家用燃气灶具热效率提升研究

戴小明 卜云峰

（浙江欧意智能厨房股份有限公司 义乌 322000）

前言

当前中国大陆地区使用的家用燃气灶具，近80 %以上为嵌入式大气式家用燃气灶具，因此灶具具有使用寿命长，易清洁，使用便捷，节能，环保，烹饪效率高等诸多高性价比优点，而受到广大国民的喜爱。

GB 16410-2007《家用燃气灶具》国标及GB 30720-2014《家用燃气灶具能源效率等级及限定值》国标对大气式嵌入式家用燃气灶具烟气CO排放量及热效率指标都有明确的数值限定要求。见表1。

表1 家用燃气灶具国标CO及能效等级

王昕等人研究添加铝制材质聚能盘比铸铁材质聚能盘热效率高，添加铝制材质聚能盘发射率小于铸铁聚能盘，锅底通过对流换热及辐射换热传递给锅底的热量增多，提高了水和锅具吸收的热量。李怀峰等人研究灶具聚能圈的设计尺寸的不同，对热效率和烟气中CO排放有较大的影响，合理的直径、高度、间隙值能够提升热效率及降低烟气CO排放量。周亮通过研究设计旋流结构火盖燃烧器，燃烧时形成湍流，加快了燃烧的速度，强化对流换热，可以显著提高热效率；设置补充二次空气的独立流动通道，将二次空气与高温烟气完全隔离，降低了过剩空气系数，提高了火焰温度，并有效增大换热面积，减少高温烟气的热损失。同时，适当增大内圈火的热负荷，使得高温区向中心移动，提高了换热效果，三者结合，可以显著提升燃气灶具的热效率。从中国知网及万方数据查找到的提升家用燃气灶具相关热效率及降低烟气CO排放方面，大多是从上燃烧器二次空气系数等方面去减少热量的损失来提升热效率。本文重点从下燃烧器一次空气系数方面的技术改进来提升热效率，研究一次空气系数对燃气灶具热效率的影响。

1 实验研究方法

本实验选取OUYI品牌JZT-Q922B家用大气式嵌入式燃气灶具一台，其额定热负荷为：左眼4.8 kW，右眼4.8 kW。

按照GB 16410-2007《家用燃气灶具》和GB 30720-2014《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》国家标准要求进行实验测试，试验燃气按照GB 13611-2017《城镇燃气热值及其特征》，实验装置如图1。对该机型的热负荷值，干烟气中CO值，及其热效率值进行实测，以此作为基准在现有设计要求下进行新型技术方案的改进升级。为了使得测试结果更加准确，对每组实验重复进行3次测试，取其平均值。

图1 灶具JZT-Q922B未安装旋流器实验测试

1.1 对燃气灶具JZT-Q922B实验测试（如图1）

实验室测试条件：室内温度16.8 ℃，湿度65 % RH，大气压101.0 kPa，燃气温度16.0 ℃，湿式气体流量计内压力2 000 Pa，灶具前压力2 000 Pa，气源为0～2（12 T）气，设计气低热值为34.02 MJ/m2，设计气相对密度为0.555，饱和水蒸气压力为2.130 kPa。

热负荷、烟气中CO排放量及热效率测试结果见表2。

表2 灶具JZT-Q922B热负荷、CO及热效率

1.2 对燃气灶具JZT-Q922B安装16片叶片旋流器实验测试

在1.1的基础上通过增加旋流器（叶片数量为16片），进行改进实验测试。实验室测试条件：室内温度19 ℃，湿度70 % RH，大气压100.6 kPa，燃气温度18.2 ℃，湿式气体流量计内压力2 000 Pa，灶具前压力2 000 Pa，气源为0～2（12 T）气，设计气低热值为34.0 MJ/m2，设计气相对密度为0.556 ，饱和水蒸气压力为2.130 kPa。

按照GB 16410-2007家用燃气灶具和GB 30720-2014家用燃气灶具能效限定值及能效等级国家标准要求进行实验测试，试验燃气按照GB/T 13611-2018城镇燃气热值及其特征，实验装置如图2。

