家用燃氣灶具熱效率提升研究

戴小明 卜云峰

（浙江歐意智能廚房股份有限公司 義烏 322000）

前言

當前中國大陸地區使用的家用燃氣灶具，近80 %以上為嵌入式大氣式家用燃氣灶具，因此灶具具有使用壽命長，易清潔，使用便捷，節能，環保，烹飪效率高等諸多高性價比優點，而受到廣大國民的喜愛。

GB 16410-2007《家用燃氣灶具》國標及GB 30720-2014《家用燃氣灶具能源效率等級及限定值》國標對大氣式嵌入式家用燃氣灶具煙氣CO排放量及熱效率指標都有明確的數值限定要求。見表1。

表1 家用燃氣灶具國標CO及能效等級

王昕等人研究添加鋁制材質聚能盤比鑄鐵材質聚能盤熱效率高，添加鋁制材質聚能盤發射率小于鑄鐵聚能盤，鍋底通過對流換熱及輻射換熱傳遞給鍋底的熱量增多，提高了水和鍋具吸收的熱量。李懷峰等人研究灶具聚能圈的設計尺寸的不同，對熱效率和煙氣中CO排放有較大的影響，合理的直徑、高度、間隙值能夠提升熱效率及降低煙氣CO排放量。周亮通過研究設計旋流結構火蓋燃燒器，燃燒時形成湍流，加快了燃燒的速度，強化對流換熱，可以顯著提高熱效率；設置補充二次空氣的獨立流動通道，將二次空氣與高溫煙氣完全隔離，降低了過剩空氣系數，提高了火焰溫度，并有效增大換熱面積，減少高溫煙氣的熱損失。同時，適當增大內圈火的熱負荷，使得高溫區向中心移動，提高了換熱效果，三者結合，可以顯著提升燃氣灶具的熱效率。從中國知網及萬方數據查找到的提升家用燃氣灶具相關熱效率及降低煙氣CO排放方面，大多是從上燃燒器二次空氣系數等方面去減少熱量的損失來提升熱效率。本文重點從下燃燒器一次空氣系數方面的技術改進來提升熱效率，研究一次空氣系數對燃氣灶具熱效率的影響。

1 實驗研究方法

本實驗選取OUYI品牌JZT-Q922B家用大氣式嵌入式燃氣灶具一臺，其額定熱負荷為：左眼4.8 kW，右眼4.8 kW。

按照GB 16410-2007《家用燃氣灶具》和GB 30720-2014《家用燃氣灶具能效限定值及能效等級》國家標準要求進行實驗測試，試驗燃氣按照GB 13611-2017《城鎮燃氣熱值及其特征》，實驗裝置如圖1。對該機型的熱負荷值，干煙氣中CO值，及其熱效率值進行實測，以此作為基準在現有設計要求下進行新型技術方案的改進升級。為了使得測試結果更加準確，對每組實驗重復進行3次測試，取其平均值。

圖1 灶具JZT-Q922B未安裝旋流器實驗測試

1.1 對燃氣灶具JZT-Q922B實驗測試（如圖1）

實驗室測試條件：室內溫度16.8 ℃，濕度65 % RH，大氣壓101.0 kPa，燃氣溫度16.0 ℃，濕式氣體流量計內壓力2 000 Pa，灶具前壓力2 000 Pa，氣源為0～2（12 T）氣，設計氣低熱值為34.02 MJ/m2，設計氣相對密度為0.555，飽和水蒸氣壓力為2.130 kPa。

熱負荷、煙氣中CO排放量及熱效率測試結果見表2。

表2 灶具JZT-Q922B熱負荷、CO及熱效率

1.2 對燃氣灶具JZT-Q922B安裝16片葉片旋流器實驗測試

在1.1的基礎上通過增加旋流器（葉片數量為16片），進行改進實驗測試。實驗室測試條件：室內溫度19 ℃，濕度70 % RH，大氣壓100.6 kPa，燃氣溫度18.2 ℃，濕式氣體流量計內壓力2 000 Pa，灶具前壓力2 000 Pa，氣源為0～2（12 T）氣，設計氣低熱值為34.0 MJ/m2，設計氣相對密度為0.556 ，飽和水蒸氣壓力為2.130 kPa。

按照GB 16410-2007家用燃氣灶具和GB 30720-2014家用燃氣灶具能效限定值及能效等級國家標準要求進行實驗測試，試驗燃氣按照GB/T 13611-2018城鎮燃氣熱值及其特征，實驗裝置如圖2。

