淺談一種車內(nèi)空氣動態(tài)凈化技術(shù)

胡從義，張青，楊偉，方梅

（安徽江淮汽車集團股份有限公司國際公司，安徽 合肥 230022）

引言

汽車尾氣造成的城市空氣污染問題，已日益受到重視；但是對于汽車內(nèi)部的空氣質(zhì)量問題，目前的關(guān)注還不多，對于車內(nèi)污染的研究資料還很有限。一般而言，城市空氣問題的研究者，通常把目光集中在城市空氣污染以及它對車外人員的危害上。然而隨著城市車輛的增長和出行的需要，人們在車內(nèi)度過的時間也越來越多，車內(nèi)污染已成為對人體健康產(chǎn)生影響的一個重要因素[1]。

2012年3月1日，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》正式開始實施，但是，該標(biāo)準(zhǔn)是針對無司乘人員的靜態(tài)車輛的，主要目的是要求汽車制造廠家應(yīng)用環(huán)保材料，并不適用于行駛中的動態(tài)車輛。

1 車內(nèi)空氣動態(tài)凈化技術(shù)

在車內(nèi)采用動態(tài)凈化技術(shù)的目的在于保證汽車動態(tài)行駛時，車內(nèi)空氣新鮮度高、司乘人員導(dǎo)致的異味和煙霧少、通過泄漏等途徑帶入的碳氫化合物能被有效凈化。

下面是幾種常見的車內(nèi)空氣凈化器原理：

（1）濾網(wǎng)式車廂空氣凈化器

采用風(fēng)扇強制換氣，利用多孔性濾材，如無紡布、濾紙、纖維、泡棉等，對空氣中的懸浮顆粒、有害氣體進行吸附，從而凈化空氣。

（2）靜電集塵式車廂空氣凈化器

靜電濾網(wǎng)是在無紡布纖維內(nèi)植入正負向永久性電荷，使布面上充滿高伏特數(shù)的強力靜電，用來吸附空氣中的懸浮粒子，使有害人體的分子在通過濾網(wǎng)時被吸附在濾網(wǎng)內(nèi)。

（3）臭氧車廂空氣凈化器

臭氧消毒是屬于用車內(nèi)的空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)進行消毒的方式，使用專用的消毒液進入循環(huán)系統(tǒng)，可將車內(nèi)的異味除去，有一定的消毒除菌作用，特別是針對胺、煙堿、細菌等。

（4）納米光催化車廂空氣凈化器 (也稱光觸媒技術(shù))

光觸媒是將附著在有效介質(zhì)上的納米級 TiO2顆粒通過特定光源的照射，產(chǎn)生一種“電子一空穴”對(一種高能粒子)，這種“電子一空穴”對和周圍的水、氧氣發(fā)生作用后具有極強的氧化—還原能力，能將空氣中甲醛、苯等污染物直接分解成無害無味的物質(zhì)，以及破壞細菌的細胞壁，殺滅細菌并分解其絲網(wǎng)菌體，從而達到消除空氣污染的目的。

2 低溫等離子體凈化技術(shù)

2.1 低溫等離子體概念與分類

通常，物質(zhì)的狀態(tài)分為固、液、氣三態(tài)。但若對氣體使以某種手段如：放電、放熱、輻射等使氣體分子電離和離解，當(dāng)產(chǎn)生的帶電粒子達到一定數(shù)值時，物質(zhì)狀態(tài)出現(xiàn)了新變化，此時的電離氣體已不再是原來的氣體，而應(yīng)稱作等離子體。等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，它是電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。

等離子體的狀態(tài)主要取決于它的組成粒子、粒子密度和粒子溫度。通常，我們令電子溫度為Te，離子溫度為Ti，中性粒子為Tg，考慮到“熱容”，等離子體的宏觀溫度當(dāng)取決于重粒子的溫度。依據(jù)等離子體的粒子溫度，可以把等離子體分為兩大類，即熱平衡等離子體和非熱平衡等離子體。

當(dāng)Te=Ti時，稱為熱平衡等離子體，簡稱熱等離子體。這類等離子體不僅電子溫度高，重粒子溫度也高。由于等離子體輻射的緣故，各種粒子的溫度幾乎近似相等（Te≈Ti≈Tg），組成也接近平衡組成的等離子體。

當(dāng)Te≥Ti時，稱為非平衡態(tài)的等離子體。其電子溫度高達 104K以上，而離子和原子之類的重粒子溫度卻可低到300K～500K，按其重粒子溫度也叫做低溫等離子體或冷等離子體。相對熱平衡等離子而言，非平衡態(tài)的等離子體的電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物分子激發(fā)、離解和電離，同時反應(yīng)體系又可保持低溫，乃至接近室溫[2]。

2.2 低溫等離子體技術(shù)的優(yōu)點

低溫等離子體中最具活力的是高能電子，通過高能電子的作用，一方面可使空氣中的懸浮顆粒荷電、有毒有害氣體分解、離解，空氣微生物氧化，進而達到凈化空氣的目的。另一方面可使電負性高的氣體分子（如氧分子、氮分子）帶上電子成為負離子，從而達到清新空氣的目的。這兩方面的綜合結(jié)果顯示，低溫等離子技術(shù)不僅可以凈化空氣，同時，還可以清新空氣，這是其他任何技術(shù)無法比擬的。

