2012年笔者曾经就市场上使用极广的节能灯具作了一次节电技术及相关产品性能分析^[1].在此期间,也同步跟踪了居民日常家用电器及通用机械,如节能灯、节电器、节能冰箱、空调等.这些节电产品主要采用斩波、滤波、变频、抑制浪涌、电磁转换等技术.然而市场上不少节能产品往往存在节能效果不佳的问题,个别产品甚至是打着节能旗号的伪劣产品,不仅侵害了消费者的利益,严重的还污染了电网的电能质量.

因此,采用科学的测试方法对市场上主流节能产品的节能特性进行详细的测试很有必要.为此,本文对市场流行的部分主流节电器和节能冰箱作了相关性能分析,从中得出一些需业内关注的问题和解决方法.

测试选择了三种品牌的节电器.三种品牌的产品技术分别为:E1产品具有自己的专利技术;E2产品采用国内的通用技术;E3产品采用德国技术.这三种产品在节电器行业中影响较大,被广泛应用于家庭、写字楼、机关、学校、宾馆、酒楼、商店、中小企业等.根据产品介绍,它们对空调、冰箱、电视、电脑、网吧、洗衣机、复印机、电机等综合节电效果明显,其中E2产品尤其对空调等电器节电效果较为理想.

E1产品独创强弱互克、多层并联互克的节电理论和节电实践,相互克制,以求得电流的畅通平衡.该产品内有强弱两种节电装置,其反射出强弱不同的电流可相互稳定,克制高低不同的电压和大小不同的瞬间浪涌,可储存余电,并不断冲击线路上累积的碳,使线路电流畅通,达到畅通平衡,具有改善功率安全、环保、保护设备等多重功效.

E2产品主要利用嵌入电器内的稳压器稳定电压,预防电压不稳定,使用电稳定达到省电效果,进而延长电器产品使用寿命.产品加装了抗凸波器,可防范电流凸波,保护电器产品.同时电子控制电容,平衡电流,全方位提高电器产品的使用功率,避免无效电的浪费.该产品可以全年全天候使用,适用冷气、洗衣机、冰箱、电风扇、电视、抽水机、音响、日光灯等产品.一般家庭、公司、商店、小型工厂皆在适用范围.适用电压为90～250 V/50～60 Hz,最大功率为18 000 W.

E3产品主要从以下几方面达到节电的效果:

(1) 缓冲节电:用电器的开闭会使电流突变,从而导致电度表对一个系统总的用电量的过度计量,最高过度计量幅度可达30%.通过使用节电器,既可堵截来自外部的突变,又可切断发自内部回路的突变,从而使电表的计量恢复正常.

(2) 降温节电:由于瞬变的影响,铁芯材料过度的磁滞使电流损失增加,结果使感性负载,尤其是电机和灯具的温度上升,用电效率下降.温度每上升1℃,大约增加4%的电耗.该节电器可使瞬变对末端电器和整个用电系统的影响减少到最小.

(3) 清洁节电:瞬变的长期冲击导致开关装置及其它接触性器件上形成氧化性碳膜层.实验证明,每1 Ω阻抗的氧化性碳膜层的存在,可使电机的效率损失13%.使用节电器后,会使开关触点表面已形成的氧化性碳膜层逐步自行脱落,舒缓阻滞,从而有效提高系统的用电效率.

(4) 稳定电压:预防电压不稳定,让用电平衡达到省电效果,进而延长电器使用寿命,提高系统用电效率.

(5) 滤波节电:谐波由配电系统开关及其它精细机械引起,谐波会改变基本波形峰值,同时引起系统内的电流升高.该节电器则可在电路中创造共鸣频率,从而吸收和破坏谐波.另外,产品加装抗凸波器,有效提高电力品质,提高用电系统的安全性.

(6) 补偿节电:电子控制电容可平衡电流,全方位提高电器产品的使用功率,避免无效电的浪费.带微处理器的节电专用模块可有效提高设备运行功率因数,降低线路的有功及无功损耗.

(7) 回流节电:本产品根据电子逆向回流再生原理,在不改变电源电压的情况下,把家用电器中流入零线的无功电子整流回火线变成有功电流,反馈成电流形成电压,同时滤除二次和三次谐波,从而减少了流入电表的电流.

(8) 节电器本身耗电极小,一年消耗1 kWh电左右,全年全天候使用不会增加电费负担.

测试使用FM737高精度数字万用表.测试前先利用稳压电源将电源电压稳定在220(1±1%) V,待测试样本稳定运行1 h后开始测量.三种不同品牌的节电器分别安装在同一负载上,等时间、等精度测量其所耗电功,并将测试数值的代数平均值作为最终的测试结果.假设未装节电器的样本为E0样本,其最终的测试结果如表 1所示.

表 1(Table 1)

表 1 节电器测试结果平均值 Tab. 1 Mean value of testing data for electricity economizers 样本编号 E0 E1 E2 E3 铭牌功耗/(kWh) 0.88 0.60 0.60 0.60 实测功耗/(kWh) 0.88 0.86 0.85 0.83 实际节电/% 0 2.27 3.41 5.68 铭牌节电/% 0 25～35 15～35 25～35

表 1 节电器测试结果平均值 Tab. 1 Mean value of testing data for electricity economizers

表 1的结果表明,三种节电器均能实现节电的作用,但具体节电能力在数值上表现出一定的差异:利用德国技术的E3节电器的节电能力最强,其节电能力可达到5.68%;具有专利技术的E1节电能力最弱,仅2.27%;而E2的节电能力位居中间.参照表 1中的铭牌节电百分数可知,各款节电器尽管均能起到节电作用,但实际效果均远低于其铭牌标注值.

