乘用車內(nèi)空氣凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

孔維文，張春秋，羅玉林

（東風(fēng)汽車有限公司東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司技術(shù)中心，廣東廣州 510800）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰苍絹碓街匾?。人們?cè)陉P(guān)注汽車的操控性、燃油經(jīng)濟(jì)性、安全性的同時(shí)，車內(nèi)空氣質(zhì)量也日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。在新車質(zhì)量調(diào)研評(píng)價(jià)體系中，用戶對(duì)于車內(nèi)空氣質(zhì)量的抱怨，幾乎永遠(yuǎn)排在前五位。車內(nèi)空氣質(zhì)量已成消費(fèi)者投訴高感知領(lǐng)域，世界衛(wèi)生組織已明確將車內(nèi)污染與高血壓、艾滋病等共同列為威脅人類健康的十大危害之一[1]。根據(jù)中國生態(tài)汽車評(píng)價(jià)管理中心測(cè)算，生態(tài)汽車（獲得銅牌及以上就可以被認(rèn)定為生態(tài)車型）在行業(yè)數(shù)量占比從2015年17.8%提升到了2018年59.6%[2]，說明仍然有40%比例的汽車存在生態(tài)問題。另外，上述生態(tài)汽車的評(píng)價(jià)結(jié)果與消費(fèi)者切身感受是不相一致的，根據(jù)《21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道》[3]，在982位被調(diào)查者中，52%的被調(diào)查者認(rèn)為90%以上的車型都存在空氣污染，可能損害人體健康，這說明評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與消費(fèi)者的期待仍然有較大的差異。目前國內(nèi)對(duì)于車內(nèi)空氣質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只有2012年3月正式實(shí)施的GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》[4]，該指南僅僅是一個(gè)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并非強(qiáng)制性法規(guī)，并且相對(duì)于歐美標(biāo)準(zhǔn)來說過低，采用了室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)的上限水平。

車內(nèi)空氣質(zhì)量污染不僅影響到乘客的健康，也會(huì)影響乘客的駕駛安全性，因此當(dāng)前階段對(duì)車內(nèi)空氣采取主動(dòng)凈化以改善車內(nèi)空氣質(zhì)量及乘客的舒適性顯得刻不容緩。

1 車內(nèi)空氣污染源及其危害

要改善車內(nèi)空氣質(zhì)量，首先需要對(duì)車內(nèi)空氣污染的主要來源及污染物成分進(jìn)行分析，然后對(duì)各種污染物對(duì)車內(nèi)乘員造成的危害進(jìn)行分類，才能做到針對(duì)性的改善。

1.1 車內(nèi)空氣污染的主要來源

1.1.1 車內(nèi)材料及零部件

汽車內(nèi)飾材料主要包括塑料、橡膠、皮革、織物以及各種油漆涂料和粘合劑[5]。污染物主要包括苯、甲苯、甲醛、丙酮和二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），VOCs在新車中尤為突出。王曉格等[6]對(duì)17輛公交車及30輛店內(nèi)新車進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)僅有2輛車內(nèi)的甲醛濃度未超過GB 50325—2010[7]甲醛限值。此外，消費(fèi)者在使用汽車時(shí)，經(jīng)常會(huì)在市場(chǎng)上購買其他裝飾品，如方向盤套、廉價(jià)坐墊和車載香水等，這部分裝飾材料中的粘合劑，膠水中也會(huì)釋放出甲醛，丙酮等揮發(fā)性有機(jī)化合物。

汽車空調(diào)系統(tǒng)通常是車內(nèi)污染來源之一，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)通常搭載濾網(wǎng)，如果長期不更換維護(hù)，濾網(wǎng)上積累的污染物到達(dá)一定程度，會(huì)向車內(nèi)釋放吸收物造成車內(nèi)二次污染。另外，空調(diào)系統(tǒng)在工作時(shí)，蒸發(fā)器長期處于高濕及陰暗的環(huán)境中，容易導(dǎo)致細(xì)菌和霉菌快速生長，產(chǎn)生大量代謝物[8]，并隨氣流進(jìn)入乘客艙，引起車內(nèi)人員的惡心，頭暈等反應(yīng)。王丹瑜等[9]對(duì)蒸發(fā)器異味產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，表明蒸發(fā)器由于冷熱交替的工作環(huán)境，會(huì)釋放出多種異味，對(duì)乘員造成很大困擾。錢海雷等[10]分別對(duì)公交車空調(diào)系統(tǒng)中銅、鋁材料的換熱翅片的菌落數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，表面銅質(zhì)換熱翅片具有明顯的抑菌效果。

