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1、多功能电暖炉能效指标及检测方法研究 杨通旭 李卫东 杨勇 杨朝辉 贵州省机械电子产品质量监督检验院 摘 要： 多功能取暖炉集烹饪、局部取暖等功能于一体, 属于室内加热器产品类中的一种, 用电负荷较高, 由于种类繁多、性能指标难以确定、检测方法不统一等原因, 国家、行业及地方尚未出台任何能效标准。本文根据多功能电暖炉产品的具体功能特征, 研究和制定了能够有效表征多功能电暖炉产品能源效率的具体项目及检测方法, 广泛收集数据, 确定了科学合理的能效指标。主要有四个主要内容, 包括能效等级、能效限定值、节能评价值和待机状态功率。关键词： 多功能电暖炉; 能效; 测试; 能效等级; 基金：国家质量监督检
2、验检疫总局科技计划项目 (2014QK274) Study on Energy Efficiency Index and Detection Method of Multi-function Electric HeaterAbstract： Multi-functional heating furnaces set cooking, local heating and other functions in one, it is one of the indoor heater products, which costs high electricity load. Because of its
3、 varied types、indefinable performance indexes、unified detection methods and other reasons, there havent been any national、industrial or local energy efficiency standards released. This paper researches and developes the specific projects and testing methods that can effectively characterize the ener
4、gy efficiency of multi-function electric heater products based on specific functional characteristics of multi-function electric heater products. Through the extensive collection of data, we determine the scientific and rational energy efficiency indicators, which have four main points: energy effic
5、iency rating, energy efficiency limit value, energy saving evaluation value and standby power.Keyword： multi-function electric heater; efficiency; test; energy efficiency rating; 概述多功能电暖炉 (以下简称电暖炉) 起源于贵州, 经过 20 多年的发展, 已形成立足于贵州辐射全国的态势, 每年形成约 20 亿以上的市场份额, 产量和增长速度都相当可观, 因此所消耗能源总量及增长速度也不容忽视。电暖炉是一种既能用于烹饪
6、, 又能用于局部取暖的组合型驻立式器具, 典型结构如图 1、图 2 所示。桌面中央烹饪面板下部的电热炉用于烹饪, 取暖发热元件安装在位于炉体中部四周的取暖面 (炉体与上面板最外边沿平行、产生热量辐射的垂直表面) 内, 取暖面按照 DB52/T 882 的定义, 分为直接和间接两种方式, 直接为发热元件的辐射面为直接取暖面, 除直接取暖面以外的其他取暖面为间接取暖面, 具体如图 1、图 2 所示。以围坐的方式取暖, 距离取暖面约在 200400 mm 之间;通过操作安装在炉面板中的对应控制按键或遥控进行功能转换及功率调节。1 能效指标的确定由以上概述可知, 电暖炉的主要功能就是在烹饪面板进行烹饪
7、和距离取暖面一定空间进行取暖, 这两方面的能效性能应作为最为主要的考虑因素;同时, 因电暖炉通过电路板进行控制, 接通电源后即使在主要功能不运行时处于待机状态, 有一定的电量消耗, 所以待机状态也应作为能效性能的内容之一。1.1 烹饪能效性能烹饪是对食物进行加热, 与电磁灶产品类似, 主要通过与锅具的直接接触进行, 由于锅具的材质、形状、尺寸、加热对象、吸收热量等可以统一进行测量, 从而计算电热转换热效率, 所以将热效率确定为烹饪能效性能是可行的。1.2 取暖能效性能电暖炉的取暖功能等效为辐射式室内加热器, 取暖是在距取暖面一定距离的平面上实现, 而不是对室内空间整体加热, 加热对象直接为人体
8、, 由于无法在取暖面上具体测量出人体吸收的热量, 所以不能通过计算热效率来衡量取暖能效的高低, 这或许是众多的室内加热器产品一直未出台统一能效标准的主要原因之一。根据电暖炉的结构特点和功能要求, 应在结构、设计、发热元件、工艺等方面综合考虑, 实现对隔热、辐射面、辐射方向等因素的有效控制, 保证发热元件产生的热量能够被有效利用而不流失, 这也是企业核心技术和实力的具体表现。按照实际情况考虑, 取暖能效具体表现为取暖温升值和升温时间, 也即是在消耗相同电能的前提下, 在取暖面上的获得温升值越高、时间越短, 则取暖能效性能好, 反之则不好。基于上述思路, 从测试方法的角度, 既考虑到统一性, 又考
