關(guān)于家用電烤箱能效測(cè)評(píng)技術(shù)的探討

王洪建 辛勇 辛峰 盧金鐸

山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 山東濟(jì)南 250102

家用電烤箱一般分為臺(tái)式小烤箱和嵌入式烤箱兩種。臺(tái)式小烤箱大多采用透明玻璃門體，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且功率較小，可用于簡(jiǎn)單烘焙，從各電商平臺(tái)反饋的銷量來(lái)看，其具有一定規(guī)模的市場(chǎng)占有量。嵌入式烤箱具有容量大，功率調(diào)節(jié)范圍寬，門體密封設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。電烤箱類產(chǎn)品的檢測(cè)以電氣安全為主，由于CCC認(rèn)證的不斷推進(jìn)及各地相關(guān)質(zhì)量管理部門的重視，正規(guī)電烤箱生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品已具備一定的質(zhì)量保障，但也存在一些受高利潤(rùn)吸引進(jìn)入該產(chǎn)業(yè)的低端制造企業(yè)，生產(chǎn)了部分劣質(zhì)產(chǎn)品，日常檢測(cè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大[1]。隨著電烤箱產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的日益普及，人們對(duì)其能效的關(guān)注度逐漸增高，目前我國(guó)尚未制訂家用電烤箱產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)，該類產(chǎn)品由于溫度調(diào)節(jié)范圍寬泛，加熱負(fù)載多樣，其能效評(píng)測(cè)方法的制定存在一定技術(shù)難度。

電烤箱類產(chǎn)品在歐美等國(guó)家普及率極高，在家用電器領(lǐng)域電烤箱能源消耗量占比較高，通過(guò)提高能效要求，可以降低過(guò)高能耗帶來(lái)的溫室氣體排放[2]。為了對(duì)電烤箱類產(chǎn)品的能耗進(jìn)行有效管控，歐盟建立了涵蓋其性能及能效要求的法規(guī)，劃定能效等級(jí)（詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]歐盟法規(guī)No 65/2014），隨相關(guān)法規(guī)的逐年實(shí)施，分階段淘汰末位等級(jí)的高耗能產(chǎn)品（詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[4]歐盟法規(guī)No 66/2014）。文獻(xiàn)[5]對(duì)歐盟關(guān)于電烤箱的性能標(biāo)準(zhǔn)及能耗限定作了比較具體的分析，相關(guān)分析并未涉及能耗測(cè)算的具體技術(shù)過(guò)程。本文針對(duì)家用電烤箱產(chǎn)品，分析了能效檢測(cè)存在的技術(shù)難點(diǎn)，探討了IEC 60350-1標(biāo)準(zhǔn)能耗測(cè)算及相關(guān)法規(guī)能效限定的技術(shù)方法，探討過(guò)程中提出了家用電烤箱能效標(biāo)準(zhǔn)制訂的若干建議，并總結(jié)了IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制修訂的啟示。

1 技術(shù)難點(diǎn)分析

電烤箱一般通過(guò)溫度調(diào)節(jié)旋鈕或輸入設(shè)定溫度來(lái)選擇烘烤檔位，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)主要影響加熱功率，能效相關(guān)的測(cè)算應(yīng)該在一定溫度設(shè)定下開(kāi)展。對(duì)于食品加熱能效的規(guī)定，應(yīng)該考核幾個(gè)常用的不同溫度設(shè)定時(shí)的能耗情況，食物對(duì)熱量的吸收量影響測(cè)量結(jié)果，測(cè)試過(guò)程應(yīng)該體現(xiàn)該因素。電烤箱能效測(cè)量的相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）不同廠商生產(chǎn)的各類產(chǎn)品，其溫度調(diào)節(jié)方式及其調(diào)控精度存在一定差異，在能效測(cè)算過(guò)程中需要調(diào)和；

（2）食品的加熱過(guò)程在能效的測(cè)算過(guò)程中難以模擬，只是測(cè)量加熱期間的熱量釋放與電功率的關(guān)系，不能有效反饋食品受熱的效率，也不能有效反饋不同廠商的設(shè)計(jì)差異；

（3）食品的加熱負(fù)載難以制備，所需負(fù)載應(yīng)能保證檢測(cè)的一致性及可比性，負(fù)載方面有一定的技術(shù)問(wèn)題要解決。

對(duì)于以上難題，IEC 60350-1家用烹飪電器性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)可供參考。

圖1 傳統(tǒng)加熱功能烤箱各溫升過(guò)程示意圖

2 IEC標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)及指標(biāo)分析

2.1 IEC 60350-1能耗測(cè)算分析

IEC標(biāo)準(zhǔn)能耗測(cè)量是通過(guò)考核不同產(chǎn)品，在幾個(gè)設(shè)定溫度條件下，烘烤樣品至相同狀態(tài)時(shí)，測(cè)算同一溫升點(diǎn)的平均能耗來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以IEC 60350-1中傳統(tǒng)加熱功能模式試驗(yàn)過(guò)程為例分析其能耗測(cè)量過(guò)程。

根據(jù)試驗(yàn)步驟設(shè)定，繪制出三種加熱溫度設(shè)定狀態(tài)下的電能消耗-溫升及加熱時(shí)間-溫升關(guān)系的曲線，如圖1所示，圖中上標(biāo)ic代表傳統(tǒng)加熱功能模式，分別表示3次不同溫度設(shè)定下，測(cè)量得到的模擬負(fù)載加熱耗電量、烤箱溫升值及模擬負(fù)載加熱時(shí)間，分別表示將三次能耗及時(shí)間線性換算至180 K溫升時(shí)的電能消耗量及加熱時(shí)間。的大小與散熱功率的大小有關(guān)。

