圈）產(chǎn)生沸騰、油煙。中心火熱流量小，意味著燃氣灶在使用過程中，只有少部分燃氣在靠近鍋底中心部位燃燒，而大部分燃氣則不是靠近鍋底中心部

6、位燃燒；也就是說，大部分燃氣燃燒時離鍋底中心有相當?shù)木嚯x，燃氣的大部分熱能并未在這個范圍內(nèi)被充分利用。正因為如此，本文特將火焰與鍋底面的接觸程度作為判定燃氣灶燃燒時燃氣熱損失的一項重要指標。2、熱能流失損失燃氣灶的熱能流失損失，是指燃氣未充分參與熱交換所造成的熱損失。燃氣灶在燃燒過程中，火焰與鍋底面的熱交換過程不僅受鍋底面積大小的影響，而且還受交換時間、交換速度等的影響，部分燃氣未能充分參與鍋底面或鍋周邊的熱交換而產(chǎn)生熱能流失損失。另外，在鍋底下面的燃氣流具有一定的厚度，將此厚度中靠近鍋底面一側(cè)的燃氣稱為內(nèi)側(cè)燃氣，另一側(cè)稱為外側(cè)燃氣，顯然，內(nèi)側(cè)燃氣與鍋底面的熱交換較充分，而外側(cè)燃氣與鍋底面的熱

7、交換則相對較少。鍋底下面燃氣流厚度的存在，同樣也會產(chǎn)生燃氣灶的熱能流失損失。3、燃燒不完全產(chǎn)生的熱能損失燃燒過程中，由于補氧不充分造成燃燒不完全，從而產(chǎn)生熱能損失。4、傳熱損失它主要包括下面幾個方面的損失：（1）火焰對周圍空氣加熱所造成的熱量損失；（2）灶具材料（如燃燒器、鍋架、承液盤、面板等）吸熱作用所造成的熱量損失；（3）鍋體材料導熱能力所產(chǎn)生的熱量損失；（4）鍋體在加熱過程中，同時也向周圍介質(zhì)（如空氣等）加熱所產(chǎn)生的熱量損失。 二、鍋底面燃氣熱交換損失計算公式的推導為了更好地分析和計算鍋底面燃氣的熱交換損失，以便采取相應(yīng)的措施來減少這種損失，需建立相應(yīng)的計算公式?，F(xiàn)將鍋底面燃氣熱交換損失

8、計算公式推導如下：1、火焰集中于鍋底中心時的熱交換量表達式 設(shè)：火焰與鍋底面完全接觸進行熱交換的條件為：火焰集中于鍋底中心，再向鍋底四周擴散。火焰集中于鍋底中心時的熱交換量表達式為： （1）式中：D鍋底直徑，F(xiàn)鍋底面積，F(xiàn)=；火焰總熱量；火焰與鍋底面完全接觸時的熱交換量。2、火焰為雙環(huán)結(jié)構(gòu)時的熱交換量表達式設(shè)：火焰不是集中于鍋底中心，而是分為內(nèi)、外圈火焰結(jié)構(gòu)（既雙環(huán)火焰結(jié)構(gòu)）；外圈火焰距鍋底中心為dw/2，內(nèi)圈火焰距鍋底中心為dN/2。雙環(huán)火焰結(jié)構(gòu)的熱交換量表達式為： （2）式中：D鍋底直徑； 外圈火焰直徑（近似以外圈火孔在火蓋上的位置尺寸替代）；內(nèi)圈火焰直徑（近似以內(nèi)圈火孔在火蓋上的位置尺寸

9、替代）；與外圈火焰接觸的鍋底面積，；與內(nèi)圈火焰接觸的鍋底面積，；外圈火焰熱量占火焰總熱量的比例；（1）內(nèi)圈火焰熱量占火焰總熱量的比例；火焰總熱量；火焰分內(nèi)、外圈結(jié)構(gòu)時的熱交換量。3、火焰為多環(huán)結(jié)構(gòu)時的熱交換量表達式在內(nèi)外圈火焰之間，還存在一環(huán)或多環(huán)火焰。多環(huán)火焰的熱交換量表達式如下：（3）式中：“I”位置處的火焰直徑；“I+1”位置處的火焰直徑；“I”位置處火焰接觸的鍋底面積，；“I+1”位置處火焰接觸的鍋底面積， ；I“I”位置處火焰熱量占火焰總熱量的比例；I+1“I+1”位置處火焰熱量占火焰總熱量的比例。4、鍋底面燃氣熱交換損失的計算公式因火焰不能完全與鍋底面接觸（即火焰不集中于鍋底中心）

10、造成的熱交換損失，其計算公式可以通過（1）、（2）、（3）式得到。 （1）雙環(huán)火焰時鍋底面燃氣熱交換損失的計算公式，令 HQ=HQ0HQ，熱交換損失系數(shù)為，通過（1）、（2）式，則： （4）從上式可以看出，當鍋底直徑D一定，dW、dN愈小，愈小，熱交換損失愈小；反之，則熱交換損失愈大。當dW、dN一定，D愈大，愈小，熱交換損失愈??；反之，則熱交換損失愈大。（2）多環(huán)火焰時鍋底面燃氣熱交換損失的計算公式令 HQ=HQ0HQ，熱交換損失系數(shù)為，通過（1）、（3）式，則： （5）從上式可以看出，當鍋底直徑D一定，dW、dN、dI、dI+1愈小，愈小，熱交換損失愈小；反之，則熱交換損失愈大。當dW、d