1.1.2 車外污染物的侵入

車外環(huán)境存在多種污染物，如PM2.5粉塵[11]，懸浮在空氣中的細(xì)菌/霉菌/病毒，汽車尾氣中的CO，NOx等有毒氣體[12]。由于車門/窗的經(jīng)常開啟，或空調(diào)外循環(huán)的使用，車外環(huán)境中的各類污染物都非常容易侵入到車內(nèi)。污染物進(jìn)入到車內(nèi)后，通常會(huì)長期附著于車內(nèi)座椅及其他零部件表面，對(duì)車內(nèi)乘員的身體健康造成長期的影響。

1.2 車內(nèi)污濁空氣對(duì)人體的危害

1.2.1 揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的危害

揮發(fā)性有機(jī)化合物種類繁多且危害較大[13]。各機(jī)構(gòu)檢測(cè)出來的車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物高達(dá)30余種，多數(shù)為烷烴及芳香族有機(jī)物。短期接觸會(huì)讓人產(chǎn)生惡心或者頭痛等癥狀[14]，長期接觸會(huì)導(dǎo)致機(jī)體免疫水平失調(diào)、食欲不振、昏迷和損害神經(jīng)系統(tǒng)等。

1.2.2 顆粒物的危害

空氣中的懸浮顆粒物是指直徑小于10 μm的細(xì)微顆粒，并且顆粒物直徑越小，對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響更大。顆粒物被吸入人體后，會(huì)沉積在氣管，肺部等位置導(dǎo)致疾病，對(duì)于直徑較小的顆粒，如PM2.5，可以滲透到人體的支氣管和肺泡，而PM1.0則可以滲透到人體的毛細(xì)血管中，造成組織纖維化、引起咳漱和哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重影響乘員的健康。

1.2.3 汽車尾氣的危害

汽車尾氣主要包含CO與NOx等氣體，CO是一種無色無味的有毒氣體，而NOx通常帶有刺激性氣味。兩者與血紅蛋白結(jié)合的能力都很強(qiáng)，所以對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和血液有較強(qiáng)毒性，同時(shí)對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激和損傷[15]。其中CO對(duì)人體的危害，主要取決于CO的濃度和影響時(shí)間，如表1所示。

表1 CO濃度與影響時(shí)間對(duì)人體危害

1.2.4 細(xì)菌/霉菌的危害

空氣中的細(xì)菌/霉菌進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)后，附著在蒸發(fā)器表面，蒸發(fā)器長期處于陰暗、潮濕的環(huán)境中，導(dǎo)致細(xì)菌/霉菌大量繁殖。對(duì)某售后車輛蒸發(fā)器進(jìn)行細(xì)菌種類檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)蒸發(fā)器上有多達(dá)十余種細(xì)菌/霉菌[16]。常見的有大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和曲霉。上述微生物跟隨氣流進(jìn)入乘員艙內(nèi)后，容易引起乘員消化道感染、發(fā)熱和哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病。

2 車內(nèi)空氣凈化技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

為了改善車內(nèi)空氣污染，各類車內(nèi)空氣凈化技術(shù)/產(chǎn)品陸續(xù)被各供應(yīng)商和主機(jī)廠進(jìn)行開發(fā)和搭載。

2.1 高效空氣過濾器濾網(wǎng)技術(shù)

高效空氣過濾器（High Efficiency Particulate Air Filter，HEPA）濾網(wǎng)一般由聚丙烯或其他復(fù)合材料制成[17]，它對(duì)0.3 μm以上粒徑的顆粒物過濾效率可達(dá)99.97%。HEPA濾網(wǎng)對(duì)顆粒物的過濾作用主要通過4個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)，如表2所示。

