新型热水壶节能研究

王秋生 杨中宝 任晓平 唐昕彤 孙晓婷

摘要：传统热水壶的能量损失大，结合强化传热理论，对传统热水壶壶底结构进行改造，提出一种新型热水壶壶底结构，通过能耗对比实验研究发现，新型水壶节能效果明显，值得推广。

关键词：热水壶;节能;强化传热

Abstract： The energy loss of traditional hot water kettle is large. Combined with the theory of heat transfer enhancement， the structure of traditional hot water kettle bottom is reformed， and a new type of hot water kettle bottom structure is proposed. Through the energy consumption comparative experiment， it is found that the new type of hot water kettle has obvious energy saving effect， which is worthy of promotion.

Key words：hot kettle;energy saving;heat transfer enhancement

引言

爐灶用热水壶是家庭必备生活工具，但在使用过程中，热量损失大，热效率一般在50%～60%【1】，能源损失大，亟待解决。

一、热平衡及强化传热

传统热水壶如图1所示，壶体输入热量和输出热量遵循热平衡收支平衡原则。壶体的输入总热量近似等于燃气燃烧反应释放的化学热，输出热量包括有效利用热和各项热损失，其中有效利用热是指壶内水吸收的热量，热损失包括（1）排烟损失，是指从壶底外侧和炉灶间烟气带走的热量。（2）壶身散热损失，是指因为壶身金属温度明显高于周围环境温度，从而向周围环境形成散热损失。（3）其他热量损失，比如加热灶台面、灶体等部件消耗的热量。在各项热损失中，排烟热损失很大，是造成水壶热效率低下的主要原因。

从传热角度看，整个传热过程存在以下传热环节，即：从高温火焰对壶底外壁的辐射换热，到壶底外壁和内壁面的导热、壶底内壁面和附近水的对流传热。根据传热学理论分析可得：

由传热方程可知，可通过增加换热面积，增大总传热系数，和传热温差ΔT三个方面强化传热，以提高热效率。

二、节能改造

从增大火焰与壶底传热面积角度出发，改进壶底结构，改造后的新型水壶壶底结构如图2所示。壶底布置多个沉孔，其结构与传统水壶结构对比见表1。

三、节能效果实验分析

传统水壶和新型水壶在燃气灶上进行能耗对比实验研究，实验方法是在相同加热条件下，将初温相同的水加热到100℃，分别记录传统水壶和新型水壶的所需时间，通过对比两种水壶的加热时间，分析新型热壶的节能效果，测试结果如图3。

从实验数据来看，新型水壶平均加热时间为583秒，传统水壶为636秒，新型水壶加热时间缩短了53秒，由此可知新型水壶热效率比传统水壶平均节能8.3%，新型水壶具有明显的节能效果。

通过以上分析研究发现，改变壶底结构，增加传热面积，可强化传热，提高热效率，值得推广应用。

参考文献：

[1]舒志新，燃气灶具热效率提高的研究.中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会.2012年年会论文集

[2]高乃平，安巍，魏敦崧，彭世尼. 家用燃气灶具红外辐射光谱实验分析.煤气与热力.2019.7，Vol。39（7）：9-14

[3]罗从杰，杨小红，研究探讨提高大气式家用燃气灶具热效率的方法.能源研究与管理.2016（2）：69-71

通讯作者简介：任晓平（1977—），硕士，长春工程学院教师，主要从事可再生能源技术研究。