章全奎

安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院 安徽合肥 230051

傳統(tǒng)商用廚房燃?xì)馄骶呷剂蠠崮芾寐时容^低，大量熱量未被有效利用,造成嚴(yán)重的能源浪費，廚房設(shè)備節(jié)能潛力巨大。隨著國家節(jié)能減排措施的實施，帶有煙氣余熱利用的商用燃?xì)馄骶弋a(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而出，很大程度的提升了燃?xì)饫玫男?，?jié)能減排效果較好。

對于煙氣余熱利用的節(jié)能效果評價，生產(chǎn)企業(yè)大多參照商用燃?xì)馄骶弋a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行，國內(nèi)一些省份也針對該類產(chǎn)品制定了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)，但對于煙氣余熱測試中應(yīng)用到的輔助系統(tǒng)沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，市場上也無定型產(chǎn)品。

為了科學(xué)規(guī)范地測量和評價商用燃?xì)馄骶叩挠酂崂眯Ч?，設(shè)計出科學(xué)規(guī)范的煙氣余熱測試輔助系統(tǒng)很有必要。

1 測試輔助系統(tǒng)原理

該測輔助試系統(tǒng)由保溫儲水箱、水循環(huán)系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)組成。將測試系統(tǒng)與燃?xì)馄骶咧械挠酂崂貌糠诌M(jìn)行連接，保溫儲水箱中的冷水通過水循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)燃?xì)庥酂嵫b置循環(huán)加熱，根據(jù)保溫水箱的溫升、水的重量以及燃?xì)夂臍饬勘憧捎嬎愠鰺煔庥酂崂玫臒嵝?。見圖1所示。

圖1 余熱利用熱效率試驗系統(tǒng)

2 系統(tǒng)組件的設(shè)計

2.1 保溫水箱

2.1.1 水箱容積

容積500L，尺寸φ860×1100mm（水箱內(nèi)膽凈尺寸為φ760×1100），內(nèi)層SUS304不銹鋼，外層SUS201不銹鋼，50mm聚氨酯整體發(fā)泡保護(hù)層[1]。

按照測試的燃?xì)庠罹呖赡艿淖畲蠊β?5kW甚至更高，余熱回收效率25%，推導(dǎo)余熱回收功率13.75kW，連續(xù)使用1小時情況下，可回收的總熱量13.75kWh（49.5MJ），相當(dāng)于將約263kg的水從常溫（冬季按15℃、夏季按25℃）加熱到60℃（溫升分別是45℃和35℃）。從測試角度，連續(xù)測試時間30min應(yīng)該是可行的，即便有些設(shè)備強(qiáng)調(diào)余熱回收，前端能效可能相對較低，并且設(shè)備功率較大，配備500L容量的水箱是足夠的。另外生產(chǎn)廠家提供的換熱裝置包括測試管道內(nèi)還有一定的水容量，該容量應(yīng)該統(tǒng)一納入到測試的總水容量之中。

2.1.2 水箱的保溫性能

按國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集16S401《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》，聚氨酯發(fā)泡的導(dǎo)熱系數(shù)為：λ=0.020+ 0.00122TmW/m·℃

聚氨酯發(fā)泡層厚度50mm，Tm為保溫層內(nèi)外算術(shù)平均溫度按（60+15）/2=37.5℃計，傳熱系數(shù)α約為0.00049kW/m2，環(huán)境溫度10℃時，傳熱溫度差50℃，水箱表面積5.5m2，散熱功率0.135kW，約為余熱回收功率的1%。實際上在測試過程中，水溫是逐漸上升的，散熱量也隨著水箱水溫的提高而逐步加大，所以水箱在加熱前期水溫偏低時其散熱功率并沒有0.135kW，但也考慮管道散熱和頂蓋的對流散熱，保溫散熱功率可以默認(rèn)為0.135kW，如果考慮到測試過程中循環(huán)泵電機(jī)消耗的功率大部分用于水加熱，且大體與散熱功率等同，因此忽略保溫散熱功率對余熱能效測試的影響[2]。

2.1.3 終止水溫的設(shè)定

在給排水設(shè)計規(guī)范中，對于熱水的設(shè)計計算及供應(yīng)基本以60℃為標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合炊用燃?xì)獯箦佋钜约爸胁腿細(xì)獬床嗽铌P(guān)于熱效率的測定中終止水溫的設(shè)定，余熱利用測試終止溫度建議設(shè)定在60℃。

2.2 循環(huán)泵

小型管道泵，流量2t/h，揚(yáng)程，11m，輸入功率330W，輸出功率250W，交流220V，50Hz，參考水泵型號（威樂PH-255EH），進(jìn)出口口徑DN40；

2.2.1 測試水量計算

以余熱功率13.75kW為例，在試驗時間30min情況下，如終止溫度在60℃附近，假定初始水溫度考慮夏冬不同季節(jié)夏季按測量開始時溫度25℃、冬季初始測量溫度15℃，此前進(jìn)行循環(huán)使水箱與換熱裝置的水溫接近一致，那么夏季時節(jié)，理論計算需要的水容量約169kg、冬季131kg，該水量包含廠家余熱利用裝置內(nèi)的水容量[3]。

