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1、从人机工程学的角度分析燃气灶的产放热在 1980 年以前，中国的燃气事业的发展还比较落后，城市燃气的普及程度 非常低，仅有百分之十几，广大农村几乎没有人使用燃气，产品结构简单，功能 单一。直至现在，农村还有少数人仍在以木头为原料燃烧取热烹饪，俗称“烧火”。 操作者需不断向灶内添加以木材为主的可燃物（其它包括干枯树木枝叶等），以 维持灶内热量供给。旧灶的优点为传热稳定，大锅受热均匀。缺点为只有一个通 风口，纯靠少量空气燃烧，热效率低；燃烧木头对危害较大；两口锅同用一个火 口，只使用一口锅时令一口锅必须盛放冷水以防干烧；烹饪必须两人操作，一人 炒菜一人烧火，效率低下；烧火时，人必须坐在火口前不断添
2、加燃烧物，燃烧热 空气不断从灶口涌向操作者，容易对人的健康造成不良影响，特别是眼睛，长时 间操作眼睛易产生干涩的感觉。燃气灶是指以液化石油气（液态）、人工煤气、天然气等气体燃料进行直火加热 的厨房用具。按气源讲，燃气灶主要分为液化气灶、煤气灶、天然气灶。按灶眼讲，分为单 灶、双灶和多眼灶。现阶段，我国最主流的燃气灶是明火式燃气灶，又叫大气式灶。随着技 术革新和市场竞争的影响，大气式灶又推出了直火、旋火等概念。灶具竞争的主流是火力大 小、节能与否、用户体验、智能化。本文按照人机工程学中“人-机-环境”相协调的要求，从“人机绩效”“满意度” “用户体验”三个方面对现在家庭中的燃气灶进行调查分析。以
3、下分析的数据来源大部分来 自一手调研，发放问卷共计115 份，有效作答115份，回答者极大部分为常下厨做饭的中年 人；访谈人数共计6 人，均为每天都做饭的家庭主妇。人机绩效SB 1.7 J%根据数据显示，本次研究主要以嵌入式二灶眼燃气灶为主要研究对象。嵌入式灶的内部 结构由以下几个部位组成：气管，阀体，炉头，火盖，电池盒，脉冲，点火针，熄保针与电 磁阀。点火方式：压下并逆时针转动旋钮，气管口打开使燃气涌出，同时点火针打出火花引燃， 将感应针烧至150 度后产生电量，吸附住电磁阀铁柱，整个点火过程完成，此时可通过旋转燃气燃烧方式与比较 燃气灶的燃烧方式大概分为三种，扩散式燃烧、大气式燃烧、全预混
4、式燃烧。一、扩散式燃烧指燃气直接自燃烧器头部火孔喷出，靠扩散与空气混合而燃烧。 这种燃烧方式没有回 火的可能，脱火的极限火孔热强度很高，故其有很大的调节范围。这种燃烧方法不能用于天 然气灶具，主要用于传统的液化石油气燃气灶，工业用燃气灶选用的较多。二、大气式燃烧将燃气与部分空气相混合后自燃烧器头部喷出，点燃后在火孔上方呈内、外双层火焰。 这种燃烧方法的稳定性理论已被英国的刘易斯博士解释清楚，其设计方法也被人们掌握。具 体设计时，火孔的间距应大于火孔尺寸的1.5倍。并且要求有足够的二次空气流动空间。此 外为了防止烟气中的CO含量过高，燃气灶应维持一定的支架高度，总之，大气式燃烧由于 需要二次空气
5、，进一步减少燃烧设备体积就会受到限制。从环境保护角度看，大气式燃烧的 烟气中产生的废气较多，燃烧不够全面，热效率较低。三、全预混式燃烧将燃烧所需要空气全部预先混入燃气，故不再需要二次空气，从而为减少燃烧设备体积， 降低大气污染提供有利条件。但是，全预混燃烧方法的稳定性比较差，这种燃烧器需要采取 必要措施防止脱火、冷回火与热回火。对燃气灶效率研究比较多，国内外学者从各个不同的角度来研究影响燃气灶效率的各种 因素：如国外学者Shuhn-Shyurng和Yung-Chang Ko对燃气火焰方面进行了大量实验研究， 对灶心的火孔倾角对炉中火焰形状影响进行分析总结从而发现燃气火焰对于不同热高度其 大小也
6、会产生相应的改变。结果显示，在加热高度为 12mm 倾角为 60时燃气灶燃烧室 的高温区域最大并且热效率也相对较高。两人对甲烷与空气混合气体燃烧过程中的温度分 布、火焰射流结构进行了深度研究，得出热效率受到加热高度影响比其他燃气空气混合气大。 得出了热效率与加热高度的抛物线关系，即热效率随着加热高度增加到一个最大值后开始减 小。根据加热高度的差异，燃气火焰可被分为三种形态，其中的有一种相比其他两种火焰热 效率最高和高温区域最广，并且实验研究表明热效率峰值区域在加热高度比内焰高度低一点 的地方。根据Shuhn-Shyurng和Yung-Chang Kc的研究和实验结果表明影响火焰传热效果的 主要
