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車(chē)內(nèi)空氣的凈化措施

當(dāng)前車(chē)內(nèi)空氣污染的研究并未完全解決車(chē)內(nèi)空氣污染問(wèn)題，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也不完善。國(guó)外只有少數(shù)國(guó)家，例如日本、俄羅斯和韓國(guó)等出臺(tái)了關(guān)于車(chē)內(nèi)污染物治理的標(biāo)準(zhǔn)或指南。我國(guó)于 2011 年 10月發(fā)布了《乘用車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（GB/T27630-2 0 1 1 ）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》）。該指南對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)車(chē)內(nèi)裝飾和組件的揮發(fā)性有機(jī)物提出了控制要求，但未涉及其他污染源產(chǎn)生的污染物，而且大多數(shù)有機(jī)物的控制濃度均高于《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《國(guó)家環(huán)境友好汽車(chē)實(shí)施方案》中的控制濃度，也未對(duì)汽車(chē)實(shí)際運(yùn)行中車(chē)內(nèi)污染物，如NOx、PM、VOCs等提出濃度上限，因此并不能保證司乘人員乘車(chē)環(huán)境的健康和舒適。

傳統(tǒng)的通風(fēng)控制策略不能完全有效應(yīng)對(duì)車(chē)內(nèi)污染狀況。據(jù)調(diào)查，當(dāng)車(chē)輛發(fā)生阻塞時(shí)，道路污染物濃度較高，車(chē)內(nèi)VOCs的濃度基本與車(chē)外VOCs濃度相等[7],傳統(tǒng)通過(guò)CO2濃度和車(chē)內(nèi)外焓差控制新風(fēng)量的方法無(wú)法應(yīng)對(duì)這種情況，相反這兩種通風(fēng)策略可能導(dǎo)致車(chē)外污染物進(jìn)入車(chē)內(nèi)。采用內(nèi)循環(huán)的方式也不能作為控制車(chē)內(nèi)污染的方法，實(shí)驗(yàn)表明關(guān)閉車(chē)窗采用內(nèi)循環(huán)的方式在 5 min 內(nèi)，車(chē)內(nèi)的 CO2濃度超過(guò) 0.15%[8 ]。

汽車(chē)尾氣是車(chē)內(nèi)污染的主要污染源之一。目前使用的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒技術(shù)必然會(huì)產(chǎn)生 HC、PM、NOx、CO 等污染物，隨著城市道路車(chē)輛的增加，尾氣污染將會(huì)更嚴(yán)重。汽車(chē)尾氣在光照條件下會(huì)產(chǎn)生二次污染物，其危害比一次污染對(duì)人體健康的影響更嚴(yán)重。部分城市對(duì)車(chē)輛限行、限購(gòu)和限排策略只能暫時(shí)緩解尾氣污染，解決汽車(chē)尾氣污染的根本途徑是開(kāi)發(fā)新型發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)尾氣零排放，即從源頭上消除污染源才是解決尾氣污染的根本途徑。國(guó)內(nèi)對(duì)汽車(chē)車(chē)內(nèi)空氣污染的研究還不充分，有必要研究相關(guān)策略以降低車(chē)內(nèi)空氣污染物濃度，改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量。

1 道路及車(chē)內(nèi)空氣的污染及危害

車(chē)內(nèi)空氣污染來(lái)源有 4 個(gè)方面：汽車(chē)尾氣污染，道路揚(yáng)塵污染，車(chē)內(nèi)材料污染和車(chē)內(nèi)司乘人員污染。污染物可分為以下幾類(lèi)。

1.1 顆粒物污染

道路顆粒物主要分為粗粒和細(xì)粒，PM2.5 指示大氣中細(xì)顆粒物的污染，PM10 指示大氣中粗粒的污染。中國(guó)和WHO認(rèn)為城市大氣中PM2.5與PM10的濃度比例為 50%[9]。粗粒（PM10）主要由建筑施工和道路揚(yáng)塵產(chǎn)生，細(xì)粒（PM2.5）主要由汽車(chē)尾氣產(chǎn)生[9]，柴油機(jī)尾氣中小于 2 ìm 的顆粒約為總顆粒物的 73%，汽油機(jī)則為62%[10]。另一方面，道路顆粒物污染具有區(qū)域性和不確定性，道路空氣中PM2.5 與 PM10 濃度不存在固定比例關(guān)系。不同的道路和交通狀況下，車(chē)輛尾氣造成道路污染的程度不同：當(dāng)車(chē)輛高速運(yùn)行時(shí)，道路的揚(yáng)塵引起道路顆粒的污染較為顯著，但其產(chǎn)生的尾氣顆粒相對(duì)較少。道路顆粒物的濃度和粒徑分布還受車(chē)流量、道路擁堵?tīng)顩r、行駛車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)輛品牌、道路類(lèi)型的綜合影響。

