李澤文

摘 要：根據(jù)《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）中顆粒物凈化能效的測定方法，分析凈化能效測量時影響不確定度的各種因素，并借助CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器、DDP-100激光塵埃粒子稀釋器，通過測量試驗對凈化能效測量結果的不確定度進行詳細評定。結果表明，對測量結果產(chǎn)生較大影響的主要是儀器的示值誤差和流量誤差所引入的不確定度，本次評定結果可為提高檢測結果的準確性提供理論參考。

關鍵詞：空氣凈化器;凈化能效;不確定度評定

中圖分類號：X513 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）6-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.028

Uncertainty Evaluation of Measurement Results of PM Cleaning Energy Efficiency of the Air Cleaner

LI Zewen

（Institute of Quality Inspection for Products， Longyan 364000，China）

Abstract：According to the determination method of PM cleaning energy efficiency in air cleaner （GB/T 18801—2015），the factors influencing uncertainty in cleaning energy efficiency measurement were analyzed.Through measurement test，the measurement results uncertainty of the cleaning energy efficiency were detailedly evaluated by means of CLJ-E3016 laser particle counter and DDP-100 laser dust particle dilutor.The results show that the uncertainties which came from indication error and flow error of the instrument had an important impact on the measurement.The evaluation results could provide a theoretical reference for improving the accuracy of the test results.

Keywords： air cleaner;cleaning energy efficiency;uncertainty evaluation

0 引言

近年來，人們的生活水平不斷提高，我國大氣環(huán)境中PM2.5濃度也明顯下降，但室內環(huán)境空氣質量卻未得到明顯改善。隨著室內環(huán)境污染物的逐漸增多，人們開始關注室內空氣質量[1]。在室內環(huán)境污染物中，顆粒物已成為室內環(huán)境中的主要污染物之一，與人體健康息息相關[2]。不同粒徑的顆粒物對人體健康的影響也不盡相同，粒徑越小，對人體產(chǎn)生的危害也越大;粒徑在100 μm以上顆粒物因漂浮時間短，沉降快，不容易對人體產(chǎn)生影響;粒徑在100 μm以下顆粒物可長期飄浮在空氣中，對環(huán)境能見度及人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響;粒徑在10 μm以下顆粒物可直接進入呼吸系統(tǒng)，易誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病;粒徑在2.5 μm以下顆粒物可直接進入肺泡，造成嚴重的肺部損傷;粒徑在1 μm以下顆粒物可通過肺泡進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)，易誘發(fā)血栓、高血壓、心腦血管等疾病，且容易增加患肺癌的風險，對人體健康產(chǎn)生嚴重危害[3]。

空氣凈化器作為有效去除室內顆粒物、改善室內空氣質量的有力產(chǎn)品，被廣泛應用于居家、醫(yī)療、工業(yè)、商業(yè)等多個領域[4]。該產(chǎn)品起到有效改善空氣質量、保護人體健康的重要作用，近年來備受消費者的青睞。目前，空氣凈化器產(chǎn)品雖然發(fā)展迅速，但消費市場中品種繁多，產(chǎn)品質量也參差不齊[5]。在衡量該產(chǎn)品質量的性能參數(shù)中，凈化能效是空氣凈化器提供潔凈空氣的能力體現(xiàn)，是表征空氣凈化器在額定狀態(tài)下對顆粒物凈化效率的重要參數(shù)，同時也是評價該產(chǎn)品質量性能優(yōu)劣的重要指標[6-8]。本研究根據(jù)《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）產(chǎn)品標準要求，從試驗全過程對影響空氣凈化器顆粒物凈化能效測量結果的不確定度各種因素進行分析，并按照《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）要求，對測量結果進行準確、系統(tǒng)地不確定度評定，以提高檢測結果的準確性，為空氣凈化器顆粒物凈化能效測量提供理論參考。

1 試驗方法

1.1 試驗目的、依據(jù)

①試驗目的：對空氣凈化器顆粒物凈化能效測量結果進行不確定度評定。

②試驗依據(jù)：《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）;《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）。

1.2 試驗對象、環(huán)境

①試驗對象：空氣凈化器樣機一臺。

②試驗環(huán)境：試驗溫度為（25±2）℃;試驗濕度為50%±10%。

1.3 試驗儀器

①CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器：示值誤差為7.9%;流量誤差為2.7%;重復性誤差為1.4%。

②DDP-100激光塵埃粒子稀釋器：對最終測量結果不產(chǎn)生影響。

③HC-Y-1正壓法顆粒物發(fā)生裝置：對最終測量結果不產(chǎn)生影響。

④30 m3環(huán)境試驗艙：試驗溫度應控制在（25±2）℃;試驗濕度應控制在50%±10%。

⑤AN1640B安全性能綜合分析儀：示值誤差為±（0.1%×讀數(shù)+0.1%×量程）。

1.4 試驗步驟

按照《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）的試驗方法要求進行試驗，具體試驗步驟如下。

①輸入功率測試。將待試驗空氣凈化器樣機與AN1640B安全性能綜合分析儀連接，調試樣機至試驗額定狀態(tài)下穩(wěn)定運行≥30 min，測量功率變化<1%，直接讀取測量值為額定功率。

