空氣凈化器甲醛凈化能效的測量結(jié)果不確定度評定

摘 要：凈化能效作為評判空氣凈化器能耗高低的關(guān)鍵指標(biāo)，更貼合國民需要。2023年5月1日GB/T 18801—2022《空氣凈化器》正式實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)更改了凈化器的能效要求，刪除了能效分級，也提高了要求。因此，高能耗產(chǎn)品將因無法達(dá)標(biāo)而被淘汰。本文主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中甲醛凈化能效的測定方法，對測量結(jié)果的不確定度影響因素進(jìn)行分析和評定。結(jié)果表明，儀器的重復(fù)性測量和示值誤差引入的不確定度對測量結(jié)果的影響較大。

關(guān)鍵詞：空氣凈化器，甲醛，凈化能效，不確定度評定

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.032

0 引 言

近年來，國內(nèi)空氣質(zhì)量問題嚴(yán)峻，呼吸道疾病暴發(fā)性增長。不論是城市還是農(nóng)村居民，大部分時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境中度過，因此室內(nèi)空氣質(zhì)量對人體健康影響非常重要[1]。霧霾經(jīng)濟(jì)刺激了空氣凈化器行業(yè)的快速發(fā)展，室內(nèi)配置空氣凈化器成為應(yīng)對當(dāng)前空氣問題的剛性需求。而隨著大家健康家裝意識越來越強(qiáng)，消費(fèi)者的需求不再單純針對霧霾凈化，希望產(chǎn)品向除醛、苯、氨等有害氣體，殺菌消毒以及增氧清新等功能傾斜，改善生活品質(zhì)、呵護(hù)健康成為空氣凈化行業(yè)的新風(fēng)向標(biāo)。

市場上的空氣凈化器的品類繁多，產(chǎn)品特點(diǎn)各有不同，凈化質(zhì)量良莠不齊。同時(shí)，適用場景不同，凈化效果差別較大，消費(fèi)者應(yīng)根據(jù)自身需求和環(huán)境污染條件，優(yōu)先選擇針對性強(qiáng)、性價(jià)比高的產(chǎn)品[2]。凈化能效是將凈化效果和能耗綜合考慮的參數(shù)，是選購空氣凈化器的主要指標(biāo)之一，能夠比較客觀反應(yīng)空氣凈化器的整體性能[3]。本文主要通過電化學(xué)傳感器法便攜式甲醛分析儀測定空氣中甲醛的含量，采用安全性能綜合分析儀測定空氣凈化器的輸入功率，然后通過曲線模擬和公式計(jì)算得出空氣凈化器的甲醛凈化能效指標(biāo)，進(jìn)而分析和評定其測量結(jié)果不確定度，為產(chǎn)品提供更加客觀、科學(xué)的評價(jià)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 目的

評定空氣凈化器甲醛凈化能效的測量結(jié)果不確定度。

1.2 環(huán)境條件

溫度：（23±2）℃；相對濕度：（50±5）%。

1.3 背景濃度

顆粒物：使0.3 μm以上的粒子濃度小于1000個/L；甲醛：低于初始濃度的10%〔甲醛初始濃度為（1.00±0.20）mg/m3〕。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)使用的主要設(shè)備有：30 m3環(huán)境測試艙、H T V-M便攜式甲醛分析儀（測量范圍：0 ～10ppm）、A N16 4 0B安全性能綜合分析儀（測量范圍：0～50 W）、HYGA-2甲醛發(fā)生器（甲醛發(fā)生裝置，對最終結(jié)果不產(chǎn)生影響）、CLJ-E3016塵埃粒子計(jì)數(shù)器及稀釋器（背景濃度測試，對最終結(jié)果不產(chǎn)生影響）。

1.5 試驗(yàn)步驟（參照GB/T 18801—2022《空氣凈化器》附錄E）

1）連接空氣凈化器和安全性能綜合分析儀，凈化器在額定功率條件下穩(wěn)定運(yùn)行30 min以上，測量其功率，當(dāng)數(shù)值變化<1%，讀取測量值即為輸入功率；

2）試運(yùn)行：將凈化器置于環(huán)境背景低于GB/T18883—2022《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的污染物限值且溫度（23±3）℃，相對濕度（50±10）%的環(huán)境中，試運(yùn)行至少1 h；

3）采樣布點(diǎn)：將便攜式甲醛分析儀置于艙內(nèi)桌子（高度0.9 m）上，采樣口應(yīng)避開進(jìn)出風(fēng)口，且距離艙壁>0.5 m；

4）試驗(yàn)艙凈化：開啟艙內(nèi)凈化系統(tǒng)，使溫濕度和背景濃度滿足1.2、1.3要求；

5）污染物輸送：關(guān)閉凈化系統(tǒng)和溫濕度調(diào)節(jié)裝置，開啟攪拌風(fēng)扇和循環(huán)風(fēng)扇，用甲醛發(fā)生器將一定量的甲醛氣體輸送至艙內(nèi)，關(guān)閉發(fā)生器；

