摘要：本文以嵌入式燃气灶具为研究对象，对其节能设计方法进行研究。通过对燃烧器结构、内环热负荷、二次进风量、锅底架高度、余热利用这五方面内容的分析，说明燃气灶具的节能升级内容，为相关设计研究工作提供参考材料。
关键词：燃气灶；嵌入式；节能设计
引言
嵌入式燃气灶在美观条件上，有较强的优势，并在家居设计的过程中，获得了人们的一致好评，开拓了较为广泛的市场空间。为了进一步巩固此类产品的市场份额，需要在节能化管理的技术上进行完善，以此扩大应用市场优势，保证产品的商业化发展状态。而经济节能性的调整，需从以下五个方面展开说明。
一、燃烧器结构
燃气灶设备中，燃气能源通过喷嘴喷射而出，并在进入文丘里管之后，通过压力的降低，提升气体流速，进入空气并完成缓和之后，会通过火盖结构中的火槽，在一定夹角条件下形成燃烧火焰。此时，火焰会随着结构形状向上扩散，在底部形成负压，由此引导二次空气的进入，并加速空气与燃气的再次混合。
在燃烧器结构的设计中，通过喷嘴尺寸与文丘里管的优化配置，保证了一次带入空气的质量，并达到优化燃烧热效率的目标。结构中喷嘴的配比条件与文丘里管，近似于并向结构中的压缩机设备，在燃气灶的热效率转化中起到了至关重要的作用。当燃气在火盖中流动时，其火焰的产生，会发生较为明显的扰动问题，并提高外侧对流的传热系数参数。通过对火盖的优化设计，可以形成旋流式的火盖结构，并在减少温度、热力边界的同时，优化结构的换热系数，达到提升燃烧效率控制的目标。在火盖形式选择上，务必要应用旋流式火盖（如图1所示），而这种火盖的能源利用效率也明显的优于普通火盖，并在烟气一氧化碳含量的控制过程中，起到积极作用，使整体的燃烧效率得到优化。
图 1 旋流式火盖图示
图2 内环热负荷度与CO体积含量的关系
二、内环热负荷
嵌入式燃气灶的结构中，分为外环火焰与内环火焰两种类型。在外环火焰中，由于其与大气的接触条件，在进行燃烧的过程中，如果不能与锅底进行充分接触，势必会增加环境中烟气的产生概率，造成大量的热量的流失[1]。因此，在进行设计管理的过程中，需要对燃烧器设备的喷嘴尺寸进行调节，并在调节内外环火焰状态的同时，优化热负荷比例条件，并实现燃烧热效率水平的优化。
在对内环热负荷条件进行试验分析的过程中，可以通过优化内环火热功率的状态，将其热负荷水平从原有的23%提高到38%的状态，由此就可发现热效率水平表现出先增加，再逐渐缩减的变化现象。而具体内容可以如图1所示，在达到一定比例条件之后，出现一氧化碳成倍数增长的状态。在实验中，当含量比例达到33%时，燃烧效率达到最高状态，并在燃烧比较充分的条件下，所产生的过剩空气系数也相对较小。
通过提高内环的热负荷状态，可以达到优化燃气灶热能效率的作用，但是如果热负荷条件超出了临界数值，就会增加环境中的一氧化碳产生速率，无法达到国家的相关技术管理标准。而这一现象的直接后果，就是无法满足内环的二次进风需求量，出现贫氧燃烧现象，拉长火焰长度的同时，也使得燃烧的工况出现恶化。因此，必须在内圈结构中，增加热功率条件，并在集中提高传热效果的过程中，保证燃烧的效率（图2）。
三、二次进风量
嵌入式燃气灶在结构上有一定的特殊性，其面板处于封闭状态，无法同常规燃气灶一样，从中间部位对空气进行补充。所以必须在设计过程中加入二次进风控制结构，保证系统结构的二次进风效果，在完成充分燃烧的同时，降低热量损失的问题。烟气的体积状态，与过剩空气系数有明显的关联性[2]。在燃烧过程中，热损失的主要条件就是烟气所携带的热量，而在换热原理的影响下，可以通过烟气的密度与燃烧所产生气体的体积，分析得出流失热量的数值。而在对影响变化关系进行结构分析的过程中，可以选择多款炉头设备，并保证其二次进风面积的差异性条件，然后确定其使用过程中的一氧化碳含量与热效率水平，在确定具体的二次进风面积之后，再应用这一参数区间，对设计内容提供指导。
四、锅底架高度
确定了燃烧器与内外负荷条件之后，需要对锅底架的高度进行确认，并找到最优化的距离，在尽可能放低锅底架的同时，保证燃烧火焰与锅底的接触距离与面积，以此保证传热面积的增加与优化。同时，也需要注意锅底架高度的调整，应当保持基本的底线，防止锅底架过低，造成小环境一氧化碳浓度超标的问题。同时，从火焰热能应用的角度，如果锅底与火焰之间的距离过大，会增加烟气的产生概率，并降低热能的应用效率，影响锅底热量的吸收水平。
为此，设置了具体的实验验证方法，以确定锅底架的设置高度。在设定10mm、15mm、20mm、25mm这四个不同高度条件的锅底架之后，对其应用条件进行分析，并确定每种参数下的热能应用状态。而确定热能状态，需要对其中的烟气浓度、烟气一氧化碳含量、二次进风效果、火焰停留时间等多项参数进行核对，以此保证燃烧耗能与有效热量之间的关系，确定最终的锅底架高度。在实验数据分析中发现，缩短锅底架高度，可以提高嵌入式燃气灶的热效率水平。如果锅底架高度数值区间，低于一定的数值条件，就会在明显的增加烟气中的一氧化碳含量，并恶化燃气设备的二次进风条件，影响燃烧热能的传递效果。
五、余热的利用
嵌入式燃气在使用过程中，无法将100%的燃烧能量全部转换到锅具当中，势必会有一部分热能，在环境对流或辐射状态下被消耗，并流失在周围的环境中。在进行节能设计的过程中，可以从回收的角度考虑，将这种散失掉的热量有效的收集起来，并达到应用的目标，由此，可以达到设备节能应用的管理效果。
方法上，可通过烟气的余热条件，对周围的空气环境进行余热控制，增加空气的焓值，以此增加火焰的燃烧温度，使锅底的热量强度也随之提升，并实现火焰与锅底之间的热量交换，保证燃气灶的热量转化效率。由此，不仅可以降低热量从烟气中的释放与流失，也能与气体功能设施形成联动，保证燃气灶资源的应用效率，并在降低产生烟尘的过程中起到积极作用。这种方法，也从侧面保证了燃气灶的热效率优化，实现了燃烧热能的充分利用。
总结
综上，嵌入式燃气灶的设计工作，为了达到节能控制的目标，必须在燃烧结构与能源利用的内容上进行调整，以此加快燃烧的速率，保证节能性水平的大幅度提升。而执行这一目标，需对其各功能模块作出调整，以便保证设备节能性的正常发挥，并在余热利用的条件下，保证燃气灶的节能化应用条件。
参考文献
[1]刘健,陈桂宏,郑远航.关于封闭式烟气余热回收利用燃气灶的研究[J].科学技术创新,2019(10):168-169.
[2]杜芳莉,沈关炳,钟平,等.基于温差发电的燃气余热回收综合利用装置设计[J].西安航空学院学报,2019,37(01):71-74.
论文作者:潘健亭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：锅底论文; 烟气论文; 氧化碳论文; 条件论文; 火焰论文; 过程中论文; 燃气灶论文; 《基层建设》2019年第11期论文;