摘要：為驗證乘用車內(nèi)相關(guān)空氣凈化裝置對車內(nèi)顆粒物的過濾性能，通過設(shè)計整車級車內(nèi)顆粒物過濾測試方法，并進行試驗方法驗證，實現(xiàn)了在整車狀態(tài)下檢測驗證試驗樣車對車內(nèi)PM2.5的過濾能力。結(jié)果表明：本整車級車內(nèi)顆粒物過濾測試方法可靠有效，車內(nèi)顆粒物過濾能力6次重復(fù)檢測凈化時間 極差為14s、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2%。

關(guān)鍵詞：乘用車；PM2.5；過濾能力；車內(nèi)空氣

中圖法分類號：U46"""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）05-0017-04

Design and Research of PM2.5 Filtration Test Method in Passenger Cars

HE Haifeng ZHAO Junxia OU Wenyong YOU Gang GONG Baoli

（1. China Automotive Engineering Research Institute Co.， Ltd.， Chongqing 401122， China; 2. Chongqing Key Laboratory of Vehicle Emission and Economizing Energy， Chongqing 401122， China）

Abstract： In order to verify the filtration performance of relevant air purification devices in passenger cars for particulate matter in the vehicle， the test method for particulate matter filtration in the vehicle at the vehicle level was designed and verified， and the test method was realized to detect and verify the filtration capability of the test sample vehicle for PM2.5 in the vehicle under the vehicle state. The results show that this vehicle?level particulate filter test method is reliable and effective， and the range of purification time "for six repeated tests of particulate filter capacity is 14s， and the relative standard deviation is 2.2%.

Key words： passenger car; PM2.5; filtration capacity; interior air

0 引言

車輛在使用過程中，會從外界引入顆粒物，也會人為產(chǎn)生顆粒物，車內(nèi)顆粒物因其粒徑、化學(xué)成分不同，將對人體產(chǎn)生不同程度的危害[1]。目前，國內(nèi)汽車行業(yè)關(guān)于車內(nèi)顆粒物的相關(guān)研究，主要針對空調(diào)濾芯單體試驗方面，整車級空調(diào)濾芯、負(fù)離子、車載凈化器等多體試驗相關(guān)的研究和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較少。因此，本文主要研究多體作用下，整車級PM_2.5的凈化效率及影響因素。提供更加科學(xué)、合理的測試方法，并基于此方法，對比研究了車內(nèi)PM_2.5典型過濾技術(shù)的效?果。

車內(nèi)PM_2.5主要來源于外界引入和車內(nèi)人為產(chǎn)生，外界引入包括車輛停車時的滲透，車輛運動狀態(tài)車身密封滲透、空調(diào)系統(tǒng)、車窗進入等，人為產(chǎn)生包括吸煙、人體活動等。李慧等[2]研究表明，在車內(nèi)沒有明顯污染源的情況下，外界環(huán)境中的顆粒物是車內(nèi)顆粒物的主要來源。丁會芳等[3]研究了內(nèi)顆粒物污染來源及暴露特征（見表1）。

顆粒物對人體健康的影響程度主要取決于其粒徑大小和化學(xué)成分。PM2.5又稱細顆粒物，是指環(huán)境空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑 2.5μm的顆粒物。其粒徑小、比表面積大、活性強、化學(xué)成分復(fù)雜，可在大氣環(huán)境中以氣溶膠形式存在。王文朋等[4]研究表明，PM2.5進入呼吸道內(nèi)后，部分長期滯留于肺組織中，在肺間質(zhì)形成病灶；某些顆粒在肺內(nèi)通過血氣屏障由血液帶入其他器官。段肖肖等[5]研究表明，空氣中的細顆粒物與呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等方面疾病密切相關(guān)。

1 試驗設(shè)備

1.1 整車PM試驗艙

整車PM試驗艙為試驗過程提供穩(wěn)定的試驗條件，如溫濕度，并通過試驗艙HEPA空氣凈化系統(tǒng)，可模擬PM2.5濃度小于35ug/m3的潔凈環(huán)境；通過試驗艙空氣攪拌風(fēng)扇、側(cè)向循環(huán)風(fēng)扇等空氣擾流系統(tǒng)，模擬相對穩(wěn)定的PM2.5污染環(huán)境。

整車PM試驗艙結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.2 光散射粉塵儀

品牌：3M，型號：EVM?3，顆粒物粒徑檢測范圍：0.1～10μm，顆粒物質(zhì)量濃度檢測范圍：1～20"000μg/m3。

1.3 PM2.5污染源

試驗采用《空氣凈化器》（GB/T 18801—2015）規(guī)定的香煙煙霧作為PM2.5污染源，香煙焦油量為8mg，通過煙霧發(fā)生裝置輸送至整車PM試驗艙。

2 試驗設(shè)計

2.1 測試指標(biāo)確定

以“車內(nèi)顆粒物過濾能力（ ）”為測試指標(biāo)，考察車輛搭載的相關(guān)空氣凈化裝置，對車內(nèi)空氣中顆粒物濃度的降低效果。用凈化時間 （單位：min），和對應(yīng)的PM_2.5凈化終止?jié)舛?（單位：μg/m³）進行表征。綜合目前主流車型空調(diào)邏輯設(shè)定，凈化時間 限值選擇15min，凈化終止?jié)舛?以《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）規(guī)定的一級空氣質(zhì)量PM2.5日平均濃度35μg/m3為限值要求。