6）自然衰減測試：（a）循環(huán)風(fēng)扇保持開啟狀態(tài)，攪拌風(fēng)扇再攪拌10 min 后關(guān)閉，待風(fēng)扇靜止后，測定甲醛初始濃度C 0；（b）每5 min采集一次，除C 0外的第一個取樣點(diǎn)開始時(shí)刻為t =0 min，連續(xù)采樣60 min；

7）總衰減測試：重復(fù)3）～5）步驟，攪拌風(fēng)扇再攪拌10 min 后關(guān)閉，待風(fēng)扇靜止后，測定甲醛初始濃度C 0；開啟凈化器至額定模式，開啟時(shí)刻為t = 0min，每5 min采集一次甲醛，連續(xù)采樣60 min，期間，循環(huán)風(fēng)扇保持開啟狀態(tài)；

8）按公式（1）（2）計(jì)算自然衰減常數(shù)k n、總衰減常數(shù)k e、潔凈空氣量Q及凈化能效η。

2 數(shù)學(xué)模型

凈化能效計(jì)算公式如下：

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；k e為總衰減常數(shù)，min-1；k n為自然衰減常數(shù)，min-1；V為試驗(yàn)艙容積，30 m3。

衰減常數(shù)的計(jì)算見公式（2）：

其中式中：k為衰減常數(shù)，min-1；t i為第i 個取樣點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)間，min；n為采樣次數(shù)； 為第i 個取樣點(diǎn)對應(yīng)的甲醛濃度，mg/m3。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 測量結(jié)果的不確定度來源及評定方法

根據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[5]評定方法，詳見表1。

其中：①甲醛分析儀采用電化學(xué)原理，線性穩(wěn)定，結(jié)果準(zhǔn)確，精度高，操作簡便，屬于便攜式的直讀儀器，其測量值可保留至小數(shù)點(diǎn)后三位，儀器讀數(shù)分辨率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可忽略不計(jì)；②本試驗(yàn)采用的試驗(yàn)艙的氣密性要求高，溫濕度控制精度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，衰減常數(shù)的測量周期為1 h，短時(shí)間內(nèi)溫濕度變化不大，且甲醛分析儀為直讀式，其測量誤差中已考慮溫濕度等造成的影響，故測量環(huán)境引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可忽略不計(jì)[6]。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.2.1 自然衰減常數(shù)k n的測量不確定度評定

（1）測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行自然衰減常數(shù)試驗(yàn)（重復(fù)測量n =10次），得到k n（min-1）分別為：0.0019、0.0021、0.0017、0.0018、0.0016、0.0021、0.0016、0.0018、0.0014、0.0017，平均值為：0.0018 min-1。單次測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2.2 總衰減常數(shù)k e的測量不確定度評定

（1）測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行總衰減常數(shù)試驗(yàn)（重復(fù)測量n =10 次），得到k e（min-1）分別為：0.0695，0.0686，0.0706，0.0684，0.0671，0.0702，0.0688，0.0678，0.0683，0.0695，平均值為：0.0689 min-1。單次測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）儀器示值誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度按矩形分布（包含因子），計(jì)算得：

（3）儀器重復(fù)性誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度按正態(tài)分布（包含因子k =1.96），計(jì)算得：

3.2.3 輸入功率P的測量不確定度評定

（1）測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行輸入功率試驗(yàn)（重復(fù)測量n =10次），得到P（W）分別為：43.9，44.0，44.0，44.0，43.9，43.9，44.0，44.0，43.9，43.9，平均值為：44.0 W。單次測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）儀器示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

數(shù)學(xué)模型公式詳見式（1），因式中k e、k n、P 各輸入量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式（16）計(jì)算：

其中，靈敏系數(shù)為：

凈化能效各輸入量的測量值及不確定度分量由前計(jì)算得出，詳見表2。

3.4 擴(kuò)展不確定度評定

取包含因子k =2，置信概率P =95%，得擴(kuò)展不確定度為：

3.5 測量結(jié)果不確定度的報(bào)告與表示

本次測量的空氣凈化器甲醛凈化能效的擴(kuò)展不確定度結(jié)果可表示為U =（2.74±0.35）m3/W·h，k=2。

4 結(jié) 論

本文對空氣凈化器的甲醛凈化能效的測量結(jié)果不確定度評定分析表明，對合成不確定度影響較大的是測量儀器的重復(fù)性測量和示值誤差。因此，為確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在日常檢測工作中，應(yīng)注重對測量儀器的檢定和校準(zhǔn)工作。同時(shí)，本文采用的是電化學(xué)傳感器法便攜式甲醛分析儀測定空氣中的甲醛含量，參照GB/T 18204.2—2014中7.5規(guī)定，為保證重復(fù)測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，還需要用酚試劑分光光度法或標(biāo)氣定期對儀器進(jìn)行比對，以保證甲醛分析儀的準(zhǔn)確性[7]。本次對空氣凈化器甲醛凈化能效測量的不確定度評定結(jié)果為U =（2.74±0.35）m3/W·h，k =2。

參考文獻(xiàn)

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[7]中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會.公共場所衛(wèi)生檢驗(yàn)方法 第2部分：化學(xué)污染物：GB/T 18204.2—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

作者簡介

黃金菊，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和技術(shù)。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）