節(jié)能 從廚房做起

　　電磁灶，自二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)起，由于其具有安全、節(jié)能、方便等優(yōu)點，受到了眾多家庭的青睞。步入二十一世紀(jì)后，由于社會、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的需要，人類對大自然資源的惡性掠奪也已經(jīng)進(jìn)入到了白熱化。石油、煤炭、天然氣等不可再生能源正一天一天地減少，人類所面對的生存環(huán)境也越來越嚴(yán)峻。

　　在倡導(dǎo)節(jié)能、環(huán)保的今天，電磁灶由于在節(jié)能方面的突出優(yōu)點，正受到越來越多的人們的關(guān)注。電磁灶的節(jié)能主要體現(xiàn)在電能到熱能的轉(zhuǎn)換效率要高于其他的加熱方式，那么電磁灶的加熱效率到底有多少？為什么電磁加熱比傳統(tǒng)的加熱更加節(jié)能？我們又該如何進(jìn)一步提高電磁灶的加熱效率呢?

　　首先，讓我們先看一看，現(xiàn)階段市場上銷售的電磁灶的節(jié)能情況究竟是怎樣的？電磁灶的規(guī)格以其耗電功率的大小來表示，市場上有700W~1800W和2000W~2800W等系列規(guī)格。與一般電炊具相比較，電磁灶的熱效率一般來說可達(dá)80%以上，是普通煤氣灶的2倍，電爐的1.5倍。做的比較好的產(chǎn)品，其熱效率甚至可以達(dá)到90％以上。根據(jù)QB/T1236-91中的6.11條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電磁灶的熱效率可用以下的試驗方法測得：

　　在25±5℃環(huán)境溫度中，在指定配套鍋中放入鍋內(nèi)容積70％的水(水溫T1與環(huán)境溫度一致)，加蓋，放在電磁爐加熱單元中心，溫度計從鍋蓋軟塞中穿入鍋中，測溫頭充分浸在水中，不與鍋體接觸。開啟電磁爐電源，把功率調(diào)整到最大，待測量耗電量為0.12kwh時，關(guān)斷電源，攪動水，使水溫均勻，同時讀出水溫T2，根據(jù)水和鍋體溫度上升的耗能與實際總耗能比值，計算出熱效率。

　　式中：η－熱效率，％；c1－水比熱，J/kgK；c2－鍋比熱，J/kgK；m1－水的質(zhì)量，kg；m2－鍋和鍋蓋的質(zhì)量，kg；T1－初始水溫，℃；T2－最后水溫，℃；W－消耗電能量。標(biāo)準(zhǔn)5.9中規(guī)定，電磁灶熱效率應(yīng)不少于80％，低于這個數(shù)值的也稱不上真正意義上的節(jié)能了。

　　其次，與傳統(tǒng)加熱方式相比電磁灶為什么會具有這么高的熱效率呢？傳統(tǒng)的加熱方式都是采用明火進(jìn)行加熱，都存在著很大的能量流失。電磁灶不是通過自身的發(fā)熱來傳導(dǎo)能量，而是利用電磁感應(yīng)原理，直接對被加熱物體進(jìn)行加熱，中間除了內(nèi)部的電子電路的損耗以外沒有其他的額外附加能量流失，因而它的熱效率很明顯地要高于傳統(tǒng)的煤氣和電熱爐。

　　電磁感應(yīng)加熱

　　一般明火加熱

　　第三，我們應(yīng)該如何進(jìn)一步提高電磁灶的熱效率，電磁灶今后節(jié)能的發(fā)展方向在哪里？

　　時下，各大商家為了提高自己產(chǎn)品的銷售量，都及盡其宣傳的能事，推廣介紹自己產(chǎn)品的性能。消費者在如此紛繁蕪雜的市場下，可能會產(chǎn)生這樣的一種認(rèn)識：凡是電磁灶就肯定能節(jié)能。其實不然。電磁灶的熱效率取決于諸多因素。它不僅與產(chǎn)品本身的功率大小有關(guān)系，還與它所采用的諧振電路的形式，功率管（IGBT）的選擇，加熱磁線圈的繞制工藝，以及被加熱物體的材料、形狀等都有著直接的聯(lián)系。下面就分別對上述幾個方面進(jìn)行說明。

