摘要：随着全球环保意识的觉醒，大多数国家对工业以及制造业都提出了节能减排、转变生产方式的要求，我国也不例外。随着我国产品能效标准的接连出台，产品的节能效用成为制造业市场设计和生产的硬性标准之一，消费者也大多据此对产品的优劣做出相应的判断。在“民以食为天”的中国，人们烹饪美食必然离不开燃气灶具来提供热量。传统的燃气灶具为了打开市场，一味地追求燃烧火力大，而忽略了燃气灶具的热效率，造成了燃气资源浪费，大气污染等一系列的环境问题，因此，加强家用燃气灶具热力性能的分析就显得尤其重要。
关键词：家用燃气灶具；热力性能；影响因素；优化策略
引言：为了达到节能环保同时符合消费者使用习惯的目的，提高家用燃气灶具的热力性能成为了燃气灶具制造者首先需要解决的问题。本文认为，可以在燃气进入到燃气灶具并进行燃烧释放热量的过程中，通过增加炊具与火焰接触面的吸热量以及减少燃烧过程热量的无效释放来优化燃气灶具的热力性能。
1、家用燃气灶的概述
家用燃气灶是通过燃气的化学能向热能的转化来烹调菜肴、加工食品，以满足家庭需要的燃气用具，家用燃气灶如图1所示。燃气灶由供气部分、燃烧部分和辅助部分。根据燃气灶使用气源可分为液化石油气灶、天然气灶和人工煤气灶等；按灶面材质可分为不锈钢灶、搪瓷灶、烤漆灶和钢化玻璃灶等；按燃烧器数目可分为单眼灶、双眼灶、三眼灶和多眼灶等；按燃烧器引入一次空气位置可分为上进风灶和下进风灶；按燃烧方式可分为大气式燃气灶和完全预混式燃气灶；按安装方式可分为嵌入式灶和台式灶。
图1
2、家用燃气灶具热力效能的影响因素
家用的燃气灶具的热力性能主要受燃烧的稳定性、燃烧效率的高低和排放气体中一氧化碳的含量等因素的影响。
2.1家用燃气灶具的燃烧稳定性分析
燃气灶具的稳定燃烧直接决定了灶具是否能安全工作。灶具燃烧过程中的离焰、黄焰和回火呈现出三角形的分布状态，当燃烧点位于中心区域时，灶具就能进行稳定地燃烧。但是在燃气灶具的实际燃烧过程中，由于空气环境等因素的影响，灶具的热负荷以及火孔热强度也会随之变化，当热负荷上升到变化范围的临界值时，火孔热强度也会随之上升到使火焰得以稳定燃烧的上限值；当火孔热强度下降到关闭状态时，火焰仍然能保证持续稳定的燃烧，此时就可以认为灶具可以进行稳定的燃烧。在家用燃气灶具的结构中，火孔热强度的降低会引起一次空气系数的减小，从而使燃烧点M向下移动，使回火的极限下降从而减小的回火的可能性。因此在生产燃气灶具时要对火孔的大小和形状进行合理的设计，从而防止回火现象的发生。
2.2炊具支架高度
炊具支架高度是影响炊具与火焰接触面积和燃气燃烧效率的重要因素。在灶具的实际使用中炊具支架高度越高，空气流动空间越大，相应的燃烧效率也高，但是炊具所受的燃烧温度却有所降低；相反，炊具支架越低，热量的无效释放越少，但是排放气体的一氧化碳也会相应增多不利于环保。因此，在设计炊具支架高度时，要充分考虑燃烧效率和一氧化碳排放量的有效控制，使燃气灶具在热力性能有效提升的同时，在环保节能方面也能符合标准。
3、家用燃气灶具热力性能的优化途径探究
3.1增加炊具的吸热量
3.1.1合理设计炊具支架高度
目前，大多数型号的家用燃气灶具的炊具支架高度（炊具底部到火孔的垂直距离）都在32~35mm，此种设计虽然加大了燃气的燃烧力度，但是对于炊具热量的吸收能力有所降低。因此，在设计燃气灶时可以将炊具底部到火孔的垂直距离相应的缩短因此在设计时将旋转条缝火孔与锅底面的垂直高度（净高）降低6～8mm左右。当该高度合理降低后，炊具底部与燃烧火焰的核心燃烧区域的接触面积增大，使炊具平均受热，进而增加其吸收的热量，以达到提升热力性能的目的。
3.1.2增加燃烧过程的稳定性
根据上文对于炊具与火孔垂直距离与一氧化碳排放量之间关系的分析，可以得知，当炊具底部与火孔之间的垂直距离有所，燃烧所产生的一氧化碳的排放量会相应的增加，于是，提高一次空气的引射能力，降低烟气中一氧化碳的浓度非常有必要。对此，在燃气进入燃烧器和引射的空气流向火孔时，为了避免气体在通道的瓶颈部位受到阻力，可以在设计气流通道时使通道尽可能的畅通，从而降低一次空气系数，引射更多的空气，使燃气得到充分的燃烧，最终使一氧化碳的排放量得到控制。
3.2减少燃气灶具热量的无效释放
家用燃气灶具和专业餐馆的燃气灶具在结构上有很大的不同，最明显的体现就在于家用的燃气灶具处于一个开放的燃烧环境中，在利用燃气燃烧的过程中，虽然大部分的热量都被有效利用起来了，但是灶具本身以及周围的空气环境都对燃烧过程释放出的热量进行了不同程度的吸收，因此，在设计燃气灶具时，要充分的考虑到燃气灶具的结构、材料对于热量的消耗，例如，在设计燃气灶具的结构时，可以适当改变灶具的开放式结构，转而改变为半开放式的结构，这样的结构有利于集中热量，防止多余的热量被空气以辐射和对流的方式予以释放。具体的做法就是改进炊具支架的传统结构，对火焰与周围的空气进行适当的隔离，从减少燃烧过程中的热量无效释放。
3.3创新燃烧灶具集热结构
传统的家用燃气灶具在结构上大多数仍然采用的是上进风、下进风以及混合进风等方式，但是通过上文的分析，燃气灶在燃烧过程中产生的热量毕竟是有限的，因此在设计上应该转向对燃气灶的集热性能的开发，以更好的提升燃气灶的热力性能。比如市场上出现的一些新型号的燃气灶就利用了燃烧过程中的热对流和热辐射设计了红外燃烧器，对燃气灶产生的热量进行了较大程度上的利用。因此，在燃气灶具的热力性能开发上，设计人员要敢于发现，敢于创新，在提升产品效能的同时也要注重对于环境的保护。
结束语
经过本文对于家用燃气灶热力性能的影响因素的分析，认为在优化其热力性能上，要从改造燃气灶结构和创新燃气灶集热模式同步进行，已达到最大限度提高燃气灶具热力性能的目的，从而燃气灶具的工作效率大大提升，同时减小对环境的污染。
参考文献
[1]谭民.家用燃气灶具热工性能的优化研究[J].重庆建筑大学学报，2015.
[2]罗从杰，杨小红，廖菁.研究探讨提高大气式家用燃气灶具热效率的方法[J].能源研究与管理，2010.
[3]陈明，段常贵，侯根富.中餐燃气炒菜灶热效率的提高[J].煤气与热力，2016.
论文作者:陈光耀 1, 何志彬2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/5
标签：炊具论文; 燃气灶具论文; 热力论文; 热量论文; 氧化碳论文; 燃气灶论文; 性能论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;