②樣機調試。將待試驗空氣凈化器樣機放置于30 m3環(huán)境試驗艙內，調試樣機至試驗額定狀態(tài)，檢查運轉正常，關閉樣機。

③采樣點布置。采樣點應避開進出風口，離墻壁距離>0.5 m，離艙地高度0.5～1.5 m，通過特氟龍軟管與DDP-100激光塵埃粒子稀釋器連接，顆粒物經(jīng)稀釋后進入CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器。

④試驗艙凈化。開啟空氣過濾器，凈化試驗艙空氣，使顆粒物粒徑0.3 μm以上粒子背景濃度<1 000個/L，啟動恒溫恒濕控制裝置，使艙內溫度控制在（25±2）℃，濕度控制在50%±10%。

⑤標準顆粒物輸送。關閉空氣過濾器，開啟攪拌風扇和循環(huán)風扇，用HC-Y-1正壓法顆粒物發(fā)生裝置將一定量的標準顆粒物輸送到試驗艙內，關閉輸送管閥門，攪拌風扇再攪拌10 min后關閉，循環(huán)風扇始終保持開啟。

⑥自然衰減測試。用CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器測試顆粒物初始濃度c0，保證試驗開始時0.3 μm以上顆粒物濃度為2×106～2×107個/L，對應時間為t=0 min，每2 min測試并記錄一次顆粒物濃度，連續(xù)測試20 min。

⑦總衰減測試。自然衰減測試結束后，開啟樣機至額定狀態(tài)，開啟時刻為t=0 min，每2 min測試并記錄一次顆粒物濃度，連續(xù)測試20 min。

2 顆粒物凈化能效測量結果不確定度評定

2.1 數(shù)學模型

[η=QP] ? ? ? ?（1）

式中：η為凈化能效，m3/（W·h）;Q為潔凈空氣量，m3/h;P為輸入功率，W。

[Q=60×（ke-kn）×V] ? ? （2）

式中：Q為潔凈空氣量，m3/h;ke為總衰減常數(shù)，min-1;kn為自然衰減常數(shù)，min-1;V為試驗艙容積，30 m3。

2.2 測量不確定度來源分析

根據(jù)測量過程的數(shù)學模型及不確定度的傳播規(guī)律對測量不確定度進行評定。結合數(shù)學模型和試驗條件，本次試驗考慮的不確定度來源及評定方法見表1，方案按照《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）要求執(zhí)行。

2.3 標準不確定度分量評定

2.3.1 自然衰減常數(shù)kn的測量不確定度評定。

2.3.1.1 重復性測量引入的相對標準不確定度分量。[uknr]不確定度分量采用A類評定方法評定，在相同試驗條件下，進行自然衰減常數(shù)試驗，通過10次獨立測量得到kn（min-1）分別為：0.005 1，0.004 5，0.005 4，0.005 6，0.005 4，0.005 3，0.005 1，0.004 9，0.004 9，0.005 5，平均值為0.005 17。

標準不確定度：.

[ukn=110-1i=110（kni-kn）2=0.000 34 min-1]

相對標準不確定度：[uknr=uknkn=0.066]

2.3.1.2 CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器引入的相對標準不確定度分量uB。uB不確定度分量采用B類評定方法評定，具體如下。

①儀器示值誤差為7.9%，服從均勻分布（矩形分布），包含因子[k=3]。

相對標準不確定度：

[uB1=7.9%3=0.046]

②儀器流量誤差為2.7%，服從均勻分布（矩形分布），包含因子[k=3]。

相對標準不確定度：[uB2=2.7%3=0.016]

③儀器重復性誤差為1.4%，服從正態(tài)分布，包含因子[k=1.96]。

相對標準不確定度：[uB3=1.4%1.96=0.007]

2.3.1.3 合成自然衰減常數(shù)kn標準不確定度uckn。各相對不確定度分量[uknr]、[uB1]、[uB2]和[uB3]互不相關。

[ucknr=uknr2+uB12+uB22+uB32=0.082]

[uckn=ucknr×kn=0.000 43 min-1]

2.3.2 總衰減常數(shù)ke的測量不確定度評定。

2.3.2.1 重復性測量引入的相對標準不確定度分量[uker]。[uker]不確定度分量采用A類評定方法評定，在相同試驗條件下進行總衰減常數(shù)試驗，通過10次獨立測量得到ke（min-1）分別為：0.108 8，0.108 1，0.108 5，0.106 9，0.107 7，0.109 7，0.107 8，0.107 8，0.108 0，0.106 7，平均值為0.108 0。

標準不確定度：

[uke=110-1i=110（kei-ke）2=0.000 87 min-1]

相對標準不確定度：[uker=ukeke=0.008 1]

