空氣凈化器甲醛凈化能效的測量結果不確定度評定

摘 要：凈化能效作為評判空氣凈化器能耗高低的關鍵指標，更貼合國民需要。2023年5月1日GB/T 18801—2022《空氣凈化器》正式實施，新標準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，高能耗產品將因無法達標而被淘汰。本文主要依據標準中甲醛凈化能效的測定方法，對測量結果的不確定度影響因素進行分析和評定。結果表明，儀器的重復性測量和示值誤差引入的不確定度對測量結果的影響較大。

關鍵詞：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，國內空氣質量問題嚴峻，呼吸道疾病暴發性增長。不論是城市還是農村居民，大部分時間是在室內環境中度過，因此室內空氣質量對人體健康影響非常重要[1]。霧霾經濟刺激了空氣凈化器行業的快速發展，室內配置空氣凈化器成為應對當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，消費者的需求不再單純針對霧霾凈化，希望產品向除醛、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、呵護健康成為空氣凈化行業的新風向標。

市場上的空氣凈化器的品類繁多，產品特點各有不同，凈化質量良莠不齊。同時，適用場景不同，凈化效果差別較大，消費者應根據自身需求和環境污染條件，優先選擇針對性強、性價比高的產品[2]。凈化能效是將凈化效果和能耗綜合考慮的參數，是選購空氣凈化器的主要指標之一，能夠比較客觀反應空氣凈化器的整體性能[3]。本文主要通過電化學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算得出空氣凈化器的甲醛凈化能效指標，進而分析和評定其測量結果不確定度，為產品提供更加客觀、科學的評價依據。

1 試驗方法

1.1 目的

評定空氣凈化器甲醛凈化能效的測量結果不確定度。

1.2 環境條件

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 試驗設備

本次試驗使用的主要設備有：30 m3環境測試艙、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甲醛發生器（甲醛發生裝置，對最終結果不產生影響）、CLJ-E3016塵埃粒子計數器及稀釋器（背景濃度測試，對最終結果不產生影響）。

1.5 試驗步驟（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定運行30 min以上，測量其功率，當數值變化<1%，讀取測量值即為輸入功率；

2）試運行：將凈化器置于環境背景低于GB/T18883—2022《室內空氣質量標準》規定的污染物限值且溫度（23±3）℃，相對濕度（50±10）%的環境中，試運行至少1 h；

3）采樣布點：將便攜式甲醛分析儀置于艙內桌子（高度0.9 m）上，采樣口應避開進出風口，且距離艙壁>0.5 m；

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

5）污染物輸送：關閉凈化系統和溫濕度調節裝置，開啟攪拌風扇和循環風扇，用甲醛發生器將一定量的甲醛氣體輸送至艙內，關閉發生器；

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

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

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

2 數學模型

凈化能效計算公式如下：

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，min-1；k n為自然衰減常數，min-1；V為試驗艙容積，30 m3。

衰減常數的計算見公式（2）：

其中式中：k為衰減常數，min-1；t i為第i 個取樣點對應的時間，min；n為采樣次數； 為第i 個取樣點對應的甲醛濃度，mg/m3。

3 標準不確定度評定

3.1 測量結果的不確定度來源及評定方法

根據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原理，線性穩定，結果準確，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點后三位，儀器讀數分辨率引入的標準不確定度可忽略不計；②本試驗采用的試驗艙的氣密性要求高，溫濕度控制精度遠高于標準要求，衰減常數的測量周期為1 h，短時間內溫濕度變化不大，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，故測量環境引入的標準不確定度可忽略不計[6]。

3.2 標準不確定度評定

3.2.1 自然衰減常數k n的測量不確定度評定

（1）測量重復性引入的相對標準不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗條件下進行自然衰減常數試驗（重復測量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。單次測量結果的相對標準不確定度為：

3.2.2 總衰減常數k e的測量不確定度評定

（1）測量重復性引入的相對標準不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗條件下進行總衰減常數試驗（重復測量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。單次測量結果的相對標準不確定度為：

（2）儀器示值誤差引入的相對標準不確定度按矩形分布（包含因子），計算得：

（3）儀器重復性誤差引入的相對標準不確定度按正態分布（包含因子k =1.96），計算得：

3.2.3 輸入功率P的測量不確定度評定

（1）測量重復性引入的標準不確定度

采用A類評定方法評定，相同試驗條件下進行輸入功率試驗（重復測量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。單次測量結果的相對標準不確定度為：

（2）儀器示值誤差引入的標準不確定度

3.3 合成標準不確定度評定

數學模型公式詳見式（1），因式中k e、k n、P 各輸入量互不相關，則合成標準不確定度按式（16）計算：

其中，靈敏系數為：

凈化能效各輸入量的測量值及不確定度分量由前計算得出，詳見表2。

3.4 擴展不確定度評定

取包含因子k =2，置信概率P =95%，得擴展不確定度為：

3.5 測量結果不確定度的報告與表示

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

4 結 論

本文對空氣凈化器的甲醛凈化能效的測量結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性測量和示值誤差。因此，為確保檢測結果的準確性，在日常檢測工作中，應注重對測量儀器的檢定和校準工作。同時，本文采用的是電化學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規定，為保證重復測量的相對標準偏差小于5%，還需要用酚試劑分光光度法或標氣定期對儀器進行比對，以保證甲醛分析儀的準確性[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果為U =（2.74±0.35）m3/W·h，k =2。

參考文獻

[1]劉露，宋霄龍.電化學便攜式甲醛分析儀測量結果不確定度的研究[J].廣州化學，2017，42（5）：32-35.

[2]胡俊，肖江蓉，亮亮，等.空氣凈化器對室內甲醛凈化效果的實驗研究[J].分析科學學報，2013，29（2）：169-172.

[3]呂曉飛，劉兵兵，胡朋舉，等.空氣凈化器甲醛凈化性能研究[J].潔凈與空調技術，2018（3）：66-68.

[4]全國家用電器標準化技術委員會.空氣凈化器：GB / T18801—2022[S].北京：中國標準出版社，2022.

[5]全國法制計量管理計量技術委員會.測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[6]孟凡超，劉兵兵，胡朋舉，等.空氣凈化器甲醛潔凈空氣量測量結果不確定度分析[J].輕工科技，2018，34（8）：128-129.

[7]中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會.公共場所衛生檢驗方法 第2部分：化學污染物：GB/T 18204.2—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

作者簡介

黃金菊，本科，工程師，研究方向為環保產品質量檢驗和技術。

（責任編輯：張瑞洋）