《铝和铝合金加工时效炉热效率测定方法》编制说明

《铝和铝合金加工时效炉热效率测定方法》

编制说明

编制小组

2023年11月

1项目概况

1.1任务来源

2021年，佛山市清洁生产与低碳经济协会针对佛山地区工业企业

的用能情况，要进一步量化耗能设备的能效设想，提出在铝型材加工

行业对部分重点耗能设备进行能耗效率的量化评价，提出团体标准《

铝和铝合金加工时效炉热效率测定方法》（以下简称时效炉热效率测

试方法）。2022年，根据国家发改委和生态环境部的要求，在南海区

生态环境局的指导下，广东省清洁生产协会会同佛山市清洁生产与低

碳经济协会、南海区铝型材加工协会向国家生态环境部提出实时“南

海区铝型材加工行业清洁生产整体审核创新试点”项目（以下简称行

业审核创新）。该项目在2022年11月获得国家生态环境保护部的批准。

经过多方的协商，同意将时效炉热效率测试方法列入行业审核创新的

工作内容，并作为各协会的团体标准。

2023年8月，团体标准时效炉热效率检测方法正式立项。在立项

前，佛山市清洁生产与低碳经济协会已经开展了部分前期工作，例如，

有关资料的查找，企业的调研等等。时效炉热效率检测方法原名是《

时效炉热效率检测方法》，考虑到在金属加工行业可能存在着多种工

业时效炉，决定改名为《铝型材加工行业时效炉热效率检测方法》。

1.2目的和意义

1.2.1目的

时效炉是铝和合金铝加工过程中常用的耗能设备，在一定的条

件下是必不可少的设备。时效炉是主要耗能设备之一。在时效炉的耗

能中，耗热的占比最大，电耗占比小。测定时效炉的热效率是评定和

判断时效炉的能耗所必要的工作。然而，目前尚未有时效炉热效率检

测方法的技术规范和标准，测定热效率的方法随意性太大，缺乏科学

性和合理性。通过制定时效炉热效率测定方法的技术规范或标准，不

仅弥补了时效炉热效率检测方法标准的空白，也有利于时效炉的节能

工作的发展。

1.2.2意义

评价时效炉热能利用状况有两种方法：单位产品时效过程热耗

以及时效炉的热效率。由于两种方法的统计口径和原理的不同，两者

有各自的优缺点。

单位产品时效过程热耗是以单位产品在时效过程中消耗燃料的

量或燃料的热量表示，直观，在计算成本时十分有效。但是，统计数

据基本上是一个时期的，同时，由于测量仅仅局限在热能的消耗量，

没有与其他因素挂钩，例如，环境温度、工作的起始温度等等，部分

影响因素不可知。

时效炉热效率是针对一个具体的过程，在测试过程会涉及到环

境温度、起始时炉内温度等等数据，更加有利于分析影响时效炉热效

率的相关因素。

本标准编制意义在于：标准给出统一的测定标准，有助于时效

炉热效率测定方法的规范化以及指导企业开展时效炉热效率测定工

作；使用本标准方法进行检测的时效炉热效率，可以进行不同时效炉

之间的热效率对比或评价，有利于促进时效炉的节能工作；铝型材加

工企业可以运用本标准的方法，对生产工艺的热效率进行研究和分析，

确定节能的时效炉控制工艺。

1.3主要起草单位及工作

主要起草单位有佛山市清洁生产与低碳经济协会、广东省清洁

生产协会、南海区铝型材加工行业协会和广东华昌铝业有限公司等单

位。

佛山市清洁生产与低碳经济协会负责开展行业情况调研、时效

炉热效率测定方法的提出和验证，负责标准的编制等工作。

广东省清洁生产协会负责项目组织、项目立项、项目评定以及

聘请行业专家等工作。

南海区铝型材加工行业协会负责组织行业调研，咨询行业的专

家意见等工作。

广东华昌铝业有限公司等企业负责提供实验场地和时效炉用于

方法的验证，并结合生产实际情况对标准的内容提出意见。

1.4编制过程

2021年，提出编制《时效炉热效率测定方法》团体标准。同时，

开始查找资料和行业调研。

2022年中，将编制《时效炉热效率测定方法》团体标准列入行

业审核创新项目的工作内容。

2023年8月，广东省清洁生产协会正式立项。11月，发出征求意

见稿。

预计该项目在2024年4月份前完成。

2.铝型材加工行业时效炉的应用

2.1基本情况

铝型材加工行业是佛山市重点支柱产业之一，也是耗能较大的

传统行业之一。铝型材加工生产工艺流程主要分为镕铸、挤压成形和

表面处理。挤压成形后的铝型材需要通过时效去除铝型材中的应力，

提高铝型材的强度等物理性能。时效属于金属的热处理工序之一。铝

型材加工时效炉是铝型材热处理生产工序中的设备，挤压成型后的铝

型材需要经过时效热处理后才能进入电泳、抛光及氧化等表面处理工

艺。据不完全统计，佛山市共计有200多家铝型材加工企业，这些企

业大小、时效炉状况参差不齐。