图2 灶具JZT-Q922B安装16片叶片旋流器

热负荷、烟气中CO排放量及热效率测试结果见表3。

表3 灶具JZT-Q922B安装16片叶片旋流器后热负荷、CO及热效率

1.3 对燃气灶具JZT-Q922B安装12片叶片旋流器实验测试

在1.1的基础上通过增加旋流器（叶片数量为12片），进行改进实验测试，实验室测试条件：室内温度19.4 ℃，湿度68 % RH，大气压100.0 kPa,燃气温度19.3 ℃，湿式气体流量计内压力2 000 Pa，灶具前压力2000 Pa，气源为0～2（12 T）气，设计气低热值为34.5 MJ/m2，设计气相对密度为0.59 ，饱和水蒸气压力为2.130 kPa。

按照GB 16410-2007《家用燃气灶具》和GB 30720-2014《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》国家标准要求进行实验测试，试验燃气按照GB/T 13611-2018《城镇燃气热值及其特征》，实验装置如图3。

图3 灶具JZT-Q922B安装12片叶片旋流器

热负荷、烟气中CO排放量及热效率测试结果见表4。

表4 灶具JZT-Q922B安装12片叶片旋流器后热负荷、CO及热效率

1.4 对燃气灶具JZT-Q922B安装8片叶片旋流器实验测试

在1.1的基础上通过增加旋流器（叶片数量为8片），进行改进实验测试，实验室测试条件：室内温度16.1 ℃，湿度70 % RH，大气压100.5 kPa，燃气温度15.2 ℃，湿式气体流量计内压力2000 Pa,灶具前压力2000 Pa，气源为0～2（12 T）气，设计气低热值为34.5 MJ/m2，设计气相对密度为0.59 ，饱和水蒸气压力为2.130 kPa。

按照GB 16410-2007家用燃气灶具和GB 30720-2014家用燃气灶具能效限定值及能效等级国家标准要求进行实验测试，试验燃气按照GB/T 13611-2018城镇燃气热值及其特征，实验装置如图4。热负荷、烟气中CO排放量及热效率测试结果见表5。

图4 灶具JZT-Q922B安装8片叶片旋流器

表5 灶具JZT-Q922B安装8片叶片旋流器后热负荷、CO及热效率

2 实验分析

通过以上4个表格中组数据综合整理得出图5、图6。

图5 燃气灶左眼安装旋流器CO及热效率变化

图6 燃气灶右眼安装旋流器CO及热效率变化

1） 通过1.2实验与1.1实验数据比较可以得出，燃烧器外环和内环引射管入口处无旋流器的灶具与燃烧器外环和内环引射管入口处有旋流器的灶具干烟气中CO值及热效率都发生了一定的改变，特别是热效率得到了一定的提升。

2）通过1.3实验与1.2实验数据比较可以得到，通过在1.2设计方案基础上，减少燃烧器外环和内环旋流器的叶片数至12片，热效率可以在原来的基础上可再次得到约1 %的提升，但是在热效率得到提升的同时，干烟气中CO值也开始呈现增长趋势。

3）通过1.4实验与1.3实验数据比较可以得到，通过在1.3设计方案基础上，再次减少燃烧器外环和内环旋流器的叶片数至8片，热效率可以在原来的基础上可再次得到约6.2～ 6.4 %的提升，但是在热效率得到提升的同时，干烟气中CO值也开始呈现较大的增长趋势。

4）实验数据表明：采用同种燃气气源测试，随着燃气灶具安装旋流器叶片数量的改变，燃气灶的热效率都得到了突破式的飞跃提升。通过在炉头入口处安装旋流器来改变燃气与空气的一次空气系数α，使得燃气与空气在炉头引射管内混合得更均匀，即一次空气系数更接近于理想设计值。

3 结论及建议

燃气灶具燃烧器中增加旋流器可以有效提升热效率，且热效率提升非常明显；燃烧器中安装16片旋流器后，热效率有轻微的提升，但烟气变化不明显；从16片旋流器到12片旋流器热效率有所上升，但是变化不明显，当从12片旋流器更换为8片旋流器时，热效率得到了非常明显的提升，此时烟气中CO值也随着热效率的提升而增加。

建议大气式燃气灶都可以采取此方案进行效率的升级，可以得到突飞猛进的飞跃，在保证烟气中CO符合国标，热负荷值不减少的情况下，对现有的家用燃气灶具行业是非常有利，有着极强地应用性及推广价值。