7、因素为：雷诺数、火焰射流出口（火孔）到锅底面的距离（锅支架高度）、一次空气系 数、火孔的结构（形状和尺寸）、锅的材质等。对于大气式燃烧器黄焰的生成机理及其影响因素方面，同济大学的燃气红外研究所杨俊 杰老师针对不同型号的燃气灶进行了实验研究并给出了其与热效率的关系。实验结果表明： 二次空气供给将直接影响黄焰的生成。而二次空气供给是由燃气灶灶心与预燃室的设计等因 素所决定的，如火孔大小、样式及位置与密集度。黄焰曲线逐渐与黄焰基准线的趋近度（即 黄焰的变化性）与火孔的设计热强度成正比。燃气灶燃烧的安全性、高效燃烧和环保性能， 主要可以通过以下方式来实现：首先，适当增加一次空气系数来降低火焰高度和减少
8、一氧化 碳的生成量。其次，对二次空气供给方式进行调整，其主要方法是从火孔的大小、热强度等 方面入手；通过改变然气射流喷出火孔时的状态，对燃烧时射流外焰区进行了进一步调整， 以此方便二次空气供给。长沙燃气燃具监督检测中心的凌革力通过改变具有3.6kw燃烧器 的燃气灶设计参数验证了锅架高度对热效率的影响，即随着锅支架高度的变化会导致热效率 最高值和最低值之间有 5%的差距。 河南科学院能源所的雷廷宙用实验研究说明了在灶具 设计中应着重考虑一次空气系数的设定。他主要是通过从风门开度上来对一次空气系数进行 调整，接着用实验测试中获得的有效实验数据进行综合分析从而研究其对灶具燃烧性能的影 响。 重庆大学
9、的谭顺民利用正交实验确定了最佳设计参数，优化灶具热工性能的途径，这 对家用燃气灶具的热工性能及其影响因素具有重要的研究意义。由他的优化实验结果得到的 最佳优化设计参数为： 一次空气系数为0.65火孔的热强度为7.5W/mm锅支架高度20mm; 一次空气系数0.7火孔的热强度为7.5W/mm，锅架高度为25mm。满意度满意度主要从燃气灶所产生热量与人与环境的影响，以及燃气灶的清洁问题入手分析。目前市面上的燃气灶除红外线灶采用全预混式燃烧及电磁炉采用电磁感应，不需要二次 空气外，所有燃气灶都采用大气燃烧的方法，只要与空气接触，避免不了热损失，据调查 目前了解到热效率最高的燃气灶是方太的极火式燃气灶
10、，能达到 70% ，也就是最少会有30% 的热量散发到环境中，考虑到热能在空气中传播的损失，仍有相当一部分燃气灶损失热量被 环境中的其他物品和人体所吸收。为了具体了解该问题，我采用了问卷法，访谈法和实验法 进行研究。实验法 测量做一餐饭燃气灶释放热量的具体值。实验工具包括水银体温计一根，红外线温度计 个（温度测量范围为20C-80C），带有刻度的杯子一个（0-300ml）。Ps:此实验无法测量人体温度变化，因为人体调节系统会将人体温度维持在一定范围内。 水的比热容：4.2*103J/kg*：通过以上图表可以看出，家用燃气灶在烹饪过程中随时间稳定损失并散发到环境中的热 量为50.4J/min烹饪
11、结束后，燃气灶仍以25.2j/mii的速度向外散发余热。根据国内外的实 验夏季，人们感到最舒适的气温是1924C,冬季是1722C。人体总要保持体温恒定， 当环境温度超过舒适温度的上限时，人们便感到热，若超过37C时就感到酷热，一般人们 能够忍受的温度上限是52C。而放在水瓶中的水银温度计已达到37C，因为水的比热容远 大于空气，所以人的皮肤所感受的温度远远高于这个数值，并且以上数据剔除了夏天的极端 情况，加上由于燃气燃烧不完全产生的 CO 等有害气体，人长期处在这种高温的工作环境中， 会导致心率加快，血压升高，大量出汗又造成肾血流量减少，进而使肾功能受损。时间段水银温度计泉示隘相对上-级証
12、度变化毎份钟散境热量 /J/nin相対初始覷度 变化释放热城/J初姑温度,36.30000烹if5min3瓦 56E504Oh 2252烹饪lOmin36.80” 375.50.5478,8,ZL15miu370. 250.40.7730, S烹饪 20min37.20.250.40.9982. E结束Emin37.30.12211108. 8结束 lOmin37h 4広 122L 11234. 8结束 15min375広125h21.21.3瓠 8结束 20min37.60. 1DR 9 jLl U*B lil1. 31486. 8结朿 25min37.60Q1. 3.486, 8共计37.
