家用电器的待机能耗与待机安全问题正在引起整个社会的广泛关注。
降低家用电器待机能耗不仅意味着消费者节省用电开支,对缓解日趋紧张的能源压力有积极作用,更直接的是减少了能源浪费和环保压力。用交流电源待机是“非本质安全”的,每年由此而造成的设备损失,家电厂家的维护费用和维护工作量极大。
有专家指出:为方便用户使用而开发的电器待机功能,并不能因为会消耗电能以及可能承受待机安全风险而受到否定,或质疑消费者的使用方法。既然消费者还要经常普遍地使用待机功能,那么,待机能耗与待机安全这两个问题应该由产品的制造商来面对。
零功耗待机与本质安全待机技术的研究,将为我国企业突破西方技术堡垒,一劳永逸的解决待机能耗问题做出贡献。这种技术的研究成功必将引发人们传统思维模式的深刻变革,突破待机一定需要能耗的传统观念,确立一种终极待机能耗标准,它宣布:家电“待机需要能耗”将成为历史,它对家电设备的节能设计概念将产生根本性的影响,它提出了“本质安全”待机标准,将迫使家电企业在更高标准上来理解家电的待机安全性能。对于促进家电行业的技术进步有明显促进作用。
本公司的零功耗待机电源控制电路芯片〈模块〉技术所达到的技术水平已经远远超过了现在与未来预期的待机能耗控制技术发展水平,在国内外尚无先例。
电子设备待机通常是指电子产品在介于发挥正常功能与完全脱离交流电源而彻底断电之间的一种中间工作状态。待机需要交流电源的支撑,消耗一定的电能,产生的能耗称为待机能耗。显然待机能耗要比设备发挥正常功能时消耗的电能小得多。但是正是由于待机状态下设备不发挥任何功能,待机能耗就是一种完全的能源浪费。
采用待机的基本意义在于,可以极为方便再次启动电子设备。以电视机为例:一般用遥控器的关机(待机)按钮可以直接进入待机状态,这时电视机内部控制电路并没有被彻底关闭,其红外信号接收以及相关控制电路依然处于工作状态,并且随时可以接受来自红外遥控器的信号编码而再次启动。这样用户可以不必操作电视机面板上的电源开关就可以直接启动电视机了。正是由于这种原因,在电视机不工作的条件下,越来越多的用户已经习惯于让电视机处于待机状态。
据中国节能认证中心的抽样调查显示:有88%的用户为了方便而不把电视完全关机,有74%的用户因为没有关机选择和图方便而不把音响完全关机。由此可见,电器制造商开发的遥控开关、持续数字显示、网络唤醒、定时开关等各种待机功能,在为用户提供了方便的同时,也造成了大量的能源浪费。
据国际权威机构统计,待机能耗已占民用电力消耗的3%~13%,约占总发电量的2%。我国家电数量众多,待机能耗总量巨大。据中国电源协会副秘书长介绍:即使在高度注重节能的西方国家待机损耗也是一个可观的数字。据美国统计,在美国这种损耗每年35-54亿美元,据德国环保机构调查,这种损耗每年23亿美元,超过柏林全年用电总量。一项调查显示,家电待机能耗占中国家庭电力消耗的10%左右。据中国节能认证中心对我国家电待机能耗与节能潜力调查后发现,电视、音响等视听产品的待机能耗占总待机能耗的68.6%,电视待机能耗在家庭待机能耗中所占比重最大,平均待机功率为8.07W(瓦),中国节能产品认证中心张国钦指出:“在我国,仅彩电一项的待机能耗就相当于我们国家几个大型火力发电厂的发电总额,由于我国电能主要来源于火力发电,火力发电造成二氧化碳、二氧化硫、粉尘等污染环境”。
在“21世纪广电传媒高峰论坛”上广电总局副局长张海涛说:“全球有10亿电视用户,14亿台电视机,我国占了4亿台电视机”。按照每台电视机每天运行待机17个小时(运行7个小时),实际待机的电视机达4*0.88=3.52亿台之多,按照8.07W的平均待机能耗计算,需要284万千瓦电源容量,每年耗电超过176亿千瓦时,这是一个极其惊人的数字。因此,降低待机能耗不仅意味着消费者节省用电开支,更直接的减少了能源浪费和环保压力。
国际能源署(IEA)是降低待机能耗的积极倡导者和推动者,于2000年推出了到2010年将所有产品的待机能耗降到1W以下的“1W计划”。欧美、日本、澳大利亚等发达国家积极响应这一计划,加强降低待机能耗的技术要求。许多国家先后制定产品待机能耗标准,限定待机能耗指标。欧盟与一些大型视听产品、电脑、移动电话、打印机的制造商签署协议,承诺逐年降低待机能耗,到2009年将大部分设备的待机能耗降至1W;日本承诺到2007年将所有产品的待机能耗降到1W以下;美国环保局和能源部也同时发起能源之星的计划,….这些待机能耗指标的制订及实施有效地推动了降低待机能耗技术的发展,节约了能源。
我国家电设计一直没有注意节能,待机能耗居高不下,远远高于西方节能电视机的3W能耗标准。
