转载？家用电磁灶能效标准若干问题的探讨

zhutongshuai · 发表于 2013-1-17 09:07

本帖最后由 craigyu 于 2013-1-22 20:53 编辑

家用电磁灶能效标准若干问题的探讨

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摘要：本文就国标GB 21456-2008《家用电磁灶能效限定值及能源效率等级》相关内容的一些细节问题进行了阐述与分析，提出了自己的理解与建议。
关键词：电磁灶；热效率；待机功率；测温仪器
Abstrac：This paper discusses and analyzes some specific problems about GB 21456-2008 “household induction cooker and allowable value of energy efficiency level”, and tries to seek a best way to solve these problems.
Key words：induction cooker；thermal efficiency；standby power；temperature measurement equipment

　　引言
　　GB 21456-2008《家用电磁灶能效限定值及能源效率等级》于2008年2月18日发布，2008年9月1日正式实施的。该标准使用时间已超过3年，自发布以来，众多企业、检测评价机构和标准化委员会就标准中某些条款展开了热烈的讨论，笔者结合工作实践也谈谈自己的理解，希望能抛砖引玉，在下一版本修订时有所贡献。

　　1 标准中值得推敲的问题
　　1.1热效率公式
　　在标准中，热效率公式为：

　　式中：η——热效率，（%）；
　　c1——水的比热容，kJ/(kg•K)；
　　c2——锅身和锅盖的比热容，kJ/(kg•K) ；
　　m1——水的质量，kg；
　　m2——锅身和锅盖的总质量，kg;
　　

水的温升，K
　　E——消耗的电能量，kW•h。
　　但用量纲方法验证此公式并不正确，过程如下：
　　公式分子量纲为[kJ/(kg•K)]×kg×K=103J；
　　公式分母量纲为3.6×106×KW•h=3.6×106×103×3.6× 10-3×W•s=106×W•s；
　　因为1J=1W•s；
　　所以=103J/106×W•s×100%=10-3×100%。
　　正确的公式应为下式：