表2 HEPA對(duì)顆粒物過濾的4個(gè)途徑

HEPA濾網(wǎng)對(duì)小顆粒物的過濾效率良好，主要用于凈化車內(nèi)的PM1.0或更小粒徑的顆粒物。目前乘用車上使用的性能較好的高集塵濾網(wǎng)，對(duì)0.3 μm的灰塵過濾效率約90%~95%，普通濾網(wǎng)約為70%~80%。但如上文介紹，HEPA濾網(wǎng)對(duì)0.3 μm的NaCl顆粒的過濾效率可達(dá)99.97%以上，明顯高于目前乘用車上使用的主流濾網(wǎng)產(chǎn)品。由于粒徑尺寸分布等原因，NaCl顆粒的過濾難度要大于A2灰塵。HEPA濾網(wǎng)不能分解顆粒污染物，也不能完全凈化甲醛和苯等有害氣體；HEPA濾網(wǎng)的風(fēng)阻很大，需要匹配較大功率的鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)而增加空調(diào)功耗以及引起噪音相關(guān)的問題；HEPA濾網(wǎng)需要定期進(jìn)行更換，一定程度上增加客戶的使用成本。

2.2 活性炭吸附技術(shù)

活性炭吸附技術(shù)在室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[18]，目前在車內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用集中在空調(diào)活性炭濾網(wǎng)。通過在濾網(wǎng)內(nèi)噴涂活性炭層，對(duì)進(jìn)入車內(nèi)的空氣進(jìn)行吸附、消除異味和清潔車內(nèi)空氣。

活性炭是將有機(jī)原料（果殼、煤和木材等）在隔絕空氣的條件下加熱，以減少非碳成分，然后與氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)[19]?；钚蕴勘砻娴奈⒖字睆酱蠖嘣?~50 nm，這些微孔結(jié)構(gòu)能夠吸附空氣中的異味分子，實(shí)現(xiàn)消除異味的作用。活性炭對(duì)異味的吸附能力可用平衡吸附容量表述，數(shù)值越大越有利于吸附。有機(jī)物的平衡吸附容量[20]如表3所示。

表3 有機(jī)物的平衡吸附容量[20]

活性炭濾網(wǎng)因?yàn)槠湮叫Ч?，價(jià)格相對(duì)較低，已經(jīng)被各廠商廣泛應(yīng)用在多個(gè)車型上[21]。由表3可知，活性炭在達(dá)到平衡吸附容量以后，不再具有足夠的吸附能力。汽車空調(diào)濾網(wǎng)由于其尺寸和壓損等方面的要求，活性炭容量也并非越多越好。通常乘用車活性炭濾網(wǎng)對(duì)常見有機(jī)揮發(fā)物的吸附量根據(jù)氣體種類的不同，在幾十毫克到幾克之間，長期使用的活性炭濾網(wǎng)，其中吸附的各類污染物或異味分子，有再次釋放的可能，對(duì)車內(nèi)造成二次污染。

2.3 靜電除塵技術(shù)

圖1所示為靜電除塵裝置原理。靜電除塵裝置是由正負(fù)極電極板及相應(yīng)的電路組成，在正負(fù)極之間接入直流高壓，在電極板之間產(chǎn)生高壓直流電場(chǎng)，電場(chǎng)使空氣中的氣體分子電離，產(chǎn)生大量的電子和陰陽離子，并在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生漂移，在漂移的過程中和塵埃中的中性分子或顆粒發(fā)生碰撞，粉塵顆粒帶上電荷成為荷電顆粒。在電場(chǎng)力的作用下，這些荷電顆粒向相應(yīng)電極板移動(dòng)，并最后附著在電極板上[22]。同時(shí)，可以在靜電除塵裝置的后方加裝濾網(wǎng)，將未附著在電極板上的荷電顆粒進(jìn)行過濾，從而達(dá)到更好的空氣凈化目的。

圖1 靜電除塵技術(shù)原理[22]

在車內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域，靜電除塵裝置通常集成在空調(diào)箱體內(nèi)，并安裝在空調(diào)濾網(wǎng)前方，對(duì)進(jìn)入車內(nèi)的空氣進(jìn)行靜電除塵。比亞迪唐上搭載的“綠凈技術(shù)”用到了靜電除塵技術(shù)：首層過濾網(wǎng)對(duì)大顆粒物進(jìn)行過濾，中層的靜電除塵裝置使空氣電離產(chǎn)生電子和陰陽離子，底層的高效過濾器對(duì)帶電顆粒物進(jìn)行收集和過濾，達(dá)到高效凈化的車內(nèi)空氣的目的。