由于待机能耗偏高,我国家电出口蒙受着巨大的经济损失。在第六届中国北京国际科技产业博览会举行的“2003标准与专利北京国际论坛”上发布的有关资料显示: 2002年,我国有71%的出口企业遭遇到国外技术性贸易壁垒的限制,39%的出口产品因此受到影响,损失金额达170亿美元。国家发展和改革委员会有关负责人在2000年的“节能宣传周”上指出:待机能耗可能成为下一个非贸易性壁垒。针对中国家用电器待机能耗居高不下的局面,中国节能产品认证管理委员会于<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2002年2月1日发布并开始实施了针对家用电器的第一个节能认证法规,也将我国电视机的待机能耗标准限定在3W以内. 中标认证中心也于2004年9月1日发布并开始实施对电视机的认证实施细节[7],从此全面拉开了中国家电产品节能的序幕。面对日趋严重的能源压力,一些地方政府开始启动了更为严厉的待机能耗地方性法规。据悉上海市已经率先采用了有关家用空调的推荐性节能标准;在上海市范围内率先实施家用空调能效标签制,提高消费者对空调器能效水平的判断力;政府采购设备须优先采用节能产品。并于去年六月已经率先启动中国式的“1W计划”,首先为电视机确定了以3W为待机能耗限定指标的市场准入门槛。
不符合节能标准的产品生存空间日趋缩小。
目前,国内外待机能耗的研究可以分为两个领域:降低开关电源以及家电功能电路待机能耗的技术路线;基于非交流电源待机的非主流技术路线。
在轻载或者空载(待机状态属于极轻负载)条件下效率急剧下降是所有动力设备的通病。
降低开关电源待机能耗也在于:如何提高在“轻载”或者待机条件下的效率。这种试图通过对现有电源结构以及提高元器件效率的思路本身已经具有明显的“改良”特征,取得根本突破肯定十分困难。另外,随着电源本身节能潜力的深度挖掘,电视机功能电路本身的损耗问题开始凸显。也就是说继续降低待机能耗还将同时涉及电视整机的节能设计等更为复杂和广泛的问题。
实际情况表明:节能设计变得更加复杂,节能改造效果急剧下降,继续降低待机能耗将更加困难,技术障碍急剧增加,技术风险扩大,研制周期延长。随着家电节能潜力的降低以及来自政府和市场的巨大压力,家电厂家不得不面对巨大投入与很小收益的困难抉择。
当然采用辅助开关电源待机,如果把开关电源的负荷点设置在待机能耗附近,可以使电源的待机能耗降到很低的水平,这正是不少厂家出口产品的做法。显然,这种方案的改造工作量和成本较大。
采用交流电源待机引发的另外一个被人们普遍忽视但却又极为重要的事实是,家用电器的运行环境实际上极为苛刻:长期不间断连续运行、待机状态下无人值守、无法进行运行维护、开关电源结构脆弱、电器单机只能提供简单的保护结构以及开放的运行环境等都使长期暴露在交流电源环境中的家电更加容易受到伤害,在电器绝缘老化、电力网参数波动时,就可能危及“待机”设备的安全。这实际上是家电制造商在刻意回避但是又无可奈何的问题。媒体上不断披露的电器安全故障案例正是这种显示的真实写照。
追求低的待机能耗与更高的待机安全性能将是未来家电设计中必须同时面对的两个问题。而要解决待机安全问题可能比继续降低待机能耗还要困难。
传统的交流待机模式将面临越来越严峻的挑战。
既然主流思路无法同时解决待机能耗与待机安全问题,于是产生了非主流思路:
1) 用独立的电源控制装置来实现待机控制,待机时把原有系统完全关闭;
2) 原有系统的待机能耗便转化为该装置的待机能耗;
3) 由于这个装置比电视机和开关电源复杂性小得多,有可能实现较低的待机能耗;
4) 如果这个能耗降到足够低的程度就可以用非交流电源待机,那么整个系统因此也就是“本质待机安全”的。从而根本性地解决待机能耗与待机安全问题。
采用非交流电源待机存在许多极为棘手的问题,以及比交流电源待机高的多的成本,因此要求将独立待机电源控制装置本身的待机能耗降到极低的水平。
研究表明:要完成安全待机功能的两个基本要素是必须保证红外接收及其相关电路保持正常工作,同时出于安全的原因需要用机械开关-继电器在待机时切断交流电源,显然,要把这样一个系统的待机能耗降到极低水平是极为困难的。那么这类方案首先需要面临的是:采用什么待机电源?因为用非交流电源在可接受的成本范围内甚至很难支持“毫瓦”级待机能耗。
似乎最为可行的可充电电池的待机供电方案也存在如下三个问题:
1) 可充电电池及其附加电路将增加较多的成本;
2) 用户必须保证在充电电池的放电周期结束之前,保证启动电视机,否则将会因为电池被彻底放空后导致电视机无法启动,采取不久措施将增加操作上的复杂性,这又是家电这类产品所难以接受的;
3) 充电电池无法提供和电视机的标称寿命,例如8-10年的安全使用期限相匹配的使用寿命。
使得采用非交流电源待机这样一类看来极有价值的待机方案无法被采用。
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