灶具：从古代到今天

灶具直接与人类的“食”有关，也即与人类的最基本生活有关。灶具的发展体现了人类科技的进步，反映了人类生活质量的提高。古代农耕社会普遍使用柴草灶具，基本是用砖石砌成，几千年里没有明显变化。随着工业革命的兴起，煤炭的开采利用、电力的发明和推广，灶具很快发生变革，一改传统的形式，涌现了燃气灶、电磁灶、太阳灶、微波炉等多种新型灶具，并且催生了小家电产业，带动了工业设计。

柴草灶具
大约一万年前，先民由采集狩猎转向农业种植生活，逐渐使用起灶具，到商代灶具基本定型。根据文献记载和考古资料所知，古代的灶具多用砖石砌成，基本燃料是木柴和干草。在汉画像石中有不少关于庖厨的图像，描绘出当时灶具使用的场景。如徐州出土的一幅汉画像石“庖厨宴饮”图（图1），表现了王公贵族的饮食生活，画面中有掌灶者、烧火者、切菜者、端盘者、汲水者，还有一人在洗涮。图中清楚可见使用的灶具，前面是火门，用于添柴，后上方有烟道。[1]从汉画像石的“庖厨”图可见，当时的灶具还没有用风箱，为了引燃或鼓风，有人在拿吹火筒吹火。[2]古代的灶具不仅用于烹饪，也用于制酒或熬盐。山东诸城前凉台汉墓出土的多块画像石，所描绘的生活图像非常丰富，其中的庖厨图像由一组一组的小图像平面排列，穿插而成，画面中多达42 个厨夫、仆人，各自做着手里的活。从画像局部（图2）看，蒸酒用到灶具，灶台上是蒸煮谷米用的器皿，灶台后面的烟道冒着烟，一人站立灶旁搅拌，一人跪坐灶前添柴，他身后一人在劈柴。灶台右边有两个大缸，一人正在搅拌。[3]在汉代文物中也常见陪葬用的小型陶灶，有助于我们增加对当时灶具的感性认识。灶台多为方形，上面开圆口，以放釜和甑，前有火门，后有烟道。有意思的是，与陶灶相配的案、盘、杯、勺之类物品也一应俱全。应当肯定，柴草灶具的发明和使用有其进步意义。然而，由于中国古代科技发展缓慢，柴草灶具基本不变，一直沿用后世。20 世纪30 年代，美国学者鲁道夫·P·霍梅尔在中国进行调查，在他所撰的《手艺中国》中有一节“厨房炉灶”，他描述道：“炉灶基本上呈方形，由四面砖墙砌成，大约4 英尺高，上面放有铸铁的大锅。开有火门的墙壁要高几尺，作为一面防护墙，挡住从炉膛里来的烟灰。做饭时通常是两个人忙活，一个人站在台前，脸朝着锅灶，做饭炒菜。另一个人坐在火门前，脸朝着防护墙，往炉灶里添柴续火。”[4] 从文中可见，除了防护墙，炉灶形制竟然与汉代的差不多。霍梅尔在调查中发现一个问题，他说：“早在两千多年前中国人就掌握了烟囱的原理，并且使用了烟囱。而今，在中国的中部和南方炉灶上却几乎见不到烟囱。”最后霍梅尔认为：“中国人不用烟囱是出于经济上的考虑。好几个世纪以来，燃料缺乏变得越来越严重，这或许促使中国人舍弃烟囱装置，以使有限的燃料烧得久一些。”[5]近代中国，许多地方已经用煤炭做燃料，但灶具没有实质改变，只是加了炉条，炉膛收圆。对较小的炉灶，有的直接在上面的灶口添煤。只有科技的发展，才能使灶具产生真正的改变。