通過對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，目前車載濾網(wǎng)對(duì)0.3 μm的NaCl顆粒的過濾效率普遍不高，在50%~70%。使用靜電除塵技術(shù)后，對(duì)0.3 μm的NaCl顆粒過濾效率可以達(dá)到92%以上。同時(shí)，測(cè)試結(jié)果顯示，在開啟高檔位風(fēng)量及內(nèi)循環(huán)工況下，車內(nèi)PM2.5濃度從“嚴(yán)重污染”凈化為“優(yōu)”的時(shí)間，也從300 s顯著縮短為160 s。

靜電除塵技術(shù)的除塵效率高，但是其作用原理是將污染物進(jìn)行收集，而并不能進(jìn)行分解。當(dāng)污染物積累到一定程度后，可能會(huì)產(chǎn)生飛揚(yáng)而造成二次污染。并且在斷電的瞬間，正負(fù)極極板上附著的顆粒物都會(huì)有短時(shí)間的再次散發(fā)。與HEPA濾網(wǎng)類似，同樣需要客戶定期更換濾網(wǎng)或清理電極板，增加客戶使用成本。

2.4 負(fù)離子發(fā)生器凈化技術(shù)

負(fù)離子發(fā)生器通過脈沖、震蕩電路將車載低壓轉(zhuǎn)化為直流負(fù)高壓，并通過金屬或碳元素制成的尖端放電產(chǎn)生電暈，高速釋放出大量的電子e-。如圖2所示，電子會(huì)與空氣中的氧分子O2結(jié)合，形成負(fù)氧離子。帶電的負(fù)氧離子可以與空氣中其他帶有電荷的顆粒物產(chǎn)生吸附和聚集效應(yīng)，從而使顆粒物的重量和體積增大而沉降[23]。同時(shí)，負(fù)離子也可以吸附在細(xì)菌表面，由于其很強(qiáng)的氧化還原能力，能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜或細(xì)胞原生質(zhì)活性酶的活性，從而達(dá)到抗菌殺菌的目的。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在模擬車內(nèi)約3.5 m3的空間內(nèi)，某型離子發(fā)生器工作1 h，對(duì)空氣中的大腸桿菌能達(dá)到90%以上的殺滅率。

圖2 負(fù)離子發(fā)生器凈化原理[23]

負(fù)離子發(fā)生器通常安裝在空調(diào)箱體或風(fēng)管上，隨空調(diào)氣流將負(fù)離子送入乘客艙內(nèi)。離子發(fā)生器在出風(fēng)口附近產(chǎn)生的離子每立方厘米可達(dá)100 000個(gè)，相當(dāng)于茂密森林中的負(fù)離子濃度水平，對(duì)改善睡眠，促進(jìn)新陳代謝也有一定的功效[24]。

負(fù)離子發(fā)生器目前在各廠商的新車型上應(yīng)用較多，不論是歐美系，還是日系或自主品牌，負(fù)離子凈化技術(shù)都已有應(yīng)用。負(fù)離子發(fā)生器雖然對(duì)車內(nèi)空氣凈化有諸多功效，但負(fù)離子除塵的原理，其實(shí)只是將顆粒物聚集進(jìn)行沉降，大部分也是沉降在車內(nèi)座椅或者地毯表面，如果環(huán)境發(fā)生擾動(dòng)，有再次飛揚(yáng)造成污染的可能。同時(shí)，電極放電產(chǎn)生負(fù)離子的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生部分臭氧，對(duì)人體產(chǎn)生二次危害。

2.5 納米水離子凈化技術(shù)

納米水離子是帶電粒子凈化技術(shù)中的一種，由于水分子包裹在電子及OH-表面，離子狀態(tài)比普通負(fù)離子更穩(wěn)定、存活時(shí)間長，且能夠提供更好的凈化和清潔作用，能夠起到調(diào)節(jié)空氣濕度的作用。

圖3所示為某型號(hào)納米水離子凈化技術(shù)原理[25]。納米水離子發(fā)生器是由針狀電極與對(duì)極板組成一對(duì)放電電極，針狀電極由吸熱冷卻器降溫從而在表面形成冷凝水膜，在高壓放電的作用下，將這些水膜逐漸分裂成水霧，最終形成納米尺寸帶負(fù)電的水微粒，直徑約在5~20 nm。

圖3 納米水離子凈化原理[25]

