家用節(jié)電器的節(jié)電分析

李炳華（悉地國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司 100013）

晏浚博、岳云濤、周彬（北京建筑工程學(xué)院100044）

摘要 近年來市場上出現(xiàn)了許多家用節(jié)電器，本文對市場上暢銷的三種家用節(jié)電器進(jìn)行試驗(yàn)和分析，分別對液晶電視機(jī)、冰箱、節(jié)能燈以及住戶住宅進(jìn)行對比試驗(yàn)和測量，結(jié)果表明：這類節(jié)電器節(jié)電效果不佳，多數(shù)情況下起不到節(jié)電的作用，并且它們對電能質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響。

關(guān)鍵詞 節(jié)電器 能耗 電能質(zhì)量 諧波 功率因數(shù) PF

Analysis of energy saving tohousehold energy saver

Abstract: In recent years household Energy Saver hasappeared on the market. This paper introduces the experiment and analysis aboutthree type of Energy Saver which sold very well. The test of LCD TV, refrigerator,compact fluorescent lamp (CFL) and one dwelling house was taken for comparison.The results show that these Energy Savers have poor energy-saving effect inmost cases and they have harmful effect on the power quality during using theseEnergy Saver.

Keywords: energy saver, energyconsumption, power quality, harmonic, power factor, PF

1 引言

自從電力系統(tǒng)被應(yīng)用以來，由于電能計(jì)量的出現(xiàn)，節(jié)電器也就相繼出現(xiàn)了。節(jié)電器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類電器中，隨著對電能質(zhì)量和綠色用電的重視，慢慢發(fā)現(xiàn)節(jié)電器所造成的一些問題，有的節(jié)電器不僅不能節(jié)電，還會(huì)造成電能的浪費(fèi)以及對電網(wǎng)的污染。筆者在市場上三個(gè)暢銷品牌的家用節(jié)電器進(jìn)行對比試驗(yàn)研究，分析節(jié)電器的節(jié)能效果和對電能質(zhì)量的影響。

1.1 節(jié)電器

節(jié)電器是指在不影響電器的原有功能的前提下，能夠節(jié)約電能的電氣裝置^[1]。相對于電網(wǎng)來說，節(jié)電器是一種負(fù)載，因此它自身的能耗必須相當(dāng)?shù)筒拍苓_(dá)到節(jié)電的效果。

一直以來人們都是針對不同負(fù)載類型而使用不同類型的節(jié)電器，因此按照負(fù)載類型，節(jié)電器可分為照明節(jié)電器、電機(jī)節(jié)電器、空調(diào)節(jié)電器和箱式節(jié)電器等^[1]。這些節(jié)電器的控制原理不盡相同：利用正弦跟蹤技術(shù)，抑制和減少供電線路中的沖擊電流和瞬變及高次諧波；利用濾波和能量吸收技術(shù)，吸收動(dòng)力設(shè)備反相電勢的能量，并回饋給負(fù)載?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了家用節(jié)電器，根據(jù)商家宣傳，只要在家里插座上插上節(jié)電器即可節(jié)電，而不必針對單一負(fù)載。由于家庭使用負(fù)載種類復(fù)雜，因此可以認(rèn)為它們是通用型的節(jié)電器，適合多種負(fù)荷。

目前市場上充斥著多種品牌的家用節(jié)電器，它們宣傳自己的節(jié)電效果好，每月節(jié)省電量能達(dá)到25%-35%，操作方便，只需插在空置的插座上或者延長的電源接線板上即可。為了檢測家用節(jié)電器的實(shí)際效果，筆者購買了市場上銷售量較多的三種節(jié)電器進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 功率定義

為了評價(jià)節(jié)電器的節(jié)電效果，需要分別測量未使用節(jié)電器和使用節(jié)電器的相同時(shí)間內(nèi)，負(fù)載的用電量。為了能直觀的看出節(jié)電器對負(fù)載功率的影響，且因?yàn)殡娖鞯墓β适菚r(shí)刻變化的，就需要定義一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平均功率。本文將電器使用時(shí)間段內(nèi)的平均有功功率、無功功率、視在功率分別用下面三個(gè)公式定義。

