趙克芝

（深圳市鑫匯科股份有限公司，廣東 深圳518000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，電磁灶已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為生活中的常見(jiàn)電器。針對(duì)中國(guó)現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品設(shè)備能耗的特點(diǎn)等，對(duì)電磁灶系統(tǒng)進(jìn)行效率以及能耗的關(guān)系分析十分必要。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 設(shè)備及相關(guān)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開展前，充分準(zhǔn)備所需設(shè)備，以便為實(shí)驗(yàn)分析提供有力支撐，最終獲得真實(shí)、可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具體設(shè)備如下：電磁灶能效自動(dòng)測(cè)試裝置（電源電壓總諧波失真小于3%、分度計(jì)分辨率小于0.1 ℃、質(zhì)量測(cè)量分辨率小于5 g、計(jì)時(shí)器精準(zhǔn)度為±2 s/h、能耗測(cè)量前提條件即電能表維持在20 mW·h、電磁灶能效測(cè)試鍋標(biāo)準(zhǔn)樣品（GSB02-3356—2016）、B2 鍋、某品牌電磁灶（C21-SDHCB19）熱電偶。

1.2 操作原理

參照GB 21456—2014《家用電磁灶能效限定值及能效等級(jí)》相關(guān)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，同時(shí)，根據(jù)熱效率、單位能耗等公式獲知測(cè)量數(shù)據(jù)。

1.3 操作步驟

在測(cè)試區(qū)域準(zhǔn)備電磁灶樣機(jī)，參照設(shè)備使用要求進(jìn)行系統(tǒng)連接，確保電源常態(tài)啟動(dòng)，加入標(biāo)準(zhǔn)要求的水量，初始水溫要在要求范圍內(nèi)。

水加熱期間，控制功率為600 W，自動(dòng)測(cè)試、準(zhǔn)確記錄水溫、質(zhì)量、能耗等參數(shù)；存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)功率值逐項(xiàng)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 不同功率檔位的能耗、熱效率分析

根據(jù)電磁爐應(yīng)用特征，家用電磁灶燒水功率加大的同時(shí)，耗電量逐漸遞減。其中，最高、最低耗電量對(duì)應(yīng)的燒水功率范圍分別為800～1 200 W 和1 400～2 100 W。電磁爐1 000 W 檔位與1 200 W 檔位耗電量接近，分別為218.87 和219.13，即便不同單位水溫存在差異，但并未超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，所以不同檔位耗電量的比較價(jià)值偏低。

基于此，分析熱效率和單位能耗，800 W、1 000 W 和1 200 W 檔位對(duì)應(yīng)的熱效率值分別為74.12%、84.46%、86.04%，對(duì)應(yīng)的能耗值分別為245.62 Wh、218.87 Wh 以及219.13 Wh?？煽闯鰴n位功率增加的同時(shí)，熱效率和能耗隨之增加，但單位能耗逐漸降低（由1.668～1.464 Wh/℃·kg，降為1.437 Wh/℃·kg）。

檔位功率處于1 400～2 100 W 時(shí)，電磁灶能源效率與單位能耗成反比，如表1 所示。與1 000～1 200 W 區(qū)間的能源效率相比，其變化差異甚微。當(dāng)功率為1 600 W 時(shí)，能源效率及單位能耗處于最值狀態(tài)。

2.2 熱效率及加熱時(shí)間的擬合分析

2．2．1 熱效率曲線的擬合

擬合熱效率曲線的過(guò)程中，利用Origin（version 8.0）獲取熱效率數(shù)據(jù)及加熱檔位數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息繪制散點(diǎn)圖，具體設(shè)置情況如圖1 所示，具體程序即Analysis→Fitting→Nonlinear Curve Fit。

于Function 功能處選擇ExpDecl 公式，接下來(lái)單擊“1 Iteration”，實(shí)現(xiàn)迭代曲線擬合目的，確保迭代曲線與數(shù)據(jù)點(diǎn)相一致，最后單擊“Fit”。求得y0=88.29，A=-1 430.24，t=173.10，即熱效率y 與電磁灶檔位x 的關(guān)系為：

