家用燃?xì)庠钅芎臏y試分析

家用燃?xì)庠钅芎臏y試分析

為了減少污染，中國正在改善能源結(jié)構(gòu)，逐步提高天然氣的比例。“西氣東輸”工程使得天然氣應(yīng)用規(guī)模迅速擴大，大城市家庭的天然氣利用率越來越高。北京城區(qū)的燃煤鍋爐實現(xiàn)了“煤氣改流”，大大降低了城市污染，給居民帶來了舒適的生活，但也給中國的天然氣產(chǎn)量帶來了快速增長。從2000年到2004年，中國城市天然氣的年消費從82年的82年提高到169年的169年上升到1.4%。然而，中國是一個相對貧窮的國家。2004年，天然氣剩余儲量占世界總量的1.4%。2004年，天然氣消費量達(dá)到北京、西安、鄭州等一些城市。因此，一些地區(qū)采取了緊急措施，如固定天然氣、降低天然氣加熱溫度、關(guān)閉天然氣公交車等，這給居民的生活帶來了不利影響。因此，如何提高天然氣的使用效率，減少天然氣等資源的消耗是一個緊迫的問題。家庭烹飪是主要的消耗方式之一。發(fā)達(dá)國家居民的生活氣體占天然氣消耗的27%45.108m3，比2003年增加了21%。城市家庭的人均天然氣消耗也達(dá)到51.108m3。家庭膽紅素大部分用于家庭飲用水，這增加了家庭膽紅素的效率。因此，我們可以提高家庭燃?xì)庠畹墓ぷ餍?，不僅降低消耗氣體資源的消耗，減少消耗和溫室氣體的排放，而且降低了用戶的消耗。因此，提高家庭燃?xì)庠畹膶嶋H工作效率，不僅可以減少消耗和消耗，還可以減少消耗和用戶數(shù)量。因此，我們必須提高家庭使用的效率。這不僅與實用鍋的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，還與燃燒和儲存的操作方法有關(guān)。如何使用科學(xué)方法來減少氣體消耗也是居民關(guān)心的一個重要問題。過去，一些相關(guān)研究表明，在實驗室條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)鍋和樣品方法進行測試和評估燃?xì)庠畹男剩趯嶋H使用條件下，無法研究燃?xì)庠畹男侍卣?。例如，劉杰等人在家庭燃?xì)庠畹膔v測試條件下使用標(biāo)準(zhǔn)微波爐，但研究燃?xì)庠畹膔v標(biāo)準(zhǔn)是不同的。rahima等人在實驗室條件下使用照明設(shè)備的效率，但居民的實際使用與實驗室標(biāo)準(zhǔn)測試方法之間有很大差異。因此，燃?xì)庠畹膶嶋H工作效率與安裝效率也不同。在這項工作中，。1測試對象和條件1.1燃?xì)庠钆c水的配合性能測試內(nèi)容為:對居民實際使用條件下的一臺家用燃?xì)庠?在不同鍋具、不同燃燒火勢(天然氣供氣量)的條件下燒開水時的熱效率進行測試,另外還對水溫與燃?xì)庠顭嵝实年P(guān)系進行測試分析.1.2燃?xì)庠钆c標(biāo)準(zhǔn)爐.測試的灶具是一臺某知名廠家生產(chǎn)的以天然氣為燃料的臺式家用雙眼燃?xì)庠?外形見圖1,根據(jù)抽樣調(diào)查的結(jié)果,這種型式的燃?xì)庠钍悄壳皯?yīng)用最多的家用燃?xì)庠?該燃?xì)庠钜呀?jīng)使用了1年時間,型號為JZ2-T20/T22/T22B,右灶眼的額定熱流量為4.6kW,左灶眼的額定熱流量為4.0kW,測試工作在左灶眼上進行.測試的鍋具有三種,第一種為開水壺,不銹鋼材料、平底鍋、底部直徑為20mm、厚度為0.6mm;第二種為高壓鍋,鋁合金材料、平底鍋、底部直徑為22mm、厚度為4mm);第三種為炒鍋,鐵鍋、半球面鍋底、頂部直徑為26mm、厚度為1.6mm.1.3電子瞳裝時間主要測試儀器為:水溫采用玻璃管溫度計(0—100℃)測量;時間采用電子秒表計時;天然氣耗氣量采用煤氣公司安裝的數(shù)字式煤氣表計量,其計量等級為B級,公稱流量為4m3/h,最小測量流量為0.04m3/h,量程范圍內(nèi)測量誤差不大于±3%.1.4加熱試驗結(jié)果測試地點為北京市的一戶居民家的廚房中,測試時間為2005年12月下旬.測試期間廚房室溫為16—18℃.按照實際燒開水時的使用條件,沒有開排風(fēng)設(shè)備,廚房的外窗微開.每次加熱試驗的水量均為2.5kg,每次實驗均等鍋具和灶具冷卻后進行,以保證測試條件基本一致,并與實際使用情況基本相同.加熱過程中鍋具均為加蓋狀態(tài).測試過程中,鍋具中的水由初溫加熱到開始沸騰為止,根據(jù)玻璃管溫度計的測試結(jié)果,沸騰時水溫為100℃.