11、N、dI、dI+1一定，D愈大，愈小，熱交換損失愈??；反之，則熱交換損失愈大。5、不同火孔型式燃燒器的熱交換損失比較現(xiàn)在常用的燃燒器，其火孔型式多為梯形、圓形或條形，梯形、圓形火孔的火焰分布位置大致相同，多集中在火蓋的外圈；條形火孔的火焰分布多集中在火蓋頂部。利用公式（4），將梯形（或圓形）火孔燃燒器、條形火孔燃燒器與火焰集中于鍋底中心的燃燒器作比較，相應(yīng)的熱交換損失計算結(jié)果見表1。熱交換損失的大小，直接影響燃氣灶熱效率的大小。通過對熱交換損失的計算、分析，可以為如何提高燃氣灶的熱效率提供明晰的思路。從計算結(jié)果可以看出：（1）梯形（或圓形）火孔燃燒器、條形火孔燃燒器的熱交換損失比火焰集中于鍋底

12、中心的燃燒器高5.915.55%（其中，梯形或圓形火孔燃燒器高11.7915.55%，條形火孔燃燒器高5.913.14%）；條形火孔燃燒器的熱交換損失明顯低于梯形或圓形火孔燃燒器的熱交換損失。（2）在爐頭直徑（或大火蓋直徑）、內(nèi)圈火焰直徑、內(nèi)外圈火焰熱流量分配比例相同的情況下，梯形（或圓形）火孔燃燒器的熱交換損失明顯比條形火孔燃燒器大得多（爐頭直徑或大火蓋直徑為120mm時，熱交換損失大3.974.6%；爐頭直徑或大火蓋直徑為100mm時，熱交換損失大5.896.15%）。（3）其他條件不變，改變內(nèi)、外圈火焰熱流量分配比例，內(nèi)圈熱流量比例增大，熱交換損失減?。环粗瑹峤粨Q損失增大。（4）爐頭直

13、徑（或大火蓋直徑）大，則熱交換損失較大；反之，熱交換損失較小。從表中可以看到，直徑120的爐頭（或大火蓋），熱交換損失比100高3.136.99%（其中，梯形或圓火孔的高3.133.22%，條形火孔的高4.646.99%）。表1： 不同火孔型式燃燒器，熱交換損失計算結(jié)果比較序號爐頭直徑(mm)外圈（大火蓋）火孔型式外圈（大火蓋）火焰直徑dW (mm)內(nèi)圈（小火蓋）火焰直徑dN (mm)外圈火焰占總熱量的比例 (%)內(nèi)圈火焰占總熱量的比例（1-）（%）鍋底直徑D（mm）熱交換損失(%)1100梯形火孔或圓火孔10028821826012.33802012.07782211.792條形火孔8028

14、82182607.9780207.878227.643702882182606.1580206.0378225.94120梯形火孔或圓火孔12046821828015.55802015.23782214.925條形火孔11046821828013.14802012.89782212.63610046821828010.95802010.74782210.54注：本表中條形火孔火蓋的外圈火焰直徑，取條形火孔的平均直徑（平均直徑=條形火孔內(nèi)、外端直徑之和÷2）。三、燃氣灶節(jié)能措施的探討燃氣灶的節(jié)能措施，應(yīng)該從減少燃氣灶在使用中的熱損失入手。下面就從減少熱交換損失及減少傳熱損失這兩個方面對

15、燃氣灶的節(jié)能措施進行探討。1、減少熱交換損失的主要措施（1）設(shè)計時將灶具燃燒器的火焰分布位置盡可能集中于鍋底中心：可采用斜沖火焰等來實現(xiàn)；（2）盡可能縮小鍋底高溫燃氣流的厚度：通過縮小鍋架于鍋底間的燃氣通道高度尺寸來實現(xiàn)；（3）加大熱交換面積及熱交換時間：可在燃燒器上采取旋轉(zhuǎn)火焰設(shè)計，或在鍋架上采取措施，延長燃氣流程等措施來實現(xiàn)；（4）采用鼓風式全預混燃燒器：以此形成紊流燃燒，使燃氣與鍋底的熱交換面積、熱交換時間增大，同時還可以使火焰集中于鍋底中心，燃燒器的尺寸可以做得比傳統(tǒng)的大氣式燃燒器更小。單從減少熱損失的角度看，采用鼓風式全預混燃燒器是最為理想的；（5）增大燃燒器內(nèi)圈火的熱流量比例：可以適當減少熱交換損失。2、減少傳熱損失的主要措施（1）保持合理的火焰高度，使火焰高溫區(qū)盡可能貼近鍋底；（2）降低鍋架高度，減少火焰對周圍空氣加熱所帶來的熱損失；（3）在燃燒器處增加聚熱反射裝置，減少熱輻射損失；（4）在燃燒器、鍋架或聚熱反射裝置表面增加含遠紅外線材料的涂層（如在搪瓷涂層或其他高溫涂層中添加遠紅外線材料），充分利用這些部件所吸收的熱能轉(zhuǎn)化為遠紅外線加熱。四、采取節(jié)能措施時應(yīng)注意的問題1、在設(shè)計上要加強一、二次空氣的補給，尤其是要使燃燒器二次空氣的補給在設(shè)計上與現(xiàn)有的方法相比有所突破（筆者認為，這是完全可以實現(xiàn)的），才能保證在采取火焰集中于鍋底中心、縮小