電器使用時(shí)間段內(nèi)的有功功率：

式中：W——為電器使用時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的有功電度，單位Wh；

——為電器投入使用的時(shí)間，單位h。

電器使用時(shí)間段內(nèi)的無功功率：

式中：Wq——為電器使用時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的無功電度，單位Var·h；

——為電器使用的時(shí)間段，單位h。

電器使用時(shí)間段內(nèi)的視在功率：

式中：Ws——為電器使用時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的視在電度，單位Vah；

為電器使用的時(shí)間段，單位h。

2 節(jié)電器的試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗(yàn)器材

節(jié)電器從市場上直接采購，銷量排行靠前，分別用a、b、c表示。家用電器和照明燈具為住戶正在使用的設(shè)備。設(shè)備及器材見表1。

表1 試驗(yàn)器材

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）節(jié)電器產(chǎn)品說明書中的使用條件為：

1. 將本產(chǎn)品插在住在內(nèi)空置的插座上或者延長的電源接線板上即可，一般來說，插在用電量較大的線路上或功率大的電器設(shè)備附近效果更佳，如果家里電器多或分支多，可以考慮使用多套本產(chǎn)品。

2. 如果房屋類似于鄉(xiāng)鎮(zhèn)自建房（一表多層），使用時(shí)將本產(chǎn)品插在用電設(shè)備較為集中的樓層或頂樓，并請使用合格的電源插座。

3. 插在上面后最好不要再經(jīng)常取下或斷電，以發(fā)揮產(chǎn)品最佳功效，使用時(shí)間越久，效果越好越全面。

因此，如圖1所示，本試驗(yàn)將被測電器設(shè)備、綜合測量儀、節(jié)電器置于同一個(gè)接線板上，測量符合產(chǎn)品說明書的要求。綜合測量儀要檢測功率、電度等參數(shù)，它同時(shí)采集電壓、電流等信號。

圖1 等效電路圖

（2）本試驗(yàn)將在電視機(jī)、15只22W節(jié)能燈和冰箱穩(wěn)定工作（冰箱穩(wěn)定工作是指壓縮機(jī)工作）后開始測量，分別記錄無節(jié)電器、使用節(jié)電器a、使用節(jié)電器b、使用節(jié)電器c時(shí)的數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)為了滿足長時(shí)間使用節(jié)電器的條件，還選擇了一戶生活規(guī)律的住戶進(jìn)行試驗(yàn)，并且節(jié)電器插在靠近住戶進(jìn)線處的插座上，測試時(shí)間為24小時(shí)。

（3）測量儀器設(shè)定為5分鐘取一次值，測量數(shù)據(jù)包括：有功電度、無功電度、視在電度、最大功率、最小功率、最大無功功率、最小無功功率、最大視在功率、最小視在功率、平均電流、平均功率因數(shù)、最大功率因數(shù)、最小功率因數(shù)、平均基波功率因數(shù)、最大基波功率因數(shù)、最小基波功率因數(shù)、電流總諧波畸變率、總諧波電流、電壓總諧波畸變率、總諧波電壓等。

2.3 數(shù)據(jù)及其分析

（1）節(jié)電器對家用電器的能耗影響

表2和圖2、表3和圖3、表4和圖4分別為液晶電視穩(wěn)定工作140分鐘、冰箱工作80分鐘、15個(gè)22W節(jié)能燈工作150分鐘的能耗和平均功率數(shù)據(jù)表。

表2 液晶電視140分鐘能耗表

圖2 液晶電視能耗圖

由表2和圖2可知，液晶電視使用三種節(jié)電器后有功電度和有功功率略有增加，無功功率和無功電度增加十分明顯，自然地，視在功率和視在電度有不同程度的增加。

表3 冰箱能耗表

圖3 冰箱能耗圖

由表3和圖3可知，電冰箱使用三種節(jié)電器后有功電度和有功功率也略有增加，無功功率和無功電度有近35倍的最大增幅，視在功率和視在電度顯著增加。

表4 節(jié)能燈能耗表

圖4 節(jié)能燈能耗圖

由表4和圖4可知，節(jié)能燈使用三種節(jié)電器后有功電度和有功功率變化不大，無功功率和無功電度增加十分明顯，視在功率和視在電度有不同程度的增加。

結(jié)論1：對單個(gè)家電而言，這三種節(jié)電器沒有明顯的節(jié)能效果，反而在多數(shù)情況下呈現(xiàn)出耗能的特征。

（2）節(jié)電器對家用電器電能質(zhì)量的影響

表5、表6、表7分別為液晶電視穩(wěn)定工作140分鐘、冰箱工作80分鐘、15個(gè)22W節(jié)能燈工作150分鐘的電能質(zhì)量參數(shù)表。

