商业燃气灶具能效水平分析

沈敬平

安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥 230601

新时期，人们的生活水平正在逐步提高，工作节奏越来越快，越来越多的人选择外出就餐，对商用燃气灶具的需求也大大增加。在国家节能减排政策的倡导下，提高能源效率无疑已经成为许多行业未来发展的方向。2015年1月1日，GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》”由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会批准发布。新标准高于以前的标准 CJ / T28-2013《中餐燃气炒菜灶》，CJ / T187-2013《燃气蒸箱》，CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》。进一步明确了能效限定值、节能评价值，商用燃气灶在能效等级方面也首次做出了规定。以下是本文针对相关标准的热效率测试方法和能效等级要求进行的分析和比较。

1 商用燃气灶的概述

商用燃气灶，广泛指使用城镇燃气作为商业烹饪食物的燃气灶产品，单个燃气灶的额定热流量为80kW或更低。其是一种大型炊具，通常包括中餐燃气炒菜灶，炊用燃气大锅灶，燃气蒸箱等，GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》于2014年发布，并于2015年1月1日正式实施。国家能效中心于2015年12月1日正式对商用燃气灶实施能效标签管理。对于商用燃气灶，热效率是燃气发热量效率的非常重要的指标，相对于目前的情况，我国大多数商用燃气灶的热效率相对较低。为了保证正常燃烧，必须消耗更多的能量，这造成了极大的能量浪费，对环境保护非常不利，因此，全面提高商用燃气灶的热效率还需要时间，是商用燃气灶生产企业重点考虑的问题[1]。

1.1 燃气气体的分类

分析城市燃气符合规范的气体质量要求，被用作居民、商业（公共建筑）和工业企业生产的普通气体作为燃料。根据国家标准“城市燃气的分类和基本特征”，用作城市燃料的各种类型的气体分为人造气体，天然气和液化石油气。每种气体具有不同的特性指标。由于发热量根据气体种类而变化，因此，必须根据气体种类选择气体设备，以使气体设备能够正常燃烧。

1.2 燃气灶能效测试方法

以CJ / T28-2013《中餐燃气炒菜灶》的热效率测试为例。（1）用0-2气体点燃燃烧器，将其放在辅助锅中燃烧15分钟，待燃烧稳定后，根据所选的测试锅（常温）称相应的水量加入测试锅中。将其放在锅支架并开始测试，水温应在锅中央水深的1/2处测量，初始水温应为室温+5°C，最终温度应为初始水温+50°C。在测试过程中，当温度比初始温度低5°C时开始搅拌，当达到水的最终温度时停止搅拌，立即关闭气体，并停止测量气体消耗量。根据公式计算出测试锅内的水实际吸收热量，得出气体消耗量直接影响热效率的检测结果。当前，大多数测试机构和制造公司在测试时会单独读取测试锅的水温和燃气消耗量，并且不使用设备自动收集测试数据。但是，带有尾部锅的炊具有3个以上的人员来检测热效率，有2个或2个以上的人员来读取锅中的水温，而另一个则有1个人员来读取燃气消耗，在整个测试过程中这是必要的。由于烹饪炉的热负荷通常超过30kW，并且燃气流量基本上超过3.0m3/ h，因此数据收集速度的差异会导致燃气消耗的结果出现较大偏差。三个人不可能实现完全同步，而且他们是不同的。由于测试人员的反应速率也不同，因此无法准确，始终如一地保证热效率测试结果，因此测试人员水平可能会误判产品能效等级。

1.3 提高燃气灶能效的有效措施

（1）科学地规范进气方式，通过改变进气方式全面提高热效率，确保正常有效地输出热能。

（2）为了提高燃气灶的燃烧效率并减少热能的浪费，技术人员开发了更高质量和效率的燃烧器，以进一步推进燃烧器的发展。

（3）为保证热量的正常输出和燃烧效率，对炉子的尺寸和结构进行了较为合理的设计，科学有效地改善了燃气灶的设计，全面提高燃气灶的科学性。

（4）根据额定热负荷正确配置风扇由于商用燃气灶具有可自行调节的热负荷，因此最好配置自动调节的变频风扇，以使其与空气负荷和热负荷相匹配，以最大程度地减少过热情况的出现，提高热效率。

