电磁炉安全性商榷与热效率测试yd18005

肖娜纺织新科

【摘要】电磁炉已经成为一般炊具，进入千家万户。而对它的安全性和节能效果尚在讨论中。本文作者通过资料研究提出：电磁炉存在安全隐患，销售环节应采取警示说明方式，提醒消费者注意使用距离。本文作者从实际测试中发现，电磁炉的热效率只有百分之六十几，电磁炉研究，尚有较大空间。

【关键词】电磁炉电磁波安全性热效率测试

1 综述

上世纪五十年代，高频电磁炉用于炼钢。九十年代起，低频电磁炉用作炊具。

低频电磁炉的工作原理，是将50赫兹的工频(power frequency)交流电，经过整流，调频至30千赫-40千赫，通过线圈，生成交变磁场，使金属锅底产生电子涡流，发热。

电磁炉的优点是：升温起步快。研究重点：安全使用，节约能耗。

2 安全问题

电磁炉安全问题有二：1、电磁波辐射；2、使用环境。

2-1 电磁波概述

电磁波具有波粒二象性，可有线输送，可无线发射（或称辐射），或两者兼行。电磁波的传送或发射速度皆等于光速c（3×10⁸m/s，每秒3亿米）。其速度、波长、频率三者之间的关系式是：c=λf（波长λ，频率f）。波长以米计，频率以每米波数计（赫兹）。有线输送：直流电频率为零，工业用交流电的频率是50赫，俗称‘工频’。两者皆属于有线输送，少有电磁波辐射能耗。

电磁波是总称，其中包括：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线；频率越高，能量越大。

表1 电磁波总览[1]

俗称	频谱名称	代号	频谱区间
俗称	频谱名称	代号	频率（赫）	波长（米）	能量（电子伏特）
Γ射线	伽马射线	Γ	300EHZ～30EHZ	1Pm～10Pm	1.24Me～124KeV
X射线	硬X射线	HX	30EHZ～3EHZ	10Pm～100Pm	124KeV～12.4 KeV
X射线	软X射线	SX	3EHZ～300 PHZ	100Pm～1nm	12.4 KeV～1.24KeV
紫外线	极端紫外线	EUV	30PHZ～3PHZ	10nm～100nm	124eV～12.4eV
紫外线	近紫外线	NUV	3PHZ～790MHZ	100nm～380nm	12.4eV～3.3 eV
可见光	可见光	VL*	790MHZ～450MHZ	380nm～740nm	3.3 eV～1.6eV
红外线	近红外线	NIR	300THZ～30 THZ	1µm～10µm	1.24eV～124meV
	中红外线	MIR	30 THZ～3 THZ	10µm～100µm	124meV～12.4 meV
	远红外线	FIR	3 THZ～300GHZ	100µm～1mm	12.4 meV～1.24meV
微波	极高频	EHF	300GHZ～32GHZ	1mm～1cm	1.24meV～124µeV
	超高频	SHF	32GHZ～3GHZ	1cm～1dm	124µeV～12.4µeV
	特高频	UHF	3GHZ～300MHZ	1dm～1m	12.4µeV～1.24µeV
无线电波	甚高频	VHF	300MHZ～30 MHZ	1m～10m	1.24µeV～124neV
	高频	HF	30 MHZ～3 MHZ	10m～100m	124neV～12.4 neV
	中频	MF	3 MHZ～300KHZ	100m～1Km	12.4 neV～1.24 neV
	低频	LF	300KHZ～30KHZ	1Km～0 Km	1.24 neV～124peV
电磁波	甚低频	VLF	30KHZ～3 KHZ	10 Km～100 Km	124peV～12.4 peV
	特低频	VLF/ULF	3 KHZ～300HZ	100 Km～1Mm	12.4 peV～1.24peV
	超低频	SLF	300HZ～30 HZ	1Mm～10Mm	1.24peV～124feV
	工频	PF*	50HZ	6Mm	206 feV
	极低频	ELF	30 HZ～3 HZ	10Mm～100Mm	124feV～12.4feV

