國標 16410與EN 30灶具熱效率測試方法對比

摘 要

摘要：介紹了GB 16410—2007及EN 30—2—1:1998中灶具熱效率的測試和計算方法，分析了測試及計算方法的不同對結(jié)果的影響。關鍵詞：GB 16410；EN 30；灶具；熱效率Compar
摘要：介紹了GB 16410—2007及EN 30—2—1:1998中灶具熱效率的測試和計算方法，分析了測試及計算方法的不同對結(jié)果的影響。
關鍵詞：GB 16410；EN 30；灶具；熱效率
Comparison of Test Methods of Thermal Efficiency of Gas Hotplate between GB 16410 and EN 30
ZHANG Jian-hai，LIU Wen-bo，HAO Li-hua
Abstract：The test and calculation methods of thermal efficiency of gas hotplate in GB 16410—2007 and EN 30—2—1 are introduced. The influence of different test and calculation methods on the resuit is analyzed.
Key words：GB 16410；EN 30；gas hotplate；thermal efficiency
1 熱效率的測試計算方法
   ① GB 16410中熱效率的測試方法
首先按照GB 16410—2007要求測試[1]，通過下式獲得實測熱負荷：
 
式中ФF——實測熱負荷，kW
    q——實測燃氣流量，m3/h
    QL——0℃、101.3kPa狀態(tài)下，實測試驗氣低熱值，MJ/m3
    pamb——試驗時的大氣壓力，kPa
    pm——實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，kPa
   pg——溫度為θg時的飽和水蒸氣壓力(當使用干式流量計測量時，pg值應乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正)，kPa
    θg——測定時燃氣流量計內(nèi)的燃氣溫度，℃
    通過GB 16410—2007中表17確定燃燒器選用的坐鍋直徑及加水量進行熱效率測試。在熱效率測試中，用標準氣、額定壓力分別對上限鍋和下限鍋進行熱效率測試。燃燒穩(wěn)定后放鍋，水初溫應取室溫加5℃，水終溫應取水初溫加30℃。從初始溫度前5℃時開始攪拌，到初溫時停止攪拌并開始計量燃氣消耗，在比初始溫度高25℃時再開始攪拌，比初始溫度高30℃時，關掉燃氣繼續(xù)攪拌，所達到的最高溫度作為最終溫度。由下式計算實測熱效率，表達式為：
 
式中ηF——實測熱效率，%
    m——加熱水量，kg
    c——水的比熱容，c=4.19×10-3MJ/(kg·K)
    θ2——水的終溫，℃
    θ1——水的初溫，℃
    V——實測燃氣消耗量，m3
同樣條件下做兩次以上試驗，連續(xù)兩次熱效率的差在兩次平均值的5%以下時，取平均值為實測熱效率，否則應重新試驗，直到合格為止。分別測試計算完用上限鍋和下限鍋的實測熱效率后，用下式計算試驗燃燒器的熱效率，表達式為：
 