2.2.2 循環(huán)水量測算

如每個循環(huán)的水溫升在3℃附近，那么循環(huán)流量為169×35/3=131×45/3≈2t/h。

2.2.3 水泵揚(yáng)程的選取

為保證測試的準(zhǔn)確性，余熱利用裝置與水箱間的循環(huán)管路距離應(yīng)盡可能短，以減少管道熱損，建議二者之間的水平距離在2米以內(nèi)、管路最高點離地距離不超過2.5米。在循環(huán)流量2t/h時，考慮管道距離較短，采用經(jīng)濟(jì)摩阻下，可選管道尺寸為DN40，比摩阻為104Pa/m，由于管道上管件（彎頭、變徑、內(nèi)接頭、管箍等）較多，還有閥門等，按10個計，折算長度30米，阻力3120Pa，加上高差3米，總阻力約4米，對應(yīng)水泵的流量2t/h時，揚(yáng)程11米，符合試驗要求。

2.3 攪拌器

參考GB35848-2018《商用燃?xì)馊紵骶摺窡嵝试囼炛械臄嚢杵鹘Y(jié)構(gòu)制作方式；

頂蓋φ850，攪拌片直徑φ380，拉手φ6絲桿，長度1100，其它做法與GB35848標(biāo)準(zhǔn)一致。

2.4 溫度測點

水箱測點分布（距水箱內(nèi)膽底部）：50mm、150mm、250mm、350mm、450mm、550mm、650mm、750mm、850mm，合計布置9個溫度測點，測試時取埋入測試水內(nèi)的數(shù)量的平均值。

2.5 液位計

水箱上安裝有玻璃管液位計，以此來確定埋入水中的溫度探頭數(shù)量，并作為判斷水箱中的裝水量的參考。

2.6 水表

用于計量余熱回收系統(tǒng)能效的測試上水量，最終熱水量的測定待實驗完成后用電子秤進(jìn)行精確稱量。

2.7 上水手動閥

手動上水，根據(jù)不同爐灶功率、廠家聲稱的余熱利用功率或效率和當(dāng)前自來水溫度，上水至相應(yīng)液位，并根據(jù)水表讀數(shù)及時關(guān)閉上水手動閥門。

3 測試步驟

（1）將余熱利用測試裝置的輸入、輸出端按照圖1接入余熱利用測試裝置；

（2）在主灶未開啟狀態(tài)下，關(guān)閉閥門12、18，打開閥門15，向14注水，水溫不超過25℃，當(dāng)水量達(dá)到水箱容積50%～75%時停止注水，關(guān)閉閥門15。打開閥門5、17，關(guān)閉閥門7、8，向6注水，燃具系統(tǒng)正常運(yùn)行15min后。在余熱回收效率檢測前，調(diào)節(jié)余熱系統(tǒng)水溫至25℃±5℃，關(guān)閉閥門5、17，打開閥門18同時打開循環(huán)泵；

（3）主灶按CJ/T392-2012、CJ/T28-2013熱效率測試要求，水初溫取室溫加5K，水終溫取水初溫加30K，在水初溫和終溫前5℃時用攪拌器攪拌至初溫和終溫；初溫和終溫均為15內(nèi)溫度傳感器所測量的平均溫度；

（4）當(dāng)保溫水箱內(nèi)溫度傳感器所測量的平均溫度達(dá)到終溫時記錄耗氣量，關(guān)閉主灶；

（5）將水箱及余熱裝置內(nèi)水放出，測量儲水量。

4 余熱利用熱效率計算

η余：余熱利用熱效率，單位為百分?jǐn)?shù)（%）；t1：保溫水箱內(nèi)水的初溫值，單位為攝氏度（℃）；t2：保溫水箱內(nèi)水的終溫值，單位為攝氏度（℃）；G：加熱的水量，單位為千克（kg）；c：水的比熱，單位為兆焦耳每千克攝氏度（4.19×10-3MJ/kg·℃）；V：實測燃?xì)夂牧?，單位為立方米（m3）；Q1：15℃，101.3kPa狀態(tài)下實測試驗氣低熱值，單位為兆焦耳每立方米（MJ/m3）tg：通過燃?xì)饬髁坑嫷娜細(xì)鉁囟龋瑔挝粸閿z氏度（℃）；pamb：試驗時的大氣壓力，單位為千帕（kPa）；pg：灶前燃?xì)鈮毫?，單位為千帕（kPa）；pv：溫度為tg℃時的飽和水蒸汽壓力，單位為千帕（kPa）。

5 結(jié)語

本輔助測試系統(tǒng)的研制解決了帶有煙氣余熱利用的商用燃?xì)馄骶吖?jié)能效果評價中無專用輔助測試裝置的問題，保證了測量的科學(xué)性、準(zhǔn)確度和一致性，提高了測試效率，滿足了帶用煙氣余熱利用功能的商用燃?xì)馄骶吖?jié)能評價的測試需求，有利于該類產(chǎn)品的推廣與應(yīng)用。