厨房节能小助手——利用炉灶散热加热厨房用水换热器设计.doc

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厨房节能小助手——利用炉灶散热加热厨房用水换热器设计

厨房节能小助手 (第一届节能减排大赛国家二等奖) ――利用炉灶散热加热厨房用水的换热器设计 设计者：卢士升，曾菊英，陈秋銮 指导教师：张乃强 1 项目名称 厨房节能小助手——利用炉灶散热加热厨房用水的换热器设计 2 设计目的 炉灶是厨房能源消耗的主要用具，但是生活中用的燃气炉灶的热效率也不是很高，约为50％～60％，很大一部分能量散发出去，造成热能的极大浪费。同时，厨房在做饭的时候需要用到热水洗菜、洗碗，大多数家庭采用热宝或者额外烧水的方式产生热水，再次消耗了能源。厨房节能小助手试图将炉灶散热吸收起来加热换热器产生热水，用于厨房洗菜、洗碗。这样既减少了炉灶的热能浪费，提高了炉灶效率，又减少了加热热水的能源消耗，一举两得，节约能源。 3 设计背景 3.1 生活习惯 现代家庭厨房一般都配备有两个炉灶的灶具，每天做饭1～3次，每次做饭炉灶工作时间因地方习惯不同有所差异，约20～120分钟。对于餐馆厨房，每天炉灶使用时间更长。炉灶是家庭能源的主要消耗体，由于其热效率低，且使用频繁，使用时间长，有大量的热能被散发掉，造成能源的浪费。 在做饭的过程中，人们需用热水来洗菜、洗碗。热水主要有三种方式产生：1、使用热水壶在炉灶上直接烧水；2、直接连接燃气热水器或者电热水器；3、安装热宝，用电加热方式产生热水。 3.2 能源消耗计算 假设一个家庭每次做饭需8升热水用于洗菜洗碗，冬天自来水温度一般为15℃，洗菜洗碗热水的期望温度为35～40℃，这样一次做饭所需要的热能消耗为 假设利用厨宝进行加热热水，假设厨宝的热效率为70％，每天做2次饭，那么每天在洗菜洗碗水上消耗的电能为 每天消耗这么多电能，那么一个家庭一年要额外消耗更多电能，在全国范围内计算这将是一个非常可观的数字。 炉灶因为热效率低，浪费了大量的热能。而洗碗热水需要消耗大量的热能，但它所需要的能量可以是低品位的热能，不必消耗高品位的电能。厨房节能小助手正是想利用炉灶的散热加热洗碗水，实现吸收废热、节省电能的节能过程。 4 模型及设计原理 4.1 外形结构尺寸 厨房节能小助手的结构采用两层结构，内层是换热器，外层由后上下左右盖板和前玻璃面板组成。后、上下、左右侧盖板和换热器中间采用整体发泡隔热层进行填充。前玻璃面板与换热器前面板中间进行抽真空。 图1 厨房节能小助手的设计模型（(a)正视图，(b)透视图，(c)侧视图） 小助手的设计外形尺寸是700×300×35mm，这是因为一般烟机、灶具的长度为700mm，为了整洁、协调、美观，所以采用相同的长度。小助手主要是接受炉灶的辐射热，很少有对流换热，因此设计300mm高度。选择换热器水箱的尺寸660×260×20mm，其中前面板的尺寸是700×300mm。。后部保温发泡层厚度为7mm。玻璃厚度为3mm，中间抽真空的距离为3mm。两层钢板厚度为2mm。如图1所示。 换热器水箱及后保温层板采用不锈钢板，厚度为1mm。前面板采用钢化玻璃。底座采用不锈钢，底座高度为25mm，冷热水管穿过右侧底座，避免露出水管，美观大方。 4.2 厨房内安装位置 厨房的橱柜一般设计为一侧为烟机灶具，中间操作台，另一侧为洗菜洗碗盆。灶具安装一般距离墙面80mm，烟机高于灶具700mm。根据这种厨房结构，厨房节能小助手的安装位置如图2所示。 图2 厨房节能小助手在厨房内的安装位置图 4.3 结构设计理念 前面板采用玻璃，主要是为了加强换热并防止小助手热量损失。同时玻璃面板也非常美观，在玻璃面板内侧可以预先做一些图案，使小助手看上去美观大方。 由于厨房小助手直接连接在自来水龙头上，自来水的设计压力一般在0.6Mpa左右。因此换热器水箱必须具有较好的抗内压能力，水箱的焊接采用高温氩弧焊接，以保证严密性。在水箱中间焊接6个加固肋，可以保证强度和刚度。 进水管和出水管采用的钢管，并放在换热器的同侧。与自来水的连接时，可以采用蛇皮管连接。 安装时，下端直接放置在厨房台面上，由底座作支撑。小助手的后面板上侧开有两个安装空，可以穿螺钉安装在墙面上。前面板玻璃上留有两个小孔作为螺丝刀安装时位置，安装完用两个橡胶纽扣塞住，不影响美观。 4.4 强化换热及保温设计理念 厨房节能小助手主要吸收炉灶的辐射热量，加热换热器内的水。换热器前面板采用不锈钢材质，在表面涂有黑色吸热涂层，增加换热器的黑度，增强换热。小助手前面板采用玻璃钢，对辐射换热基本没有影响。玻璃面板与换热器之间抽真空，可以很大程度的降低换热器向外散热。 后面板靠近墙面，必须设置保温层。采用两层结构，中间夹保温层，可以有效防止热量散失。其中保温层拟采用整体发泡技术，将内部空间充满保温气泡。这样既保温又轻便。 4.5 流动设计理念 小助手的冷水取自洗菜盆的冷水，然后热水回到洗菜盆的水龙头热水端，其热水的流出动力是入口自来水压力。为了便于安装和

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