家用电灶（电磁炉、电陶炉）节能性能测试方法的
探讨
罗立刚方宗达袁世斌
米技电子电器（上海）有限公司上海 201114
摘要：通过研究两份现行有效的测试电灶节能指标国家标准分析，比较两种测试方法中哪一种测试更科学地反映电灶具实际节能性能指 标，提出是否具备统一节能性能测试标准的可能性。
发电机空气冷却器
Discussion on energy-saving performance test method of Household electric Hobs (induction Hobs、electric Hobs)
LUO Ligang FANG Zongda YUAN Shibin产品样本制作
Miji Electronics and Appliances (Shanghai) Co., Ltd. Shanghai 201114
Abstract: This article starts with the analysis of two currently valid national standards for testing energy-saving indicators for electric Hobs，compare which of the two test methods to more scientifically reflect the actual energy-saving performance indicators of electric Hobs，propose whether it is possible to have a unified energy-saving performance test standard.
Keywords: Induction Hobs; Electric Hobs; Efficiency; Energy consumption; Energy saving performance
中图分类号：TM925.51
DOI:10.19784/jki.issn1672-0172.2020.99.085
1 引言
近年来，由于家用电灶（电磁炉、电陶炉）具有使用方便、安全可靠、节能环保等突出优点，已逐渐走进千家万户，成为家庭新一代的烹饪器具。家用电灶属于大功率的电器，其功率一般在1000 W～3600 W 之间，因此产品的节能性能已成为国家、制造企业必须要考虑的重要因素。在国家节能减排政策的引导下，从2009年开始，实施对电磁灶加贴能效标识的要求，GB 21456-2014《家用电磁灶能效限定值及能效等级》规定电磁灶的能效等级必须达到3级，考核该节能性能的重要指标之一是家用 电磁灶热效率达84%以上。提及节能，让人立刻联想到能效等级和能效测试，但炉灶能效高却并不一定节能。2 家用电灶节能性能测试方法
GB 21456-2014《国家电磁灶能效限定值及能源效率等级》中规定的能效测试方法为：在规定测试条件下，选择可以覆盖加热区域的最小规格标准锅（标准锅底部直径大于线圈有效直径），将锅内装入规定质量的水，水温为15℃±1℃，温度计从锅盖孔中放入锅内中心位置，温度计感温部分浸入水中距离锅底10 mm，电磁灶调节额定功率档，当温度达到一定数值时，关闭电磁灶，同时记录消耗的电能量E，并读取1 min后的最高温度，温升Δt在（75±1）K范围内为有效，并根据热效率计算方法计算出电磁灶热效率。
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联络开关电磁灶热效率的计算公式为：
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式中：
η——热效率，%；
C 1——水的比热容，取4.18，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg •K)]；
m 1——水的质量，单位为千克（kg)；
C 2——锅身和锅盖的比热容，取0.46，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg •K)]；
m 2——锅身和锅盖的质量，单位为千克（kg)；E ——消耗的电能量，单位为千瓦时（kW •h ）；Δt ——温升，单位为开尔文（K ）；
Δt =t 2-t 1。能效的热转换效率计算公式η=(C 1m 1+C 2m 2)×Δt ×100%/(3.6×103×E )η=(C 1m 1+C 2m 2)×Δt ×100%/(3.6×103×E )计算的是系统的热转换效率为受热对象热能增量与耗用电能的百分比，受热对象是整个锅具和锅内的水，计算能效结果正确的条件是锅具和水的温度是均匀且和测温点温度一致。但按照标准测试的实际试验情况并非如此，因为在炉具加热过程中，热能主要是通过锅底传导和对流传递到受热对象。根据热力学原理可知，在升温过程中，受热对象的温度并非均匀一致，而是以热源为中心按递减梯度分布的温度场，如图1所示。为证明这个推论，我们根据标准的测试流程，对测试对象的不同局部方位点进行同步温度测量，并记录了热转换过程以及测试加热结束1 min