（5）改善燃烧室中接触材料的绝缘性。可以在燃气灶炉子中放置耐火隔热表面，并可以在工作表面下方放置隔热材料，以减少热量损失。

（6）要增加热传递系数并直接提高热效率，需要选择合适的材料[2]。

1.4 能源效率说明

热效率是商用燃气灶具性能的重要指标。作为引领燃气灶具行业的标准，CJ / T187-2013《燃气蒸箱》、CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》和CJ/ T28--2013《中餐燃气炒菜灶》都有明确的热效率规则。CJ/T392-2012《炊用燃气大锅灶》的热效率不低于45%，CJ/T187-2013《燃气蒸箱》规定热效率不低于70%，CJ/T28--2013《中餐燃气炒菜灶》规定热效率不低于25%。2015年1月强制执行的国家强制性标准GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》规定了这三大类商用燃气灶的限定值，其中大锅灶的热效率为CJ392-2012的45%或更高，燃气蒸汽箱的热效率为CJ / T187-2013的70%或更高，中餐灶的热效率为CJ/T28--2013的25%或更高。GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》包含有关能效的详细规定，并进行了严格的能效分类。最低能效为3级能效，低于该能效的产品不是标准产品，不能出售。通常，热效率每提高10%，能源效率水平就会提高。以中餐灶为例，第三级能效为35＞η≥25%，第二级能效为45＞η≥35%，第三级能效η≥45%。明确节能规定，对促进我国商用燃气灶产品的技术升级，提高燃气燃烧设备的市场竞争力，促进燃气燃烧设备节能减排政策的实施具有重要作用。

关于测试和计算方法在实验和方法计算中提出了。GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》，其测试方法分别根据 CJ / T187，CJ / T28 和 CJ/T392 进行。GB30531-2014 适用于以燃气为能源的单个灶眼额定热负荷不大于60kW的中餐燃气炒菜灶、每个灶眼额定热负荷不大于80kW且锅的公称直径不小于600mm的炊用燃气大锅灶、额定热负荷不大于80kW且蒸腔蒸汽压力不大于500Pa的蒸箱类燃具。2014年标准GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》发布并于2015年1月1日正式实施。国家能效中心于2015年12月1日正式对商用燃气灶实施能效标签管理，具体的能效标准相对稳定。其中，等级1是目标值，符合等级1要求的产品是高级高效产品。2级是产品节能评估值，满足节能评估值的产品是节能产品。级别3是产品的能效极限值，这也是市场准入的最低限度，低于该指数的产品将被删除，并禁止其生产和销售。该标准的发布和实施，将促进我国商用燃气灶产品的技术升级，提高燃气燃烧设备的市场竞争力，促进燃气燃烧设备节能减排政策的实施。如何提高商用燃气灶的热效率是所有制造商都非常关注的问题，因为它积极奉行国家节能政策[3]。

2 商用燃气灶热效率技术转化路径

2.1 商用燃气灶热损失的原因

2.1.1 燃烧器结构的能源效率低

热损失大的燃烧器结构主要分为红外和大气两种。红外燃烧是一种完全预混的燃烧，燃烧过程会反射到内部化学物质的内部和外部。孔的外表面上的火焰非常短，这也称为无焰燃烧。红外线燃烧器将红外线燃烧产生的热量传递出去。它被加热元件有效吸收，大大减少了物理热损失。另外，红外线类型使用完全预混合的方法燃烧，从而使足够的空气燃烧成气体，燃烧完成度高，并且没有未燃烧的气体损失。大气类型是预混物燃烧的一部分，并使用气体与一些所需的空气混合。大气燃烧器每个孔依靠火焰通过对流将热量传递到锅底，但火焰与锅底之间的接触时间短，不使用大量热量，释放到空间中并具有很大的热损失。另外，部分气体燃烧不完全，直接导致能量损失。

2.1.2 空气量太大

空气量过大以至于多余空气系数远大于1，导致直接的热损失。具有不同负载的大型炉灶配备有不同功率的风扇。风扇的输出太大，每单位时间的空气量太大，过剩的空气系数太大，并且在热交换之前以恒定流量保留的空气会吸收燃烧产生的热量，从而增加热损失。因此，通过控制过量空气系数，可以控制热效率，即风扇功率。

