节能 从厨房做起

　　电磁灶，自二十世纪八十年代出现起，由于其具有安全、节能、方便等优点，受到了众多家庭的青睐。步入二十一世纪后，由于社会、经济的高速发展的需要，人类对大自然资源的恶性掠夺也已经进入到了白热化。石油、煤炭、天然气等不可再生能源正一天一天地减少，人类所面对的生存环境也越来越严峻。

　　在倡导节能、环保的今天，电磁灶由于在节能方面的突出优点，正受到越来越多的人们的关注。电磁灶的节能主要体现在电能到热能的转换效率要高于其他的加热方式，那么电磁灶的加热效率到底有多少？为什么电磁加热比传统的加热更加节能？我们又该如何进一步提高电磁灶的加热效率呢?

　　首先，让我们先看一看，现阶段市场上销售的电磁灶的节能情况究竟是怎样的？电磁灶的规格以其耗电功率的大小来表示，市场上有700W~1800W和2000W~2800W等系列规格。与一般电炊具相比较，电磁灶的热效率一般来说可达80%以上，是普通煤气灶的2倍，电炉的1.5倍。做的比较好的产品，其热效率甚至可以达到90％以上。根据QB/T1236-91中的6.11条标准规定，电磁灶的热效率可用以下的试验方法测得：

　　在25±5℃环境温度中，在指定配套锅中放入锅内容积70％的水(水温T1与环境温度一致)，加盖，放在电磁炉加热单元中心，温度计从锅盖软塞中穿入锅中，测温头充分浸在水中，不与锅体接触。开启电磁炉电源，把功率调整到最大，待测量耗电量为0.12kwh时，关断电源，搅动水，使水温均匀，同时读出水温T2，根据水和锅体温度上升的耗能与实际总耗能比值，计算出热效率。

　　式中：η－热效率，％；c1－水比热，J/kgK；c2－锅比热，J/kgK；m1－水的质量，kg；m2－锅和锅盖的质量，kg；T1－初始水温，℃；T2－最后水温，℃；W－消耗电能量。标准5.9中规定，电磁灶热效率应不少于80％，低于这个数值的也称不上真正意义上的节能了。

　　其次，与传统加热方式相比电磁灶为什么会具有这么高的热效率呢？传统的加热方式都是采用明火进行加热，都存在着很大的能量流失。电磁灶不是通过自身的发热来传导能量，而是利用电磁感应原理，直接对被加热物体进行加热，中间除了内部的电子电路的损耗以外没有其他的额外附加能量流失，因而它的热效率很明显地要高于传统的煤气和电热炉。

　　电磁感应加热

　　一般明火加热

　　第三，我们应该如何进一步提高电磁灶的热效率，电磁灶今后节能的发展方向在哪里？

　　时下，各大商家为了提高自己产品的销售量，都及尽其宣传的能事，推广介绍自己产品的性能。消费者在如此纷繁芜杂的市场下，可能会产生这样的一种认识：凡是电磁灶就肯定能节能。其实不然。电磁灶的热效率取决于诸多因素。它不仅与产品本身的功率大小有关系，还与它所采用的谐振电路的形式，功率管（IGBT）的选择，加热磁线圈的绕制工艺，以及被加热物体的材料、形状等都有着直接的联系。下面就分别对上述几个方面进行说明。

　　电磁灶本身功率大小与热效率η的关系。

　　有人认为，电磁灶随着功率的增大，它自身在工作过程中所损耗的能量也越多，因此热效率会相应地降低。其实不然，我们可以用下面地这个计算式进行粗略地计算：

　　η=          ×100%

　　E: 电网输入消耗的总能量

　　E1：内部电子电路的工作损耗

　　E2：散发到环境中的能量

　　在功率相对比较小的情况下，同样加热一定体积的水，它所需要的时间就较长，因此E2就比较大；同时，对于E1而言，在功率小的情况下，电磁灶的工作频率高（在正常工作频率范围内，电磁灶的功率与其工作频率成反比），内部的开关损耗大，离理想工作状态较远，因此E1较大。很明显，在这种工作状态下，η较小。

　　而在功率相对比较大的时候，同样加热一定体积的水，它所需要的时间相对就比较短，因此散发到环境中的热量就减少，E2就相对较小；同时，在正常工作频率范围内提高了功率后，电磁灶的工作频率降低，内部的开关损耗减少，工作状态与理想状态更加接近，因此E1就减小，因此η也就越大。 我们曾做过类似的试验，用同一款电磁灶加热同样体积的水，当电磁灶的功率在1800W时，试验测试得出的热效率η为85％，将功率调节到2200W时，试验测得的热效率η为87％。

　　同样，上述的这个结论也意味着同一款电磁灶在其全功率加热和小功率加热时的热效率是不同的。针对小功率加热时效率低的缺点，目前普遍的解决方案是采用间隙加热的方式，即用较大的功率分时进行加热，在一个加热周期内加热一段时间，停止一段时间，这样既能提高产品在小功率状态下的热效率，又能减少功率管（IGBT）的损耗，延长电磁灶的使用寿命。所以，电磁灶在小功率状态下不间断加热方式的采用将有利于提高电磁灶工作中节能效率的进一步提高。