試驗過程中火焰呈藍(lán)色,燃燒穩(wěn)定正常.1.5火狀態(tài)的最小狀態(tài)為了測試火勢對燃?xì)庠顭嵝实挠绊?確定測試狀態(tài)點,將燃?xì)庠畹娜紵饎莘譃?級,1級最小、5級最大.1、2級為小火狀態(tài),這時只有內(nèi)環(huán)有火焰,1級為小火的最小狀態(tài),2級為小火的最大狀態(tài);3到5級為大火狀態(tài),這時內(nèi)環(huán)和外環(huán)均有火焰,3級為大火的最小狀態(tài),5級為大火的最大狀態(tài),4級時調(diào)節(jié)開關(guān)位于大火狀態(tài)的中間位置.在上述燃燒火勢的定義中,只有4級的調(diào)節(jié)開關(guān)位置會有一些波動,其他狀態(tài)點的調(diào)節(jié)開關(guān)位置都是比較確定的,與燃?xì)饬髁康年P(guān)系也是確定的,這從圖2可以看出.由于本文的數(shù)據(jù)處理是以天然氣流量作為火勢的定量衡量參數(shù),這里的火勢定義只是用于確定測試狀態(tài)點,因此不會影響到試驗結(jié)果分析的準(zhǔn)確性.2開水灶與私家車的性能比較采用U形管測出天然氣供氣壓力為2200Pa;采用美國進口的HP-6890N氣相色譜儀測出天然氣的組分,并計算出測試點天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,0℃)的低位發(fā)熱量為36.03MJ/m3,考慮燃?xì)鉁囟群蛪毫π拚?測試狀態(tài)下天然氣低位發(fā)熱量為34.9MJ/m3;通過測試,電水壺人工斷電的加熱效率為96%,自動斷電時的加熱效率為91%,電水壺實際使用通常都是自動斷電控制,因此電水壺?zé)嵝拾?1%計算;北京市現(xiàn)行能源價格:居民天然氣的價格為1.9元/m3;居民電價為0.48元/度.目前天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率為50—60%,考慮輸配、電廠自用電等損失因素,天然氣發(fā)電的平均綜合供電效率按45%計算.燃?xì)庠钇骄鶡嵝实挠嬎愎饺缦?η=(t2?t1)CpGw/(QdGg)(1)η=(t2-t1)CpGw/(QdGg)(1)式中:t1為初始水溫,℃;t2為終止水溫,實測為100℃;Cp為水的比熱:4.18kJ/(kg·℃);Qd為測試狀態(tài)下天然氣低位熱值,實測為34.9×103kJ/m3;Gw為水量:2.5kg;Gg為天然氣耗量,m3.采用電水壺的耗電量為:D=(t2?t1)CpGw/(3600ηd)(2)D=(t2-t1)CpGw/(3600ηd)(2)式中:D為采用電水壺的耗電量,kW·h;ηd為電水壺的熱效率,實測為0.91;其它同式(1).采用電加熱方式折合的一次能源(天然氣)的消耗量:Ggd=3600D/(ηfdQd)(3)Ggd=3600D/(ηfdQd)(3)式中:ηfd為天然氣發(fā)電的供電效率,為0.45;其它同式(1)和(2).開水壺、高壓鍋和炒鍋的熱效率測試分析結(jié)果見表1—表3和圖2;高壓鍋不同水溫時的熱效率測試分析結(jié)果見圖3,該項試驗的火勢為3級;燒開水時間與燃燒火勢關(guān)系見圖4.3測試結(jié)果分析3.1與熱風(fēng)的關(guān)系由圖2可見:燃燒火勢對燃?xì)庠畹臒嵝视休^大影響.對于小鍋,天然氣流量與熱效率呈現(xiàn)單調(diào)遞減的關(guān)系,火勢越大,熱效率越低.這是由于火勢大時,火焰相對加熱面積減少,無效熱損失增加,從而使熱效率下降;對于大鍋,天然氣流量與熱效率呈現(xiàn)馬鞍形的關(guān)系,在火勢2級時,即天然氣流量為0.1m3/h時,其熱效率最高.這是因為大鍋的散熱面積較大,在火勢很小時,散熱損失的作用顯著增加,從而使熱效率減少;底部加熱面積較小的小鍋,火勢對其熱效率的影響較大.小開水壺在不同的火勢情況下,熱效率的最大值與最小值之比為1.60,高壓鍋為1.3、炒鍋為1.47.3.2小鍋的熱性能好三種鍋在不同火勢下的熱效率平均值為:開水壺為48%,高壓鍋為43%,炒鍋為52%.由圖2可見,同為平底鍋,小火時,小鍋的熱效率明顯高于大鍋,大火時兩者相差不大.這是因為在火勢較小時,小鍋與大鍋相比,火焰加熱面積基本相同,而表面熱損失較小,因此熱效率比大鍋高;小鍋大火時,由于有一部分火焰出了鍋底,使熱損失增大,抵消了表面熱損失較小的有利影響,因此在此情況下兩者的熱效率相差不大.