注：表中量化代号注释：

E（安*10¹⁸）、P（拍10¹⁵）、T（太10¹²）、G（吉10⁹）、M（兆10⁶）、K（千10³）、d（分10^-1）、c（厘10^-2）、m（毫10^-3）、µ（微10^-6）n（纳10^-9）、p（皮10^-12）、f（飞10^-15）a（阿10^-18）；表中或注释中的（*）记号，是编者选定的代号。

2.2 家电使用的电磁波频率

家电在使用时，工业用电转化为机械能的有如洗衣机、打印机。转化为电磁波的有如电灯、电热器，微波炉，电磁炉，无线电、电视、手机、电脑。

按电磁波能量大小：频率越高，能量越大，对人体的伤害可能性越大；

但是，转化为机械能和转化为红外线、可见光、紫外线等电磁波的家用电器，一般被认为比较安全。而转化为3千赫到30亿千赫的无线电波、以及微波、X射线和伽马射线，则被视作“不安全”。这种说法似乎没有道理，但却合乎实际：有句话叫：“明枪易躲，暗箭难防”。人体对可见光以及部分红外、紫外光的感知度甚高，受到辐射时，能及时自觉趋避。而无线电波只有用仪器才能感知，人体受伤于不知不觉中。为此，后者的使用安全应受到高度关注。

表2 无线电波长分类[2]

波段		波长	频率	频段
无线电波	长波(LF)	10千米～l千米	30千赫～300千赫	低频
	中波(MF)	1000米～100米	300千赫～3000千赫	中频
	短波(HF)	100米～10米	3兆赫～30兆赫	高频
	超短波(VHF)	10米～l米	30兆赫～300兆赫	甚高频

从表2看出，电磁炉的使用频率30-40千赫，在无线电长波范围，属“不安全”因素。

2-3 电磁炉电磁波段的安全性讨论

1、有提出[3]：电磁炉的工作频率是属于极低频电磁波段，使用安全应该没有问题。

2、有提出[4]： 2001年世界卫生组织下属的国际癌症研究机构将低频磁场定为可疑致癌物。电磁炉边缘泄漏的电磁波强度非常大，超出了人体的承受范围，一般建议尽量少用或不用电磁炉，尤其是用电磁炉吃火锅，距离近、时间长，危害大。

3、1989年12月22日我国卫生部颁布了《环境电磁波卫生标准》[5]规定居住区环境电磁波强度限制值：长、中、短波应小于10V/m，超短波应小于5V/m，微波应小于10μW/cm²。《电磁辐射防护规定》规定[6]：公众照射（电场）不得超过40V/M。

[注释：伏特/米（V/m），是每米电势降落的值，通常作为低频电磁辐射强度的测量单位。高频电磁波辐射强度的测量单位，通常是按每平方厘米微瓦降落的值µw/cm2计量，也称作毫高斯（mG）或者微特斯拉（µT）。三者的换算：1µT=10 mG =100µw/cm2。]

电磁波辐射强度与距离平方成反比。瑞士标准规定距离：在距离2米处，2毫高斯（mG）以下为安全。

为保障使用安全，为电磁波辐射强度设限，其中包括电磁炉。但是，辐射强度既与操作距离和屏蔽措施有关。因此对电磁炉的安全评估，只能一炉一定，不能一概而论。。

4、参考数据

有人测定了电磁炉的辐射强度并与其他家用电气作了比较[7]如下：

表3 家电电磁辐射量测试结果（µw／cm²）

开关机状态	开机时刻		关机时刻
非液晶显示器	120-510		130-241
打印机	126-401		125-350
测试位置	正上方	正面	左侧	右侧	后侧
超声波清洗器		200-828	1680-2500	80-130	1394-1424
电磁炉	3986-4564	613-1200	1182-1904	1042-1820	1201-1780

表4 家庭常用电器电磁辐射检测数据参考表[8] (mG：毫高斯)