目前，在豐田某車型上已經(jīng)開始應(yīng)用納米水離子發(fā)生器。相比于普通負(fù)離子發(fā)生器，納米水離子由于其存活時(shí)間長，兼顧調(diào)節(jié)濕度的效果，也逐漸被廣泛應(yīng)用在家用空氣凈化領(lǐng)域。但其離子濃度相對(duì)較低，約25 000 個(gè)/cm3。

2.6 低溫等離子凈化技術(shù)

低溫等離子凈化技術(shù)是空氣凈化領(lǐng)域近幾年興起的一種新技術(shù)，它能夠有效去除甲醛、苯等VOCs，同時(shí)對(duì)細(xì)菌等微生物也有一定的殺滅作用[26]。圖4所示為低溫等離子發(fā)送原理。通過在兩個(gè)不均勻的電極之間施加一個(gè)脈沖電壓，產(chǎn)生高濃度的等離子體，等離子體中含有大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)分子和自由基等活性粒子。

圖4 低溫等離子發(fā)生原理

凈化作用機(jī)理可以分為兩個(gè)方面；1）在產(chǎn)生等離子體的過程中，高頻放電產(chǎn)生的瞬間高能足夠打開一些有害氣體分子內(nèi)的化學(xué)鍵，使之分解成單質(zhì)原子或無害分子；2）等離子體中包含的高能電子、離子及自由基等，與空氣中的污染物（VOCs，細(xì)菌等）結(jié)合，在電場(chǎng)的作用下，使污染物分子處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)污染物分子所獲能量大于其分子鍵能時(shí)，也會(huì)引起其化學(xué)鍵斷裂，分解成單質(zhì)原子或無害分子，同時(shí)產(chǎn)生CO2及H2O等[27]無害物質(zhì)。

與負(fù)離子技術(shù)類似，在脈沖電壓放電的過程中，也會(huì)產(chǎn)生部分臭氧，對(duì)車內(nèi)空氣造成二次污染。并且單獨(dú)的低溫等離子殺菌，其VOCs祛除效率并不高，易形成有害副產(chǎn)物，通常需要與光觸媒技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，相互協(xié)同作用，更快的分解空氣中的有害物質(zhì)和滅菌除臭。

2.7 光觸媒凈化技術(shù)

近年來，光觸媒（TiO2）由于其穩(wěn)定性好，功效持久，不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，在室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域已經(jīng)早有應(yīng)用，搭載TiO2-活性炭復(fù)合材料的空氣凈化器對(duì)于室內(nèi)甲醛凈化具有良好效果[28]。近年來，也有部分廠商開始將光觸媒產(chǎn)品應(yīng)用在車內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域。

圖5所示為光觸媒空氣凈化原理。光觸媒一般以TiO2材料作為催化劑[29]，在特定波長段的光照下，產(chǎn)生光生電子e-和光生空穴H+，隨后與空氣中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基OH-和O2-。OH-和O2-附著在空氣中的各種有機(jī)揮發(fā)物、細(xì)菌和病毒等表面，將其分解成無機(jī)小分子，二氧化碳和水，以達(dá)到凈化空氣的目的。在整個(gè)反應(yīng)過程中，TiO2材料并不參與反應(yīng)，只是作為反應(yīng)的催化劑，所以其具有功效持久的特點(diǎn)。

圖5 光觸媒空氣凈化原理

目前在汽車后市場(chǎng)（各品牌4S店，維修店）已經(jīng)開始應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行車內(nèi)清潔，將適量的光觸媒溶液噴灑到車內(nèi)，并將汽車在陽光或人工光源下保持30 min以上，可以顯著改善車內(nèi)異味和降低有機(jī)揮發(fā)物濃度。但光觸媒技術(shù)在汽車上進(jìn)行前裝設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，必須匹配以特定的紫外線光源，才能保證反應(yīng)順利進(jìn)行，并且需要匹配以特定的風(fēng)機(jī)保證車內(nèi)空氣的循環(huán)流動(dòng)，才能達(dá)到較好的效果同時(shí)，光觸媒對(duì)空氣中的粉塵的去除效果并不理想。以上限制條件，可能就是導(dǎo)致光觸媒產(chǎn)品還未在汽車上大規(guī)模推廣的原因之一，但不能否認(rèn)的是，光觸媒本身是一種較好的凈化/除菌材料。