1. 汉画像石“庖厨宴饮”局部（左边是灶具）

2. 汉画像石中的灶具

3. 燃气灶具的点火器和电池安装位置

4. 燃气灶具炉头的火焰分内环和外环。外环焰口设计科学，冲压成缝隙状，且都朝着侧面，这样火焰喷出时向内旋转，使火力集中。

燃气灶具
燃气是统称，具体可分为煤气、天然气和液化石油气等。随着英国工业革命的兴起，冶炼钢铁从用木柴、用煤转为用焦炭，制焦炭中大量产生煤气，由此开发出煤气照明、取暖、做燃料等用途。再后来，石油工业出现，逐步利用天然气和液化石油气。在中国，19 世纪末起，上海租界内开始采用西方技术，使用煤气灯和煤气灶。而燃气灶具在中国的真正普遍使用，则是20 世纪80 年代改革开放以后。短短二十几年时间，燃气灶具走进千家万户，迫使用了大半个世纪（有的地方上百年）的煤炭灶具退出历史舞台。使用煤气或天然气一般要有管道输运，许多城市最初不具备这种条件，故多建立液化气站，利用液化石油气罐供气（至今还有）。最初家用燃气灶具也简单，多为一个炉头，点火时要用火柴或打火机，操作时有一定危险。但很快，通过采用国外技术和新的研发，普遍使用了电子打火，灶具设计也讲究起来。现代燃气灶具的主要部件有气阀、喷嘴、风门、炉头、火盖、点火器及熄火保护装置等，其中气阀和点火器的技术含量都比较高。气阀是灶具中的关键部件。点火时，将旋钮往下按到底，此时引火轴前段的安全阀受压后被打开，燃气由进气管进入，旋塞阀的燃气通路也同时被打开。在按压状态下逆时针方向旋转，此时中轴也随之转动并使旋塞阀旋转，燃气通过安全阀及旋塞阀流入引火管。与此同时，点火器启动，在点火针处放电，使引火器点火，炉头被点着。从简单的描述中，可见气阀技术的复杂已超出一般设计的范围，属于重要的技术发明。点火器有压电晶体点火和高压脉冲点火两种，现在更常用后者。高压脉冲点火器通过电子电路产生一系列高压放电脉冲（一般电压幅度达10000 伏－ 12000 伏），将它接到点火器电极间进行火花放电，并点燃燃气。高压脉冲点火器点火可靠，不像压电晶体点火器那样要用外力撞击晶体去产生高压，因而不易损坏。点火器外表看起来像个密实的盒子，用电池产生初级电流，安装位置见图3。炉头是燃气灶具燃烧器的一部分，有的将火盖与炉头做成一体，铸造成型；也有将火盖与炉头分开，分别冲压加工而成。其中焰口的设计科学，外环的焰口冲压成缝隙状，且都朝着侧面，这样火焰喷出时向内旋转，火力集中，能减少不必要的热量损失。（图4）随着物质水平的提高，消费者不仅关注燃气灶具的功能、结构，也讲究外观造型。现在市场上的燃气灶面板有不锈钢、搪瓷或钢化玻璃等类型，有些面板还有漂亮的装饰，以满足不同消费者的需求。

电磁灶具
电磁灶（也称电磁炉）是一种新型的烹饪工具，使用时炉身不发热，而是利用电磁感应使煮食器发热，这使得炉身温度相对较低和安全，不像燃气灶具那样使周围温度升高，加之它扁平轻便、价格低等特点，近年来快速普及。电磁灶具最早可追溯到20 世纪初，1909 年出现电磁壶的发明专利[6]。从图中可见，由磁芯M 上的线圈产生磁场，磁场穿过壶的底部，使金属壶变热。（图5）这个电磁壶在原理上说得通，但距离实际制造还差得远。电磁灶具的真正问世是在20 世纪70 年代，由美国通用汽车公司的工程师研制。早期的电磁灶体积大，由纯硬件控制，价格高，只为富裕人家使用。进入80 年代，随着集成电路技术的发展，实现了电磁灶的自动控制，使电磁灶的生产成本下降，推动了电磁灶在西方的普及。90 年代后，由于使用了微电脑控制技术，使电磁灶的成本进一步降低，体形也变得扁平。电磁灶利用电磁感应加热原理，电能通过磁场变化，在器皿内转化为热能。在电磁灶的热绝缘面板下有一个很大的螺旋状线圈，接通电源后，经控制电路转换成频率为20-40 千赫兹的高频电压，并形成高频交变磁场，当磁场内的磁力线通过铁磁材料器皿底部，在其体内产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（图6、7），使器皿本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物。由电磁炉的原理可知，只有铁磁性物料的器皿才可用于电磁炉，像玻璃、陶瓷、铝等物料制成的器皿都不适用。近来市面上有一些电磁灶专用陶瓷煲，实际内藏铁磁性金属，使之可用于电磁炉。电磁灶自进入中国后，适应了中国经济的崛起，推动了小家电产业快速发展，电磁灶自动化控制不断提高，而价格不断降低，涌现了众多的生产厂家，也出现了多个著名品牌。目前市场所见的电磁灶造型多样，分双头或单头、 嵌入式或外置式、可携式以及商用等；控制按钮则分为轻触式按钮及电子式按钮。外观设计、颜色也多姿多彩，让消费者大有挑选余地。由于电磁灶无火、炉面温度低、不装有易燃气体或燃料等特性，加之中国特有的饮食方式，国内近年也开发出适于吃火锅、煲粥的电磁灶，受到消费者欢迎。电磁灶发展越来越智能化，从移锅自动监测到煎炒、煮饭、火锅、煲粥，从LED 显示到液晶显示，而且可以给电磁灶划分一个IP 地址，以随时上网获取最佳的烹饪方案，甚至也可以跟其他的家电结合在一起，以减少厨房里的烹饪设备。

