1、前言
随着生活水平的提高以及家电行业的快速发展，洗碗机正逐渐走入越来越多的家庭。洗碗机在欧美国家起步比较早，发展的也比较成熟。因为洗碗机不仅可以解放双手使人们从洗碗的手工劳动中解放出来，还具有除菌消毒、去除水果、蔬菜中的残留农药等附加性能。今年的新冠肺炎疫爆发情期间，我国消费者越来越注重洗碗机的健康特性，因此在家电销售市场萎靡态势下，反而有了明显的增长。可预测在未来几年，洗碗机作为家电的中坚力量迅速为消费者所接受。为了保证质量水平，以及节电、节水能力，2019年12月17日，国家市场监督管理总局，发布了强制国家标准GB 38383-2019《洗碗机能效水效限定值及等级》，为洗碗机检测和消费者选购提供了新依据。标准针对消费者关心的是否洗得干净、耗水量、耗电量等几个方面提出了技术要求和测试方法。其中能效指数反映了能源（耗电）的利用效率，是能效测试中一个重要的参数。
150年前在地球上测量光的速度时，在给出的测量结果中同时还给出了测量误差。但是由于误差的评定方法不一致，使得不同的测量结果之间缺乏可比性，这与当今全球化进程是不适应的。用测量不确定度来统一评价测量的质量就是在这种情况下产生的。测量不确定的度评定和表示方法是统一的，方便各个国家、各个实验室间的相互比较和相互承认。[1]
GB 38383-2019中能效指数的相关内容，是与现行国家标准GB/T 20290-2016《家用电动洗碗机 性能测试方法》，相比引入了中式餐具的污染方法、测试方法，以及小套数餐具能效指数和水效指数的计算方法，这部分调整使得洗碗机性能检测更加符合国情。
2、洗碗机能效指数测量不确定度的评定方法
能效指数是在洗净性能达到标准要求的前提下，反映整机能源的利用效率，无论对洗碗机制造商，对于消费者来说是重要的指标，其测试结果的准确性直接影响到质量的评价结果。
2.1 洗碗机能效指数的检测方法以及步骤
计算能效指数需要测量耗电量、待机功率、关机功率以及程序时间等。现在市场上的洗碗机多种多样，有的没有电源管理模块，程序结束后会一直处于待机状态需要手动进行控制；有的带有电源管理模块结束后进入待机状态一段时间自动进入关机状态；有的则程序结束后直接进入关机状态。在标准中针对是否具有电源管理模块规定了不同的计算方法。针对额定容量大于等于10套的洗碗机、6套~9套的洗碗机、小于6套的洗碗机，标准中也规定了不同容量范围的标准年耗电量的不同的计算方法。虽然计算方法不同，但是对于不确定度的评定方法却大同小异。本文使用一台5套的且带有电源管理模块的洗碗机来进行能效指数不确定度的评定。
根据GB 38383-2019中6.2的要求，能效指数与清洁指数试验同时进行，测得每个完整循环的耗电量。近几年的洗碗机绝大部分都不需要外部加热，因此使用冷水供水，如果冷水水温不是15.0℃，应该进行冷水耗电量的修正[2~3]。再通过QB/T 1520-2013中的方法计算出能效指数。
2.2 试验模型
根据GB 38383-2019中6.2的要求进行能效指数的计算，其计算公式如式（2.1）所示。
（2.1）式中：
EEI——能源效率指数，圆整至1位小数。
AEc——年耗电量，kW·h/年。
SAEc——标准年耗电量，kW·h/年。
因为待测洗碗机装有电源管理模块，程序结束后可自动转入关机模式，则年耗电量根据式（2.2）进行计算：
（2.2）式中：
AEc——年耗电量，kW·h/年。
Et——标准洗涤程序循环耗电量，kW·h。
280——一年标准洗涤程序的运行循环数。
P1——标准洗涤程序待机功率，W。
T1——标准洗涤程序待机模式的时间，min。
P0——标准洗涤程序关机功率，W。
525600——一年的时间常数，min。
Tt——标准洗涤程序周期，min。[3]
因为待测洗碗机额定容量为5套，因此标准年耗电量按（2.3）进行计算：
（2.3）式中：
SAEc——标准年耗电量，kW·h/年。
Ps——个人餐具套数。[4]
2.3 不确定度因素确定