后的温度。
图 1温度场分布
在检测电磁灶热效率时在锅具的4个不同位置：1.锅具中心距锅底10 mm ；2.中心距锅底上方70 mm ；3.锅壁水线处；4.锅盖外沿处布置感温点，测得的温度曲线如图2所示。
从图2中可看出：中心点温度明显高于其他测温点，温差是确实存在的，这导致有些厂商利用标准的
漏洞，故意在炉具烹饪区中心加强感应功率密度，（通过对线圈盘绕线方式和磁条结构的设计）集中对锅内中心部分的水加热（即温度计的感温点），这样做就可提高产品的能效等级，从而弄虚作假，蒙骗消费者。
热效率高的炉具就是节能的说法，其实并不全对，因为炉具除了升温外还有温控性能。从节约能源角度来看，应该是能无限接近用户所需烹饪温度的高热效率炉具才是真正的节能炉具。如果用
户烹饪需在150℃加热，但炉具无法控制在该温度点，只能控制在180℃或更高，为了使烹饪受热体降温到150°，烹饪者不得不采用打开锅盖或加快翻炒频度或将锅具偏移烹饪区加热中心等被动手段降温。这种情况下，用于加热额外30℃温差的电能就会浪费。因此，除了能源转化热的效率高外，还必须考虑灶具的控温精度。这就引入电灶的能耗性能及试验方法新概念。能耗试验的标准源于IEC 60350-2: 2017和EN 60350-2，2019年制定的GB/T 38051.2-2019《家用烹饪电具 第二部分：灶台性能测试方法》等同于该能耗测试方法。该标准于2019年10月18日发布，2020年5月1日实施，与该测试方法对应的炉具能耗限值是2014年1月14日，欧盟发布No 66/2014法规，提出电灶用模拟烹饪的能耗方法来评估灶具的节能性能，该法规中规定的家用电灶能耗限值标准如表1所示。
表1 家用电灶能耗限值标准
实行时间电灶的能耗（Wh/kg ）
允许偏差2015.2.20后＜2105%2017.2.20后＜2005%2019.2.20后
＜195
5%
为了配合标准制定工作，通过大量的试验活动，配置标准规定的测试设备，自制开发了符合灶台能耗性能测试的温度功率测试台，将高精度的功率分析机（精度±0.5%）和高精度的铂电阻、温度数据采集器（精度±0.5℃、最小分辨率0.1℃、温度采样率≤1 s ）和工控机组成测量和数据处理系统，直接在电脑上实现显示、读取、存储温度和功耗实时曲线。为了消除测试电磁灶工作时对数据采集器所产生的干扰，在温度数据采集器输入端采用高抗干扰采样模块，有效遏制电磁干扰信号，保证了检测温度的正确读数。
能耗的试验方法较为复杂，详细要求见标准原文，下面根据标准中能耗测量过程图（如图3所示），介绍一下试验流程。
电灶台能耗性能测试反映了实际烹饪过程中能源消耗大小，通过完成一个表征烹饪过程的耗能大小，测试出的灶具的烹饪节能性
图2 温度曲线
能见图3。简单地说，能耗测试分两段进行，第一段从开始到t
c
炉头
以最大（额定）功率快速升温。在相同功率条件下，升温曲线越陡，
器具的热效率越高，即炉头的热转化效率；第二段从t
c
开始将炉头最大功率切换到能够维持90℃的最小功率挡，持续该低功率挡位到
t
s
结束。这一段是测试炉头的温控性能。炉头的温控性越好，保持略大于90℃的功率越小，恒温控制期间的功耗也就越小。两个测试阶段的总能耗量表征了被测电灶的烹饪耗能性能，该测试结果和温度场因素没有任何关系。
电灶的烹饪能耗是指在规定状态下，从规定温度开始加热，一直到不低于某一特定温度，并持续运行规定时间内的最低能源消耗。为达到最低能源消耗，从概念中不难分析出有两个重要因素：其一是提
高能源转换率（即热效率），其二是无限接近这一特定温度并能持续运行（即精确控温）。任何偏重一方面而忽视另一方面的产品，低能耗性能均不会理想。即节能性能检验方法包含“升温”和“恒温”两个烹饪耗能性能，特别“恒温”过程可以更具体的表现出电灶的功率控制性能。电灶在实际使用过程中更多时间是在进行特定功率的“恒温”烹饪过程。无论是烹饪习惯还是烹饪手法，都是迅速升温和恒温需求的结合和重复。特别是煲汤，火锅等，恒温烹饪过程相对于升温要长得多。更精确的控温性能可以有效节约能源，减少浪费。所以加入“恒温”过程的试验方法更贴近灶具实际使用情况，能更客观的反映一款电磁灶的实际耗能情况。
电灶的能耗E
hob
液压缸位移传感器
计算如下。
每个加热电灶/加热烹饪每千克水所消耗的电量：
式中：
E
hob
——每千克水计算出的灶台能耗，单位为瓦时（W•h）；
E
cw
——测试中单个锅具所产生的能耗，单位为瓦时（W•h）；
m
cw ——测试中对应锅具水的质量，单位为克（g）；
n
cw
——灶台上锅具的数量。
能耗测试有两个重要检测步骤，检测工程师需要掌握这两个
检测要点: 预测试，确定降功率点的温度T
c
；20 min慢煮功率挡位的
确定。
（1）T
c
新型环保包装材料温度的确定：除了按照上述试验方法得到外，经实验测
试表明，电磁烹饪区域/烹饪区、辐射烹饪区域和发热盘各自都有相
似的T
C
作为定值，通常情况以下数值能代表和替测试结果。
——电磁烹饪区域和烹饪区T
C
=89℃；
——辐射烹饪区域T
c
=85℃；
——发热盘式灶头T
c
=80℃。
这些数据得到了标准中都明确的做出了规定。