圖2 灶具JZT-Q922B安裝16片葉片旋流器

熱負荷、煙氣中CO排放量及熱效率測試結果見表3。

表3 灶具JZT-Q922B安裝16片葉片旋流器后熱負荷、CO及熱效率

1.3 對燃氣灶具JZT-Q922B安裝12片葉片旋流器實驗測試

在1.1的基礎上通過增加旋流器（葉片數量為12片），進行改進實驗測試，實驗室測試條件：室內溫度19.4 ℃，濕度68 % RH，大氣壓100.0 kPa,燃氣溫度19.3 ℃，濕式氣體流量計內壓力2 000 Pa，灶具前壓力2000 Pa，氣源為0～2（12 T）氣，設計氣低熱值為34.5 MJ/m2，設計氣相對密度為0.59 ，飽和水蒸氣壓力為2.130 kPa。

按照GB 16410-2007《家用燃氣灶具》和GB 30720-2014《家用燃氣灶具能效限定值及能效等級》國家標準要求進行實驗測試，試驗燃氣按照GB/T 13611-2018《城鎮燃氣熱值及其特征》，實驗裝置如圖3。

圖3 灶具JZT-Q922B安裝12片葉片旋流器

熱負荷、煙氣中CO排放量及熱效率測試結果見表4。

表4 灶具JZT-Q922B安裝12片葉片旋流器后熱負荷、CO及熱效率

1.4 對燃氣灶具JZT-Q922B安裝8片葉片旋流器實驗測試

在1.1的基礎上通過增加旋流器（葉片數量為8片），進行改進實驗測試，實驗室測試條件：室內溫度16.1 ℃，濕度70 % RH，大氣壓100.5 kPa，燃氣溫度15.2 ℃，濕式氣體流量計內壓力2000 Pa,灶具前壓力2000 Pa，氣源為0～2（12 T）氣，設計氣低熱值為34.5 MJ/m2，設計氣相對密度為0.59 ，飽和水蒸氣壓力為2.130 kPa。

按照GB 16410-2007家用燃氣灶具和GB 30720-2014家用燃氣灶具能效限定值及能效等級國家標準要求進行實驗測試，試驗燃氣按照GB/T 13611-2018城鎮燃氣熱值及其特征，實驗裝置如圖4。熱負荷、煙氣中CO排放量及熱效率測試結果見表5。

圖4 灶具JZT-Q922B安裝8片葉片旋流器

表5 灶具JZT-Q922B安裝8片葉片旋流器后熱負荷、CO及熱效率

2 實驗分析

通過以上4個表格中組數據綜合整理得出圖5、圖6。

圖5 燃氣灶左眼安裝旋流器CO及熱效率變化

圖6 燃氣灶右眼安裝旋流器CO及熱效率變化

1） 通過1.2實驗與1.1實驗數據比較可以得出，燃燒器外環和內環引射管入口處無旋流器的灶具與燃燒器外環和內環引射管入口處有旋流器的灶具干煙氣中CO值及熱效率都發生了一定的改變，特別是熱效率得到了一定的提升。

2）通過1.3實驗與1.2實驗數據比較可以得到，通過在1.2設計方案基礎上，減少燃燒器外環和內環旋流器的葉片數至12片，熱效率可以在原來的基礎上可再次得到約1 %的提升，但是在熱效率得到提升的同時，干煙氣中CO值也開始呈現增長趨勢。

3）通過1.4實驗與1.3實驗數據比較可以得到，通過在1.3設計方案基礎上，再次減少燃燒器外環和內環旋流器的葉片數至8片，熱效率可以在原來的基礎上可再次得到約6.2～ 6.4 %的提升，但是在熱效率得到提升的同時，干煙氣中CO值也開始呈現較大的增長趨勢。

4）實驗數據表明：采用同種燃氣氣源測試，隨著燃氣灶具安裝旋流器葉片數量的改變，燃氣灶的熱效率都得到了突破式的飛躍提升。通過在爐頭入口處安裝旋流器來改變燃氣與空氣的一次空氣系數α，使得燃氣與空氣在爐頭引射管內混合得更均勻，即一次空氣系數更接近于理想設計值。

3 結論及建議

燃氣灶具燃燒器中增加旋流器可以有效提升熱效率，且熱效率提升非常明顯；燃燒器中安裝16片旋流器后，熱效率有輕微的提升，但煙氣變化不明顯；從16片旋流器到12片旋流器熱效率有所上升，但是變化不明顯，當從12片旋流器更換為8片旋流器時，熱效率得到了非常明顯的提升，此時煙氣中CO值也隨著熱效率的提升而增加。

建議大氣式燃氣灶都可以采取此方案進行效率的升級，可以得到突飛猛進的飛躍，在保證煙氣中CO符合國標，熱負荷值不減少的情況下，對現有的家用燃氣灶具行業是非常有利，有著極強地應用性及推廣價值。