家用燃气灶能耗测试分析

家用燃气灶能耗测试分析

为了减少污染，中国正在改善能源结构，逐步提高天然气的比例。“西气东输”工程使得天然气应用规模迅速扩大，大城市家庭的天然气利用率越来越高。北京城区的燃煤锅炉实现了“煤气改流”，大大降低了城市污染，给居民带来了舒适的生活，但也给中国的天然气产量带来了快速增长。从2000年到2004年，中国城市天然气的年消费从82年的82年提高到169年的169年上升到1.4%。然而，中国是一个相对贫穷的国家。2004年，天然气剩余储量占世界总量的1.4%。2004年，天然气消费量达到北京、西安、郑州等一些城市。因此，一些地区采取了紧急措施，如固定天然气、降低天然气加热温度、关闭天然气公交车等，这给居民的生活带来了不利影响。因此，如何提高天然气的使用效率，减少天然气等资源的消耗是一个紧迫的问题。家庭烹饪是主要的消耗方式之一。发达国家居民的生活气体占天然气消耗的27%45.108m3，比2003年增加了21%。城市家庭的人均天然气消耗也达到51.108m3。家庭胆红素大部分用于家庭饮用水，这增加了家庭胆红素的效率。因此，我们可以提高家庭燃气灶的工作效率，不仅降低消耗气体资源的消耗，减少消耗和温室气体的排放，而且降低了用户的消耗。因此，提高家庭燃气灶的实际工作效率，不仅可以减少消耗和消耗，还可以减少消耗和用户数量。因此，我们必须提高家庭使用的效率。这不仅与实用锅的结构形式有关，还与燃烧和储存的操作方法有关。如何使用科学方法来减少气体消耗也是居民关心的一个重要问题。过去，一些相关研究表明，在实验室条件下，采用标准锅和样品方法进行测试和评估燃气灶的效率，但在实际使用条件下，无法研究燃气灶的效率特征。例如，刘杰等人在家庭燃气灶的rv测试条件下使用标准微波炉，但研究燃气灶的rv标准是不同的。rahima等人在实验室条件下使用照明设备的效率，但居民的实际使用与实验室标准测试方法之间有很大差异。因此，燃气灶的实际工作效率与安装效率也不同。在这项工作中，。1测试对象和条件1.1燃气灶与水的配合性能测试内容为:对居民实际使用条件下的一台家用燃气灶,在不同锅具、不同燃烧火势(天然气供气量)的条件下烧开水时的热效率进行测试,另外还对水温与燃气灶热效率的关系进行测试分析.1.2燃气灶与标准炉.测试的灶具是一台某知名厂家生产的以天然气为燃料的台式家用双眼燃气灶,外形见图1,根据抽样调查的结果,这种型式的燃气灶是目前应用最多的家用燃气灶.该燃气灶已经使用了1年时间,型号为JZ2-T20/T22/T22B,右灶眼的额定热流量为4.6kW,左灶眼的额定热流量为4.0kW,测试工作在左灶眼上进行.测试的锅具有三种,第一种为开水壶,不锈钢材料、平底锅、底部直径为20mm、厚度为0.6mm;第二种为高压锅,铝合金材料、平底锅、底部直径为22mm、厚度为4mm);第三种为炒锅,铁锅、半球面锅底、顶部直径为26mm、厚度为1.6mm.1.3电子瞳装时间主要测试仪器为:水温采用玻璃管温度计(0—100℃)测量;时间采用电子秒表计时;天然气耗气量采用煤气公司安装的数字式煤气表计量,其计量等级为B级,公称流量为4m3/h,最小测量流量为0.04m3/h,量程范围内测量误差不大于±3%.1.4加热试验结果测试地点为北京市的一户居民家的厨房中,测试时间为2005年12月下旬.测试期间厨房室温为16—18℃.按照实际烧开水时的使用条件,没有开排风设备,厨房的外窗微开.每次加热试验的水量均为2.5kg,每次实验均等锅具和灶具冷却后进行,以保证测试条件基本一致,并与实际使用情况基本相同.加热过程中锅具均为加盖状态.测试过程中,锅具中的水由初温加热到开始沸腾为止,根据玻璃管温度计的测试结果,沸腾时水温为100℃.