顆粒物對(duì)人體健康的危害分為急性危害和慢性危害兩種，表 1 列出了 PM2.5、PM10 每增加 10ìg/m3時(shí)對(duì)人的急性危害。由該表可知，相同濃度增量下 PM2.5 的危害高于 PM10，吸入顆粒對(duì)呼吸系統(tǒng)的危害比其他器官?lài)?yán)重，而且隨劑量的增加細(xì)粒的危害性遠(yuǎn)超粗粒。WHO的調(diào)查發(fā)現(xiàn)顆粒物與人體健康之間存在劑量 ― 反應(yīng)關(guān)系，顆粒物對(duì)健康不良作用較多，主要是對(duì)心血管疾病和呼吸系統(tǒng)的危害較嚴(yán)重，尚未發(fā)現(xiàn)有不良健康效應(yīng)的濃度閾值[ 9 ]。

顆粒物對(duì)人體健康也存在慢性危害。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)提出 PM2.5 每增加 10 ìg/m3，全因死亡率約上升 10%[14]，呼吸系統(tǒng)的死亡率由 2.1% 增加到3.7%[16]。大氣 PM2.5 對(duì)數(shù)濃度每增加 1 個(gè)單位，慢性阻塞性肺疾病的發(fā)生增加1.68倍，PM2.5的遺傳毒性作用主要由其有機(jī)提取成分引發(fā)[16]。

1.2 汽車(chē)尾氣氣體污染

汽車(chē)尾氣排放物主要由 CO2、水蒸汽，以及CO、SOx、NOx、PM 和 HC 等污染物組成。HC中的有機(jī)物成分很復(fù)雜，已發(fā)現(xiàn)的有機(jī)成分有 280多種，氣體冷凝物中有機(jī)物達(dá) 300 多種。研究表明車(chē)輛尾氣排放的VOCs占人為總排放VOCs的35%以上[17]，汽車(chē)尾氣中 VOCs各污染物存在相關(guān)關(guān)系，如未設(shè)置氣體過(guò)濾裝置，車(chē)內(nèi) VOCs 濃度與車(chē)外的 VOCs 濃度大約相等[7]。一般可選取代表性的有機(jī)物作為道路有機(jī)污染物濃度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)車(chē)外VOCs對(duì)車(chē)內(nèi)的污染，并且該評(píng)價(jià)指標(biāo)不應(yīng)與車(chē)內(nèi)有機(jī)污染物的指標(biāo)重合，以免造成評(píng)價(jià)失真。

1.3 車(chē)內(nèi)裝飾物污染

車(chē)內(nèi)裝飾物來(lái)源較多，主要是汽車(chē)車(chē)廂隔板、儀表總成、坐墊、地毯、皮革等。汽車(chē)的組件和裝飾品都不同程度散發(fā)污染物，其散發(fā)量受溫度、濕度和送風(fēng)速度的影響較大。車(chē)內(nèi)裝飾物散發(fā)VOC的危害性與室內(nèi) VOC 相同，但車(chē)內(nèi)污染源散發(fā)的污染物與室內(nèi)污染源并不完全相同。北京勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所對(duì)106輛車(chē)的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新車(chē)比舊車(chē)容易超標(biāo)，但室內(nèi)污染物濃度指示劑――苯和甲醛都不超標(biāo)，而甲苯和二甲苯超標(biāo)嚴(yán)重[4]，這說(shuō)明車(chē)內(nèi)污染物的控制不能完全參照室內(nèi)的污染控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 人體污染

乘駕人員產(chǎn)生的主要污染物有CO2、NH3、H2S及真菌、細(xì)菌、病毒等微生物。人體的代謝活動(dòng)產(chǎn)生 400 多種化學(xué)物質(zhì)，呼吸排除的污染物有 149種，汗液排除 151 種，皮膚表面排出 271 種，人體每天產(chǎn)生1g左右的各種粉塵[2]。人體排除的所有污染物中CO2的量最大，可以代表人員對(duì)車(chē)內(nèi)污染的程度，將CO2濃度控制在0.15%以下乘客不會(huì)因人體污染感覺(jué)不舒服。人體對(duì)自身產(chǎn)生的污染物有一定的適應(yīng)性，但對(duì)其他個(gè)體散發(fā)的致病性的細(xì)菌和病毒的抵抗力較差，此類(lèi)微生物可引起人員之間的交叉感染，而體表散發(fā)和呼出的有害細(xì)菌和病毒與乘客的數(shù)量正相關(guān)[17-18]。細(xì)菌和病毒在空氣中不能單獨(dú)存在，常吸附在比其大數(shù)倍的塵粒等載體表面，如 SARS 病毒主要以飛沫和飛沫核為載體[18]，因此對(duì)顆粒物的控制可降低微生物的危害性。