液晶手提电脑	1 mG	洗衣机	30 mG
咖啡炉	1 mG	电锅	40 mG
传真机	2 mG	影印机	40 mG
电熨斗	3 mG	吹风机	70 mG
录影机	6 mG	吸尘器	200 mG
音响	20 mG	电话	200 mG
电视	20 mG	微波炉	200 mG
电冰箱	20 mG	电胡刀	100 mG
冷气	20 mG	电毯	100 mG
图书馆内－电磁波式图书安全系统
电磁式侦测门间	200 mG	磁条上磁机	2,000 ~ 20,000 mG

注：1、(剂量依不同机种而不同)

2、1993年瑞典北欧三国研究调查公布，受到2mG以上电磁辐射影响，罹患白血病的机会是正常人的 2.1 倍，罹患脑肿疡的机会是正常人的1.5 倍，以上资料摘自日本1996.3出版SAPIO杂志。本信息是由中山富达电子厂技术开发部提供

3、测试数据中电磁炉的辐射强度较高。安全性差。

3 电磁炉的热效率测试

对于电磁炉的电/热转换效率，不少电磁炉生产厂商提出，电磁炉直接使锅底发热，所以热效率接近百分之百。比较保守的说法是百分之八九十[9]。

3-1 有关电/热转换资料

现有用电烧水的方式，有水壶放在电阻丝炉盘上加热、电热管浸在水槽中加热……。

1、电炉烧水：一把能装2热水瓶（4.535Kg）水的水壶，在3KW电炉上，从室温烧到水开，大致需要15分钟，计算热效率如下：（能量换算：1度电=860大卡热）

水升温需要热值：（100-20）×4.535Kg=362.8大卡

电耗：3KW×860×(15/60)= 645大卡。热效率计算：362.8/645=56.2%

2、水槽用电热管加温：有人做了测定[9]。每小时流量150L，用4KW电热管加温，进水5℃出水27.9℃,算得热效率如下：

水升温需要热值：27.9-5=22.9℃×150L=3435大卡

电耗：4×860=3440大卡。热效率计算：3435/3440=99.85%

二者都用电阻丝加热，电/热转换率相同。计算转化率只取水温升高与用电能耗之比。按能量不灭定律，用电能耗，减去用于水温升高的能量之外，其他的均属于损耗。浸在水中的电热管的加热方式，热损失少，测得的能量转换率较高。

从目前商品电磁炉的结构以及电磁波泄漏强度测试结果来看，能量损耗不会没有，电磁炉的能量转换率倒底是多少？需要通过测试才能确定。

3-2 测试

我们的测试工作是在家用‘美的’电磁炉上进行的。所用锅具、器材均有具体说明。水的用量少，有利于升温时间短，热量散失少，减少误差。除了热效率测试，我们在提高材料透磁性，减少热量散失等方面作了探索。介绍如下：

3-2-1 市售电磁炉的构造

锅台平面用陶瓷或微晶玻璃，下置盘线，通电时，盘线产生的磁力线，穿过台面，使锅台上的铁质锅底受电磁涡流的激发而迅速升温。盘线的电流大小可以调节、控制。电磁炉的升温快慢，温度高低也就可设定、调节。见图1

图1 电磁炉的内部结构[10]

[简要说明] 220V电压送入电磁炉后分成两路，一路送入炉盘线圈为其供电；另一路经降压变压器降压和整流滤波后为检测控制电路、操作显示电路和散热风扇供电。操作显示电路为检测控制电路提供人工指令，从而对炉盘线圈进行控制，显示屏和指示灯显示电磁炉的工作状态。

3-2-2 影响热效率的因素

按理说，线圈通电产生的磁力线是环绕在导线周围的，有向上方向穿越锅台的磁力线，也有向下辐射的磁力线。向上作用于锅底的磁力线能否得到充分转化为水温，还决定于发热材料的集磁与发热性能，所处磁场的位置，与离电磁线盘的距离。磁力线不能得到充分利用的部分是谓‘磁损耗’。