2.8 氧化鋅涂層技術(shù)

氧化鋅和銀離子是兩種應(yīng)用較多的抗菌涂層材料，在車內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域都有不同程度的應(yīng)用。但銀離子不適合長期儲(chǔ)存，并且高劑量對(duì)人體具有毒性，氧化鋅材料具有更為廣泛的應(yīng)用前景[30]。

氧化鋅涂層應(yīng)用在空調(diào)蒸發(fā)器表面，可以在蒸發(fā)器的親水劑中添加適量的氧化鋅粉體或分散液，從而達(dá)到抗菌防霉的目的。此外，在空調(diào)風(fēng)管或無紡布濾網(wǎng)上，也可以通過添加氧化鋅的母粒，實(shí)現(xiàn)抗菌功能。對(duì)汽車地毯材料添加氧化鋅母粒，并和未添加氧化鋅的普通地毯進(jìn)行抗菌防霉對(duì)比測(cè)試，其防霉等級(jí)可以達(dá)到0級(jí)（不生長），普通地毯為2級(jí)（肉眼可見的生長），24 h內(nèi)對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率可以達(dá)到99.9%。

氧化鋅的殺菌機(jī)理可以分為兩個(gè)層面：一方面，氧化鋅在含水介質(zhì)中能夠釋放出鋅離子，鋅離子能夠穿透細(xì)胞膜滲入細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)菌菌體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，核酸發(fā)生反應(yīng)，使其失去活性。當(dāng)細(xì)菌被殺死后，鋅離子又會(huì)從菌體中游離出來，再去與其它細(xì)菌進(jìn)行類似反應(yīng)。另一方面，氧化鋅還具有較強(qiáng)的光催化能力，與2.7中的光觸媒TiO2類似，在光照條件下，氧化鋅也能夠產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基OH-和O2-，達(dá)到殺死細(xì)菌及分解各類污染物的功能[31]。

2.9 深紫外線殺菌技術(shù)

深紫外線的波長為200~280 nm，深紫外殺菌技術(shù)廣泛應(yīng)用在殺菌消毒和食品保鮮等領(lǐng)域[32]。圖6所示為深紫外線殺菌原理。深紫外線能夠破壞細(xì)菌/霉菌等微生物DNA和RNA的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細(xì)菌的細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌的效果。

圖6 深紫外線殺菌原理

不論是汽車空調(diào)還是家用空調(diào)，蒸發(fā)器由于其工作環(huán)境陰暗潮濕的特點(diǎn)，容易滋生細(xì)菌等各種微生物，當(dāng)開啟空調(diào)時(shí)可能就會(huì)造成空氣污染及病毒傳播[33]。圖7所示為深紫外線殺菌技術(shù)模塊在某家用空調(diào)中的布置。主要通過安裝結(jié)構(gòu)固定在空調(diào)蒸發(fā)器前，對(duì)蒸發(fā)器表面進(jìn)行照射殺菌。深紫外線殺菌技術(shù)在室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品及凈水器、消毒柜等產(chǎn)品上也有應(yīng)用[34]。深紫外線對(duì)所有種類的細(xì)菌均有殺滅作用，并且殺菌速度和效率遠(yuǎn)高于其他空氣凈化技術(shù)。以某家用空調(diào)為例，其深紫外裝置在5 min內(nèi)對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的殺滅率可達(dá)到99%以上。近年來，部分汽車廠商已經(jīng)在對(duì)車用深紫外殺菌產(chǎn)品進(jìn)行研究，相信不久的將來，該技術(shù)也會(huì)應(yīng)用在車內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域。

圖7 深紫外殺菌模塊在空調(diào)內(nèi)部的布置

深紫外殺菌技術(shù)雖然殺菌效率高，但是也有其局限性，其對(duì)顆粒物及VOCs無凈化作用，只對(duì)細(xì)菌/霉菌及病毒等微生物有殺滅作用。所以在整車上應(yīng)用時(shí)，還需搭配高效濾網(wǎng)或其他凈化產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)更好的凈化效果。

2.10 車內(nèi)主動(dòng)換氣技術(shù)

目前空氣質(zhì)量傳感器（Air Quality Sensor，AQS）以及CO2傳感器也逐漸應(yīng)用在車內(nèi)空氣質(zhì)量領(lǐng)域。這些傳感器與車輛空調(diào)控制器配合使用，可以達(dá)到改善車內(nèi)空氣質(zhì)量的目的[35]。