根据能效指数计算公式，影响能效指数的主要为标准年耗电量SAEc和年耗电量AEc。由于在套数确定的情况下标准年耗电量为一个确定值，所以没有不确定度。此次测试用的洗碗机为5套根据公式计算SAEc=287.5。
因为测试样机是有电源管理模块而且没有待机模式，对年耗电量AEc进行简化如（2.4）所示：
（2.4）根据以上简化公式对年耗电量AEc进行不确定度的评定。
能效指数是洗碗机套数、耗电量、关机功率以及待机功率和程序时间综合体现的一个指标。其中耗电量对能效指数的影响比较大，在耗电量的测试过程中发现电量除了跟样机自身程序耗电与测量设备准确度有很大关系外，也与测试设备的进水口温度以及环境温度有关。因为现在的洗碗机中大多有温度控制，加热到设定温度会停止加热。如果入水口温度过高或过低以及室温不在标准范围内在加热功率恒定的情况下，加热时间会大大缩短，导致耗电量减少。因此，我们需要一个符合标准且稳定的测试环境。耗电量的多少也与餐具数量与温度以及污染物的量有直接关系，如果把污染好的餐具从烘箱拿出而不放置至环境温度就放入洗碗机进行测试，餐具会有较高的温度，从而对耗电量有一定的影响。餐具的材料多为陶瓷或不锈钢，在洗碗机进行加热的过程中也会吸收一定的热量，餐具数量的多少也对耗电量有一定的影响。针对这些对耗电量的影响因素，标准中做了一些规定来避免或者尽量减小其造成的影响。标准中规定了环境温度为（23±2）℃，湿度为（55±5）%RH减小了环境因素对耗电量的影响。规定了冷水进水口温度为15℃，不为15℃时给出了电量修正公式利用这种方法减小了进水口温度的不同对耗电量的影响。规定了洗碗机的套数组成、污染方法以及每次都是用洗碗机额定套数进行测试避免了餐具数量以及污染物对洗碗机耗电量的影响。还对洗碗机烘箱干燥法完成后要冷却到室温再进行测试做出了规定。根据以上分析以及本试验室的实际情况，对耗电量测量的不确定度主要从测量设备准确度、进水口水温的修正值、稳压电源供电几个方面进行评定。
根据以上公式，还需要测量关机功率时以及测量程序时间时的不确定度进行分析。
不确定度的主要来源如下：
（1）由重复测量引入的不确定度，用A类方法进行评定；
（2）由电参数测量系统的测量准确度引入的测量不确定度，此类不确定度可用该仪器的校准证书的信息进行评定；
（3）对于洗碗机，当水温不为15℃时需要引入用电量的修正值，用电量的修正值引入的不确定度进行评定；
（4）被测样机通过稳压电源供电，电压的波动范围在±1%以内，由电压的波动所引起的单位用电量测量的不确定度进行评定；
（5）测关机功率时由待机能耗综合测试系统引入的不确定度，该不确定度可根据仪器的校准证书进行评定；
（6）测量标准洗涤周期时由秒表引入的不确定度，该不确定度可根据校准证书进行评定；
（7）本试验室环境存在波动，温度波动在（22±1）℃内波动，湿度在50％RH-60％RH之间波动，环境波动带来的不确定可忽略不计。
2.4 不确定度分量的分析与量化
对洗碗机进行5次耗电量的测量并计算年耗电量，测量结果如下：
表2.1 洗碗机进行5次耗电量的测量
2.4.1 由重复测量引入的不确定度
用贝塞尔公式计算可得，测量重复性引入的不确定度如（2.5）所示：
2.4.2 由电参数测量系统的测量准确度引入的测量不确定度
耗电量作为影响能效指数的主要参数，其不确定度的评定是非常重要的。其中电参数测量系统的测量准确度作为影响耗电量的一个因素，我们先对它进行分析。
电参数测量系统的校准证书中给出了电能的扩展不确定度：Urel=0.30%（k=2）；因此由电参数测量系统引入的不确定度分量如（2.6）所示：
灵敏系数c2如（2.7）所示：
2.4.3 当水温不为15.0℃时，电量修正值引入的不确定度
经过我们的大量的检测工作中发现，进水水温对耗电量的影响也是比较大的，因此在GB/T20290-2016标准里引入了如果水温不为15℃时的电量修正公式如（2.8）所示：
式中：
Ec——冷水耗电量修正值，单位为kWh,对于每个循环，洗碗机是使用需加热的水，或者外部热水。
tc——冷水入水口测量的平均值，单位为℃，对于每个循环，洗碗机使用的需加热的水，或外部热水；