5. 电磁壶发明专利图（1909）

6. 电磁灶的螺旋线圈产生高频交变磁场，磁力线通过铁磁材料器皿底部，在其体内产生交变的电流（即涡流），涡流使锅的铁分子高速无规则运动，从而产生热能。

7. 电磁灶的内部结构，中间是盘成螺旋的线圈，右下侧是风扇，周围是控制电路。

微波炉
按《辞源》释义，“炉”是“盛火器”；“灶”是“炊物之处”，两者显然不同。但在发展中，其界限逐渐模糊，后来便有“炉灶”并用。从微波炉的功能看，可用于做饭烧菜，似可归灶具之列。但严格地说，微波炉不能用金属容器操作，这又与“灶”不同。微波是一种高频率的电磁波，本身并不产生热，在宇宙、自然界中到处都有微波，不过存在于自然界的微波分散不集中，故不能加热食品。微波炉乃是利用其内部的磁控管，将电能转变成微波，以2450 兆赫兹的振荡频率穿透食物，当微波被食物吸收时，食物内的极性分子（如水、脂肪、蛋白质、糖等）即被吸引，以每秒钟24.5 亿次的速度快速振荡，这种震荡的宏观表现就是食物被加热。微波炉的发明有些偶然。1945 年的一天，美国雷声公司（Raytheon Company）的工程师珀西·斯潘塞（Percy L.Spencer）在研究雷达装置上的磁控管时，奇怪地发现放在口袋里的巧克力融化了。经过仔细检查，他意识到很可能是磁控管发出的微波起作用将巧克力融化。随后的实验证明，微波确实能使物体发热。经过试制，就有了微波炉雏形。雷声公司意识到微波炉潜在的市场价值，很快组织一批工程师按照斯潘塞的思路进行研发，并于1947 年制成了世界上第一台落地式商用微波炉。最初的微波炉高1.8 米，重340 千克，要带一只3000 瓦的水冷磁控管，安装麻烦，售价高，不仅普通百姓不敢问津，连一般餐馆和食品厂商也不愿尝试这种新产品。随着技术不断创新，微波炉的体积、重量和价格直线下降。1955 年，美国泰潘公司推出了第一台电压为220 伏的家用微波炉，价格为1300 美元，富裕家庭已愿意接受。1967 年，美国阿曼纳公司的工程师乔治·福斯特（George Foerstner）对微波炉进行了大胆改造，他与斯潘塞一起设计了一种耐用且价格低廉的微波炉。该微波炉有两个按钮：“开始”和“照明”，还包括两个控制旋钮，一个调整蒸煮时间（0-5分钟），另一个调整烹饪时间（0-25 分钟）。炉门采用了能防止微波泄漏的抗流密封门，同时采用了新型小巧、效率更高的晶体管，售价不到500 美元。新型微波炉因体积小、安全、实用，当年销售量便超过5 万台，其后的销售量逐年攀升，进入越来越多的家庭。中国从上世纪80 年代引进并开始生产微波炉，很快就呈跃进式发展局面，并且涌现了格兰仕、美的等知名品牌，受到广大家庭的欢迎。为了吸引消费者，微波炉外观设计逐步成为显著要素。由全金属壳改为前脸部分用玻璃、局部用高强度塑料，从单一颜色喷漆改双色或多色烤漆，同时时间标度、品牌标识等亦开始注意艺术化处理。微波炉最方便加热食品，也能煮饭做菜，但因为原理与燃气灶具不同，不得使用金属容器，否则会影响加热时间，甚至引起炉内放电打火。