在車輛行駛過程中或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，駕駛艙內(nèi)CO2濃度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速上升，如果不及時(shí)通風(fēng)換氣，極易出現(xiàn)疲勞駕駛，影響駕駛安全。根據(jù)威斯康辛州衛(wèi)生署網(wǎng)站提供的信息，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度超過2.27×10-5mol/L，人就會(huì)有嗜睡的感覺，當(dāng)CO2濃度超過4.54×10-5mol/L，人的注意力就會(huì)不集中了，心率增加。車內(nèi)配置CO2傳感器，該傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)CO2濃度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給空調(diào)控制器，當(dāng)空調(diào)控制器監(jiān)測(cè)到車內(nèi)CO2濃度值達(dá)到閾值后，空調(diào)控制器立即讓空調(diào)內(nèi)外循環(huán)電機(jī)作動(dòng)，空調(diào)開啟外循環(huán)模式，讓車外新鮮空氣進(jìn)入車內(nèi)，改善車內(nèi)環(huán)境。CO2傳感器按其原理主要可以分為電化學(xué)，固體電解質(zhì)以及紅外二氧化碳傳感器3種類型[36]，其中紅外二氧化碳傳感器在車用空調(diào)及建筑空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用較多。其檢測(cè)原理是將一個(gè)廣譜光源作為傳感器的光源，光線穿過光路中的被測(cè)氣體，透過窄帶濾波片，到達(dá)紅外探測(cè)器。基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度之間的關(guān)系，鑒別氣體組分并確定其濃度。

AQS檢測(cè)原理與其類似，主要是檢測(cè)汽車尾氣中較多的CO和NOx等有害氣體[37]，通常安裝在汽車前艙或者空調(diào)外循環(huán)的進(jìn)氣口。如圖8所示，AQS檢測(cè)到車外CO或者NOx的含量超標(biāo)，會(huì)將濃度數(shù)據(jù)反饋至空調(diào)控制器，控制器將空調(diào)切換至內(nèi)循環(huán)模式，防止外界污染空氣進(jìn)入艙內(nèi)。若外界空氣污染程度下降，AQS也將CO及NOx濃度發(fā)送至空調(diào)控制器，用以判斷是否需要打開外循環(huán)，讓外界清新空氣進(jìn)入車內(nèi)。

圖8 AQS傳感器工作

目前而言，基于AQS傳感器的主動(dòng)換氣技術(shù)目前應(yīng)用更為廣泛。上汽通用、大眾、自主品牌中的上汽乘用車，吉利已在相關(guān)車型進(jìn)行應(yīng)用。主動(dòng)換氣技術(shù)屬于從污染物來源上改善車內(nèi)空氣質(zhì)量，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，也不需要定期維護(hù)更換。但其對(duì)已存在于車內(nèi)的污染物并無太好效果，需要與其他凈化技術(shù)配合使用。

2.11 溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

隨著對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，部分針對(duì)車內(nèi)氣候調(diào)節(jié)的產(chǎn)品也逐漸出現(xiàn)在部分高端車型上。如圖9所示，溫濕度傳感器及加濕器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)的溫度和濕度，并把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至空調(diào)控制器，控制器可以通過調(diào)節(jié)空調(diào)壓縮機(jī)或加濕器的開啟，來調(diào)節(jié)車內(nèi)環(huán)境的溫度及濕度，給駕乘人員提供最舒適的車內(nèi)環(huán)境。

圖9 溫/濕度傳感器調(diào)節(jié)車內(nèi)微氣候原理

人體的舒適濕度一般在50%~60%。在春夏季，空氣中濕度比較大，容易造成車內(nèi)人員的“悶熱”的感覺，并且濕度大的環(huán)境，也容易造成車內(nèi)座椅，儀表表面的細(xì)菌快速繁殖，造成污染[38]。此時(shí)可通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)開啟，對(duì)車內(nèi)空氣進(jìn)行除濕，既能給乘客提供舒適的濕度，也能夠抑制細(xì)菌的生長。在秋冬季節(jié)，空氣通常比較干燥，長期處于干燥的環(huán)境中，容易引起呼吸系統(tǒng)的不適和疾病[39]。此時(shí)可通過開啟加濕器，防止車內(nèi)空氣過于干燥引起乘客的不適。濕度傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控車內(nèi)空氣濕度，當(dāng)達(dá)到一定的濕度范圍后，空調(diào)控制器也會(huì)停止加濕器的工作，將車內(nèi)濕度維持在人體較為舒適的水平。