本文通过对5个不同品牌型号的电陶（辐热烹饪）炉、电磁
炉按标准要求试验方法得到的T
c
值与标准推荐的T
c
定制进行了比
较，测试结果，电陶（辐射烹饪）炉T
c
在83℃～85℃，而电磁炉T
c
在
88℃～89℃，从而验证了标准所推荐的T
c
值可以直接引用。
（2）慢煮功率挡位的确定：当用最大功率升温到T
c
时，切换炉
具功率设定到某一低功率挡位，功率挡位切换后，在惯性升温达
90℃后，持续大于并接近90℃，但不能低于90℃（否则试验失败，提
高该低功率挡位并重做试验）。保持90℃的慢煮功率挡位在初始接
触能耗试验不易确定，对于有固定档位控制的可从最低挡位功率开
始试，直到达到上述要求。而对于那些无级连续控制功率的能量控
制器，在炉台的控制器上专门配上直径为120 mm带有360°刻度标
示、分辨率为2′表盘，以精准获得最低慢煮功率的挡位角度，这项
工作要反复调整，十分耗时耗力。通过对不同的炉具的反复试验总
结了试验规律摸索出一个规律即该挡位的平均功率和炉具的烹饪
区的功率密度有一定的关联（炉具的烹饪区大小不同，但对应与烹
饪区使用锅具的保温功率密度是一致的），经过大量试验得出建设
性参数作为试验参考：目前电陶炉工作在90℃保温时所需的炉具功
率密度值在0.8 W/cm2。电磁炉保持90℃的功率密度在1.1 W/cm2有
了这2个低档位保温功率作为参考值，使试验工作十方便。
例如某电陶炉具烹饪区域直径18 cm，根据上式低功率挡位的
平均功率：
P
mean
=0.8×3.14×r2=0.8×3.14×92=203.5W
同样已知电磁炉的具烹饪区域21 cm：
P
mean
=1.1×3.14×r2=1.1×3.14×10.52=380.8W
r——烹饪区域对应测试锅具半径（cm）。
这样可使实验更便捷。因为炉具生产商一般都会提供炉具各
挡位的平均输出功率和烹饪区域直径。
3 结论
通过国标GB 21456-2014和GB/T 38051.2-2019两个能效标图3 能耗测量过程图
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准的检测方法，针对目前家用电灶行业存在情况，提出以下几点建议：
（1）我国电磁灶能效标准GB 21456-2014热效率试验方法中，关注的是标准锅吸收热量和试验水吸收热量。使用“标准锅具+水”作为试验负载，存在标准锅具的温升和水的温升在试验过程中是不一致的问题。国标GB/T 38051.2-2019/IEC 60350-2: 2017能耗试验在计算中只关注试验水吸收热量，把标准锅作为试验工具，不列入能耗值的计算中，可有效避免此问题。国标GB 21456-2014仅关注电磁灶的“加热”过程，与家庭的实际烹饪过程不相符合。而国标GB/T 38051.2-2019的能耗试验方法和美国、欧盟电磁灶能耗试验方法一样，包含“加热”和“恒温”两个过程，更符合典型家庭的实际烹饪。因而建议在电磁灶能效标准GB 21456-2014修订时应充分吸取GB/T 38051.2-2019 IEC 60350-2: 2017和EN60350-2家用灶台中能耗测试方法（目前欧美市场对电磁炉没有能效要求，取而代之的是能耗指标），以此完善、优化我国电磁灶能效评价体系，更客观有效地评价电磁灶的能效水平，与国际能耗试验方法接轨。
（2）由于家用电陶炉不挑锅具、电磁辐射小，且能够精确控温等优点，因此这几年发展的很迅速，生产技术已经逐渐成熟。但目前市场上品牌多，产品良莠不齐、内外销均受到了影响，同时也限制了行业的健康发展。GB/T 38051.2-2019《家用烹饪电器-第2部分：灶台-性能测试方法》已于2020年5月1日开始实行，同时，希望家用电陶炉的国家能效强制标准早日出台，以符合国家节能减排要求。
（3）随着新国标GB/T 38051.2-2019标准的实施，对生产制造电灶、电磁炉企业提出了新的要求，它要求炉具烹饪区域升温快速性和慢煮控温稳定性，这两个是实际烹饪过程中的重要性能。持续烹饪功率的大小与最终的能耗值极为相关，用新国标对不同的电灶、电磁炉能耗性能检测后，发现国内很多的电灶、电磁炉控温方式做的不够理想，相对来说，无级调挡的方式能够调整得到最小的持续烹饪功率。而一些采用固定挡位调节的电磁炉、电陶炉，温度控制大多设置的不够理想，我们通过对5款不同品牌、规格通过2级、3级能效标志的电磁灶按能耗标准来检测，大多数电磁灶的慢煮温度在94℃左右，其中有一款电磁灶的慢煮温度达到98℃，造成能耗测量值偏大，远超欧盟标准能耗限值195 Wh/kg。这对国标、欧盟标准能耗评价非常不利，如何精确控制在90℃～91℃，之间是生产（特别是出口）企业重点研究的方向，温度采用无级调档的方式能够调整得到最小的持续烹饪功率。生产企业若采用固定挡位的结构形式，建议在档位设置上，需要有一个档位刚好设定在对应最小持续烹饪功率处（该档位功率密度约为1.1 W/cm2）。使20 min水温稳定在90℃～91℃，以满足出口需要和标准的要求。
参考文献
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