轿车厢内空气品质改善的实验研究

2016-01-20赖学江姬飞翔

制冷 2015年4期

关键词：椰壳熏香过滤器

赖学江,姬飞翔，李　锐

( 广东海洋大学工程学院，湛江 524094 )

轿车厢内空气品质改善的实验研究

赖学江,姬飞翔，李锐

( 广东海洋大学工程学院，湛江 524094 )

[摘要]随着科技的发展，人们意识到汽车内部的空气质量对车内乘坐人员非常重要。本文介绍了几种空气净化的处理方法以及两种汽车空气过滤芯在汽车采用内循环和外循环下车厢内的PM2.5的实验研究，提出车内空气品质提高的方法，为一个更加健康的车内环境提出几点建议。

[关键词]空气净化；PM2.5实验测试；建议

收稿日期：2015-9-3

基金项目：广东海洋大学教研教改专项(XJDKC-2014-12)

作者简介：赖学江(1962-)，女，教授，主要研究方向为建筑环境与能源应用工程。Email：82289412@qq.com

文章编号：ISSN1005-9180(2015)04-023-06

中图分类号：TU834.8

文献标识码:A

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.04.005

Abstract：With the development of science and technology,people is aware of the car interior air quality is very important.Several processing methods for the air cleaning are described in this paper.The experimental study of PM2.5 is made by using two different car air filters while the car orient air is in the inner loop or in the outer loop.The methods of in-car air quality improve are proposed.For a healthier interior environment in the car,suggestions are provide.

The Air Quality Improvement Research in the Car Compartments

LAI Xuejiang,JI Feixiang,LI rui

( Engineering College,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524094,China )

Key words:Air Cleaning；PM2.5 Experiment Test；Suggestions

1引言

根据央视《每周质量报告》曝光的六款豪车的甲醛严重超标，部分车主出现身体不适的情况来看，汽车内部存在多种有害气体[1，2]。由相关数据显示，近90%的汽车都存在车内空气甲醛、TVOC超标等问题，其中新车的车内空气质量更差。汽车尾气经过光化学反应产生的固体超微颗粒(PM2.5)，能够深入肺的下叶肺泡，进入血液和淋巴系统，带来全身性的永久危害，是肺癌、心脑血管疾病的直接诱因，汽车内由于空气的不流通，PM2.5的含量更高。车内有害气体会引发驾驶员与乘客出现头晕、恶心、疲倦、胸闷等严重不适，长期在此环境下驾驶会影响交通安全。但在市区道路轿车如果一直开新风也会引进外面污浊的空气，因此，研究汽车空气过滤芯的过滤效果对车厢内空气PM2.5的影响是很有必要。

2空气净化减小PM2.5的方法

2.1纳米材料光催化法[3，4]

纳米材料主要成分是二氧化钛,二氧化钛本身近似天然物质，其化学稳定性非常高，对人体无毒无害，在吸收阳光中的紫外线后，其内部电子被激发，形成活性氧类的超氧化物和羟基原子团，具有超强的氧化能力，可以凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，破坏细菌的细胞膜，使细胞质流失至死亡，可用于杀除空气中的浮游细菌，杀菌能力达到99.997%。同时，二氧化钛受光后生成的氢氧自由基能对有机物质和有害气体进行氧化还原反应，将其转化为无害的水、二氧化碳和盐等[4]。二氧化钛光催化法的优点是其化学稳定性非常高，对人体无毒无害，二氧化钛作为催化剂本身并不直接参与氧化还原的反应，而只是扮演发生反应的所需要的媒介，本身的能力并不随时间而消耗衰减，且即使在室内荧光灯等微弱光源下也能发挥其功能，所以它在理论上具有永久性，可以随时随地处理和净化各种有害气体，使周围空气保持清新健康的状态。二氧化钛经特殊处理后镀到玻璃等表面可以形成一层薄膜，具有防雾功能,可以耐受400℃的高温。和其它常规的空气净化方法(如物理吸附法、紫外线固定法及臭氧分解法等)相比较，它具有净化能力强、适用范围广泛、效果持久稳定、无二次公害等优点。二氧化钛光催化的缺点是TiO2有限的吸附能力使其在低浓度环境中不能有效地在其表面富集甲醛,制约了其光催化降解优势的发挥。单独使用二氧化钛的净化设备，不能解决室内空气中的悬浮物及危害很大的细微颗粒物问题,同时催化剂微孔容易被灰尘和颗粒物等堵塞而致使催化剂失活。大多数净化器都使用了过滤、外加电场、活性炭吸附等其中一种或几种技术与TiO2光催化技术对空气进行复合净化,但真正起到除尘净化作用的仍然是吸附、过滤等传统技术。

2.2吸附法[5]

吸附法是利用活性炭、分子筛、硅胶、活性氧化铝等具有吸附能力的物质,吸附污染物来达到净化室内空气的目的。吸附法几乎适用于所有恶臭有害气体,且脱除效率高,是脱除有害气体常用的一种方法。吸附法的优点是用作吸附材料的物质主要为活性炭,它具有表面积大、吸脱速度快、吸附容量大等特点。