2.1.3 传热损失

主要包括以下损失：

（1）因火焰加热周围空气而产生的热量损失。

（2）由于商用燃气灶的导热路径中的接触材料的吸热而引起的热损失。

（3）由于锅体材料的导热能力而导致的热损失。

（4）锅体被周围的介质（例如空气等）加热引起的热量损失

2.2 采取对策以提高热效率

（1）采用红外燃烧器结构，采用完全混合燃烧的方式，将气体和空气充分混合，提高了热效率。

（2）根据额定值，热负荷配备有合适的风扇，并且由于商用燃气灶的热负荷具有自我调节的特性，因此配置了自动调节的变频风扇以使风量和热负荷相匹配，以减少过量空气传递的热量。最好最小化，提高热效率。

（3）改善燃烧室中接触材料的绝缘，可以在炉子上放置耐火的绝缘材料，在工作表面下放置绝缘材料，以减少热量损失。

（4）选择一种合适的材料，提高传热系数，直接提高热利用效率。

（5）充分利用烟气的余热烟气用于使一次空气回流，从而使一次空气预热，从而提高一次空气温度并提高燃烧效率。

传统商用燃气灶的热效率水平是商用燃气灶是否节能的重要指标。从公众的角度来看，所谓的商用燃气灶的热效率是指在使用商用燃气灶的同时，有效利用燃气的热能。在目前的情况下，商用燃气灶燃气热能利用率较低，燃气热能在实际使用中会出现浪费现象。从节能或用户兴趣的角度出发，提高商用燃气灶对燃气热能的有效利用，设计和生产高效热产品已成为燃气用具行业发展的重要方向。以大锅灶为例，对商用燃气灶进行分析，在2015年之前，大多数大型锅灶都使用空气燃烧器，燃烧器的结构很简单，炉膛内部通常是耐火的，并且保温效果相对正常。风扇的功率通常太大，无法匹配现场气体流量，需要进行调整。本文选择了三个具有上述条件的大锅灶（基本相同的结构类型）进行热效率测试，测试条件符合CJ / T392-2012《炊用燃气大锅灶》。燃烧器均为大气非红外大锅灶，额定热负荷不同，则热效率为35%-40%，说明现有燃烧器和大锅灶的结构，热效率不高[4]。

3 技术改造后的热效率根据上述分析原因

选择上述测试的大型锅灶产品进行技术改造，并进行了三台大型气炉的热效率测试，测试条件为CJ / T392——2012燃气灶具。大锅灶产品的热效率有了很大的提高，改造后的大锅灶产品可以满足能效标准的能效限值要求。节能是燃气灶发展的必然趋势，如何实现节能是当今生产企业研究的主题。能源效率标准的出台，会影响整个商用灶具市场的格局，对于正在获得先进节能技术或正在这一领域发展的制造商来说，这是一个机会，当产品通过等级获得能效认证时，能效标签可以证明其核心竞争力，进而推进企业的升级，提高企业的市场竞争力。

4 结语

GB30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》已经得到实施，随着能效标签管理的逐步发展，商用燃气灶的领域将得到全面覆盖。现有产品中的一些已经进行了一系列的技术升级，打破了传统商用燃气灶的结构，并将先进的传热原理引入了节能的1级商用燃气灶产品设计中，提升商用燃气灶具的产品质量，特别是改善能量效率水平不均匀的问题。能效标签管理可以促进制造商对商用燃气灶产品的技术创新，充分利用商用燃气灶产品的节能潜力，将能效水平提高到新水平，增强产品竞争力并适应国家节能发展政策。综上所述，科学技术的不断进步和研发能力的不断提高，提升了商用燃气灶的热效率，但其在实际使用的过程中仍然存在一定的问题，需要技术人员进行深入技术探索，推进商用燃气灶生产的可持续。未来积极提高能效标准，可促进能源利用效率的持续提高，显著减少能源消耗，提升行业发展的经济效益，极大地促进循环经济可持续发展。