表5 液晶電視電能質(zhì)量表

圖5 液晶電視電能質(zhì)量圖

通過表5和圖5可知，液晶電視使用三種節(jié)電器后電流均有不同程度的增加，功率因數(shù)PF和cosφ都有降低，諧波電流均有增加。因此使用節(jié)電器后電能不但沒有降低，反而會(huì)增加用戶電費(fèi)的支出，同時(shí)電能質(zhì)量受到影響。

表6 冰箱電能質(zhì)量表

圖6 冰箱電能質(zhì)量圖

通過表6和圖6可知，冰箱使用三種節(jié)電器后電流增加非常明顯，尤其使用節(jié)電器b后電流是使用前的2.36倍。功率因數(shù)PF和cosφ降低明顯，導(dǎo)致無功功率大幅度增加。諧波電流也有不同程度的增加。因此對電冰箱來說，使用節(jié)電器后電能顯著增加，用戶電費(fèi)支出也會(huì)明顯增加。同時(shí)使用節(jié)電器后電能質(zhì)量會(huì)受到一定程度的影響。

表7 節(jié)能燈電能質(zhì)量表

圖7 節(jié)能燈電能質(zhì)量圖

由表7和圖7可知，節(jié)能燈使用三種節(jié)電器后電流略有增加，功率因數(shù)PF和cosφ呈現(xiàn)下降特征，總諧波電流略有增加，但不明顯，而總諧波電流畸變率略有下降。因此對節(jié)能燈來說，使用節(jié)電器后電流增加會(huì)影響到用戶電費(fèi)的支出。

結(jié)論2：對單個(gè)家電而言，這三種節(jié)電器對電能質(zhì)量有不同程度的影響，尤其對功率因數(shù)和諧波影響比較明顯。

（3）節(jié)電器對住戶的電能損耗及電能質(zhì)量的影響

本研究對北京某住戶使用節(jié)電器進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測，該住戶建筑面積約165m²，三室兩廳二衛(wèi)，商品房。測量數(shù)據(jù)見表8和表9。

表8 住戶24小時(shí)能耗表

圖8 住戶24小時(shí)能耗圖

圖9 住戶24小時(shí)功率圖

由表8、圖8和圖9可知，使用三種節(jié)電器對住戶有功電度和有功功率影響有大有小，增減幅度在13%以內(nèi)；而對無功功率和無功電度成倍增加，影響十分明顯；視在功率和視在電度在多數(shù)情況下呈現(xiàn)增加的特征。

表9 住戶24小時(shí)電能質(zhì)量表

圖10 住戶24小時(shí)電能質(zhì)量圖

通過表9和圖10可以看出，在住戶進(jìn)線處使用三種節(jié)電器各24小時(shí)，使用節(jié)電器a后電流略有減小，其它兩個(gè)節(jié)電器電流有所增加；功率因數(shù)PF和cosφ呈現(xiàn)下降特征，這是我們不希望的結(jié)果；總諧波電流兩種節(jié)電器b、c有所增加，節(jié)電器a略有減小，但不明顯。

結(jié)論3：對單戶住宅而言，這三種節(jié)電器沒有表現(xiàn)出明顯的節(jié)能效果，有些情況下呈現(xiàn)耗能的特征；同時(shí)節(jié)電器對電能質(zhì)量有不同程度的影響，尤其對功率因數(shù)影響比較明顯。

3 結(jié)論

綜上所述，可以得出如下結(jié)論：

1. 對單個(gè)家電和住宅而言，這類節(jié)電器沒有表現(xiàn)出明顯的節(jié)能效果，有些情況下呈現(xiàn)耗能的特征；

2. 使用這類節(jié)電器會(huì)嚴(yán)重影響電能質(zhì)量，會(huì)大大增加無功功耗，降低電路的功率因數(shù)；

3. 使用這類節(jié)電器存在諧波含量增加的風(fēng)險(xiǎn)。

目前家用節(jié)電器沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，希望用戶謹(jǐn)慎購買、使用節(jié)電器。也希望相關(guān)部門能夠盡快制定標(biāo)準(zhǔn)，對市場上的節(jié)電器進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管。

參考文獻(xiàn)

[1] 李炳華,宋鎮(zhèn)江.建筑電氣節(jié)能技術(shù)及設(shè)計(jì)指南, 中國建筑工業(yè)出版社,2011.11