2.3.2.2 CLJ-E3016激光塵埃粒子計數(shù)器引入的相對標準不確定度分量uB。uB不確定度分量采用B類評定方法評定，具體如下。

①儀器示值誤差為7.9%，服從均勻分布（矩形分布），包含因子[k=3]。

相對標準不確定度：[uB1=7.9%3=0.046]

②儀器流量誤差為2.7%，服從均勻分布（矩形分布），包含因子[k=3]。

相對標準不確定度：[uB2=2.7%3=0.016]

③儀器重復性誤差為1.4%，服從正態(tài)分布，包含因子[k=1.96]。

相對標準不確定度：[uB3=1.4%1.96=0.007]

2.3.2.3 合成總衰減常數(shù)ke標準不確定度[ucke]。各相對不確定度分量[uker]、[uB1]、[uB2]和[uB3]互不相關。

[ucker=uker2+uB12+uB22+uB32=0.050]

[ucke=ucker×ke=0.005 4 min-1]

2.3.3 輸入功率P的測量不確定度評定。

2.3.3.1 重復性測量引入的標準不確定度分量up。up不確定度分量采用A類評定方法評定，在相同試驗條件下進行輸入功率試驗，通過10次獨立測量得到P值（W）分別為：21.6，21.6，21.5，21.6，21.5，21.4，21.5，21.5，21.4，21.4，平均值為21.5。

標準不確定度：

[uP=110-1i=110（Pi-P）2=0.082 W]

2.3.3.2 AN1640B安全性能綜合分析儀引入的標準不確定度分量uB。uB不確定度分量采用B類評定方法評定，具體如下。

儀器示值誤差為±0.071 5 W（儀器量程50 W），服從均勻分布（矩形分布），包含因子[k=3]。

標準不確定度：[uB4=0.071 53=0.041 W]

2.3.3.3 合成輸入功率P標準不確定度ucP。各不確定度分量up和[uB4]互不相關。

[ucP=uP2+uB42=0.092 W]

2.4 合成標準不確定度評定

數(shù)學模型：

[η=QP=60×（ke-kn）×VP=1 800×（ke-kn）P]

式中：V為試驗艙容積，30 m3。因標準不確定度分量uckn、ucke、ucP互不相關，并將實際數(shù)據(jù)代入得合成標準不確定度：

[uc=?η?ke2u2cke+?η?kn2u2ckn+?η?P2u2cP=0.455 m3/（W·h）]

式中，靈敏系數(shù)：

[?η?ke=1 800P，?η?kn=-1 800P，]

[?η?P=-1 800（ke-kn）P2]

2.5 擴展不確定度評定

取置信概率p=95%，包含因子k=2，即可得擴展不確定度U95，如下：

[U95=kuc=2×0.455=0.91 m3/（W·h）]

2.6 測量結果不確定度報告

本次評定條件下擴展不確定度U95=0.91 m3/（W·h），包含因子k=2，即可得顆粒物凈化能效測量結果為η=（8.61±0.91） m3/（W·h），k=2。

3 結語

根據(jù)本次不確定度評定結果可以看出，對空氣凈化器顆粒物凈化能效測量時，對測量結果產(chǎn)生較大影響的主要是儀器的示值誤差和流量誤差所引入的不確定度，其次是重復性測量誤差和儀器重復性誤差所引入的不確定度。因此，在日常檢驗工作中，應加強對儀器的定期檢定和校準，做好重要儀器的期間核查，并根據(jù)《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）中試驗方法要求，嚴格按照操作規(guī)程進行試驗。同時，可通過內部質控和外部質控等比對方式，確保檢測結果的準確性。本次對空氣凈化器顆粒物凈化能效測量的不確定度評定結果為η=（8.61±0.91）m3/（W·h），k=2。

參考文獻：

[1] 胡月琪，王琛，鄔曉東，等.固定源細顆粒物監(jiān)測技術現(xiàn)狀分析與思考[J].環(huán)境科技，2016，29（1）：69-74.

[2] 趙爽，朱焰，張曉，等.GB/T 18801—2015《空氣凈化器》國家標準修訂若干關鍵技術研究[J].家電科技，2022（1）：32-36.

[3] 常魯楠，左雙全，孫志辰，等.空氣凈化器室內除塵能力分析[J].日用電器，2020（2）：22-27.

[4] 楊焯靖，周夢然，賀雷，等.影響空氣凈化器顆粒物潔凈空氣量因素研究[J].日用電器，2021（3）：27-30，46.

[5] 孟凡超，張珺穜，肖軍，等.空氣凈化器適配型濾芯顆粒物凈化性能研究[J].綠色科技，2019（10）：147-149.

[6] 王耿鴻，丁年平，王春，等.不同實驗因素對顆粒物潔凈空氣量的影響[J].輕工科技，2016，32（6）：119-120.

[7] 楊秀峰，夏利梅，周雪涵.空氣凈化器性能的實測與分析[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版）.2019，51（5）：757-762.

[8] 束亮亮，姜耀鵬，劉育太.空氣凈化器潔凈空氣量測試結果評價分析[J].清洗世界，2020，36（3）：11-17.