其缺点是活性炭纤维的应用仍处于探索阶段,性价比较低,影响了其应用范围。对于吸附方法而言,也存在着吸附饱和的问题,当吸附材料达到饱和状态时需注意及时对其进行更换。普通活性炭对室内气体的吸附多属于物理吸附,虽能够吸附几乎所有的气体,但是物理吸附的吸附能力极其微小,且活性炭是疏水性物质,缺乏对亲水性物质的吸附能力。另外,物理吸附稳定性很差,在温度压力等条件变化时容易脱附而造成二次污染。

2.3吸附技术结合光催化技术处理有害气体[3]

活性炭纤维(ACF)和TiO2作为吸附剂和光催化剂,将常温吸附和光催化降解两种作用相结合。将ACF和TiO2相结合治理甲醛污染,优势更为明显,当ACF与TiO2的质量比为1.0∶0.5时,净化速率最快。因为一方面借助ACF的强吸附作用,低浓度的甲醛在混合材料表面快速富集,加快TiO2对甲醛的光催化降解速率；另一方面TiO2的光催化降解作用又促使ACF上所吸附的甲醛向TiO2表面迁移,使ACF的吸附能力得以恢复,实现了ACF的再生。可见,ACF与TiO2的混合体系可以净化甲醛等室内有害气体[3]。其优点是使有害气体吸附净化不仅是简单的物理吸附过程,而且吸附在吸附剂上的污染物能及时迁移到催化剂上通过光催化作用分解,提高了净化效率。其缺点是对气态污染物的作用效果并不理想，这类设备主要的去污对象是总挥发性有机化合物(TVOC),而对甲醛的降解能力较低。

2.4过滤净化法[6]

过滤净化法主要用来分离空气中的悬浮颗粒,对于细菌、有毒有害气体等污染物则显得束手无策,而且过滤净化器通常因为滤料容易饱和而失效，目前汽车普通过滤器就是采用这种方法。目前许多汽车空调过滤器把纤维过滤与吸附过滤结合来提高车厢内空气的净化效果。

2.5低温等离子净化法[8]

低温等离子发生器，产生等离子体，对风机吸入气态污染物进行低温等离子体进化处理，过滤层对经过等离子体净化处理的气体进行净化过滤，过滤有害气体；负离子发生器，对过滤后的气体进行负离子处理，提高空气质量。低温等离子净化法的优点是对有害气体的去除效果十分理想，尤其是对甲醛、H2S净化率达到100%，低温等离子体的杀菌作用非常显著。

3不同过滤材料及不同车内工作状态下过滤效果的对比

3.1实验方法

由于汽车另外安装使用空气净化器可能会增加汽车的耗电及增加车主费用，现采用在空调过滤器上做些改进，看看空气过滤的效果。实验方案是在车内点燃熏香，然后一段时间后熄灭熏香，采用诺方微的PM2.5检测仪测试车内的PM2.5数值上的变化和空气净化所需的时间的长短，来研究普通过滤芯和加了椰壳碳的过滤芯的过滤效果,椰壳炭也是活性的一种,有高效空气净化功能，具有极强的吸附能力。

3.2实验1车内状态为内循环风，普通过滤器处理空气PM2.5的研究

普通空气过滤器滤芯用一般的毛纺材料做成的过滤芯。表3-1为旧的普通过滤器处理车厢内的空气PM2.5的实验数据，由仪器软件得到车内PM2.5的变化图，如图3-1(a)；表3-2为新普通过滤器处理空气PM2.5的实验数据，由仪器软件得到车内PM2.5的变化图，如图3-1(b)。

图3-1　普通过滤器测试实验图

表3-1旧普通过滤器的实验数据

(实验时间:2015.05.21上午)

表3-2新普通过滤器的实验数据

(实验时间:2015.05.24下午)

根据表3-1和图3-1(a)中所示的实验数据可得：在使用旧的普通过滤器的情况下，未点燃香之前，车内空气的PM2.5和PM10的值分别是5.7 ug/m3和10.3 ug/m3，当点燃香之后，车内空气的PM2.5和PM10的数值快速增长，当11秒之后PM2.5和PM10的数值分别达到229.2ug/m3和407.9ug/m3，由于过滤器的作用，6分23秒之后车内PM2.5和PM10的数值分别降到114.9 ug/m3和191.8 ug/m3，此时将熏香熄灭，由于熄灭后熏香处于不完全燃烧，故燃烧气体中的有害气体更多，所以车内空气的PM2.5和PM10的数值继续增长，1分25秒后车内空气的PM2.5和PM10的数值分别升到355.5 ug/m3和737.6 ug/m3，此时熏香完全熄灭，由过滤器独立净化车内空气；经过27分31秒之后，车内空气PM2.5和PM10的数值不再发生巨大变化，处于稳定状态。