　　電磁灶本身功率大小與熱效率η的關(guān)系。

　　有人認(rèn)為，電磁灶隨著功率的增大，它自身在工作過程中所損耗的能量也越多，因此熱效率會相應(yīng)地降低。其實不然，我們可以用下面地這個計算式進(jìn)行粗略地計算：

　　η=          ×100%

　　E: 電網(wǎng)輸入消耗的總能量

　　E1：內(nèi)部電子電路的工作損耗

　　E2：散發(fā)到環(huán)境中的能量

　　在功率相對比較小的情況下，同樣加熱一定體積的水，它所需要的時間就較長，因此E2就比較大；同時，對于E1而言，在功率小的情況下，電磁灶的工作頻率高（在正常工作頻率范圍內(nèi)，電磁灶的功率與其工作頻率成反比），內(nèi)部的開關(guān)損耗大，離理想工作狀態(tài)較遠(yuǎn)，因此E1較大。很明顯，在這種工作狀態(tài)下，η較小。

　　而在功率相對比較大的時候，同樣加熱一定體積的水，它所需要的時間相對就比較短，因此散發(fā)到環(huán)境中的熱量就減少，E2就相對較小；同時，在正常工作頻率范圍內(nèi)提高了功率后，電磁灶的工作頻率降低，內(nèi)部的開關(guān)損耗減少，工作狀態(tài)與理想狀態(tài)更加接近，因此E1就減小，因此η也就越大。 我們曾做過類似的試驗，用同一款電磁灶加熱同樣體積的水，當(dāng)電磁灶的功率在1800W時，試驗測試得出的熱效率η為85％，將功率調(diào)節(jié)到2200W時，試驗測得的熱效率η為87％。

　　同樣，上述的這個結(jié)論也意味著同一款電磁灶在其全功率加熱和小功率加熱時的熱效率是不同的。針對小功率加熱時效率低的缺點，目前普遍的解決方案是采用間隙加熱的方式，即用較大的功率分時進(jìn)行加熱，在一個加熱周期內(nèi)加熱一段時間，停止一段時間，這樣既能提高產(chǎn)品在小功率狀態(tài)下的熱效率，又能減少功率管（IGBT）的損耗，延長電磁灶的使用壽命。所以，電磁灶在小功率狀態(tài)下不間斷加熱方式的采用將有利于提高電磁灶工作中節(jié)能效率的進(jìn)一步提高。

　　電磁灶的熱效率與諧振電路的關(guān)系

　　目前電磁灶主回路的工作電路主要有以下三種形式：單管并聯(lián)諧振、半橋串連諧振以及全橋串連諧振電路。單管并聯(lián)諧振電路，由于其本身電路的特點決定了其在小功率高頻工作的時候有較大的一部分能量消耗在內(nèi)部的電路中，因而熱效率不高，同時這也是小功率時采用間隙加熱的原因之一。而半橋電路和全橋電路由于本身采用串連諧振的形式，在低功率時，它消耗在內(nèi)部電路中的損耗明顯比單管電路要小的多，因此熱效率也就相對較高。目前，在市場經(jīng)濟(jì)的大前提下，出于成本等多方面原因的考慮，電磁灶的制造商多數(shù)是采用單管并聯(lián)諧振的電路，只有少數(shù)的一些高端的產(chǎn)品目前已經(jīng)采用了半橋電路的形式，電路形式不同當(dāng)然價格也不在同一個等級上了。

　　電磁灶的熱效率與功率管（IGBT）的關(guān)系

　　目前市場上的電磁灶的功率管多是采用IGBT（絕緣柵型門極可關(guān)斷雙極型晶體管），IGBT控制著高頻諧振回路的開通和關(guān)斷，是電磁灶的關(guān)鍵元器件之一。上述等式 η=              ×100%中，E1有很大一部分是IGBT工作時的損耗。不同的功率管由于其本身飽和管壓降、開關(guān)損耗等參數(shù)的不同，導(dǎo)致了其在工作中的損耗也不同，損耗大的自然熱效率就低，損耗小的自然熱效率就高。然而，功率管的性能也往往與其價格成正比。制造商們?yōu)榱斯?jié)約成本，在基本滿足工作的前提下，所選擇的功率管當(dāng)然也是越便宜越好了。我們曾做過這樣的試驗：同樣的電磁灶在同等功率的條件下分別用兩種不同的IGBT進(jìn)行測試。一種是ToshiBa的GT60M303，另外一種是Lnfenion(英飛凌)的IHW40N60T，在一小時內(nèi)前者測試得出的散熱器溫升要比后者高5℃以上，顯然選用后者比選用前者更加節(jié)能。