　　1.2待机功耗限定值
　　笔者经过大量试验，目前国内电磁灶大部分明示能效3级，实测数值远低于3级能效待机状态功率的限值5W，通常在1-2W之间。很少有待机功耗超出限值，而欧洲ERP指令已实行有显示信息1W无信息显示0.5W的待机限值。与国际接轨、产业升级转型都倒逼我国国家标准尽快修订，降低限值，提高能效的门槛。
　　1.3试验方法
　　标准第4.1.3条对电磁灶热效率试验方法进行了较为明确清晰的描述，但是在几个细节上存在争议。
　　1.3.1标准锅的使用
　　1.3.1.1线圈盘有效直径的测量
　　标准第4.1.4条明确指出如何选择标准锅：“参照附录A选择可以覆盖加热区域最小规格的标准锅（标准锅底部直径大于线圈盘有效直径）。”[1]
　　业内对线圈盘有效直径的测量有争议，通常线圈盘产生的磁感线空间有效直径应比线圈盘本身直径要大，是按可见的直径选较小的标准锅还是按看不见的直径选更大的标准锅呢？
　　因为电磁灶是通过线圈盘产生的磁感线在金属表面形成涡流发热，笔者认为线圈盘产生的磁感线的最大“有效的”直径更为科学，只是对于肉眼无法看到的磁感线范围的测量较困难。是否可以引入一“系数”乘以可见的线圈直径，根据计算结果选更大直径的标准锅以获得更贴近实际的热效率呢？举例：同一台电磁炉，用现行标准里的标准锅与配送的锅测得的热效率很不一样；用大标准锅比用小标准锅测得的热效率相差也很大。
　　1.3.1.2标准锅的差异
　　由于标准中规定了标准锅的尺寸，热效率公式中也规定了锅的比热容为0.46 kJ/(kg•K)，试验对标准锅的材质和做工有很高要求。
　　笔者针对同一台电磁灶，用4套不同批次，并经过检定计量的标准锅进行热效率比对试验，数据如表1。
　　从实验结果可以看到，试验最大偏差达1.1%，对电磁灶热效率结果能效判定影响非常大。
　　针对各个实验室标准锅的差异，如何做才能最大限度减小因标准锅做工与材质差异导致的偏差呢？笔者认为，如果能在生产标准锅时就对标准锅对于试验的不确定度进行评估，并把此纳入试验评判条件的考核，能够产生积极的效果。
　　1.3.1.3 标准锅的盖孔
　　为了使水银温度计能够方便的测得水温，标准锅锅盖顶部中央会开一个直径10mm的圆孔。如图1所示。
　　在试验的过程中水银温度计通过此孔，还有一定横截面积的剩余。如图2所示。
　　为了尽可能减少试验系统与外部环境的热交换，减少测量误差，笔者认为保证水银温度计能穿过的前提下应当尽可能的减小该孔，或者用导热性能低的材料堵住剩余空白部分。如图3所示。
　　1.3.2水温测试仪器
　　对于在电磁灶热效率测量时使用何种测温仪器，成为整本标准最具争议的话题。
　　标准第4.1.3条虽未明确提出使用水银温度计进行水温的测量，但是从“水银部分浸入水中距离锅底10mm”[1]一句可以推出，标准要求使用水银温度计。
　　现在业界普遍达成的共识是：由于水银的惰性和系统热惯性的影响，以及操作者观测方法和观测习惯的影响，使得水银温度计用于测量水温具有较大的误差。
　　如果使用反应速度更快的热电偶是不是更好？有意见认为使用热电偶测量水温，也会因其金属探头切割磁感线引入较大不确定度。
　　笔者认为可以忽略上述提到的热电偶对试验的影响，理由如下：
　　①过金属标准铁锅的吸收，泄露出来的磁场强度比较小。换个角度说，受趋肤效应和金属屏蔽作用，在锅中的热电偶理论上已不太可能直接受到电磁线圈磁场的影响。
　　②量水温t1，t2均是在电磁灶并未工作的情况下。[2]
　　更重要的是，热电偶可与电脑自动采集器配合，有效地捕捉到最高水温，比人工读取水银温度计数值更准确。
　　佛山某实验室使用热电偶-数据采集器-电脑自动测量系统对比测试，其他条件完全不变，热电偶法比水银温度法热效率的结果绝对值大1~2%。

　　2 总结
　　通过上述分析，希望在标准修订时考虑以下方面：
　　（1）更正热效率计算公式；
　　（2）提高待机功率限值门槛；
　　（3）更详细地规定标准锅的制作和验证方法；
　　（4）修订测量水温仪器的规定，允许使用反应速度更快的热电偶。
　　以上为笔者工作实践的粗浅认识，希望广大同行指正。

　　参考文献
　　[1] GB 21456-2008家用电磁灶能效限定值及能源效率等级[S].
　　[2]成诚，张甘霖，徐胜等.关于电磁灶能效标准中热效率测试方法的探讨[J].家电科技，2011.7.
　　ａ[3] 郭艳萍.家用电磁灶能效检测技术研究[J].家电科技，2011.10.

山炮 · 发表于 2013-1-17 13:53

不会多增加一堆测试锅吧。便宜的水银温度计很易做到0.2C，热电偶有点难。水的温度并不恒定，总在跳变，水银温度计缺点也成了优点，热电偶加块小铜片应该也行。

jorny · 发表于 2013-1-17 16:13

这几点在新版修订中已经在改了。

realyunduan · 发表于 2013-1-17 22:20

热电偶的反应速度是快比起热电阻的话电磁灶对其的影响会比较小
水银温度计有做到0.5的比较容易买到但是就是观察起来比较麻烦做一次实验要换两只水银温度计

291710232 · 发表于 2013-1-18 16:25

我是来学习来的！

ryen35 · 发表于 2013-1-22 11:02

學習一下

ag028 · 发表于 2013-1-22 19:30

这个实验不确定度确实不低，断电瞬间是加热爬升阶段还是余热缓慢增加到温度点也有影响。多几秒少几秒断电就可能牵涉到判定。我们这的标准锅锅体有2处锈点。我一直担心会对导热有影响

山炮 · 发表于 2013-1-22 20:36

真不知数百年前是怎样测出焦和卡的比率。知道的话，电磁灶能效就小意思了。

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