當(dāng)加熱檔位增大，意味著電磁灶熱效率相應(yīng)增加，二者成正比。

如果電磁灶的功率檔位持續(xù)增大，即x 接近∞時(shí)，此時(shí)ymax=88.29，即在此實(shí)驗(yàn)條件下，電磁灶的熱效率理論值最大能達(dá)到88.29%。

表1 電磁灶1 400～2 100 W 檔位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 數(shù)據(jù)擬合參數(shù)設(shè)置界面

2．2．2 加熱時(shí)間曲線的擬合

根據(jù)熱效率曲線擬合方法繪制加熱時(shí)間曲線，其中加熱時(shí)間y 與電磁灶檔位x 的關(guān)系為：

電磁灶加熱時(shí)，先由電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍茉俎D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在轉(zhuǎn)化成熱能過(guò)程中會(huì)有損耗，電磁灶加熱檔位增大，加熱實(shí)驗(yàn)水所耗費(fèi)的時(shí)間就逐漸縮短[3]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

家用電磁爐能耗控制情況對(duì)電能資源節(jié)約效果有關(guān)鍵性影響，要想實(shí)現(xiàn)電能資源節(jié)約目的，應(yīng)客觀分析熱效率與能耗間的關(guān)系，這對(duì)家用電磁爐性能提升、使用壽命延長(zhǎng)有重要意義。目前提升能效的方法大多聚焦在線圈盤上，而線圈盤的線圈大部分采用銅材料和鋁材料。金屬材料的電阻溫度系數(shù)k，指金屬材料在不同的溫度下，其阻值也不同。根據(jù)其特性又分為正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)，正溫度系數(shù)材料溫度越高，其阻值越大；負(fù)溫度系數(shù)材料溫度越高，其阻值越小。金屬的電阻溫度系數(shù)k 與溫度的關(guān)系如下：

K 為常數(shù)，銅材料K=234.5，鋁材料K=228.1，注意這是大寫的K，小寫的k 為電阻溫度系數(shù)，T 為線的溫度，金屬的電阻溫度系數(shù)通常都是以20 ℃為參照給出參數(shù)，計(jì)算公式里面有個(gè)“20”。例如銅線的電磁爐線圈盤，20 ℃時(shí)的直流阻值R=100 mΩ，此時(shí)電阻溫度系數(shù)為1，如果功率為2 200 W 時(shí)通過(guò)的電流為10 A，則損耗在線圈盤上的功率P=I2R=10 A×10 A×0.1 Ω=10 W。

如果線圈的溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，電阻溫度系數(shù)k=1+[（100-20）/234.5]=1.34，此時(shí)的電阻R=1.34×100 mΩ=134 mΩ，則損耗在線圈盤上的固有功率為P=I2R=10 A×10 A×0.134 Ω=13.4 W，功耗多增加了3.4 W。所以在低頻情況下金屬材料的阻值與溫度相關(guān)，而在高頻情況下，金屬材料的阻值還與頻率相關(guān)，導(dǎo)線中電流的頻率越高，其阻值就越小，損耗功率就越高。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以家用電磁爐1 400 W 檔位來(lái)分界，當(dāng)功率小于1 400 W 時(shí)，電磁爐檔位功率與電器的單位能耗成反比，檔位功率降低，則電磁爐能耗增加；當(dāng)家用電磁爐功率高于1 400 W 時(shí)，熱效率與單位能耗間差異甚微，基于此，首選中高功率檔位電磁爐。

為驗(yàn)證上述結(jié)論，本文以實(shí)驗(yàn)探究的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析，即從熱效率曲線擬合、加熱時(shí)間曲線擬合兩方面予以闡述，所添加介質(zhì)相一致，獲知電磁灶的熱效率及加熱時(shí)間存在一個(gè)理論值，并借助公式予以描述。

對(duì)于家用電磁爐購(gòu)買者及使用者來(lái)說(shuō)，在享用電磁爐便利優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，了解電磁灶不同功率檔位燒水的能耗，減少電能資源浪費(fèi)，可大大提高電能資源利用率。