红外线燃气灶为什么比大气灶(传统燃气灶)节能环保温度高呢?

陶瓷板红外线燃气灶对锅加热时，除了高温烟气的对流和辐射加热外，陶瓷板的辐射加热要占很大的一部分。如果把陶瓷板与锅底近似看作两个灰表面，环境看作黑表面，这样就组成一封闭的辐射换热系统。其中陶瓷板与锅底的辐射换热由下面公式③确定：

Q1,2=（J1-J2）/（1/ф1,2F1） （1）

Q1,2——陶瓷板与锅底之间辐射换热量，W；

J1、J2——陶瓷板、锅底的有效辐射，W/m2；

ф1,2——陶瓷板对锅底的平均角系数；

F1——陶瓷板表面积，m2。


燃气为大庆液化石油气。假设陶瓷板面发射率ε1=0.86①，铝锅底面氧化层ε2=0.3；板面温度t1=850℃，锅底表面平均温度t2=45℃（锅内水温20~70℃），房间墙壁温度t3=20℃。依据“传热学”④中有关资料，并考虑锅底面积大于陶瓷板表面积的情况，取ф1,2为 0.9。根据空间辐射网络计算，陶瓷板对锅的辐射热量占总换热量的57.3%。


大气式燃气灶主要以对流方式对锅加热，它的火焰可以进行有限的辐射加热。本生火焰属于不发光的火焰，其中能够进行辐射加热的主要是燃烧产物中的CO2和H2O气体，它们的辐射光谱是不连续的，只能辐射一定波长范围内的能量，与固体表面相比，辐射能力要差得多。

根据夏克（Schack）提出的近似计算公式⑤，二氧化碳向周围壁面的辐射换热量为：

QCO2=0.019εCO2(PL)1/3<(Tg/100)3.5-(Tw/100)3.5>A（kW） （2）


水蒸气向周围壁面的辐射换热量为：

QH2O=1.64εH2OP0.8L0.6<(Tg/100)3-(Tw/100)3>A（kW） （3）

εCO2、εH2O——CO2、H2O气体的发射率；


P——CO2、H2O气体的分压力，kPa；

L——气体有效厚度，m；

Tg、Tw——气体、周围壁面温度，K；

A——气体表面积，m2。


假设火焰平均温度1400℃，火孔与锅底之间距离25mm，周围壁面温度（取锅底表面温度）45℃，按照上两式进行计算，辐射加热量可能不到整个换热量的8%。该值考虑了本生火焰只有一面对锅进行辐射加热的情况。


2、陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数小


燃气要达到完全燃烧就需要一定的过剩空气系数。过剩空气系数的大小不仅影响着理论燃烧温度的高低，而且在排烟温度相同的条件下，也决定了排烟损失的大小。这两点对燃气灶的热效率都有直接影响。


（1）过剩空气系数对理论燃烧温度的影响


前已述及，陶瓷板红外线燃气灶的过剩空气系数为1.03~1.06，而大气式燃气灶的过剩空气系数为1.3~1.8。以大庆液化石油气为燃料，并假定陶瓷板红外线燃气灶过剩空气系数1.05，大气式燃气灶的过剩空气系数1.5。经计算，燃气在陶瓷板红外线燃气灶燃烧的理论燃烧温度约为2040℃；而在大气式燃气灶的理论燃烧温度约为1600℃。二者相差400多摄氏度。根据传热理论，无论是辐射换热还是对流换热，增大两物体的换热温差，都会提高换热量。特别是辐射换热，按照斯蒂芬-波长兹曼定律，换热量与温度的4次方差成正比例关系。显示过剩空气系数小对提高陶瓷板红外线燃气灶热效率是有利的。

（2）过剩空气系数对排烟损失的影响

烟气焓的计算公式②：

If=I0f+(α-1)I0α （4）
If——烟气的焓（kJ/Nm3）；
I0f——理论烟气的焓（kJ/Nm3）；
I0α——理论空气的焓（kJ/Nm3）
α——过剩空气系数。

排烟损失qpy②：
qpy=If/H1×100% （5）
H1——燃气低热值（kJ/Nm3）

从上面公式看出，在烟气成分一定的情况下，影响If大小的主要因素是烟气温度tf和过剩空气系数α，如果排烟温度越高，过剩空气系数越大，则排烟损失越大。当以大庆液化石油气为燃料，过剩空气系数分别为1.05和1.5时，排烟温度tf变化时的排烟损失qpy见表3。

表3 排烟损失qpy（%）
tf/℃ 150 200 25.0
α 1.05 5.9 7.9 10.0
1.50 8.2 11.0 13.8


由表中可见，假定两种燃气灶在排烟温度相同的条件下，大气式燃气灶的排烟损失要高出2.3%~3.8%。

3、陶瓷板红外线燃气灶锅支架高度小

无论是对陶瓷板红外线燃气灶，还是对大气式燃气灶，锅支架高度对热效率和烟气中的CO含量都有影响，许多文献已证明了这一结论②⑥-⑨。一般规律是：锅支架高度升高，热效率降低，烟气中CO含量减少。因此，在保证烟气中CO含量达到有关标准的前提下，应尽可能降低锅支架高度。在应用上，陶瓷板红外线燃气灶的锅支架高度一般在15mm以内，而大气式燃气灶锅支架高度在20~30mm之间。造成这种差异的原因是二者燃烧方式的不同。

陶瓷板红外线燃气灶采用的是完全预混式燃烧，不需要从周围获取二次空气。同时，气体从小孔道中流出速度不高，因此锅底可以距离板面较近，也不会对流出气体产生较大的反压力，而仍然能保证燃气的正常燃烧。在较小的锅支架高度情况下，对陶瓷板红外线燃气灶与锅的换热是有利的。一方面产生的高温烟气与锅底充分接触，进行辐射和对流换热，另一方面根据辐射换热角系数的定义式，赤热的板面离锅底越近，平均角系数越大，辐射换热量就越多，而从锅底与板面之间的空隙向周围环境的辐射热损失就越小。

大气式燃气灶的锅支架高度是比较高的，因为较小的锅支架高度会减少二次空气的供给量，同时，燃烧形成的本生火焰易与冷的锅底接触，这样都会产生不完全燃烧而导致烟气中的CO含量升高。对于大气式燃气灶而言，较高的锅支架高度对锅的加热是不利的。较高的锅支架高度，会增加周围空气向火焰的扩散，降低火焰温度而减少换热。同时，由于火孔有一定倾角（一般取300）②，具有主要负荷的外圈火孔的火焰，其高温烟气并没有与全部锅底接触，只是接触到锅底的周边部分。这样，锅支架高度升高就会减少烟气与这部分锅底接触的面积，而使换热量减少。

当然，影响换热的因素还有锅的形状，材质，环境因素等等。本文不作详细讨论。

三、结论

通过对陶瓷板红外线燃气灶和大气式燃烧气灶的测试对比和理论分析，可以得出如下结论：
1、陶瓷板红外线燃气灶与大气式燃气灶相比，热效率高。

2、陶瓷板红外线燃气灶具有陶瓷板辐射体。燃气燃烧的一部分热量将陶瓷板加热，陶瓷板再通过辐射对锅加热。这是陶瓷板红外线燃气灶热效率较高的主要原因。

3、陶瓷板红外线燃气灶采用完全预混式燃烧，过剩空气少，理论燃烧温度高，排烟损失小，使得换热量增加，热效率提高。

4、陶瓷板红外线燃气灶采用较小的锅支架高度，增加了换热，减少了辐射热损失，从而提高了热效率。