试验过程中火焰呈蓝色,燃烧稳定正常.1.5火状态的最小状态为了测试火势对燃气灶热效率的影响,确定测试状态点,将燃气灶的燃烧火势分为5级,1级最小、5级最大.1、2级为小火状态,这时只有内环有火焰,1级为小火的最小状态,2级为小火的最大状态;3到5级为大火状态,这时内环和外环均有火焰,3级为大火的最小状态,5级为大火的最大状态,4级时调节开关位于大火状态的中间位置.在上述燃烧火势的定义中,只有4级的调节开关位置会有一些波动,其他状态点的调节开关位置都是比较确定的,与燃气流量的关系也是确定的,这从图2可以看出.由于本文的数据处理是以天然气流量作为火势的定量衡量参数,这里的火势定义只是用于确定测试状态点,因此不会影响到试验结果分析的准确性.2开水灶与私家车的性能比较采用U形管测出天然气供气压力为2200Pa;采用美国进口的HP-6890N气相色谱仪测出天然气的组分,并计算出测试点天然气标准状态下(标准大气压,0℃)的低位发热量为36.03MJ/m3,考虑燃气温度和压力修正后,测试状态下天然气低位发热量为34.9MJ/m3;通过测试,电水壶人工断电的加热效率为96%,自动断电时的加热效率为91%,电水壶实际使用通常都是自动断电控制,因此电水壶热效率按91%计算;北京市现行能源价格:居民天然气的价格为1.9元/m3;居民电价为0.48元/度.目前天然气联合循环发电效率为50—60%,考虑输配、电厂自用电等损失因素,天然气发电的平均综合供电效率按45%计算.燃气灶平均热效率的计算公式如下:η=(t2−t1)CpGw/(QdGg)(1)η=(t2-t1)CpGw/(QdGg)(1)式中:t1为初始水温,℃;t2为终止水温,实测为100℃;Cp为水的比热:4.18kJ/(kg·℃);Qd为测试状态下天然气低位热值,实测为34.9×103kJ/m3;Gw为水量:2.5kg;Gg为天然气耗量,m3.采用电水壶的耗电量为:D=(t2−t1)CpGw/(3600ηd)(2)D=(t2-t1)CpGw/(3600ηd)(2)式中:D为采用电水壶的耗电量,kW·h;ηd为电水壶的热效率,实测为0.91;其它同式(1).采用电加热方式折合的一次能源(天然气)的消耗量:Ggd=3600D/(ηfdQd)(3)Ggd=3600D/(ηfdQd)(3)式中:ηfd为天然气发电的供电效率,为0.45;其它同式(1)和(2).开水壶、高压锅和炒锅的热效率测试分析结果见表1—表3和图2;高压锅不同水温时的热效率测试分析结果见图3,该项试验的火势为3级;烧开水时间与燃烧火势关系见图4.3测试结果分析3.1与热风的关系由图2可见:燃烧火势对燃气灶的热效率有较大影响.对于小锅,天然气流量与热效率呈现单调递减的关系,火势越大,热效率越低.这是由于火势大时,火焰相对加热面积减少,无效热损失增加,从而使热效率下降;对于大锅,天然气流量与热效率呈现马鞍形的关系,在火势2级时,即天然气流量为0.1m3/h时,其热效率最高.这是因为大锅的散热面积较大,在火势很小时,散热损失的作用显著增加,从而使热效率减少;底部加热面积较小的小锅,火势对其热效率的影响较大.小开水壶在不同的火势情况下,热效率的最大值与最小值之比为1.60,高压锅为1.3、炒锅为1.47.3.2小锅的热性能好三种锅在不同火势下的热效率平均值为:开水壶为48%,高压锅为43%,炒锅为52%.由图2可见,同为平底锅,小火时,小锅的热效率明显高于大锅,大火时两者相差不大.这是因为在火势较小时,小锅与大锅相比,火焰加热面积基本相同,而表面热损失较小,因此热效率比大锅高;小锅大火时,由于有一部分火焰出了锅底,使热损失增大,抵消了表面热损失较小的有利影响,因此在此情况下两者的热效率相差不大.