1.5 二次污染物

車(chē)外二次污染物主要以O(shè)3、NO2和光化學(xué)煙霧為代表。NO2有刺激性臭味、劇毒，其毒性比 CO大 10 倍[19]。WHO 認(rèn)為短期暴露于0.2 mg/m3濃度的 NO2下可產(chǎn)生顯著的健康效應(yīng)，而短期暴露于0.5 mg/m3的 NO2下則會(huì)產(chǎn)生急性不良反應(yīng)，兒童哮喘病發(fā)病率隨年均NO2濃度的上升而增加[9]，此外NO2在0.5×10-6以上時(shí)就有可能誘發(fā)肺氣腫。O3氧化性極強(qiáng)，對(duì)人眼睛和呼吸道有很強(qiáng)的刺激性，濃度達(dá)到0.2×10-6~0.3 × 10-6時(shí)導(dǎo)致人體胸部產(chǎn)生壓迫感，暴露在濃度1×10-6~2 × 10-6O3下2h內(nèi)產(chǎn)生頭痛、胸悶，達(dá)到5×10-6時(shí)人體會(huì)全身疼痛[1]。光化學(xué)煙霧、NO、O3和 NO2之間存在關(guān)聯(lián)。

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的副產(chǎn)物 NOx中 90%~95%為NO[7]，后者的濃度可代表道路空氣中汽車(chē)尾氣的濃度。NO2在一次污染中的含量少，主要由二次污染生成，其濃度可代表車(chē)外空氣二次污染物（如O3、光化學(xué)煙霧等）的污染狀況，而且環(huán)境監(jiān)測(cè)站的測(cè)定結(jié)果表明許多情況下NOx比CO（CO排放濃度并不穩(wěn)定，與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率有關(guān)）更易檢測(cè)，更易超標(biāo)[20]。所以，可通過(guò)檢測(cè)控制 NOx的濃度綜合反映車(chē)外污染物濃度的控制水平，即可將NOx的濃度作為道路空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 車(chē)內(nèi)空氣污染特點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方式

2.1車(chē)內(nèi)空氣污染與室內(nèi)空氣污染的不同

表2比較了車(chē)內(nèi)空氣污染與室內(nèi)空氣污染的不同特點(diǎn)。車(chē)外污染源的散發(fā)量、種類(lèi)與汽車(chē)本身、道路類(lèi)型和時(shí)間都有關(guān)系，而且車(chē)內(nèi)污染濃度變化遠(yuǎn)比室內(nèi)大，車(chē)外的污染常通過(guò)新風(fēng)進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)新風(fēng)的稀釋作用，不考慮新風(fēng)中的污染物，片

面增大新風(fēng)量不僅不能改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，反而造成車(chē)外污染的侵入。車(chē)內(nèi)污染源散發(fā)有機(jī)物的類(lèi)型與室內(nèi)不同，車(chē)內(nèi)有機(jī)物以甲苯、二甲苯為代表，室內(nèi)有機(jī)物以甲醛為代表。這些都說(shuō)明車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)不能完全以室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，控制策略也不能完全照搬一般民用空調(diào)，對(duì)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的研究也應(yīng)當(dāng)成為單獨(dú)的分支方向。

2.2 污染特點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方式

影響車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的污染物主要是顆粒物和氣體污染物，前文所述的污染物多數(shù)包含于這兩類(lèi)，改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量應(yīng)控制這兩種污染物。

控制 1 ìm 粒徑的塵粒濃度可很大程度減小顆粒物的污染。對(duì)呼吸系統(tǒng)的研究表明，大于5 ìm的顆粒能被呼吸道中的膜毛擋住，只有 1 ìm~5 ìm的小微粒才能進(jìn)入肺泡[18]，大部分1 ìm 粒徑的粉塵可在肺泡道和肺泡囊中沉積，只有 2.6% 被呼出體外；更小粒徑的顆粒在肺部沉著后又被重新呼出去，對(duì)人體危害較小，因此從呼吸系統(tǒng)的角度出發(fā)，應(yīng)控制的粒徑為 1 ìm 或 1 ìm 以下。從微生物的角度分析，空氣中的細(xì)菌、病毒和芽孢等微生物的沉降等價(jià)粒徑都在 1 ìm 以上[18]，為防止致病性微生物的傳染，應(yīng)控制粉塵顆粒的粒徑為 1 ìm。對(duì)汽車(chē)尾氣顆粒物的研究表明，實(shí)際道路行駛條件下公交車(chē)尾氣排放 0.3 ìm ~1.5 ìm粒徑的顆粒物質(zhì)量占總質(zhì)量的84%[21]，柴油機(jī)排放顆粒物中大于 0.75ìm 的顆粒質(zhì)量占主要部分[23]，從污染源的角度出發(fā)，應(yīng)過(guò)濾的顆粒粒徑應(yīng)該為0.75 ìm。所以顆粒物污染的控制粒徑至少為 1 ìm。