Qc——洗碗机一个循环所用热水量，单位为L，洗碗机使用的需加热的水，或者外部热水。
冷水水源温度为13.0℃~17.0℃时取修正值，不在此温度范围时，不作为试验值。每次的运行值Ec可以是正数或者负数。
本试验室水温在14.8℃-15.4℃之间波动，因此本试验室水温在此范围内。
由上述模型可知不确定度主要由温度测量与耗水量的测量引入的，下面我们从这两个方面来分析不确定度分量。
（1）由数字温度计测量准确度引起的不确定度
数字温度计的校准证书可以得知：U=0.07℃(k=2)，由数字温度计准确度不确定度分量如（2.9）所示：
灵敏系数c31如（2.10）所示：
（2）由电磁流量计的测量准确度引起的不确定度
由AXF015G电磁流量计的检定证书可以得知其不确定度为0.2%，按矩形分布估计。
标准不确定度如（2.11）所示：
灵敏系数c32如（2.12）所示：
（3）合成标准不确定度，如（2.13）所示：
灵敏系数c3如（2.14）所示：
2.4.4 由电压波动引入的不确定度
稳压源的波动也是影响耗电量的一个因素，根据稳压电源的校准证书可得220V输出电压下：Urel=0.5%（k＝2）。所以电压的相对标准不确定度为0.25%。
由于电能的计算公式如（2.15）所示：
所以由稳压电源引入的不确定度如（2.16）所示：
灵敏系数c4如（2.17）所示：
2.4.5 测关机功率时由待机能耗综合测试系统引入的不确定度
测关机功率时待机能耗综合测试系统根据校准证书功率的扩展不确定度不大于0.3%为：Urel=0.30%（K=2）；
因此关机功率引入的不确定度分量如（2.18）所示：
灵敏系数c5如（2.19）所示：
2.4.6 测量标准洗涤周期时由秒表引入的不确定度
在能效指数的计算中洗涤周期时间参与计算，在本次测试中使用秒表来测量洗涤周期时间。秒表的扩展不确定度由校准证书可得：UT=0.02s（K=2）。
由秒表引入的不确定度分量如（2.00）所示：
灵敏系数c6如（2.21）所示：
2.5 不确定度分量汇总表
表2.2 不确定度分量汇总表
2.6 合成标准不确定度
年耗电量AEc的合成标准不确定度如（2.22）所示：
其灵敏系数cAEC如（2.23）所示：
因此能源效率指数的合成标准不确定度如（2.24）所示：
2.7 扩展不确定度
取包含因子k=2，则扩展不确定度U(EEI)如（2.25）所示：
2.8 不确定度报告
按照GB 38383-2019所规定测试方法，被测样品的能效指数为：EEI=57.4。其扩展不确定度为：U(EEI)=0.944它是由标准不确定度0.472包含因子k=2的乘积得到的。
3、小结
经过测试发现，进水温度对能效指数的影响是比较大的。针对不同的进水温度我们标准中规定了修正公式，但近年来的洗碗机中有一些引入了水管理模块，可以存储或者再利用水，来降低水效指数和能效指数。也正是水管理模块的引入使我们很难判断进水时间以及进水水量，从而难以判断有哪些水是被加热的需要被修正。对于拥有比较复杂的水管理系统的洗碗机的能效指数的不确定度还要进行更深入的研究。
本文作者
中家院（北京）检测认证有限公司 梁兴然 孙路平 秦雅伟 袁红月
参考文献
[1] 倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国质检出版社、中国质量出版社,2016:2.
[2] GB/T 20290-2016,家用电动洗碗机 性能测试方法[S].2016.
[3] IEC 60436:2015, Electric dishwashers for household use – Methods for measuring the performance[S].
[4] QB/T 1520-2013,家用和类似用途电动洗碗机[S].2013.
[5] GB 38383-2019,洗碗机能效水效限定值及等级[S].2019.
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