式中ηGB——按照GB 16410的方法測試的熱效率，%
    ηF,D——使用下限鍋試驗時的實測熱效率，%
    qD——使用下限鍋試驗時的鍋底熱流密度(鍋底熱流密度=熱負荷/鍋在正投影面的面積)，W/cm2
    qU——使用上限鍋試驗時的鍋底熱流密度，W/cm2
    ηF,U——使用上限鍋試驗時的實測熱效率，%
    ② EN 30中熱效率的測試計算方法
    首先根據(jù)EN 301—1:1998熱負荷條款要求進行測試[2]，通過下式計算得到燃燒器的額定熱負荷，表達式為：
    Фn=0.278qnQH    (4)
式中Фn——燃燒器的額定熱負荷，kW
    qn——額定熱負荷對應標準狀態(tài)(15℃、101.3kPa)下燃氣流量，m3/h
    QH——0℃、101.3kPa狀態(tài)下，氣體的高熱值，MJ/m3
   表1為EN 30-2-1:1998燃氣灶具熱效率測試用鍋對應的測試用水量。熱效率測試用水的初溫應控制在(20±1)℃，在標準氣、額定壓力下預熱燃燒器10min，預熱期間把燃燒器熱負荷調(diào)整到表1的額定熱負荷范圍的下限值。
表1 EN 30-2-1:1998燃氣灶具熱效率測試用鍋對應的測試用水量
額定熱負荷范圍/kW
測試用鍋內(nèi)徑/mm
測試水量/kg
1.16～1.64
220
3.7
1.65～1.98
240
4.8
1.99～2.36
260
6.1
2.37～4.20
260
6.1
＞4.20
300
9.4
    例如，某燃燒器額定熱負荷為3.0kW，從表1中查得該熱負荷位于額定熱負荷范圍欄中的2.37～4.20kW區(qū)間，則熱效率測試中需把該燃燒器的熱負荷調(diào)整為2.37～4.20kW區(qū)間的下限值2.37kW進行熱效率測試。
    預熱10min后坐鍋測試，并記錄下流量計的初始數(shù)值，直到水溫上升到(90±1)℃，關閉閥門使燃燒器熄滅。記錄鍋內(nèi)水溫所能達到的最大值θ2，并記錄下氣體消耗量，然后通過下式計算熱效率，表達式為：
 
式中ηEN——按照EN 30的方法測試的熱效率，%
    K——標準狀態(tài)(15℃、103.3kPa)下燃氣消耗量，m3
    m1——水的質(zhì)量，kg
    m2——測試用鍋的質(zhì)量，kg
2 測試、計算方法及數(shù)據(jù)比較
   ① 測試條件及方法的比較
   兩個標準的測試要求比較見表2。
表2 兩個標準的測試要求比較
測試要求
GB 16410—2007
EN 30—2—1:1998
氣體熱值
燃氣低熱值
燃氣高熱值
灶前壓力
額定壓力
額定壓力
測試用水溫升/℃
30±1
70±1
開始測試時間
燃燒器燃燒穩(wěn)定后
燃燒開始10min后
測試熱負荷
無需調(diào)整
調(diào)整到額定熱負荷
范圍的下限
用鍋直徑
國標規(guī)定用鍋
歐標規(guī)定用鍋
   ② 高低熱值對熱效率的影響
   氣體高熱值或者低熱值參與熱效率公式的計算后，對熱效率計算結(jié)果影響很大。通過下式得到高、低熱值參與計算后對熱效率的影響，表達式為：
 
式中η——高熱值熱效率與低熱值熱效率之比，%
   考察EN 437:2003[3]及GB/T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性》[4]列出的氣體熱值參數(shù)，利用式(6)進行計算，最終得出高、低熱值對熱效率計算的影響為6.5%～11.2%，這說明EN 30—2—1:1998對灶具熱效率的要求比國內(nèi)臺式灶熱效率要求低是有一定原因的。
    ③ 鍋自身吸熱是否參與計算對熱效率的影響
    從式(5)可知，EN 30—2—1:1998在熱效率計算過程中把鍋自身吸收的熱能也計算在內(nèi)；而GB 16410—2007熱效率計算中沒有考慮鍋以及攪拌器吸收的熱量。通過實際稱量GB 16410—2007規(guī)定的用鍋及攪拌器總質(zhì)量，然后折算到對應水比熱容下的質(zhì)量，再通過折算質(zhì)量與注水量的比，計算出鍋和攪拌器吸熱對熱效率計算的影響。表3為GB 16410—2007熱效率測試用鍋及攪拌器吸熱量占水吸熱量的比例。表4為EN 30—2—1:1998熱效率測試用鍋吸熱量占水吸熱量的比例。
表3 GB 16410—2007熱效率測試用鍋及攪拌器吸熱量占水吸熱量的比例
坐鍋直徑/mm
160
180
200
220
240
260
280
300
320
360
鍋及攪拌器的質(zhì)量/kg
0.245
0.275
0.315
0.370
0.455
0.590
0.850
1.035
1.070
1.320
折算水量/kg
0.052
0.059
0.067
0.079
0.097
0.126
0.181
0.220
0.228
0.281
注水量/kg
0.800
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
4.000
5.000
6.000
8.000
鍋及攪拌器吸熱量占水吸熱量的比例/%
6.5
5.9
4.5
4.0
3.9
4.2
4.5
4.4
3.8
3.5
注：此表中沒有列出坐鍋直徑為340mm的鍋，是因為國內(nèi)市場未銷售此型號鍋。
表4 EN 30—2—1:1998熱效率測試用鍋吸熱量占水吸熱量的比例
坐鍋直徑/mm
220
240
260
300
鍋的質(zhì)量/kg
0.825
0.945
1.190
1.660
折算水量/kg
0.176
0.201
0.253
0.354
注水量/kg
3.700
4.800
6.100
9.400
鍋吸熱量占水吸
熱量的比例/%
4.8
4.2
4.1
3.8
    通過以上比較發(fā)現(xiàn)，GB 16410—2007和EN30—2—1:1998的熱效率測試中，鍋自身吸量熱占水吸熱量的比例約為4%；區(qū)別在于GB 16410—2007的熱效率計算中不計入這部分吸熱量，EN 30—2—1:1998的熱效率計算中計入了。
    ④ 水的溫升不同對熱效率的影響
按照GB 16410—2007的測試要求，隨機選取多個燃燒器和測試用鍋，對不同溫升的熱效率進行了測試計算，取均值后得出了熱效率與溫升的關系曲線(見圖1)。
 