2.3 低溫等離子體技術(shù)的凈化原理

當(dāng)電極間加上電壓時，電極空間里的電子從電場中獲得能量加速運動。電子在運動過程中和氣體分子發(fā)生碰撞，結(jié)果使得氣體分子電離，激發(fā)或吸附電子成負離子。電子在碰撞過程中，產(chǎn)生三種可能的結(jié)果：第一種是電離中性氣體產(chǎn)生離子和衍生電子，衍生電子又加入到電離電子的行列維持電離的繼續(xù)；第二種是與電子親和力高的分子（如O2，H2O等）碰撞，被這些分子吸收形成負離子；第三種是和一些氣體分子碰撞使其激發(fā)，激發(fā)態(tài)的分子極不穩(wěn)定，很快回到基態(tài)輻射出光子，具有足夠能量的光子照射到電暈極上有可能導(dǎo)致光電離而產(chǎn)生光電子，光電子對放電維持有貢獻。經(jīng)過電子碰撞后的氣體分子，形成了具有高活性的粒子，這些活性粒子形成等離子場。等離子場中會產(chǎn)生大量的羥基、高能自由基和高能紫外光子，通過持續(xù)的電暈放電和流光放電，使通過其中的細菌、病毒和有害氣體被直接電離、擊穿和氣化、使經(jīng)過其中的VOCs成份中的H、C、F等化學(xué)鍵發(fā)生置換反應(yīng)，從根本上使空氣得到凈化。

下圖1是國內(nèi)某款采用低溫等離子體技術(shù)、具有獨立空氣循環(huán)系統(tǒng)的車用動態(tài)空氣凈化裝置；圖2為空氣凈化裝置在車內(nèi)安裝位置。

圖1 空氣凈化裝置

圖2 空氣凈化裝置安裝位置示意圖

如上圖2所示，當(dāng)打開外循環(huán)時：空氣從外循環(huán)進風(fēng)口進入車內(nèi)，經(jīng)過等離子體處理將空氣中的塵埃粒子沉降，進入空調(diào)系統(tǒng)；再通過低溫高電壓放電形式形成等離子場，等離子場中會產(chǎn)生大量的羥基、高能自由基和高能紫外光子，通過持續(xù)的電暈放電和流光放電，使通過其中的細菌、病毒和有害氣體被直接電離、擊穿和氣化、使經(jīng)過其中的 VOCs成份中的H、C、F等化學(xué)鍵發(fā)生置換反應(yīng)，從根本上使空氣得到凈化。

當(dāng)打開內(nèi)循環(huán)時，空氣凈化裝置將車內(nèi)空氣中可吸入顆粒物及甲醛等污染物去除，并產(chǎn)生負離子，從而使空氣得到凈化。

3 動態(tài)空氣凈化裝置實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

通過從某款剛下線的新車取樣后，將樣品送到第三方檢測中心檢測。由于主要污染物為甲醛和苯，因此只對這兩種污染物進行嚴格跟蹤檢測，并以此來檢驗新型動態(tài)空氣凈化裝置的凈化效果。采樣環(huán)境及結(jié)果如下表1、2所示：

表1 車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測記錄

表2 新型車用動態(tài)空氣凈化裝置檢測記錄（單位mg/m3）

注：此初始值為靜態(tài)凈化后的污染物濃度

國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》的“車內(nèi)空氣中有機物濃度要求”：苯的濃度≤0.11mg/m3，甲醛的濃度≤0.10mg/m3。比較兩者甲醛和苯的濃度值，明顯可以看出等離子體凈化器的優(yōu)越凈化效果。甲醛從0.14mg/m3降低到0.03 mg/m3，僅為國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)限值的三分之一；苯的濃度值也從0.25 mg/m3降為0.04 mg/m3，也大大低于標(biāo)準(zhǔn)限值的0.11 mg/m3。

4 車用動態(tài)空氣凈化裝置凈化效果

目前此款車用動態(tài)空氣凈化裝置已落實到若干車型，經(jīng)過除煙霧試驗、感官試驗及空氣凈化測試，凈化效果明顯：處理前甲醛濃度0.131mg/m3，超出國家室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)＜0.1mg/m3；處理后甲醛濃度僅0.088mg/m3，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

車用動態(tài)空氣凈化裝置凈化效果明顯，可以有效控制車內(nèi)有害物質(zhì)，如甲醛，苯等。

車內(nèi)空氣質(zhì)量已成為汽車品質(zhì)的一個重要參數(shù)指標(biāo)，直接影響汽車的銷售。汽車企業(yè)只有創(chuàng)造安全、健康的車內(nèi)環(huán)境，才可使其產(chǎn)品具有更強的市場競爭力。

[1] 鄧大躍,陳雙基. 汽車內(nèi)的空氣污染(一) [J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2004,（2）:46～47.

[2] 張國蘭,耿世彬,杜雁霞.低溫等離子體去除室內(nèi)氣態(tài)污染物的發(fā)展現(xiàn)狀[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2004,（1）:11～14.

[3] 曹蓉,何正浩,郭麗娜等.放電等離子體處理室內(nèi)甲醛的研究[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2006,18（1）:31～33.

[4] 彭禮英,肖琦,劉益冬.汽車內(nèi)飾空氣中污染成分的調(diào)查[J].懷化學(xué)院學(xué)報,2004,23 (5): 38～41.

[5] GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》.