炒锅的锅底为球面,加热面积较大,因此其热效率明显高于平底锅,平均高9个百分点.3.3水温对热损失的影响图3是高压锅烧开水过程中,平均水温与热效率的关系曲线.测试时将整个加热过程分为7个温度段,不间断地测出每个温度段的平均水温和燃气耗量,从而计算出平均水温和热效率的关系.由图3可见,平均水温对热效率影响很大,开始时,热效率逐渐增大,平均水温为40—50℃时,达到最大,然后随着平均水温升高,其热效率下降.从理论上来说,平均水温升高会使无效热损失增加,从而使热效率将下降,但由于开始加热时,必须先加热较厚的锅壁,因此其热效率较低,随着这部分无效热损失逐渐减少,热效率逐渐增大,但随着平均温度的继续升高,水温对无效热损失的影响显著增加,使热效率下降.这表明,水温高于60℃以后,水温对锅具无效热损失的影响变得显著.炒菜时由于加热温度高、没盖热损失大,因此其热效率会更低,根据图2和图3的测试数据判断,其热效率低于30%.3.4燃气灶潜力和一次能耗按照北京市现行的能源价格,天然气燃气灶热效率为37%时,与用电水壶的费用基本相同,热效率高于该值时,其费用较少.燃气灶热效率为40%时,两者一次能耗基本相同,热效率高于该值时,其一次能耗较少.由表1—3可见,除了火势5以外,采用天然气烧开水的费用和一次能耗均比用电少.3.5天然气流量对加热时间的影响由图4可见,天然气流量减小,烧开水时间增长.当天然气流量小于0.1m3/h时,天然气流量减少会使加热时间急剧增加,天然气流量大于0.2m3/h时,天然气流量对加热时间的影响较少;在三种锅具中,高压锅需要的加热时间最长,在火势较大时,三种锅具的加热时间差别很小.3.6搅拌和搅拌的方法该家用燃气灶实测的平均热效率为43—52%,低于相关国家标准的要求值(应大于55%)和有关燃气设计手册的推荐值(55—60%).这是由于该标准规定的家用燃气灶具热效率测试条件为:水温从5℃加热到50℃,前后两个阶段还要用搅拌器搅拌;在大火的条件下(试验热流量为4.4KW),要求采用直径为32cm的铝锅、水量为12kg.而目前三口之家实际家庭炊事的情况是:水温要加热到沸腾,并保持一段时间;加热的过程中通常不搅拌;锅的直径通常不大于26cm;一次盛水量通常为1—3kg.可见标准规定的实验室测试条件与实际情况相差较大,而且这些偏差有利于使实验室测试的热效率提高,这使实验室测出的热效率大于实际使用条件下的热效率.因此在城市燃气规划设计和建筑能耗估算分析时,家用燃气灶具综合热效率(综合考虑烧水、炒菜和做饭时的热效率)宜按30—40%估算,有关设计手册的推荐值应作修改,否则计算出的燃气供应量可能无法满足实际需求.4燃气燃气有效加热对低能源燃气灶能耗的影响(1)由于家用燃气灶实际使用条件与实验室标准测试条件相差较大,因此其实际热效率通常大大低于实验室测定的额定热效率和有关燃气设计手册的推荐值,实测烧开水的平均热效率仅为43—52%,家用燃气灶具的综合热效率约为30—40%,其技术节能的潜力较大,应对灶具尤其是锅具进行改进,采用球面锅底替代平面锅底可使能耗减少17%以上;(2)燃烧火势对燃气灶热效率的影响较大,对于小锅,天然气流量与热效率呈现单调递减的关系;对于大锅,天然气流量与热效率呈现马鞍形的关系,在天然气流量为0.1m3/h时,其热效率最高;火势变化时,小开水壶热效率的最大值与最小值之比为1.60,高压锅为1.3,炒锅为1.47.因此家用燃气灶操作节能的潜力较大,应尽可能采用中小火加热,大火用大锅、小火用小锅,科学操作的平均节能潜力可达25%以上,全