“十二五”以来，佛山铝型材加工企业开展了一系列节能减排

工作，时效炉已全部由燃煤（油）改造为燃天然气或液化石油气，部

分企业也开展了时效炉热效率状况的研究，用于评价时效炉节能效果。

在铝型材加工行业中开展过时效炉热效率的检测。但是，由于缺乏系

统的研究以及标准的检测方法。有关的数据不能相互对比和引用。要

提高能源利用水平就必须有标准的能源消耗检测方法和程序，用于评

价各种耗能设备的能源消耗和利用水平，评价各种工艺工况下的用能

水平。因此，对时效炉热能的利用效率进行检测十分必要。

2.2时效炉的特点

用于铝和合金铝时效的时效炉通常由炉体、燃烧器、热风循环

系统、物料输入输出系统和电器控制系统等组成。时效炉的热源数是

燃料燃烧产生的热量，通常有煤、油料、天然气和液化气。在南海区

的铝型材加工企业已经全部使用液化气或天然气作为热源。时效炉的

加热方式有直接加热和间接加热两种方式。通常情况下，时效炉的加

热温度在200℃左右，时效炉最高温度为250℃，时效保温时间在2-4

个小时。时效炉进出料的方式有单向和双向两种方式。起开门的方式

有人工手动启开和自动起开。

2.3时效炉热效率

时效炉的热平衡可以见图1.。

图1.时效炉热平衡示意图

结合图1有以下的讨论。

1.铝型材升温吸收热、循环空气升温吸收热、物料装载装载

升温吸收热量以及时效炉炉壁吸收热量是必不可少的。但是，真正有

效的热量仅仅是铝型材升温吸收热。因此，只有铝型材升温吸收热能

作为有效热。

2.表面散发热量以及各种带出热量是无法精确测量或计算的。

时效炉热利用效率的检测只能是正平衡方式，而不能用反平衡方式。

3.编制原则与方法

3.1编制原则

3.1.1合规性原则

标准编制符合GB/T1.1-2020，标准的有关内容符合国家标

准GB/T2588《设备热效率计算通则》、GB/T13338《工业燃料

炉热平衡测定与计算基本规则》和GB/T40816.11《工业炉及相关

工艺设备能量平衡测试及能效计算方法第11部分：各种效率评

估》等的要求。标准编制过程符合《团体标准管理规定》的要求。

3.1.2可操作性原则

标准中的各项规定和要求是生产企业或有关检测机构在实

际工作可以操作的。

3.1.3与实际生产实际相结合原则

为了使到该标准具有良好的实用性，标准中所选择测定方法能与

企业生产状况相符合，便于操作，测试方法的原理也便于理解。

3.2编制方法

在编制该标准过程中，采用了以下的方法：

1.资料查询。在标准编制的准备阶段，就开展了资料查询工作，

主要查询了国内外相关的标准、技术规范以及有关论文，以确定编制

该标准的内容、测定方法的提出和确定等等。

2.行业情况调研。对铝型材加工行业的生产情况和时效炉的使

用情况进行调研，尤其是时效炉的种类、使用特点等等情况进行调研。

3.现场的测试。在资料查询和行业情况调研的基础上，提出了

测定时效炉热效率的基本方法，到企业生产现场进行实地开展时效炉

热效率的测定，检验提出方法的实用性和适用性，并不断地对有关内

容进行修改和补充。

4.征求行业和专家的意见。在标准的编制过程和形成征求意见

稿后，就标准的内容向铝型材加工行业的专家、企业技术人员以及节

能专家等，征求意见，并根据他们的意见进行不断地修改和补充。

4.标准的主要内容

4.1标准名称

《铝和铝合金加工时效炉热效率测定方法》

4.2适用范围

该标准规定了以天然气或液化气等气态燃料的铝和铝合金加工

时效炉热能效率的测定流程、测定方法和计算方法，适用于铝和铝合

金加工时效炉生产制造厂家和使用厂家测定铝和铝合金加工时效炉

热能效率。

使用煤、油料等燃料的率和铝合金加工时效炉测定热效率时可

以参考该标准。其他的耗热设备热效率的测定也可以参考本标准。

4.3文本框架

本标准主要的内容有：

1.热效率。在此给出了时效炉热效率的定义、测定方法等等。

其中，有效热是需要说明的。在此规定有效热仅仅是加入铝和铝合金

在达到时效温度时所吸收的热量。其他的部分热量，如时效炉炉体吸

收的热量、循环空气吸收的热量以及装载铝和铝合金装置所吸收的热

量等等，都是整个工作过程所需要的热量，但是不能作为有效热部分。

2.测量和计算。在本标准中，规定了测量热效率时所需要测量

的量有炉内问题、气体燃料的消耗量。加入的铝和铝合金的质量，在

实际工作中都是根据米重计算。在此，认可这种方法。

3.准备工作。本标准规定了测定之前准备工作的内容。在实际

工作中可以根据实际情况做好准备工作。

4.时效炉热效率测定步骤。本标准规定了测定时效炉热效率的6

个步骤