8. 微波炉工作原理。微波炉在烹调腔的进口处近旁有一个可旋转的搅拌器，是风扇状的金属叶片，旋转起来后对微波具有各个方向的反射，能把微波能量均匀分布在烹调腔内。

9. 约恩·伯默尔（John Bohmer） 发明的“ 京都盒子”，是一种简单的热箱式太阳灶。（图片来源于www.inhabita.com）

10. 聚光式太阳灶的使用（图片来源于www.kjcoop.com）

11. 储热式室内太阳灶原理图

太阳灶具
利用太阳热烤制食物，在东西方都有久远的历史，但有意识制造太阳灶具，并加大研究和推广则是近几十年的事。目前的太阳灶大致有三种类型：一是热箱式太阳灶，形状像个箱子，上面开有窗洞，窗洞对准阳光，箱内温度靠不断积累太阳能而升到蒸烤食物的程度；二是聚光式太阳灶，用反射聚光器把太阳光直接反射集中到锅上或食物上，反射聚光器呈抛物面或球面；三是蒸汽式太阳灶，它利用平板型太阳能热水器把水烧沸产生蒸汽，然后再利用蒸汽蒸煮食物。热箱式太阳灶结构简单，成本低，容易制作。2009 年4 月，挪威人约恩·伯默尔（John Bohmer）参加英国《金融时报》主办的“应对全球气候变暖的创意挑战赛”，获得7.5 万美元的头奖，他的发明是“能够利用太阳能烧水煮饭的纸板箱”，造价只有6 美元。实际上，这个以《京都议定书》得名的“京都盒子”（图9），就是一种简单的热箱式太阳灶，它由两个大小不一的硬纸盒组成，里面的盒子涂成黑色，以促进太阳光热量的吸收，用透明的塑料薄膜盖住保留热量，两个盒子之间塞入稻草来隔热。大一些的纸盒四周用铝箔包住（即一般可以重叠起来盖住纸箱的那四个部分）并半立起来。铝箔会将太阳光反射，将四周太阳光的热量聚集在里面的盒子。在一个晴天，盒子里的温度很快即可达到80 摄氏度。2 到3 个小时，可以把10 升水烧开。[7] 伯默尔计划在南部非洲、印度和印度尼西亚等十多个国家进行推广，为数十亿至今还在用柴草做饭的普通民众解决实际困难。聚光式太阳灶是利用镜面反射汇聚阳光，效率明显提高，但技术要比热箱式太阳灶复杂。聚光式太阳灶所用聚光镜面多样，其中最常用的是旋转抛物面，它是把镜面反射的阳光汇聚到锅底，形成一个炽热的光团，温度可达400 摄氏度-1000摄氏度，是目前适用于聚光式太阳灶的最佳聚光镜面。采用旋转抛物面的聚光式太阳灶可与普通炉灶一样满足家庭的炊事需求，应用效果最好，使用广泛。[8]（图10）聚光式太阳灶的抛物面是把钢板、铝板或不锈钢板在大吨位压力机上冲压成型。不锈钢板可进行精细抛光，其镜面效果可以接近于玻璃镜的水平；纯铝板抛物面需要进行阳极氧化处理；钢板则要粘贴反光膜。反光膜多为铝膜。铝膜的反射率较高，可以与玻璃、金属塑料等基材牢固结合，价格较低，应用前景好。
一般说来，太阳灶具都是在室外阳光下使用。然而，随着储热技术的发展，已研制成功一种储热太阳灶，利用化学热泵储热原理，可以长期储存太阳能，在需要时释放出热量。储热太阳灶包括两个基本部件：一个是中心太阳能加热器；一个是储热箱。中心太阳能加热器是由塑料片制成菲涅耳透镜，安装在一个框架上，其长度足以盖住几个储热箱。储热箱的基本原理是，利用一个化学系统来吸收、储存太阳能，并在需要时释放出温度为300 摄氏度的热量。化学系统选用氯化镁和氯化钙的氨盐，当储热箱充热时，氨从高温盐床（氯化镁）释放到低温盐床（氯化钙），并与低温盐床的盐化合。稍稍加热低温盐床，氨就从低温盐床中分解出来回到高温盐床，并与高温盐床的盐发生放热反应，释放出热量。这种储热箱在阳光下照射1 小时，便可储存煮一顿饭所需的热量。所储存的热量可以在任何时候（少则几个小时，多至几个月）释放出来，使用十分方便。[9]也可将储热器置于地下，利用土壤作绝热材料，其中填以硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠的混合物作储热材料。图11 所示储热太阳灶就是一种室内太阳灶，目前有些技术需要攻克，但可以想见其在不远的将来会进入普通家庭。以上介绍的灶具远不是人类所用的灶具全部，如西方有些水电资源丰富的国家，家庭多用电炉有几个灶头，可以煮饭做菜，也兼具烤箱功能。而在中国许多地区，仍在使用蜂窝煤炉灶。说到旅游用的灶具，则有酒精炉、汽油炉等。总之，灶具与人类的生活密切相关，从灶具的演变中，人类前进的脚步清晰可见。

注释：
[1] 王洪震：《汉画像石》，新世界出版社，北京，2011，第214 页。
[2] 同[1]，214 页下图。
[3] 刘宗超：《画像石艺术》，西南师范大学出版社，重庆，2009，第71 页。
[4]（美）鲁道夫·P·霍梅尔：《手艺中国》，戴吾三等译，北京理工大学出版社，2012， 第161 页。
[5] 同4，第162 页。
[6]en.wikipidia.org/wiki
[7]www.inhabita.com
[8] 张耀明、邹宁宇：《太阳能科学开发与利用》，江苏科学技术出版社，南京，2012，第185 页。
[9] 同 [8]。