刘辰庆
上海市燃气设备计量检测中心有限公司 上海市 201112
摘要：燃气热效率测试结果的准确性，对于规范家用燃气灶市场具有重要作用，因此加强对燃气热效率测试结果影响因素的研究，提高燃气热效率测试结果的准确性具有重要意义，基于此本文对家用燃气灶热效率测试的原理以及影响因素进行了研究。
关键词：家用燃气灶；热效率；测试；影响因素
随着我国经济的迅速发展，城市化进程不断加速，人们的生活水平获得了非常大的提升。在人们日常生活过程中，家用燃气灶是主要的烹饪设备，具有快捷、方便等优点，在人们生活中有着重要作用。为了提高家用燃气灶的性能，研究人员对家用燃气灶进行了大量的研究，包括火焰长度、灶具引射器、空燃比以及环保性等，同时还对家用燃气灶的安全可靠、高效清洁等进行研究。随着家用燃气灶的普遍使用，保证家用燃气灶的热效率对于节约能源具有重要意义，国标GB16410-2016中对家用燃气灶的热效率进行明确的规定，要求嵌入式灶不小于50%，台式灶不小于55%，因此对家用燃气灶热效率测试就显得尤为重要，基于此本文对家用燃气灶热效率测试结果影响因素进行了分析。
1 热效率测试原理及方法
热效率的含义是热能利用率，也就是说所获得的有效热量占付出的能量的比值。在家用燃气灶的测试过程中，将一定量水的温升代表的热量分组，以对应的人气燃烧释放的低位热量为分母进行计算。计算公式如下：
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2 测试、计算方法等因素对数据结果的影响
2.1 热值对热效率计算结果的影响
根据GB16410-2016，家用燃气灶的效率的计算工作中气体热值为低热值；而相较于我国的标准，欧美的相关标准有所差异，该计算工作中气体高热值代入热效率公式来进行计算，由此可以看出，热值对于热效率有比较大的影响。为了分析应用高、低热值对家用燃气灶热效率测试的影响进行分析，建立了以下公式：
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（5）
在上述公式中代表的是高热值热效率和低热值热效率的比值。
根据这一公式可以对高、低热值对热效率计算的影响进行分析，在国标GB/T13611-2006《城镇燃气分类和基本特性》中对气体热值参数进行了规定，将数值代入公式（5）中，就可以计算出高、低热值对于热效率的影响，根据计算结果显示，其对于计算结果的影响在6.5%~11.2%。
2.2 锅自身吸热是否参与计算对热效率的影响
根据GB16410-2016就进行家用燃气灶的热效率计算时，该计算方式中没有考虑在热测试过程中，锅以及搅拌器等吸收的热量，这样导致计算的热效率值并不准确。为了消除这一因素对于家用燃气灶热效率测试结果的影响，需要排除这一干扰，通常常用的方式是对标准规定用锅和搅拌器的总质量进行称量，然后对其进行折算，将其折算为对应水比热容下的质量，然后在将这个折算质量和注水量的比值进行计算，就能够计算出锅和搅拌器吸热情况对于家用燃气灶热效率计算的影响，从而可以排除其对于家用燃气灶热效率计算的影响，提高家用燃气灶热效率计算的准确性。通过相关研究可以表明，在GB16410-2016标准中所选用的锅，其自身吸热量大约占到水吸热量的4%。通过查阅国际标准，欧洲家用燃气灶的相关标准中，在计算家用燃气灶热效率时是将这一部分计算在内的，但是国标中并没有计算这一部分热量，导致两种标准的计算结果存在一定的差异，
2.3 水的温升对于热效率的影响
在家用燃气灶热效率计算过程中，水的温升也会对计算结果造成一定的影响，下面对这一部分的影响进行分析：
假定在热效率测定过程中，所选用的锅和水的温度是t，打开家用燃气灶对其进行加热，使燃烧器头部燃烧，保证其对过进行均匀的加热。在这个过程中，假定进燃烧器的燃气成分组成是不变的，同时保持燃气的流量保持不变，在这样的条件下，燃气燃烧后产生的热量和锅底以及侧面热交换平台的温度th也可以认为是保持不变的，传热速率与锅以及水存在推动力温度差，即th-t，这样二者就可以发生热交换，对谁进行加热。随着时间的增加，锅和水的温度t也会随着升高，此时推动力th-t就会因为t的升高而发生下降，这样传热效率Qex则会因为推动力的下降而下降，即随着时间的延长而下降，通过对不同时间内的t以及th-t进行计算，可以得到Qex的变化情况。在实际计算时，在时间d内，锅中水温的变化为dt，此时锅和水的吸收显热可以用（5）中的计算公式进行计算：
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（5）
在（5）中，各符号代表的含义如下：Q代表的是吸热速率，单位是kW；m代表的是实验中所加热的水的质量，单位是kg；cp代表的是水的比热容，单位是kJ/（kg*K）；代表测量的时间，单位是s；t代表锅中水的温度，单位是℃。
锅的接触表面的传热效率按照式（6）中的公式来进行计算：
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根据式(8)可知，随着时间的增加，温差th-t是不断减小的，二者之间是一个指数函数的关系，基于这一结论可以看出，随着时间的延长，热量传输的推动力实在不断减小的，进而可以得到，随着温升热效率是在不断降低的。根据GB16410-2016的测试要求，需要随机的选取多个燃烧器以及测试用锅来进行测试，从而探究出不同温升对于热效率的影响，计算出不同温升下的热效率，最后根据均值来计算温升和热效率的关系曲线。基于相关理论和实际研究发现，温升大小对于热效率计算结果是有一定的影响的，实际测试发现，30℃温升下测定的热效率，相较于70℃下测定的热效率，要高2％左右。
2.4 搅拌对热效率的影响
根据国标GB16410-2016的热效率计算方法，水初温前5K是需要进行搅拌的，水的初温加25K时开始搅拌，到水的初温加30K后关闭家用燃气灶，但是要继续搅拌，并对锅中水温达到的最大值进行计算。在测试时，水初温前5K进行搅拌的主要目的是提高获得的谁初温的均匀性，而水初温加25K后进行搅拌，并且搅拌到最高温度，目的是获得均匀的水终温，搅拌过程还会加大锅中水的对流速度，这样可以使其更好的吸收剩余潜热。在测试过程中，如果锅支架和家用燃气灶潜热过高，可以使水的温升增加2K，这样在计算时，会使热效率得到0.5％左右的提升。在欧洲的相关标准中，是不需要进行搅拌的，不过在测试结束以后，仍需要对锅中水的最终温度进行观察，虽然这个过程中家用燃气灶和支架是有一定的潜热的，但是等待的主要原因是要使水通过静置，水温达到均匀。
结论
随着社会的发展，家用燃气灶越来越普及，成为了人们普遍应用的烹饪器具。家用燃气灶的热效率直接关系到人们的燃气使用成本和能源的利用效率，因此提高家用燃气灶的热效率具有重要意义，通过准确的测量家用燃气灶热效率，对于规范家用燃气灶市场具有重要意义，因此研究人员需要进一步提高家用燃气灶热效率测试影响因素的研究，并对其进行优化，提高家用燃气灶热效率测试的准确性。
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