9、虑了可行性和可操作性, 课题组设计了“升温能耗”指标, 具体定义为:“在距取暖面规定距离的平行面上, 产生的取暖温升达到规定值所消耗的电量”。这里的“规定距离”, 根据电暖炉的实际使用状况是在 200400 mm 之间, 统一考虑为 300 mm, 也就是将在距取暖面 300 mm 处达到规定温升所消耗的电量作为衡量取暖能效水平的指标。从结构上可以看出, 间接取暖面升温能耗较直接取暖面的高, 但其具有嵌入式取暖的特点。1.3 待机状态功率待机状态功率又称为待机能耗等, 是同类产品的能效性能必须考虑的指标, 电暖炉产品亦不例外。综上所述, 将烹饪热效率、升温能耗、待机状态功率作为电暖炉能效性能的
10、具体项目指标, 是能够有效表征产品能效性能的。2 能效指标测试方法的确定2.1 测试环境要求参照 GB 21456-2014家用电磁灶能效限定值及能源效率等级、QB/T 4096-2010家用和类似用途室内加热器的性能第 1 部分:通用要求相应要求, 试验均应在无外界气流、强热阳光和其它热辐射作用, 温度为 (232) 的室内环境中进行。图 1 电暖炉的典型结构 (直接取暖面) 下载原图图 2 电暖炉的典型结构 (间接取暖面) 下载原图1) 试验电源:电压:220 (11%) V, 频率: (501) Hz, 总谐波失真3%。2) 试验用仪器仪表:电气测量仪表的准确度不低于 0.5 级;温度测
11、量仪器的准确度应在 0.5以内;测量时间仪表的准确度应在 1 s 以内;测量质量仪表分辨率应在 5 g 以内。2.2 烹饪能效性能测试即烹饪热效率测试, 由于电暖炉的烹饪功能与电磁灶产品的功能类似, 热效率测试参照 GB21456-2014 附录 B 规定的测试方法, 具体如下:测量前电暖炉外壳与环境温度之差在 5以内或至少有 6 h 没有工作, 施加额定电压使电暖炉处于烹饪工作状态下, 根据要求选择可以覆盖烹饪加热区域的最小规格标准锅 (标准锅底部直径大于炉盘有效直径) , 测量加盖标准锅的质量 m2;将相应标准锅置于冷态被测电暖炉烹饪加热单元中心, 在锅内装入规定质量的水 m1, 水温应与
12、环境温度一致, 加盖, 测温探头从锅盖孔中放人锅内中心位置, 探头部分浸人水中距离锅底 10 mm, 读出温度计读数 t1, 启动烹饪功能并迅速调节到最大烹饪功率, 当水温升到 90时, 立即切断电源, 同时记录消耗的电能 E, 此时水温还会上升, 读取最高温度读数 t2, 按下式计算烹饪热效率:式中:热效率, %;c1水的比热, 取 4.18 k J/ (kgK) ;c2标准锅的比热, 取 0.46 k J/ (kgK) ;m1水的质量, kg;m2锅和锅盖的质量, kg;t温升, K, t=t 2-t1;E耗电量, k Wh。2.3 取暖能效性能测试升温能耗测试, 参照 QB/T 4096
13、-2010 相关内容并根据具体情况进行了调整, 具体方法为:电暖炉放置在试验台面上, 将宽高为 1.5 m1.0 m、厚约 20 mm 的涂有无光黑漆的胶合板放置在与电暖炉取暖面平行、距离 300 mm 的位置;胶合板的中心位置与取暖面在胶合板上的投影中心重合。如图 3 所示, 将 5 个热电偶分别布置在中心及辐射投影面的长轴和短轴的远端。图 4 是取暖温升的测试示意图。对加热器进行通电工作, 各取暖面调节到最大取暖功率, 同时用温度测量记录仪测量并记录从室温升至温度稳定状态的升温曲线。记录在稳态建立时的测量温度。当稳态建立时测量温度。单点温升可通过板上热电偶的稳态温度和热电偶初始温度之差进行
14、计算。图 3 取暖温升测试的热电偶分布图 (上图、下图分别适用间接、直接取暖面) 下载原图上述 5 点温升的算术平均值即为取暖的温升值, 记录达到规定取暖温升的耗电量。分别对 4 个取暖面进行测试, 计算算术平均值为升温能耗值。2.4 待机状态功率测试电暖炉以额定电压供电, 处于待机状态;且功率计读数稳定时, 开始测试, 测试持续时间不低于 90 min, 记录测量所用时间和耗电量, 按下式计算平均功率:式中:P平均功率, W, 精确到 0.1 W;E测量的耗电量, Wh;t测量的持续时间, h。3 实测数据2014 年2016 年间, 课题组按照上述方法实际测试了相关企业的近百组样品, 烹饪
15、热效率在 57.8%83.4%之间;升温能耗在 0.353 36.575 0 k Wh 之间;待机状态功率在 1.195.30 W 之间, 数据详见表 1。4 能效指标的等级的确定4.1 能效指标的等级划分国外国内大多数产品的能效标识等级划分为 5 级, 有的划分为 7 级。由于电暖炉高能效和低能效的的差别相对较大, 经课题组成员研究并参照其他同类产品的划分情况, 建议电暖炉能效等级分为 5 级:图 4 取暖温升的测试示意图 下载原图表 1 样品测试数据 下载原表 表 1 样品测试数据 下载原表 表 1 样品测试数据 下载原表 表 2 各能效等级产品应占市场份额的期望值 下载原表 1 级是目标
16、值, 达到 1 级要求的产品是先进、高效产品, 目前市场上没有或只有少数产品能够达到;2 级的产品也是先进、高效的产品, 目前市场上的比例也不多;3 级为节能评价值;4 级、5 级分别为直接取暖面、间接取暖面电暖炉产品的能效限定值, 低于该指标的产品为淘汰产品, 应该禁止其生产和销售。根据以上原则, 可以确定各能效等级的产品所应占有的市场份额比例。表 2 为各个能效等级的产品所占市场份额期望值。按照表 2 的期望值对附表的样品实测数据进行划分, 确定了各级多功能电暖炉的最低能效值如表 3, 其中烹饪能效值应不小于表 3 的规定, 升温能耗、待机状态功率不大于表 3 的规定。表 3 多功能电暖炉能效等级 下载原表 4.2 能效限定值按照能效等级的划分原则, 根据具体测试情况, 课题组经讨论后决定将直接取暖面的能效限定值为表 2 的 4 级, 采用间接取暖面的能效限定值为表 2 的 5 级,
