王 山 賈瑞婷 徐善偉

（中標(biāo)能效科技（青島）有限公司 青島 266101）

背景

第一臺家用電磁灶于1957年在德國誕生[1]，而自1972年美國西屋公司開始批量生產(chǎn)民用電磁灶以來，電磁灶的生產(chǎn)技術(shù)得到了快速發(fā)展。上世紀(jì)90年代初，電磁灶開始進入我國，并在1999年之后有了較大的發(fā)展，在家用炊具方面占有重要的席位。如今，家用電磁灶已經(jīng)走進千家萬戶，其具有加熱速度快、節(jié)能環(huán)保、多功能性、使用方便等特點。電磁灶作為重要的家用炊具，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出了多檔位、多功能的高熱效率電磁灶。2015年1月1日起，修訂后的GB 21456-2014 《家用電磁灶能效限定值及能效等級》正式實施[2]，消費者開始更加重視電磁灶的節(jié)能省電問題。然而，面對功能各異的電磁灶，不少消費者仍然對不同檔位、功率的節(jié)能耗電問題了解較少。因此，本文通過對電磁灶不同檔位進行能耗測定，分析了電磁灶不同功率檔位燒水的能耗、熱效率問題，對普通消費者電磁灶檔位選擇上有一定的認識作用。

1 實驗方法

1.1 實驗設(shè)備

1）電磁灶能效自動測試裝置[3]（專利號：2013104619891）

①測試電源的電壓總諧波失真不大于3 %；

②電能表能夠在最小20 mW·h的水平上測量能耗；

③測量溫度用的溫度計，分辨率不大于0.1 ℃；

④質(zhì)量測量分辨率不大于5 g；

⑤計時器的準(zhǔn)確度為±2 s/h；

2）電磁灶能效測試鍋標(biāo)準(zhǔn)樣品（GSB 02-3356-2016）

采用B2鍋；

3）電磁灶（蘇泊爾 C21-SDHCB19）

4）夾子（固定測試裝置的熱電偶）

1.2 實驗原理

按照GB 21456-2014 《家用電磁灶能效限定值及能效等級》規(guī)定的方法測量；

c1— 水的比熱容，取4.18，單位為千焦每千克開爾文 [kJ/(kg·K)]；

m1— 水的質(zhì)量，單位為千克(kg)；

c2— 鍋身和鍋蓋的比熱容，取0.46，單位為千焦每千克開爾文[kJ/(kg·K)]；

m2— 鍋身和鍋蓋的總質(zhì)量，單位為千克(kg)；

E— 耗電量，單位為千瓦時(kW·h)；

Δt— 溫升，單位為開爾文 (K)，Δt=t2-t1。

E— 耗電量，單位為千瓦時(kW·h)；

Δt— 溫升，單位為開爾文(K)，Δt=t2-t1.

m1— 水的質(zhì)量，單位為千克(kg)；

1.3 實驗步驟

1）選取蘇泊爾電磁灶，放在電電磁灶能效自動測試裝置指定的測試區(qū)；

2）按照設(shè)備要求接通相應(yīng)的電源系統(tǒng)及進水系統(tǒng)；

3）選擇600 W的功率燒水，并用測試設(shè)備自動測試、記錄水質(zhì)量、初始水溫、最高水溫、溫升、能耗、熱效率參數(shù)；

4）測試設(shè)備保存有效的測試數(shù)據(jù)；

5）待標(biāo)準(zhǔn)鍋、電磁爐面板、冷卻至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)后，再依次選擇800 W、1 000 W、1 200 W、1 400 W、1 600 W、1 800 W、2 100 W的使用功率重復(fù)上述步驟，并記錄有效數(shù)據(jù)。

2 實驗數(shù)據(jù)分析

2.1 不同功率檔位的能耗、熱效率分析

實驗數(shù)據(jù)匯總記錄見表1。

由圖1可以看出，隨著電磁灶燒水功率的逐漸增大，電磁灶燒水所需的耗電量整體呈下降趨勢。當(dāng)燒水功率小于1 400 W（800～1 200 W）時，整體耗電量較大；當(dāng)在較大功率（1 400～2 100 W）加熱時，電磁灶的耗電量較低，且此時不同檔位的耗電量差異較小。而1 000 W檔位與1 200 W檔位的耗電量相似，通過表一可知，這是由于這兩個檔位的水溫溫升的差異較大，但均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，導(dǎo)致實際的耗電量可比性不高，因此，需要對熱效率及單位能耗進行進一步的分析。