炒鍋的鍋底為球面,加熱面積較大,因此其熱效率明顯高于平底鍋,平均高9個百分點.3.3水溫對熱損失的影響圖3是高壓鍋燒開水過程中,平均水溫與熱效率的關(guān)系曲線.測試時將整個加熱過程分為7個溫度段,不間斷地測出每個溫度段的平均水溫和燃?xì)夂牧?從而計算出平均水溫和熱效率的關(guān)系.由圖3可見,平均水溫對熱效率影響很大,開始時,熱效率逐漸增大,平均水溫為40—50℃時,達(dá)到最大,然后隨著平均水溫升高,其熱效率下降.從理論上來說,平均水溫升高會使無效熱損失增加,從而使熱效率將下降,但由于開始加熱時,必須先加熱較厚的鍋壁,因此其熱效率較低,隨著這部分無效熱損失逐漸減少,熱效率逐漸增大,但隨著平均溫度的繼續(xù)升高,水溫對無效熱損失的影響顯著增加,使熱效率下降.這表明,水溫高于60℃以后,水溫對鍋具無效熱損失的影響變得顯著.炒菜時由于加熱溫度高、沒蓋熱損失大,因此其熱效率會更低,根據(jù)圖2和圖3的測試數(shù)據(jù)判斷,其熱效率低于30%.3.4燃?xì)庠顫摿鸵淮文芎陌凑毡本┦鞋F(xiàn)行的能源價格,天然氣燃?xì)庠顭嵝蕿?7%時,與用電水壺的費用基本相同,熱效率高于該值時,其費用較少.燃?xì)庠顭嵝蕿?0%時,兩者一次能耗基本相同,熱效率高于該值時,其一次能耗較少.由表1—3可見,除了火勢5以外,采用天然氣燒開水的費用和一次能耗均比用電少.3.5天然氣流量對加熱時間的影響由圖4可見,天然氣流量減小,燒開水時間增長.當(dāng)天然氣流量小于0.1m3/h時,天然氣流量減少會使加熱時間急劇增加,天然氣流量大于0.2m3/h時,天然氣流量對加熱時間的影響較少;在三種鍋具中,高壓鍋需要的加熱時間最長,在火勢較大時,三種鍋具的加熱時間差別很小.3.6攪拌和攪拌的方法該家用燃?xì)庠顚崪y的平均熱效率為43—52%,低于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求值(應(yīng)大于55%)和有關(guān)燃?xì)庠O(shè)計手冊的推薦值(55—60%).這是由于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的家用燃?xì)庠罹邿嵝蕼y試條件為:水溫從5℃加熱到50℃,前后兩個階段還要用攪拌器攪拌;在大火的條件下(試驗熱流量為4.4KW),要求采用直徑為32cm的鋁鍋、水量為12kg.而目前三口之家實際家庭炊事的情況是:水溫要加熱到沸騰,并保持一段時間;加熱的過程中通常不攪拌;鍋的直徑通常不大于26cm;一次盛水量通常為1—3kg.可見標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實驗室測試條件與實際情況相差較大,而且這些偏差有利于使實驗室測試的熱效率提高,這使實驗室測出的熱效率大于實際使用條件下的熱效率.因此在城市燃?xì)庖?guī)劃設(shè)計和建筑能耗估算分析時,家用燃?xì)庠罹呔C合熱效率(綜合考慮燒水、炒菜和做飯時的熱效率)宜按30—40%估算,有關(guān)設(shè)計手冊的推薦值應(yīng)作修改,否則計算出的燃?xì)夤?yīng)量可能無法滿足實際需求.4燃?xì)馊細(xì)庥行Ъ訜釋Φ湍茉慈細(xì)庠钅芎牡挠绊?1)由于家用燃?xì)庠顚嶋H使用條件與實驗室標(biāo)準(zhǔn)測試條件相差較大,因此其實際熱效率通常大大低于實驗室測定的額定熱效率和有關(guān)燃?xì)庠O(shè)計手冊的推薦值,實測燒開水的平均熱效率僅為43—52%,家用燃?xì)庠罹叩木C合熱效率約為30—40%,其技術(shù)節(jié)能的潛力較大,應(yīng)對灶具尤其是鍋具進行改進,采用球面鍋底替代平面鍋底可使能耗減少17%以上;(2)燃燒火勢對燃?xì)庠顭嵝实挠绊戄^大,對于小鍋,天然氣流量與熱效率呈現(xiàn)單調(diào)遞減的關(guān)系;對于大鍋,天然氣流量與熱效率呈現(xiàn)馬鞍形的關(guān)系,在天然氣流量為0.1m3/h時,其熱效率最高;火勢變化時,小開水壺?zé)嵝实淖畲笾蹬c最小值之比為1.60,高壓鍋為1.3,炒鍋為1.47.因此家用燃?xì)庠畈僮鞴?jié)能的潛力較大,應(yīng)盡可能采用中小火加熱,大火用大鍋、小火用小鍋,科學(xué)操作的平均節(jié)能潛力可達(dá)25%以上,全