　　电磁灶的热效率与谐振电路的关系

　　目前电磁灶主回路的工作电路主要有以下三种形式：单管并联谐振、半桥串连谐振以及全桥串连谐振电路。单管并联谐振电路，由于其本身电路的特点决定了其在小功率高频工作的时候有较大的一部分能量消耗在内部的电路中，因而热效率不高，同时这也是小功率时采用间隙加热的原因之一。而半桥电路和全桥电路由于本身采用串连谐振的形式，在低功率时，它消耗在内部电路中的损耗明显比单管电路要小的多，因此热效率也就相对较高。目前，在市场经济的大前提下，出于成本等多方面原因的考虑，电磁灶的制造商多数是采用单管并联谐振的电路，只有少数的一些高端的产品目前已经采用了半桥电路的形式，电路形式不同当然价格也不在同一个等级上了。

　　电磁灶的热效率与功率管（IGBT）的关系

　　目前市场上的电磁灶的功率管多是采用IGBT（绝缘栅型门极可关断双极型晶体管），IGBT控制着高频谐振回路的开通和关断，是电磁灶的关键元器件之一。上述等式 η=              ×100%中，E1有很大一部分是IGBT工作时的损耗。不同的功率管由于其本身饱和管压降、开关损耗等参数的不同，导致了其在工作中的损耗也不同，损耗大的自然热效率就低，损耗小的自然热效率就高。然而，功率管的性能也往往与其价格成正比。制造商们为了节约成本，在基本满足工作的前提下，所选择的功率管当然也是越便宜越好了。我们曾做过这样的试验：同样的电磁灶在同等功率的条件下分别用两种不同的IGBT进行测试。一种是ToshiBa的GT60M303，另外一种是Lnfenion(英飞凌)的IHW40N60T，在一小时内前者测试得出的散热器温升要比后者高5℃以上，显然选用后者比选用前者更加节能。

　　电磁灶的热效率与感应磁线圈的关系

　　感应磁线圈是电磁灶的关键性器件，它的绕制工艺与设计对于电磁灶本身的性能起着至关重要的作用。有人认为，感应线圈越大越好，线圈越大热效率也就越高。其实不然，感应线圈的大小应该与被加热锅具的大小相匹配，大线圈小锅具，加热不充分，容易产生漏磁，能量流失，效率低下；小线圈大锅具，加热时功率密度太高，加热过于集中，对于线圈本身的散热是及其不利的，同时也会导致锅底加热不均匀，影响加热的效率。只有两者匹配，大小相和的情况下，电磁灶才能充分加热，发挥其最大的效率。

　　为了提高电磁灶的热效率，在满足参数的情况下，高频电流流过导体的表面积应该越大越好，常用的做法是增加感应线圈的芯数。因为，在高频回路中，电流都有趋肤效应（在高频回路中，电流明显地集中在导体表面附近，这种现象叫做趋肤效应），趋肤效应使导线的有效截面积减小了，从而使它的等效电阻增加。如果线圈的芯数较少，大电流流经高频回路时线圈发热就严重，灶具内部损耗增加，这不仅会使加热效率降低，时间一长的话，还容易导致线圈因过热而烧毁。增加线圈的芯数后，同样的电流流过线圈时，由于它的等效阻抗小，因此发热量也少，能量损耗也相应减少，有助于提高热效率。同时由于散热面积大，线圈也不容易发热，还有助于延长电磁炉的使用寿命。这就是目前市场上大功率电磁灶的线圈多采用多股矩形方式绕制的原因，它既降低了线圈本身的发热，又解决了加热面积和锅具的匹配问题。

　　电磁灶的热效率与被加热锅具的关系

　　就像上述所说的，被加热物体的大小只有与感应线圈大小匹配时，电磁灶才能发挥其加热的最大效率。同时被加热锅具的材料应选择铁系（珐琅、铸型、不锈钢铁锅具）材料。其他的材料如铝、铜等，虽然也能被加热，但由于材料本身性能特点，它们的表面阻抗较小，在电磁场中不如铁系材料那样容易发热，其热效率也较低下。此外，在选择锅具时还要注意，尽量不要采用薄底锅进行加热，因为这种锅具在加热过程中受热不均匀，容易产生变形，既影响了用户的烹饪又降低了电磁灶本身的热效率。用户在选购锅具时，应尽量选择大小合适且锅底较厚的锅具或复底锅进行加热。

　　因此电磁灶热效率的提高，既有赖于人们对高频谐振电路的进一步研究，也有赖于半导体技术的进一步发展、感应线圈设计与制造工艺的进一步改进以及选择合适的锅具等等。推广电磁灶，让电磁灶真正进入千家万户，对于合理利用能源、节约能源以及环境保护等都具有积极的意义。对于我们这样的发展中国家来说，本身的自然资源储备就不是特别丰富，很多能源的人均占有率甚至低于世界的人均占有率，因此节约能源、合理地利用能源对我我们来说就显得更有意义。而节约能源、合理利用能源，就让我们从厨房做起，从电磁灶优化设计、制造和正确的使用做起！

　　（责编 朱冬梅）