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(diǎn)，受到了眾多家庭的青睞。步入二十一世紀(jì)后，由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的需要，人類對(duì)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(duì)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(diǎn)，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(chǎng)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(chǎng)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(yàn)方法測(cè)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(jì)從鍋蓋軟塞中穿入鍋中，測(cè)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(cè)量耗電量為0.12kwh時(shí)，關(guān)斷電源，攪動(dòng)水，使水溫均勻，同時(shí)讀出水溫T2，根據(jù)水和鍋體溫度上升的耗能與實(shí)際總耗能比值，計(jì)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(gè)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(huì)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(duì)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(shí)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(fèi)者在如此紛繁蕪雜的市場(chǎng)下，可能會(huì)產(chǎn)生這樣的一種認(rèn)識(shí)：凡是電磁灶就肯定能節(jié)能。其實(shí)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(duì)上述幾個(gè)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(huì)相應(yīng)地降低。其實(shí)不然，我們可以用下面地這個(gè)計(jì)算式進(jìn)行粗略地計(jì)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(duì)比較小的情況下，同樣加熱一定體積的水，它所需要的時(shí)間就較長(zhǎng)，因此E2就比較大；同時(shí)，對(duì)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(duì)比較大的時(shí)候，同樣加熱一定體積的水，它所需要的時(shí)間相對(duì)就比較短，因此散發(fā)到環(huán)境中的熱量就減少，E2就相對(duì)較??；同時(shí)，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?cè)鲞^類似的試驗(yàn)，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(shí)，試驗(yàn)測(cè)試得出的熱效率η為85％，將功率調(diào)節(jié)到2200W時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得的熱效率η為87％。

　　同樣，上述的這個(gè)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(shí)的熱效率是不同的。針對(duì)小功率加熱時(shí)效率低的缺點(diǎn)，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(shí)進(jìn)行加熱，在一個(gè)加熱周期內(nèi)加熱一段時(shí)間，停止一段時(shí)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(zhǎng)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：?jiǎn)喂懿⒙?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(diǎn)決定了其在小功率高頻工作的時(shí)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(shí)這也是小功率時(shí)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(shí)，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(duì)較高。目前，在市場(chǎng)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(jià)格也不在同一個(gè)等級(jí)上了。

　　電磁灶的熱效率與功率管（IGBT）的關(guān)系

　　目前市場(chǎng)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(shí)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(jià)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?cè)鲞^這樣的試驗(yàn)：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(cè)試。一種是ToshiBa的GT60M303，另外一種是Lnfenion(英飛凌)的IHW40N60T，在一小時(shí)內(nèi)前者測(cè)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(jì)對(duì)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(shí)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(shí)功率密度太高，加熱過于集中，對(duì)于線圈本身的散熱是及其不利的，同時(shí)也會(huì)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?yàn)?，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(shí)線圈發(fā)熱就嚴(yán)重，灶具內(nèi)部損耗增加，這不僅會(huì)使加熱效率降低，時(shí)間一長(zhǎng)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(shí)，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(shí)由于散熱面積大，線圈也不容易發(fā)熱，還有助于延長(zhǎng)電磁爐的使用壽命。這就是目前市場(chǎng)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(shí)，電磁灶才能發(fā)揮其加熱的最大效率。同時(shí)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(diǎn)，它們的表面阻抗較小，在電磁場(chǎng)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(shí)還要注意，盡量不要采用薄底鍋進(jìn)行加熱，因?yàn)檫@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(gòu)鍋具時(shí)，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(duì)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(jì)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(duì)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(duì)于我們這樣的發(fā)展中國(guó)家來說，本身的自然資源儲(chǔ)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(duì)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(jì)、制造和正確的使用做起！

　?。ㄘ?zé)編 朱冬梅）