2.2 試驗流程設(shè)計

測試過程共分兩個階段，“試驗準(zhǔn)備”階段將樣車停放在恒溫恒濕車輛預(yù)處理間，平衡車內(nèi)溫度?！皟?nèi)顆粒物過濾能力（ ）”測試階段，通過煙霧發(fā)生器，在整車PM試驗艙內(nèi)制造PM_2.5濃度為2"000 400μg/m3的污染環(huán)境，且與車內(nèi)PM_2.5濃度達到平衡后，啟動車輛，開啟車輛空調(diào)及車內(nèi)顆粒物凈化裝置，記錄凈化時間 和對應(yīng)的PM2.5凈化終止?jié)舛?。

2.3 測試點位選取

在車內(nèi)主駕、前排座椅連線中點、后排座椅中點位置進行了車內(nèi)顆粒物濃度均勻性驗證，結(jié)果表明在同一時間點，前排座椅連線中點位置車內(nèi)PM2.5濃度基本處于三個測試點位的中間值，因此，車內(nèi)PM_2.5濃度檢測點位參照《車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》（HJ/T 400—2007）要求的采樣點位置在車內(nèi)放置光散射粉塵儀。

2.4 空調(diào)狀態(tài)選取

在車輛空調(diào)內(nèi)循環(huán)狀態(tài)下，測試了33款車型對車內(nèi)PM2.5的過濾能力，平均凈化時長為9.3min，PM_2.5凈化平均終止?jié)舛葹?3μg/m³。

將空調(diào)狀態(tài)分別設(shè)置在內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)狀態(tài)下，對10款樣車車內(nèi)PM_2.5過濾能力進行對比，其中9款車空調(diào)內(nèi)循環(huán)PM_2.5過濾能力優(yōu)于外循環(huán)，有1款車空調(diào)外循環(huán)PM_2.5過濾能力優(yōu)于內(nèi)循環(huán)。從過濾終止?jié)舛?來看，有3款車型在空調(diào)外循環(huán)狀態(tài)下，在凈化15min時，車內(nèi)PM_2.5濃度高于100μg/m³?？照{(diào)內(nèi)外循環(huán)狀態(tài)下車內(nèi)PM_2.5過濾終止?jié)舛?結(jié)果見圖4：

從凈化時間 來看，有1款車型空調(diào)外循環(huán)凈化時間優(yōu)于內(nèi)循環(huán)，9款車型空調(diào)內(nèi)循環(huán)凈化時間優(yōu)于外循環(huán)，且差異較大?？照{(diào)內(nèi)外循環(huán)狀態(tài)下車內(nèi)PM_2.5凈化時間 結(jié)果見圖5：

空氣過濾器是通過多孔過濾材料的作用，從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設(shè)備，相關(guān)主要特性指標(biāo)有面速、濾速、過濾效率等。

式中， 為面速，指迎風(fēng)截面上通過空氣氣流的速度，m/s； 為通風(fēng)量，m³/h； 為過濾器的斷面面積，m²。

式中， 為濾速，即過濾材料上通過空氣氣流的速度，cm/s； 為通風(fēng)量，m³/h； 為過濾器濾料斷面面積，cm²。

車輛處于空調(diào)內(nèi)循環(huán)狀態(tài)時，車內(nèi)PM_2.5會隨車內(nèi)空氣流經(jīng)空調(diào)濾芯迅速凈化，空調(diào)外循環(huán)時，其凈化原理為車外空氣被凈化后，通過空調(diào)系統(tǒng)進入車內(nèi)，通過車身排氣孔，將車內(nèi)的PM_2.5排出車外。通過車輛空調(diào)外循環(huán)凈化車內(nèi)PM_2.5，能充分保證車內(nèi)氧含量，但對車輛空調(diào)濾芯等過濾單元、空調(diào)風(fēng)量等有較高要求。

在圖5所示的10款車型中，某車型空調(diào)外循環(huán)風(fēng)道設(shè)計安裝了4個多效濾芯，保證了空調(diào)外循環(huán)狀態(tài)下優(yōu)良的車內(nèi)PM_2.5凈化性能。某車型空調(diào)外循環(huán)PM2.5凈化性能與內(nèi)循環(huán)凈化結(jié)果見圖6：

2.5 方法驗證

選用同一試驗樣車，依據(jù)試驗流程要求，在車輛空調(diào)內(nèi)循環(huán)狀態(tài)下，重復(fù)進行6次“車內(nèi)顆粒物過濾能力”測試，通過實驗結(jié)果的重復(fù)性，驗證試驗方法的可靠性和有效性。結(jié)果顯示，6次重復(fù)檢測凈化時間 極差為14s、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2%（見表5）。

按試驗設(shè)計啟動車輛并設(shè)置好空調(diào)狀態(tài)后，車內(nèi)PM_2.5濃度迅速降低，車內(nèi)PM_2.5濃度降至100μg/m³以下時，凈化速率有所降低（見圖7）。

3 結(jié)語

1. 本試驗方法工況設(shè)計、指標(biāo)選取等，能有效反映整車狀態(tài)下，車輛相關(guān)空氣凈化裝置過濾車內(nèi)PM2.5的綜合性能，能為車輛設(shè)計、性能驗證等提供支?撐。
2. 經(jīng)過對試驗重復(fù)性的測定，證明本實驗方法設(shè)計可靠有效。

參考文獻：

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