13、, 61. 31.486, fi访谈访谈对象基本为家庭主妇，一日三餐一般在家中解决，所以比较具有代表性。访谈主要 从体验感方面进行提问，了解到使用者普遍对厨房的环境（主要是温度）方面不太满意，尤 其是在盛夏时，厨房的温度尤其高，甚至高于室外气温。受访者中有一位体型较胖，她的叙 述第一次提到了“凉霸”（一种风口向下的风扇），根据描述，这种风扇的效果并不好，因 为首先，天花板距离人的距离较远，由于尺寸问题，凉霸的风力无法大到将人附近的热气吹 散，而风力过大有可能把燃气灶的火吹灭；其次，厨房除了燃气灶直接产生的热量外，传递 到锅中的热量也会通过油烟、水蒸气的方式散发，由于热空气密度小于冷空气，油烟和
14、水蒸 气向上移动，而凉霸的风则将它们吹回下层，下层温度反而不会降低，甚至会使人吸入有害 的油烟。另外一位受访者在家中装了中央空调，使“太热”这个问题得到了有效解决，但是据了 解，中央空调价格昂贵，普通家庭的厨房空间并不足够放下挂式空调。而做饭时共用客厅或 餐厅的空调又极易将油烟扩散到厨房以外的空间，所以部分受访者表示没有思考过如何解决 “太热”的问题，另一部分则表示想过但始终没有好的解决办法。热量对厨房环境的影响厨房的热量来源最主要的是烹饪时锅内产生的热蒸汽和油烟以及燃气灶的火焰及产生 的热辐射，而抽油烟机在吸走油烟和热蒸汽时并不能有效吸收他们携带的热量，甚至因为加 快他们的流动而加速热量的传
15、播，扩大了高温影响的范围。厨房内的底柜和吊柜一般都由木 材制成，长期处在高温环境的木材容易变形，高温也会降低吊柜的使用寿命。其次是电器 因为厨房内的电器工作时本身就会放出热量，高温环境同样影响它们的使用寿命，尤其是冰 箱。冰箱起到制冷作用，而厨房内的高温使冰箱在开关门时吸收了更多的热量，使它的工作 负荷增大了很多，所以虽然很方便，但是并不建议将冰箱放在厨房内。安全性在问卷调查中发现，燃气灶点火时需要二次点火的用户数量达到将近70% ，而经常出现 二次点火情况的用户数量超过20% ，基于此现象，在访谈中了解到经常出现的两种情况为： 灶具能打火，但是打不着，打火机能打着；灶具能打火，要按一会儿才能点着。第一种情况出现的原因有三种：第一这种情况可能是点火针与中芯火盖的出火孔位置没 有对好；第二，如果是煤气罐可能因为气源气压太小没有喷到电火花上，而统一供应的天然 气或煤气一般不会出现气压不足的问题；第三，风门太小，出气速度过小，没有达到点燃的 阈值。第二种情况一般出现在热电偶熄保灶具中，这种情况灶具无功能性问题，原因是感应针 需要一段时间来感应温度吸附在铁柱上，否则没有铁柱就会回落，切断气源。也有可能出现 感应针没有正对气源，从而无法及时感应到温度的情况。灶具的熄火保护装置是非常重要的一项安全保护措施，它的作用是在燃气灶意外熄火 （如被水