图 1给出了三种节电器的市场平均价格.图中表明,E3节电器的价格最高,为其余两种节电器价格的两倍以上,而E2节电器的价格最低,E1节电器价格居中.

图 1

Fig. 1

图 1 市场价格比较 Fig. 1 Comparison of electricity economizer price

由此可见,三种节电器均具有节电功效,节电能力虽各有差别,但均有限且远低于相应铭牌标注值,最高仅为5%左右,最低不到3%.相比较而言,具有德国技术的E3节电器的节电效果较好,但其市场价格最高.

根据《2010—2011年国内重点城市电冰箱市场白皮书》^[2]等相关统计数据计算显示,我国目前的冰箱保有量已达2亿台,冰箱用电量占居民用电总量的30%～40%.今后15年内生产的冰箱将在预期寿命内消耗6 000亿kWh的电量,这些冰箱将需要5 700 MW的发电能力,消耗400多亿元的投资,同时排放大量的二氧化碳、二氧化硫等温室气体.节能减排的压力、标准升级的引导和市场竞争机制的推动使得我国冰箱行业不断推出节能型冰箱.

当前国内品牌冰箱的市场份额日益超越国外品牌的冰箱,其原先的价格差异竞争也逐步被质量竞争所代替.本文选择了在国内外都具有较大竞争优势,尤其是在中国市场享有很高的知名度,在冰箱领域占有很大份额的两款冰箱,其中R1代表国内知名品牌的冰箱,R2代表国外知名品牌的冰箱.这两款冰箱也是国外品牌与国内品牌的典型代表.本测试选择了这两款品牌的冰箱作为测试对象,其测试结果更具有通用性,可在一定程度上反映国内、外知名品牌冰箱的性能差异.

测试过程中使用了DKLN-1型电能质量检定装置、FM737高精度数字万用表、稳压电源和温度表等仪器仪表,并按照外部条件一致的原则进行.测试前先利用稳压电源将电源电压稳定在220(1±1%) V,待测试样本稳定运行1 h后开始测量.本测试针对两款容积相同的冰箱,测量在相同状况下的冰箱冷藏室温度、电功率以及谐波特性,以评价其性能的优劣.测试环境温度为25℃;冷藏室设定温度为5℃;冰箱容积为155 L.

表 2为两款冰箱样本的的制冷与耗电性能测量结果.

表 2(Table 2)

表 2 冰箱测试结果 Tab. 2 Mean value of testing data for refrigerator 样本编号 日耗电量/(kWh) 冷藏室平均温度/℃ 日降温耗电率/(kWh·℃-1) 谐波特性 R1 1.06 8.8 0.065 4 合格 R2 1.85 6.1 0.097 9 合格

表 2 冰箱测试结果 Tab. 2 Mean value of testing data for refrigerator

表 2表明,尽管两款冰箱的谐波特性均满足IEC/EN 61000-3-2:2001^[3]和GB17625.1—2003^[4]要求，但两者的制冷与耗电性能相差迥异：R1冰箱的实际耗电量与日降温耗电率明显低于相应的R2冰箱.

为了检测测试样本在使用过程中对整个电网的污染程度,本文对各样本的谐波含量进行了测试,并按IEC/EN61000-3-2:2001^[3]、IEC/EN 61000-4-7:2002^[5]标准对其合格与否进行判断.样本R1、R2的谐波含量测试结果分别如表 3、表 4所示.

表 3(Table 3)

表 3 R1谐波含量测试结果 Tab. 3 Mean value of harmonic test result of R1 实测序号 谐波含量/% 平均值 最小值 峰值 1 0.000 9 0.000 9 0.370 4 2 0.000 1 0.000 1 0.200 9 3 0.000 1 0.000 1 0.266 5 4 0.000 1 0.000 1 0.162 3 5 0.000 1 0.000 1 0.218 6 6 0.000 1 0.000 1 0.126 7 7 0.000 1 0.000 1 0.242 4 8 0.000 1 0.000 1 0.111 6 9 0.000 1 0.000 1 0.163 4 10 0.000 1 0.000 1 0.095 8 平均值 0.000 2 0.000 1 0.195 9

表 3 R1谐波含量测试结果 Tab. 3 Mean value of harmonic test result of R1

表 4(Table 4)

表 4 R2谐波含量测试结果 Tab. 4 Mean value of harmonic test result of R2 实测序号 谐波含量/% 平均值 最小值 峰值 1 0.013 2 0.013 1 0.127 4 2 0.005 6 0.005 6 0.343 6 3 0.010 6 0.010 6 0.381 5 4 0.001 8 0.001 7 0.173 1 5 0.007 3 0.007 1 0.361 1 6 0.001 3 0.001 0 0.134 2 7 0.008 0 0.007 7 0.261 6 8 0.000 8 0.000 7 0.111 6 9 0.004 8 0.004 7 0.163 4 10 0.000 6 0.000 6 0.095 8 平均值 0.005 4 0.005 3 0.215 3

表 4 R2谐波含量测试结果 Tab. 4 Mean value of harmonic test result of R2

比较表 3和表 4可以发现,尽管两种冰箱的谐波特性均符合相应标准的要求,但R1冰箱的谐波含量几乎为零,且远小于R2冰箱的谐波含量.

由此可见,作为国内民族品牌的R1冰箱,其耗电量、制冷特性与谐波特性均明显好于R2冰箱.

目前市场流行的有品牌的节电器和节能冰箱都不同程度具有节能功效.节能产品在考虑节电的同时已越来越关注电能质量的某些指标.国内的一些节能品牌产品与同类国际品牌产品不管在节能指标方面还是性价比方面都已具备较大的竞争力.