根据表3-2和图3-1(b)中所示的实验数据可得：在使用新的普通过滤器的情况下，未点燃香之前，车内空气的PM2.5和PM10的值分别是12.2 ug/m3，当点燃香之后，车内空气的PM2.5的数值快速增长，当16秒之后PM2.5的数值达到301.5 ug/m3，由于过滤器的作用，6分28秒之后车内PM2.5的数值降到193 ug/m3，此时将熏香熄灭，由于熄灭后熏香处于不完全燃烧，故燃烧气体中的有害气体更多，所以车内空气的PM2.5的数值升到223.6 ug/m3，此时熏香完全熄灭，由过滤器独立净化车内空气；经过21分47秒之后，车内空气PM2.的数值达12.3 ug/m3，不再发生巨大变化，处于稳定状态。对比实验可以得出，旧的过滤芯的过滤能力已经下降，过滤相同的污染物，所需的时间比新的过滤芯多了5分43秒，多了约20%的时间。

图3-2　椰壳碳过滤器测试实验测试图

3.3实验2车内状态为一档内循环风，采用椰壳碳过滤器处理空气PM2.5的研究

椰壳碳过滤器的正面同普通过滤芯一样，背面多了椰壳碳层，椰壳碳具有吸附降解作用。

根据上述的实验方法，我们又进行了车内状态为循环风，档位是一档，椰壳碳过滤器处理空气PM2.5的实验研究，并根据PM测试仪测试结果，得到表3-3所示结果。椰壳碳过滤器内循环一档过滤测试实验曲线图如图3-2。

根据表3-3和图3-2中所示的实验数据可得：在椰壳碳过滤器打开的情况下，未点燃香之前，车内空气的PM2.5的值是3 ug/m3，当点燃香之后，车内空气的PM2.5的数值快速增长，当50秒之后PM2.5的数值达到188.9 ug/m3；由于过滤器的作用，7分钟之后车内PM2.5的数值降到55.3 ug/m3，此时将熏香熄灭，由于熄灭后熏香处于不完全燃烧，故燃烧气体中的有害气体更多，过滤器的过滤速度小于有害气体生产速度，所以车内空气的PM2.5的数值继续增长，18秒后车内空气的PM2.5的数值升到219.6 ug/m3，此时熏香完全熄灭，由过滤器独立净化车内空气；经过9分53秒之后，车内空气PM2.5的数值不再发生巨大变化，处于稳定状态。

3.4实验3车内为二档内循环风，采用椰壳碳过滤器处理空气PM2.5的研究

根据上述的实验方法，我们又进行了车内状态为内循环风，档位是二档，椰壳碳过滤器处理空气PM2.5的实验研究，并根据PM测试仪测试结果，得到表3-4所示结果。汽车内循环风打在二档位置，椰壳碳过滤器过滤测试实验曲线图如图3-3。

表3-3一档内循环椰壳碳过滤器实验数据

(实验时间:2015.05.22上午)

表3-4二档内循环椰壳碳过滤实验数据

(实验时间:2015.05.2下午)

图3-3　汽车内循环风打在二档位置，椰壳碳过滤器测试实验测试图

根据表3-4和图3-3中所示的实验数据可得：在汽车空调档位为二档内循环风，椰壳碳过滤器打开的情况下，未点燃香之前，车内空气的PM2.5的值是2.4 ug/m3，当点燃香之后，车内空气的PM2.5的数值快速增长，当4秒之后PM2.5的数值达到291.3 ug/m3；由于过滤器的作用，5分钟54秒之后车内PM2.5的数值降到30.9 ug/m3，此时将熏香熄灭，由于熄灭后熏香处于不完全燃烧，故燃烧气体中的有害气体更多，过滤器的过滤速度小于有害气体生产速度，所以车内空气的PM2.5的数值继续增长，19秒后车内空气的PM2.5的数值升到377.5 ug/m3，此时熏香完全熄灭，由过滤器独立净化车内空气；经过6分23秒之后，车内空气PM2.5的数值不再发生巨大变化，处于稳定状态。与一档循环风比较，净化的时间缩短了3分30秒，但车内瞬间的PM2.5值比一档循环风的PM2.5高。

3.5实验4汽车为二档外循环风，两种过滤器处理空气PM2.5的研究

根据上述的实验方法，我们又进行了车内状态为外循环风，档位是二档，椰壳碳过滤器和新普通过滤器处理空气PM2.5的实验研究，并根据PM测试仪测试结果，得到表3-5和表3-6。汽车外循环风，风量打在二档位置，图3-4为椰壳碳过滤器车采用外循环风时的过滤测试实验曲线。图3-5为新普通过滤器车采用外循环风时的过滤测试实验曲线。

根据表3-5和图3-4中所示的实验数据可得：在汽车空调档位为二档外循环风，当车外PM2.5为69ug/m3时经椰壳碳过滤器处理，车内的空气可以达到14.4 ug/m3，切换到内循环可处理到4.3 ug/m3。

根据表3-6和图3-5中所示的实验数据可得：在汽车空调档位为二档外循环风，当车外PM2.5为52.5ug/m3时经新普通过滤器处理，车内的空气可以达到14.3ug/m3，切换到内循环可处理到8.9 ug/m3。

表3-5椰壳碳过滤器车采用外循环风