　　電磁灶的熱效率與感應(yīng)磁線圈的關(guān)系

　　感應(yīng)磁線圈是電磁灶的關(guān)鍵性器件，它的繞制工藝與設(shè)計對于電磁灶本身的性能起著至關(guān)重要的作用。有人認(rèn)為，感應(yīng)線圈越大越好，線圈越大熱效率也就越高。其實不然，感應(yīng)線圈的大小應(yīng)該與被加熱鍋具的大小相匹配，大線圈小鍋具，加熱不充分，容易產(chǎn)生漏磁，能量流失，效率低下；小線圈大鍋具，加熱時功率密度太高，加熱過于集中，對于線圈本身的散熱是及其不利的，同時也會導(dǎo)致鍋底加熱不均勻，影響加熱的效率。只有兩者匹配，大小相和的情況下，電磁灶才能充分加熱，發(fā)揮其最大的效率。

　　為了提高電磁灶的熱效率，在滿足參數(shù)的情況下，高頻電流流過導(dǎo)體的表面積應(yīng)該越大越好，常用的做法是增加感應(yīng)線圈的芯數(shù)。因為，在高頻回路中，電流都有趨膚效應(yīng)（在高頻回路中，電流明顯地集中在導(dǎo)體表面附近，這種現(xiàn)象叫做趨膚效應(yīng)），趨膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效截面積減小了，從而使它的等效電阻增加。如果線圈的芯數(shù)較少，大電流流經(jīng)高頻回路時線圈發(fā)熱就嚴(yán)重，灶具內(nèi)部損耗增加，這不僅會使加熱效率降低，時間一長的話，還容易導(dǎo)致線圈因過熱而燒毀。增加線圈的芯數(shù)后，同樣的電流流過線圈時，由于它的等效阻抗小，因此發(fā)熱量也少，能量損耗也相應(yīng)減少，有助于提高熱效率。同時由于散熱面積大，線圈也不容易發(fā)熱，還有助于延長電磁爐的使用壽命。這就是目前市場上大功率電磁灶的線圈多采用多股矩形方式繞制的原因，它既降低了線圈本身的發(fā)熱，又解決了加熱面積和鍋具的匹配問題。

　　電磁灶的熱效率與被加熱鍋具的關(guān)系

　　就像上述所說的，被加熱物體的大小只有與感應(yīng)線圈大小匹配時，電磁灶才能發(fā)揮其加熱的最大效率。同時被加熱鍋具的材料應(yīng)選擇鐵系（琺瑯、鑄型、不銹鋼鐵鍋具）材料。其他的材料如鋁、銅等，雖然也能被加熱，但由于材料本身性能特點，它們的表面阻抗較小，在電磁場中不如鐵系材料那樣容易發(fā)熱，其熱效率也較低下。此外，在選擇鍋具時還要注意，盡量不要采用薄底鍋進(jìn)行加熱，因為這種鍋具在加熱過程中受熱不均勻，容易產(chǎn)生變形，既影響了用戶的烹飪又降低了電磁灶本身的熱效率。用戶在選購鍋具時，應(yīng)盡量選擇大小合適且鍋底較厚的鍋具或復(fù)底鍋進(jìn)行加熱。

　　因此電磁灶熱效率的提高，既有賴于人們對高頻諧振電路的進(jìn)一步研究，也有賴于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、感應(yīng)線圈設(shè)計與制造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)以及選擇合適的鍋具等等。推廣電磁灶，讓電磁灶真正進(jìn)入千家萬戶，對于合理利用能源、節(jié)約能源以及環(huán)境保護(hù)等都具有積極的意義。對于我們這樣的發(fā)展中國家來說，本身的自然資源儲備就不是特別豐富，很多能源的人均占有率甚至低于世界的人均占有率，因此節(jié)約能源、合理地利用能源對我我們來說就顯得更有意義。而節(jié)約能源、合理利用能源，就讓我們從廚房做起，從電磁灶優(yōu)化設(shè)計、制造和正確的使用做起！

　　（責(zé)編 朱冬梅）