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嵌入式燃气灶节能设计探讨 1引言 嵌入式燃气灶因其外观美观且符合整体厨房的趋势，越来越被消费者认可并购买，但嵌入式燃气灶的劣势是其热效率不高。燃气灶的热效率是指在标准试验条件下，有效利用的热量在燃气燃烧所释放总热量中所占的比例，即燃气能源的利用率，是衡量燃气灶是否节能的关键指标。但受嵌入式结构的限制，一次进风不畅，其热效率低于台式燃气灶，造成了能源的浪费。目前，国内嵌入式燃气灶产品的热效率通常在55％～63％，国家标准GB30720-2014《家用燃气灶能效限定值及能效等级》规定了嵌入式燃气灶的能效等级要求，其中最高能耗的三级嵌入式燃气灶的热效率必须高于55％；而同类的台式燃气灶的热效率则高于60%。国内嵌入式家用燃气灶保有量约1×108台，即使其热效率仅提高1％，也将为国家节约非常可观的燃气资源。因此提高嵌入式燃气灶的热效率，有助于我国的节能减排，提高能源的利用率。燃气灶一般采用天然气和液化气作为燃烧工质，由于天然气和液化气相对成本低廉，且主要燃烧产物为水和二氧化碳等，对于环境的污染较少。对于消费者而言，产品能效的高低，直接影响着燃气或者液化气的用气量。因此燃气灶的热效率高低直接影响着消费者的生活成本，尤其是各地对于天然气实行阶梯价格，因此需要研究开发高能效的燃气灶。同时嵌入式燃气灶的有效热量即被锅吸收的热量仅为燃烧气体所产生的热量的50%～70%，其余大部分散失到周围空气中。因此，需要将这部分无效热量减少，使其有效热量的比例增加，进而提高能源的利用效率。目前国内嵌入式燃气灶存在热效率低、能耗大、局部过热等问题。本文通过对嵌入式燃气灶进行热工分析，研究其燃烧和传热过程，验证影响嵌入式燃气灶热效率的各种因素，如燃气的热值、燃气压力、补气温度、燃烧器的喷嘴、文丘里管、火盖和锅架等。本文通过实验逐步分析各要素，发现减小二次空气进口面积，提高内环热负荷比例，优化火盖以及降低锅架高度等可以提高嵌入式燃气灶的热效率。 2热工分析和实验样机 对燃气在嵌入式燃气灶的燃烧进行热工分析，输入总热量Q入包括燃气燃烧产生的化学热Q1、参与燃烧的空气带入的热量Q2、参与燃烧的燃气带入的热量Q3，燃烧释放的总热量近似等于燃气燃烧产生的化学热。其在换热过程有三种方式，分别是热传导、对流和辐射。根据能量守恒定律可得：Q入=Q出Q入=Q1+Q2+Q3Q出=Q4+Q5+Q6η=Q4/Q1式中：Q入—传热过程中的总输入热量，kJ；Q出—传热过程中的总输出热量，kJ；Q1—燃气燃烧时产生的热量，kJ；Q2—燃气带来的热量，kJ；Q3—燃气燃烧时，空气带来的热量，kJ；Φ—锅内水的吸收的热量，即有效热量，kJ；Q5—高温烟气带走的热量，kJ；Q6—其他对外的损失热量，kJ；η—热效率，%。其中，高温烟气带走的热量Q5和其他对外的损失热量影响着嵌入式燃烧灶的热效率。因此通过提高锅水的热吸收、减少损失热量是提高燃气灶热效率最直接有效的方法。提高锅水的热吸收量，据传热学公式：Φ=AhΔT式中：A—传热面积，m2；h—总传热系数，W／(m2?K)；ΔT—传热温差，K。其中：式中：h1—燃烧侧对锅底的对流传热系数，δ—锅的厚度，λ—锅底的导热系数，h2—锅对水的的对流系数，ΔT—火焰外焰温度tf1与锅内水的温度tf2之间的传热温差。提高锅的吸收热量需要从烟气侧的对流系数，火焰和锅底的接触面积和提高传热温差三个方向考虑。（1）提高锅外侧的对流传热系数h1。对流传热系数h1与烟气的物性、流动速度以及锅的表面结构有关，降低锅底的热阻即减小锅表外面热力边界层。通过增加扰动降低热力边界层，提高换热系数。如采用旋转火焰燃烧或交叉火焰燃烧等方式。（2）增加燃气灶的火焰与锅底的锅底面接触。目前的燃烧器一般包括内环火焰与外环火焰，由于内环的热负荷小，热流强度不高，虽然外环火焰与二次空气接触充分，但火焰靠近锅底外侧，造成热效率不高。通过优化火孔分布，加强内环火焰的热负荷，提高锅底热流强度，提高热效率。（3）提高火焰与锅底的传热温差。锅的温度一般相对稳定，只能提高火焰外焰温度tf1来增图1内环热负荷对热效率的影响大换热量。在燃气成分与燃烧热功率一定的情况下，火焰温度与过剩空气系数紧密相关。对于燃气灶，其过剩空气系数受一次空气量和二次空气量的影响。一次空气量取决于引射结构，提高一次空气的温度和加速一次空气与燃气发生预混，使其燃烧速度加快，火焰温度高，为了确保燃气的完全燃烧，参加燃烧的二次空气量往往较大，导致火焰温度和烟气温度的降低。因此，提高一次空气系数，降低过剩空气系数，可以有效提高火焰外焰温度tf1。实验样机为我司以液化石油气/天然气为燃料的三级能效的嵌入式燃气灶，额定热负荷是4.2kw，热效率为55%。现有匹配的火盖为普通直流火盖，其在燃烧工况下，烟气