空氣凈化器顆粒物潔凈空氣量測(cè)試設(shè)備的對(duì)比研究

張橫錦 方海林 符顥譯 陳妙陽(yáng)

1. 廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 廣東廣州 510000；

2. 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心 廣東廣州 510000

1 引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18801-2015《空氣凈化器》推薦使用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量并計(jì)算得到顆粒物潔凈空氣量（CADR），而通過(guò)顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算顆粒物累積凈化量（CCM）[1,2]。受限于檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)瓶頸，國(guó)內(nèi)科研單位及檢測(cè)機(jī)構(gòu)往往選擇使用進(jìn)口的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，如TSI 3340A，價(jià)格高達(dá)54萬(wàn)人民幣，價(jià)格高昂且維護(hù)成本高，對(duì)企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和質(zhì)量控制帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)[3,4]；而同品牌顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀只需要7萬(wàn)人民幣左右。因此，有必要探索采用顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀進(jìn)行顆粒物潔凈空氣量（CADR）測(cè)試的可行性，以期為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)中采用備選檢測(cè)設(shè)備或?yàn)槠髽I(yè)質(zhì)量控制設(shè)備的選用提供理論依據(jù)。

2 測(cè)試設(shè)備和材料

激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器使用美國(guó)TSI公司生產(chǎn)的3340A型激光氣溶膠粒徑譜儀（搭配TSI 3302A稀釋器），可測(cè)量粒徑范圍為0.09～7.5 μm的顆粒物濃度；顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀使用美國(guó)TSI公司生產(chǎn)的DUSTTRAK II氣溶膠監(jiān)測(cè)儀8530，可檢測(cè)與PM1、PM2.5、可吸入微粒、PM10或粒分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的氣溶膠濃度，氣溶膠濃度范圍0.001～400 mg/m3。這兩種設(shè)備都是利用光度測(cè)量原理進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。用雄獅牌香煙（焦油含量8 mg）煙霧作為顆粒物的塵源[5]。采用符合GB/T 18801-2015《空氣凈化器》附錄A要求的30 m3試驗(yàn)艙。

3 測(cè)試方法

為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，激光氣溶膠粒徑譜儀TSI 3340A和氣溶膠監(jiān)測(cè)儀TSI 8530同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，兩個(gè)取樣口并排放置，取樣口離墻面55 cm，相對(duì)試驗(yàn)艙地面110 cm，避開(kāi)進(jìn)出風(fēng)口。TSI 3340A設(shè)置取樣周期2 min，取樣流量50 ml/min，稀釋器100:1，設(shè)置取樣通道5個(gè)，分別為90～100 nm、100～300 nm、300～000 nm、1000～2500 nm、2500～7500 nm。TSI 8530設(shè)置取樣周期2 min，取樣時(shí)間1 min，采用10 um粒徑選擇撞擊器。

30 m3試驗(yàn)艙準(zhǔn)備：顆粒物（0.3～10μm）背景濃度＜1000個(gè)/L，環(huán)境溫度（25±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%，顆粒物初始濃度（6×106～1.2×107）個(gè)/L。

4 設(shè)備不確定度評(píng)定

4.1 A類(lèi)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

選擇某空氣凈化器為測(cè)試樣本，同時(shí)使用TSI 8530和TSI 3340A分別進(jìn)行9次獨(dú)立重復(fù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 顆粒物潔凈空氣量測(cè)試結(jié)果（單位：m3/h）

用貝塞爾公式計(jì)算測(cè)量結(jié)果[6,7]，如公式（1），進(jìn)行計(jì)算，可得A類(lèi)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分別為μA(CADR)TSI8530=6.4 m3/h，μA(CADR)TSI3340A=8.2 m3/h。

式中：

μA(CADR)——A類(lèi)方法評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

CADRi——第i次獨(dú)立測(cè)量得到的空氣凈化器顆粒物潔凈空氣量；——n次獨(dú)立測(cè)量得到的空氣凈化器顆粒物潔凈空氣量；

n——獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，這里n=9；

圖1 TSI 3340A和TSI 8530顆粒物潔凈空氣量測(cè)試值

4.2 B類(lèi)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

TSI 3340A的測(cè)量不確定度主要來(lái)源于粒子計(jì)數(shù)示值誤差和取樣流量誤差。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商出廠計(jì)量參數(shù)表，粒子計(jì)數(shù)最大誤差為5%，按矩形分布估計(jì)，則引入的相對(duì)不確定度為：

根據(jù)TSI 3340的計(jì)量證書(shū)，流量示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為0.31%，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為μcrel-2=0.155%，

TSI 8530 的測(cè)量不確定度主要來(lái)源于濃度示值誤差。根據(jù)計(jì)量證書(shū)，粒子濃度示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為9.6%，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為μcrel-TSI8530=4.8%。

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

TSI 3340A的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

TSI 8530的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則潔凈空氣量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度分別為：

5 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)顆粒物潔凈空氣量介于50～800 m3/h的樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，分析TSI 3340A和TSI 8530對(duì)不同潔凈空氣量?jī)艋鳒y(cè)試值的偏離程度，兩款設(shè)備的測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

在圖1中，根據(jù)TSI 3340A測(cè)試值不確定度的計(jì)算結(jié)果標(biāo)出誤差線。顆粒物潔凈空氣量在50～500 m3/h范圍內(nèi)，TSI 3340A和TSI 8530測(cè)試結(jié)果絕對(duì)值偏離較小，隨著潔凈空氣量的提高，兩者測(cè)試值偏離程度呈增大趨勢(shì)。

圖2 TSI 8530測(cè)試值相對(duì)TSI 3340A偏離度

如圖2所示，偏離度為（CADRTSI8530-CADRTSI3340A）/CADRTSI3340A的值。由圖可見(jiàn)，顆粒物潔凈空氣量在350 m3/h以下時(shí)，偏離度低于3.0%；隨著潔凈空氣量的增加，偏離度呈上升趨勢(shì)，但均低于9.0%。根據(jù)4.4節(jié)的測(cè)量不確定度計(jì)算結(jié)果，TSI 8530的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為9.8%，潔凈空氣量較大時(shí)產(chǎn)生的誤差可能是由于測(cè)量不確定度導(dǎo)致，可采取3次測(cè)量取平均值的方法減少誤差。因此在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18801-2015規(guī)定的30 m3實(shí)驗(yàn)艙顆粒物潔凈空氣量測(cè)試范圍（30～800 m3/h）內(nèi)，TSI 3340A和TSI 8530顆粒物潔凈空氣量測(cè)試值偏離度均在可接受范圍內(nèi)，兩者測(cè)量值具有較好的一致性。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)TSI 3340A和TSI 8530測(cè)試結(jié)果偏離度和不確定度的分析，可知兩者測(cè)量結(jié)果具有高度的一致性。TSI 8530的測(cè)量結(jié)果與TSI 3340A比較，偏離度小于9%，且TSI 8530的測(cè)量不確定度為9.8%，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18801規(guī)定的潔凈空氣量實(shí)測(cè)值不小于標(biāo)稱(chēng)值的90%的要求，TSI 8530可滿足測(cè)量需求。此外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18801規(guī)定的顆粒物背景濃度可考慮采用顆粒物質(zhì)量濃度表示。綜上所述，TSI 8530可作為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)中采用的備選測(cè)試設(shè)備，或者作為企業(yè)生產(chǎn)控制的設(shè)備。