綜上所述，每一種車內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品或技術(shù)，根據(jù)其工作原理的不同，在凈化對(duì)象、凈化能力方面都存在差異。目前，高性能過濾網(wǎng)，活性炭吸附以及抑菌涂層技術(shù)，由于其成本較低，應(yīng)用相對(duì)便利，已經(jīng)在各車型上得到了廣泛采用，但凈化對(duì)象還是主要集中于顆粒物和異味。離子發(fā)生器，靜電除塵，光觸媒等技術(shù)，作為更加高效的凈化技術(shù)，近年來也在部分較為高檔車型上開始出現(xiàn)，將凈化對(duì)象延伸到了車內(nèi)VOCs，各種微生物等。隨著車內(nèi)空氣質(zhì)量關(guān)注度的日益提升，深紫外殺菌，主動(dòng)換氣，溫濕度調(diào)節(jié)等技術(shù)的快速開發(fā)及落地，又將車內(nèi)空氣凈化技術(shù)提升到更高效、更全面的層次。

3 車內(nèi)空氣質(zhì)量解決方案展望

近年來，法國公司Valeo正在與某地圖供應(yīng)商聯(lián)合進(jìn)行開發(fā)[40]，通過大量采集城市街道的污染物數(shù)據(jù)，如PM2.5、CO、NOx和SO2等的濃度，可以在地圖上實(shí)時(shí)顯示不同地區(qū)的污染變化情況。開發(fā)的“Clean Road”應(yīng)用程序，綜合考慮行駛里程，駕駛時(shí)間和沿途空氣質(zhì)量，通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)運(yùn)算，計(jì)算出最佳的行駛路線。同時(shí)，在車內(nèi)配置高效濾網(wǎng)、離子發(fā)生器和光觸媒等凈化技術(shù)對(duì)車內(nèi)空氣進(jìn)行持續(xù)凈化。再輔以生物傳感器和紅外攝像頭，根據(jù)每位乘客的心跳、呼吸頻率以及體型，分析乘客的熱量特征[41]、聯(lián)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、香氛系統(tǒng)和加濕系統(tǒng)等，對(duì)每位乘客的微環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)。

未來對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的改善，除了基礎(chǔ)的空氣凈化，還將逐漸延伸到車內(nèi)微氣候的調(diào)節(jié)，多種技術(shù)手段協(xié)同作用，全面徹底地改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文從車內(nèi)污染來源和對(duì)人體的危害出發(fā)，介紹了多種車內(nèi)空氣凈化技術(shù)的原理和應(yīng)用現(xiàn)狀，分析比較了其凈化能力和優(yōu)缺點(diǎn)，得出如下結(jié)論：

1）對(duì)于粉塵等顆粒物凈化效率最好的技術(shù)方案是HEPA濾網(wǎng)，其過濾效率可達(dá)99.97%以上；

2）對(duì)于CO、NOx等主要來自于汽車尾氣的污染物，可以采用AQS傳感器先行預(yù)防該類污染物通過空調(diào)進(jìn)氣口進(jìn)入車內(nèi)；采用光觸媒技術(shù)對(duì)車內(nèi)已有的CO、NOx等氣體進(jìn)行凈化有更好的效果；

3）對(duì)于有機(jī)揮發(fā)物VOCs，等離子技術(shù)及光觸媒技術(shù)能產(chǎn)生較好的凈化效果；其產(chǎn)生的高能電子或氫氧基，能夠與有機(jī)揮發(fā)物結(jié)合反應(yīng)，生成無害的CO2和水；

4）對(duì)于進(jìn)入車內(nèi)及在車內(nèi)滋生的細(xì)菌、病毒等微生物，深紫外技術(shù)具有更好的效果，可以在10分鐘內(nèi)達(dá)到99.9%以上的殺滅效率；

5）每種空氣凈化技術(shù)所對(duì)應(yīng)的凈化對(duì)象和凈化能力都各有差異，只有多種技術(shù)相結(jié)合，互為補(bǔ)充，才能更加全面和徹底的改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。