車載凈化器對乘用車內(nèi)細微顆粒物凈化效果研究

王梓霖 王金興 常紅 孫琦岳 滕騰

（中國第一汽車股份有限公司 材料與輕量化院，長春 130000）

1 前言

近幾年，用戶對整車健康能力的需求已經(jīng)不再局限于較低的整車揮發(fā)性有機物，而整車氣味、顆粒物去除能力等均成為影響用戶購車的重要因素，因此是否配備高效空調(diào)濾芯和車載凈化系統(tǒng)等功能成為用戶在購車時更為關(guān)注的內(nèi)容。為此，在充分研究并借鑒國際先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國汽車標準、技術(shù)和經(jīng)濟水平，中國汽車技術(shù)研究中心于2015 年推出中國生態(tài)汽車評價規(guī)程（China Eco-Car Assessment Programme，C-ECAP）。隨后，中國汽車工程研究院發(fā)布了“中國汽車健康指數(shù)”，從車內(nèi)揮發(fā)性有機物、車內(nèi)氣味強度、電磁輻射、車內(nèi)顆粒物、車內(nèi)致敏風險5 個維度為消費者選車購車提供參考，為整車企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品設計提供理論，科學引導全社會對車輛環(huán)境健康的認識。

身處粉塵顆粒物污染的環(huán)境會引起多種疾病，對于可吸入粒子（Inhalable Particles，IP），人們關(guān)注較多的有PM10、PM2.5及PM1.0，其中PM1.0是指空氣動力學直徑≤1.0 μm 的顆粒物，也稱超細顆粒物，該粒徑顆?？梢赃M入到肺泡及血液循環(huán)中，無法排出。這些顆粒物一般具有很強的吸附能力，其成分復雜，往往是多種有害物質(zhì)進入人體的載體。這些有害物質(zhì)包括多種重金屬，如鉛、鎘、汞及其氧化物，有害氣體和致癌性很強的苯并（a）芘等多環(huán)芳烴類化合物，從而可誘發(fā)人類眼睛、呼吸道、肺等器官的多種疾患[1]。

污染物主要通過空調(diào)風道、開門開窗、整車泄漏、內(nèi)飾材料揮發(fā)、人員吸煙及呼吸等方式進入乘員艙，對乘客造成影響[2]，因此全方位保障車內(nèi)空氣健康潔凈要做到對車外污染物高效攔截與乘員艙內(nèi)部高效凈化2 個方面，二者缺一不可。目前對外攔截的方式是通過高效濾清器或多重濾清器聯(lián)用、AQS系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)風道電子殺菌等方式實現(xiàn)，實現(xiàn)車內(nèi)凈化主要依托車載凈化器、功能香氛、健康環(huán)保內(nèi)飾等技術(shù)實現(xiàn)，而車載凈化器可以集成多種凈化殺菌技術(shù)，對成員艙內(nèi)空氣進行深度凈化。

本文制定出測試整車細微顆粒物濃度的測試方法，整車顆粒物PM1.0 凈化時間測試方法，并關(guān)注了通過搭載車載凈化器討論安裝位置及風向?qū)們艋瘯r間的影響，以討論凈化器在整車顆粒物精細凈化中的作用及最佳安裝位置的選擇。

2 儀器與標準污染物

TSI 粉塵檢測儀：TSI 8530(美國)；顆粒物：香煙煙霧（例如：紅塔山牌經(jīng)典150），焦油量為8 mg；被測車輛：C 級轎車及C 級SUV 各1 輛；車載凈化器：滿足車規(guī)級要求，其凈化性能指標：CADR（潔凈空氣量）>20 m3/h，甲醛過濾效率>95%，除菌率>95%。

3 結(jié)果與討論

3.1 采樣點設置

為了確定采樣點的位置，選擇了C級轎車、C級SUV 各1 輛開展了車內(nèi)顆粒物PM1.0濃度的靜態(tài)測試。首先將受檢車輛放入環(huán)境艙中，車輛不啟動，開啟車門、車窗，靜止放置時間≥0.5 h。開啟TSI 粉塵檢測儀，按要求對其進行期間核查和使用前的自校正，設置讀數(shù)為5 s內(nèi)平均值，安裝PM1.0切割器，實時顯示顆粒物PM1.0濃度讀數(shù)。測試過程中，入乘員艙內(nèi)測試人員不超過2 名，測試人員做好防護措施。關(guān)閉車門及車窗，使用標準香煙向車內(nèi)噴入煙霧，待濃度均勻后熄滅香煙，測試高度與駕乘人員呼吸帶高度一致，保持光散射激光光度儀進風口向上，進風口和出風口無遮擋，測試結(jié)果如表1、表2所示。