由表1和圖2可以看出，在該能效測試中，電磁灶的功率800 W時熱效率為74.13 %，1 000 W時熱效率為84.45 %，1 200 W時熱效率為86.05 %，1 400 W時熱效率為87.54 %，1 600 W時熱效率為88.35 %，1 800 W時熱效率為88.53 %，2 100 W時熱效率為88.48 %。而從圖3可以看出，隨著電磁灶功率的逐漸增加，電磁灶單位能耗的變化趨勢與其熱效率變化趨勢互相對應(yīng)。當(dāng)燒水功率小于1 400 W（800～1 200 W）時，電磁灶能源效率較低，單位能耗較高，且在此功率范圍內(nèi)，隨著檔位功率的逐漸增大，電磁灶能源效率迅速增加，單位能耗迅速降低。當(dāng)檔位功率高于1 200 W（1400～2 100 W）時，電磁灶能源效率仍然逐漸升高，單位能耗逐漸降低，但此檔位范圍與低功率檔位范圍相比，電磁灶能源效率以及單位能耗變化趨勢十分微??；在功率高于1 600 W時，電磁灶能源效率以及單位能耗可以認為不再改變，達到最值。

表1 電磁灶不同檔位實驗數(shù)據(jù)

這是由于加熱同樣質(zhì)量的水，使水的溫升一致時，需要的能量是確定的。在理想的情況下（水與外界的熱交換為零），無論選擇大功率還是小功率，電磁灶都會耗費同樣的電能。但是在實際條件下，需要考慮水和周圍環(huán)境的熱交換，熱水會不斷的向周圍傳遞熱量。當(dāng)使用較大功率時，燒水使用的時間則越短，熱交換損失的能量就會越少，也就越省電。

2.2 熱效率及加熱時間的擬合分析

2.2.1 熱效率曲線的擬合

由表1及圖2可知，熱效率的曲線在形式上與指數(shù)增長的圖像相似，其公式為：

基于上面的分析，用Origin (version 8.0)數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)進行擬合，擬合的過程如下：

1）在Origin 8.0中打開熱效率及加熱檔位的數(shù)據(jù)，并繪制數(shù)據(jù)散點圖Graph1；

2）在菜單中選擇Analysis→Fitting→Nonlinear Curve Fit（見圖 4）；

3）在彈出對話框中的Function功能處選擇ExpDec1公式；

4）點擊“1 Iteration”進行迭代，相對應(yīng)的迭代曲線在Fit Curve中顯示，使迭代曲線與數(shù)據(jù)點最大程度吻合，最后點擊“Fit”進行擬合。

根 據(jù) 擬 合 結(jié) 果 可 知，y0=88.29，A=-1 430.24，t=173.10；

即熱效率（%）y與電磁灶檔位（W）x的關(guān)系為：

圖1 電磁灶不同檔位的耗電量趨勢圖

圖2 電磁灶不同檔位熱效率趨勢圖

因此，隨著加熱檔位的增大，電磁灶的熱效率逐漸增大。當(dāng)假設(shè)電磁灶的功率檔位可以持續(xù)增大時，即x→∞時，此時ymax= 88.29，即在此實驗條件下，電磁灶的熱效率理論最大能達到88.29 %。

2.2.2 加熱時間曲線的擬合

同樣，按照上述擬合方法對表一中的加熱時間數(shù)據(jù)進行曲線擬合，可得加熱時間（min）y與電磁灶檔位（W）x的關(guān)系為：

因此，由圖6可以看出，隨著電磁灶加熱檔位的增大，加熱實驗水所耗費的時間逐漸減少。當(dāng)假設(shè)電磁灶的功率檔位可以繼續(xù)增大時，即x→∞時，ymax= 5.92，即在此實驗條件下，由于存在熱水和周圍環(huán)境的熱交換，電磁灶的加熱時間理論最快能達到5.92 min。

圖4 數(shù)據(jù)擬合參數(shù)設(shè)置界面

圖5 熱效率與檔位擬合曲線

圖6 加熱時間與檔位擬合曲線

3 結(jié)論