    表5為同一測試條件下隨機選取的5個燃燒器和測試用鍋，對應不同溫升得出的熱效率。
    通過以上理論及對試驗數(shù)據(jù)進行分析，可以看出測試中溫升大小對熱效率的計算結(jié)果有一定影響。GB 16410—2007測試方法下30℃溫升的熱效率值比70℃溫升的熱效率值大2%(絕對值)左右。
表5 不同溫升下熱效率的測試結(jié)果
溫升/℃
30
40
50
60
70
燃燒器1的熱效率/%
57.7
56.8
55.9
55.0
54.2
燃燒器2的熱效率/%
55.3
55.2
54.5
53.9
53.5
燃燒器3的熱效率/%
52.6
52.5
52.3
52.0
51.2
燃燒器4的熱效率/%
62.3
61.5
61.1
60.2
59.8
燃燒器5的熱效率/%
53.1
52.6
52.2
50.9
50.3
   ⑤ GB 16410—2007熱效率插值法和EN 30—2—1:1998固定熱負荷法對比
    GB 16410—2007中的熱效率插值法是以鍋底熱流密度作為橫坐標，以熱效率作為縱坐標建立直角坐標系。當用上限鍋測試熱效率時，其橫坐標點qU對應的熱效率為ηF,U；用下限鍋測試熱效率時，其橫坐標點qD對應的熱效率為ηF,D。然后以橫坐標為5.47的豎直直線與ηF,U、ηF,D兩點連線的交點的縱坐標值，作為此灶具燃燒器熱效率的最終結(jié)果η5.47(見圖2)。熱效率插值法是在不改變熱負荷的前提下得到的。
    EN 30—2—1:1998熱效率測試是需要改變熱負荷的，將熱負荷調(diào)整到額定熱負荷范圍的下限，其方法是否能比較客觀地反映燃具燃燒狀態(tài)的特性，值得商榷。
 

3 結(jié)語
    兩個標準中熱效率的測試及計算方法的不同是標準化差異的縮影，也反映了標準是國家間貿(mào)易保護的工具。在當今世界大融合的環(huán)境下，如何科學、公正、取長補短、行之有效地制定及發(fā)展標準的相關條款，促進世界貿(mào)易文化的交流不僅是技術人員的責任，也是標準化委員會及政府需要考慮的事情。
參考文獻：
[1] GB 16410—2007，家用燃氣灶具[S].
[2] EN 30—2—1:1998，Domestic cooking appliance burning gas[S].
[3] EN 437:1993，Test gases-test pressures-appliance categories[S].
[4] GB/T 13611—2006，城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性[S].
 
    (本文作者：張建海 劉文博 郝麗華 中國市政工程華北設計研究總院 天津 300384)