在沒(méi)有負(fù)載的情況下，烤箱加熱到接近恒溫時(shí)，溫升與相應(yīng)的溫度設(shè)定值有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系?？紤]到負(fù)載塊熱電偶測(cè)量的溫升達(dá)到要求數(shù)值時(shí)，烤箱的溫升已經(jīng)趨于穩(wěn)定，因此IEC 60350-1中烤箱的溫升是通過(guò)撤掉負(fù)載后，加入測(cè)量熱電偶，繼續(xù)加熱一定時(shí)間后經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的。為了保證180 K溫升時(shí)耗電量推算的準(zhǔn)確性，IEC 60350-1標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了設(shè)定溫度值誤差與溫升值誤差規(guī)定值，7.4.3.3測(cè)量結(jié)果可接受性驗(yàn)證中對(duì)不同設(shè)置下溫升值及能耗值的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行了限定[6]。

2.2 歐盟能效指數(shù)

涵蓋烤箱產(chǎn)品的歐盟法規(guī)No 66/2014中按照如下要求計(jì)算電烤箱相關(guān)能效指標(biāo)：

表1 負(fù)載塊技術(shù)要求[6]

其中：

V——家用烤箱內(nèi)腔容積，單位為升。

2.3 關(guān)于加熱負(fù)載

根據(jù)IEC 60350/EN 50304標(biāo)準(zhǔn)以及歐盟委員會(huì)家用烤箱和類似器具能源標(biāo)簽指令中規(guī)定的試驗(yàn)程序，世界范圍內(nèi)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用的都是丹斯凱莫（SKAMOL）生產(chǎn)的Skamo Oven Hipor（230 mm×114 mm×64 mm）對(duì)炊具進(jìn)行試驗(yàn)（該種型號(hào)的加熱負(fù)載塊可通過(guò)丹斯凱莫的官方網(wǎng)站獲得）。

表2 組件各組分匯總表

表3 該系列標(biāo)準(zhǔn)啟示匯總

IEC 60350-1中對(duì)加熱負(fù)載塊的要求見(jiàn)表1，IEC標(biāo)準(zhǔn)僅給出了推薦供應(yīng)商及負(fù)載塊的技術(shù)指標(biāo)，沒(méi)有給出其具體制備方法，使用該負(fù)載塊對(duì)于國(guó)內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)存在一定獲取難度，負(fù)載塊的選擇需要經(jīng)過(guò)一定評(píng)估。

根據(jù)MatWeb提供的丹斯凱莫集團(tuán)Hipor技術(shù)數(shù)據(jù)表，可知其主要組分及含量如表2所示，對(duì)于負(fù)載塊的制備可參考借鑒。負(fù)載塊生產(chǎn)企業(yè)丹斯凱莫其產(chǎn)品主要應(yīng)用于建筑及工業(yè)絕緣領(lǐng)域，從表2的具體組分可知該負(fù)載塊并非模擬具體食物組分設(shè)計(jì)的，其產(chǎn)品雖然試驗(yàn)成本較低，且具有很好的一致性，但將其用于模擬食品加熱負(fù)載，顯然有失妥當(dāng)。我國(guó)在制定家用電烤箱能效標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可選擇或設(shè)計(jì)一種經(jīng)過(guò)特殊加工的食品作為加熱負(fù)載，但要具備良好的重復(fù)性和一致性。

3 該系列標(biāo)準(zhǔn)啟示

電烤箱應(yīng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)使由電能轉(zhuǎn)化而來(lái)的熱能較多的用于食物加熱，電烤箱的能效標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)起到引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)向該方向發(fā)展的作用。此外，如果針對(duì)于家用電烤箱制訂能效標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于密封性較差的臺(tái)式小烤箱將較為不利。生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意降低耗散功率，合理設(shè)計(jì)加熱元件布局，使得熱量集中于箱體中心位置。

IEC 60350系列標(biāo)準(zhǔn)在整體設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方案及科目設(shè)置等方面具備一定的科學(xué)性，適用性較強(qiáng)，對(duì)于產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展具備一定的引導(dǎo)價(jià)值。該系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)今后標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作的啟示匯總?cè)绫?所示。

我國(guó)已經(jīng)建立起較為完善的消費(fèi)類電器產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)體系，其對(duì)于規(guī)范引導(dǎo)相關(guān)行業(yè)節(jié)能發(fā)展起到了較好的作用，隨著家用電烤箱的普及，建議可以單獨(dú)構(gòu)建該類產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的呼聲逐漸增高，筆者認(rèn)為對(duì)此需要辨證看待，若采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，建議在國(guó)標(biāo)制修訂工作時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)審核材料中增加一個(gè)要素適用性論證報(bào)告，單獨(dú)論述等同、修改、非等效等一致性程度分析，以IEC 60335-1為例，該標(biāo)準(zhǔn)中給出了建議能耗測(cè)量負(fù)載塊供應(yīng)商，未給出負(fù)載塊制備方法。如果負(fù)載塊涉及專利、標(biāo)準(zhǔn)的等同采用大大增加檢測(cè)成本，則類似標(biāo)準(zhǔn)的適用性也將大打折扣。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)審核要嚴(yán)格，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的在制定國(guó)標(biāo)審定時(shí)同樣要嚴(yán)格，以期增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的適用性，實(shí)現(xiàn)對(duì)行業(yè)發(fā)展的規(guī)范指導(dǎo)作用。