表1 C級轎車車內(nèi)各位置顆粒物PM1.0濃度值 g/m3

表2 C級SUV車內(nèi)各位置顆粒物PM1.0濃度 mg/m3

通過表1、表2 的靜態(tài)測試結(jié)果可以看出乘員艙內(nèi)顆粒物濃度可以通過自然沉降逐漸降低，但耗時很長。乘員艙內(nèi)顆粒物延車廂中軸線均勻分布，各位置顆粒物PM1.0濃度測值與平均值偏差不超過5%，因此對C 級轎車及C 級SUV 可以按照HJ/T 400—2007[3]來統(tǒng)一采樣位置，選擇前排座椅頭枕連線的中點為采樣點，進行凈化器對整車凈化效果的影響試驗，采樣點位置如圖1 所示。

圖1 顆粒物測試示意

3.2 整車凈化效果測試

啟動C 級轎車，打開空調(diào)調(diào)節(jié)空調(diào)風量至最大檔位；溫度設定調(diào)節(jié)至最低；各出風口（包括后排出風口）打開到全開狀態(tài)，保證出風口平行（送風角度為0°）。使用標準香煙向車內(nèi)噴入煙霧，使車內(nèi)顆粒物PM1.0濃度＞0.5 mg/m3，待濃度均勻后熄滅香煙，布置光散射激光光度儀。實時監(jiān)測光散射激光光度儀讀數(shù)，當車內(nèi)顆粒物PM1.0濃度達0.5 mg/m3時開始計時，記錄各采樣點均下降至0.035 mg/m3時所需時間[4]，記錄凈化時間。按照以上方法重復測試3 次，取3 次測試結(jié)果的算術(shù)平均值為整車凈化時間。在點煙器處接通車載凈化器至于副儀表處，風向為前進后出，開啟至最大檔，重復整套試驗操作。C 級SUV 的整車顆粒物凈化試驗方法與C 級轎車保持一致，2個車型測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同車型有無凈化器加載時整車顆粒物PM1.0凈化時間 s

從數(shù)據(jù)中可以看出，當加裝車載凈化器之后，整車顆粒物PM1.0的凈化時間會同比減少，不改變空調(diào)定義及功能的前提下提升了整車凈化速率。

對5 min 內(nèi)C 級SUV 整車顆粒物自然沉降速率與配有凈化器的整車顆粒物PM1.0凈化速率進行比對，其結(jié)果如表4 所示。

表4 5 min內(nèi)C級SUV整車顆粒物自然沉降速率與配有凈化器的整車顆粒物PM1.0凈化速率 mg/m3

相同的時間（5 min），顆粒物在車內(nèi)自然沉降只能下降7.6%，有凈化器可下降93.6%?？梢姡囕d凈化器這一配置滿足了用戶對整車迅速去除顆粒物能力的需求。

3.3 車載凈化器安裝位置的討論

目前市面上很多主機廠均推出了搭載有車載凈化器的自主產(chǎn)品，其安裝位置主要在副儀表板、頂棚后方和衣帽架，但由于SUV 車型中衣帽架不具備承重能力，因此主要討論了將車載凈化器置于C 級SUV 車型的副儀表板和頂棚后方2 個位置不同風向時整車顆粒物PM1.0的凈化時間，數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 C級SUV車型不同位置和風向時整車顆粒物PM1.0凈化時間 s

空調(diào)在啟動內(nèi)循環(huán)吹面模式時，座艙內(nèi)空氣流向經(jīng)過頂棚后方再返回于座艙前方，形成空氣的內(nèi)部循環(huán)，當凈化器風向為前進后出時，將其置于頂棚后方，座艙內(nèi)空氣順勢被充分凈化，因此大大縮短了整車顆粒物PM1.0凈化時間。

4 結(jié)論

本文詳細研究了整車細微顆粒物測試方法，并研究了凈化器對整車細微顆粒物凈化效果的影響，目前行業(yè)中并沒有相關(guān)測試方法及認證規(guī)程的發(fā)布，此測試方法被多家企業(yè)借鑒。通過研究，發(fā)現(xiàn)車載凈化器可有效縮短整車顆粒物PM1.0的凈化時間，在不改變空調(diào)定義及功能的前提下提升了整車凈化速率。車載凈化器的安裝位置也直接影響整車凈化效果，研究發(fā)現(xiàn)車載凈化器安裝在車輛后方且與車內(nèi)空氣流場方向保持一致時對整車細微顆粒物凈化速率的提升更快，對凈化器安裝位置有指導意義。移動小家乘員艙內(nèi)的空氣質(zhì)量檢測標準也成了我們呼吸健康的一項重點攻關(guān)項目。