王伯燕 張立民 杜曉燕

（中家院（北京）檢測認證有限公司，北京 100176）

電風扇產(chǎn)品憑借著便宜、節(jié)能等特點走入了千家萬戶，成為每一個家庭控制室內(nèi)空氣循環(huán)和夏季納涼的主要手段之一。近年來，人們對于電風扇的需求并未隨著空調(diào)產(chǎn)品普及率的提高而降低。據(jù)中研網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國電風扇的銷量為5 094萬臺，同比增長0.4%；零售規(guī)模為99.4 億元，同比增長4.4%。

電風扇的新版能效標準GB 12021.9-2021《電風扇能效限定值及能效等級》經(jīng)過修訂已于2021 年10 月11 日發(fā)布。本次標準修訂將直流風扇納入到標準范圍中，增加了聚風型風扇產(chǎn)品能效要求；同時修改了電風扇能效值的測試方法[1]。本文以落地扇為例，對落地扇能效值測試的不確定度進行評定，分析影響測試過程中的因素，為實驗室提升測試質(zhì)量提供參考。

1 測量過程

電風扇內(nèi)圈風量和外圈風量的比值小于0.9 的，屬于非聚風型風扇，反之屬于聚風型風扇[1]。

為了減少環(huán)境對測試的影響，在一個溫度為20℃±5℃，無外界氣流和熱輻射作用的實驗室內(nèi)測試電風扇的風量。實驗室的寬度為4 500 mm±15 mm，高度為3 000 mm±15 mm，長度根據(jù)電風扇的扇葉規(guī)格確定，對于扇葉直徑不超過400 mm 的電風扇，實驗室長度為4 500 mm±15 mm；對于扇葉直徑超過400 mm 的風扇，實驗室的長度為6 000 mm±15 mm。風速表葉片平面與被測風扇的扇葉平面保持平行[2]。風量測試布置如圖1 所示。

圖1 中d為風扇扇葉直徑的3 倍，當被測風扇扇葉直徑不超過400 mm 時，h為1 200 mm，其他情況下，h為1 500 mm。

圖1 落地扇風量測試布置圖

風量測試前，被測電風扇在額定電壓、額定頻率下最高擋位工作至少1 h。測試過程中，電風扇按照使用說明安裝風罩，將電機軸調(diào)整并固定在水平位置上以最高擋位工作[2]。

首先在不同圓環(huán)的上下左右四個方向上布置風速計，測試電風扇的風速，從距離扇葉軸線開始，每40 mm 布置一個圓環(huán)，往外測試風速，直到平均風速低于24 m/min，然后計算出每個圓環(huán)上的風量，將這些風量累加得到風扇的總風量。

通過電風扇的輸入功率和風量，按照公式（1）計算能效值[1]。

式（1）中：

ε-電風扇能效值，單位為m3/(min?W)；Q-電風扇的總風量，單位為m3/min；P-輸入功率，單位為W；λ-風扇類型修正系數(shù)。

2 建立測量模型

根據(jù)公式（2）計算每個圓環(huán)的面積S：

式（2）中：

r-圓環(huán)的平均半徑，單位為mm。

根據(jù)公式（3）計算被測風扇的總風量Q：

式（3）中：

v-同一半徑上圓環(huán)的平均風速，單位為m/min。

每個圓環(huán)上的平均風速根據(jù)公式（4）計算：

式（4）中：

vU-上方風速計測得風速，單位為m/min；vD-下方風速計測得風速，單位為m/min；vL-左側(cè)風速計測得風速，單位為m/min；vR-右側(cè)風速計測得風速，單位為m/min。

3 能效值的A 類不確定度評定

選取某品牌落地扇產(chǎn)品進行能效值測試，其規(guī)格參數(shù)為：220 V～50 Hz 20 W 285 mm。對該風扇進行風量測試，測試數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 電風扇風量測試數(shù)據(jù)

由表1 可知，該風扇內(nèi)圈風量為14.143 6 m3/min，外圈風量為9.989 5 m3/min，內(nèi)圈風量與外圈風量的比值為1.42，為聚風型風扇，能效值修正系數(shù)λ取1.20。能效值計算公式可改寫為公式（5）：

按照標準對該落地扇樣機進行10 次能效值測試，測試數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 電風扇能效值測試數(shù)據(jù)

根據(jù)貝塞爾公式，可得到能效值測量重復性引入的A 類不確定度分量為：

4 能效值的B 類不確定度評定

分析電風扇能效值的計算公式和測試過程可知，電風扇能效值測試受到風量Q和風扇輸入功率P影響。

4.1 風量Q 引入的B 類不確定度分量

由風扇風量的計算公式可知，風量測量的不確定度由風速v、不同圓環(huán)的平均半徑r決定。

4.1.1 風速v測量引入的不確定度分量

本次實驗使用四個葉輪風速計從上下左右四個方向測試每個圓環(huán)上平均半徑處的風速，由使用說明可知，風速計在18 m/min～1 200 m/min 范圍內(nèi)的測量精度為±（6 m/min+1.5%測量值），概率為矩形分布[3]，每個圓環(huán)上四個風速計同時測試風速時的不確定度根據(jù)公式（7）計算。

靈敏系數(shù)根據(jù)公式（8）計算：

各圓環(huán)風速測量的不確定度如表3 所示。

表3 風速測量不確定度

不同圓環(huán)之間的相關系數(shù)為1，根據(jù)不確定度合成原理，風速測量引入的標準不確定度分量為：

4.1.2 風速測量圓環(huán)平均半徑r引入的不確定度分量

由風扇風量測試系統(tǒng)校準證書可知，風速儀導軌移動的擴展不確定度為0.02 mm，包含因子k=2，在不同圓環(huán)平均半徑ri的測量不確定度為0.01 mm。靈敏系數(shù)根據(jù)公式（10）計算：

則風速測量圓環(huán)平均半徑引入的不確定度如表4 所示。

表4 風速測量圓環(huán)平均半徑測量不確定度

不同圓環(huán)之間的相關系數(shù)為1，根據(jù)不確定度合成原理，風速測量圓環(huán)平均半徑引入的標準不確定度分量為：

風量測量的B 類合成不確定度為：

靈敏系數(shù)為：

4.2 輸入功率P 引入的B 類不確定度分量

使用數(shù)字電參數(shù)儀測試電風扇的輸入功率。由校準證書可知，數(shù)字電參數(shù)儀功率測量的相對不確定度為0.28%，包含因子k=2。本次實驗電風扇輸入功率為12.70 W。輸入功率的測量不確定度：

5 電風扇能效值不確定度

電風扇能效值各不確定度分量匯總?cè)绫? 所示。

表5 電風扇能效值各不確定度分量

電風扇能效值的合成不確定度為：取包含因子k=2，電風扇能效值的擴展不確定度為：

6 結(jié)束語

與GB 12021.9-2021 標準配套的能效實施細則正在修訂中，直流電風扇產(chǎn)品需要加貼能效標貼，直流電風扇的廠家需要確保產(chǎn)品符合能效要求。經(jīng)過對電風扇能效值測試不確定的評定可知，風速測量是影響電風扇能效值測試精度的決定性因素?？梢酝ㄟ^提高風速計測量精度來提升能效值的測試精度。本文也可以為吊扇能效值的不確定評定提供參考。