锅底发热，作用于锅内的是热转换，同时又有热散失：热锅底向下的热辐射，它使锅台台面升温，并进一步辐射到盘线与调控电器线路板。有人计算[11]，锅底温度100℃时，其辐射热相当于120W；锅底温度200℃时，其辐射热相当于720W。而调控电器元件的自生热量，加起来也有60W。为降低线路板温度，降温用风扇，也是能量消耗因素。

3-3 测试与计算

3-3-1 测试条件与方法

炉具：美的电磁炉HEGON®，炉面有效加热区（ф19.5）；最大功率1900W；本次试验，定位使用1600W

锅具：随炉商品平底炒锅底径16公分；

加热试验：在锅内加水一杯（195克），起始温度18℃。开机计时，分别记录锅底冒泡及全沸腾时间，以秒计。

试验结果：30秒底面冒泡，62秒锅中水全沸。

3-3-2 计算方法

电磁炉能耗计算：使用[12]能量转换计算器：

1kw/h电等于860大卡；1.6kw/h电等于1380大卡

定格在1.6kw/h的电磁炉，每秒应提供1380/3600=0.383大卡。

电磁炉水升温测试：一公斤水每升1℃，需要1大卡热能。

测试时加水195克，水温从18℃烧到100℃。195克水上升1℃需要195/1000=0.195大卡，全沸时，上升82℃，需要0.195×82=16大卡。

3-3-3 电磁炉的实际热效率计算：

需要62秒才能烧开195克的水，电磁炉供热0.383×62=23.746大卡。

水吸热16大卡才能烧开。

吸热量是供热量的16/23.746=67.35%

即：电磁炉的热效率是67.35%。

4 材质与条件对热效率的影响

4-1 不同锅具材质热效率测试

4-1-1 测定电磁发热效率的锅具、杯具。

锅具：①随炉商品平底锅ф16cm；③家用铝锅ф24cm；④铝奶锅ф12.5cm；⑤磁性不锈杯ф12.5cm；⑥微带磁性的不锈盒ф12cm，盒盖无磁性。⑦不锈磁性平底保温盒ф14.5cm。⑧不带磁性的不锈大桶ф29cm.

4-1-2 试验方法：在锅具中加水一杯（195克）置于电磁炉中心位置，开炉后计煮沸所需时间（秒），见表5。

4-1-3 试验纪录

表5

锅具	冒泡	沸腾	记事
随炉商品平底锅①	30	62
有磁性不锈杯⑤	30	60
有磁性不锈保温盒⑥	27	55	注1
小磁性不锈圆盒⑦	30	60
无磁性不锈大桶⑧ （加水3.5杯）	30	180	热分析见注2
铝锅③④	-	-	不能开炉

注1、保温不锈盒⑥，开机27秒见泡，55秒沸腾，其材质优于商品锅。

注2、无磁性不锈大桶，因为底面积大，需要多加水才能盖过来。如果磁发热性质相同，3.5杯水需要（60秒×3.5＝）210秒，实测加热时间是180秒。热效是理论值的116.6%。（大桶底面较大，受热面大与升温快可能有关。）

4-1-4 结论

1、铝锅不发热

2、不锈钢材质对发热效率有影响，但差异不大。

4-2 锅底与线盘距离，热效率测试

4-2-1 试验用锅具与试验方法：

用三小块石棉，鼎足架空不锈钢杯⑤，杯中加水195克，测定杯底离炉面不同高度对加热至全沸所需时间（秒），见表6。

4-2-2 试验纪录

表6

序号	架空高度mm	开始全沸时间（秒）	折合热效率%	试验情况纪录
1	16	-	-	不能开机
2	14	-	-	时断时呜，不升温
3	12	115	35.26	正常运行
4	10	105	38.62	连续运行
5	9	97	41.81	连续运行
6	8	90	45.06	连续运行
7	7	85	47.71	连续运行
8	6	77	52.67	连续运行
9	5	70	57.94	连续运行
10	4	66	61.45	连续运行
11	3	64	63.37	连续运行
12	2	62	65.41	连续运行
13	1	60	67.6	连续运行
14	不架空	59	68.74	连续运行
15	不架空	～60	67.6	炉台降温后再测试