通過(guò)車(chē)內(nèi)外相結(jié)合的方式控制VOC 的污染狀況。汽車(chē)尾氣中的VOC 成分較復(fù)雜，而且不同燃料、使用年限和運(yùn)行狀況下發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的排放成分各不相同。尾氣含有多聚芳香烴等氣體有機(jī)物，部分有機(jī)物還與車(chē)內(nèi)污染成分重疊，所以無(wú)法根據(jù)車(chē)內(nèi)空氣中有機(jī)物濃度評(píng)價(jià)車(chē)內(nèi)外污染。我國(guó)擬實(shí)施的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)空氣中污染物濃度進(jìn)行限制，但國(guó)內(nèi)外的研究表明道路污染物濃度遠(yuǎn)高于背景濃度[7,10,24]（背景濃度指代表城市環(huán)境空氣總體水平的測(cè)點(diǎn)濃度），這說(shuō)明在大氣空氣質(zhì)量良好的情況下，依然有必要控制車(chē)外污染。目前常用NOx濃度評(píng)價(jià)汽車(chē)尾氣污染或室內(nèi)燃燒器燃燒污染，因此可根據(jù)道路 NOx濃度評(píng)價(jià)車(chē)外污染情況。對(duì)于車(chē)內(nèi)，《指南》中控制的濃度不夠嚴(yán)格，其中甲苯、二甲苯濃度閾值遠(yuǎn)高于《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定值，車(chē)內(nèi)污染控制，除了嚴(yán)格執(zhí)行《指南》外，還應(yīng)過(guò)濾車(chē)內(nèi)空氣中的 VOC。

由于汽車(chē)引入的新風(fēng)可能存在污染，所以新風(fēng)量的確定不僅僅是能耗問(wèn)題。在車(chē)外污染較嚴(yán)重，而且無(wú)新風(fēng)過(guò)濾的情況下，大量的新風(fēng)不僅不能改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，反而導(dǎo)致車(chē)外污染侵入，污染車(chē)內(nèi)空氣。另一方面，新風(fēng)量不足又會(huì)導(dǎo)致司機(jī)和乘客出現(xiàn)頭暈、困倦、胸悶等不適[25]，影響乘車(chē)舒適性，還可能導(dǎo)致司機(jī)注意力不集中容易造成交通事故，因此確定合理的新風(fēng)量對(duì)防止車(chē)內(nèi)污染、改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量也很關(guān)鍵。根據(jù)ASHRAE性能設(shè)計(jì)法以CO2為污染物，人在極輕微活動(dòng)下的必要新風(fēng)量為18.3 m3/h[26]，我國(guó)《公共交通工具衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)列車(chē)車(chē)廂和輪船客艙的新風(fēng)量要求最低為 20 m3/h。在污染較嚴(yán)重的情況下，可通過(guò)提高汽車(chē)空調(diào)濾清器對(duì)不同粒徑段微粒的過(guò)濾效率，保證客車(chē)乘客側(cè) 20 m3/h 的新風(fēng)量，同時(shí)考慮到司機(jī)遠(yuǎn)比乘客暴露的時(shí)間長(zhǎng)，而且司機(jī)駕駛需要長(zhǎng)時(shí)間保持清醒的頭腦，對(duì)健康新鮮空氣的需求量大于乘客，根據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》司機(jī)的新風(fēng)量應(yīng)為30 m3/h；在道路污染較小的情況下可采用其他通風(fēng)策略。

3 汽車(chē)內(nèi)空調(diào)特點(diǎn)

上文對(duì)汽車(chē)內(nèi)空氣污染及控制方法進(jìn)行了論述，以下針對(duì)汽車(chē)空調(diào)的送風(fēng)方式和過(guò)濾器設(shè)置位置、效率進(jìn)行分析探討。

3.1 過(guò)濾器的設(shè)置方式

汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)以全空氣一次回風(fēng)方式為主，下面對(duì)不同形式的通風(fēng)進(jìn)行分析。

（1 ）無(wú)過(guò)濾裝置，如圖 1 。

數(shù)學(xué)模型及條件：

式中：Cr為回風(fēng)污染物的濃度，mg/m3；Ci為車(chē)內(nèi)污染物的濃度，mg/m3；Cf為新風(fēng)污染物的濃度，mg/m3；Vf為新風(fēng)量，m3/ h ；Vr為回風(fēng)量，m3/h；Cs為送風(fēng)污染物的濃度，mg/m3；Vs為送風(fēng)量，m3/h ；Q 為車(chē)內(nèi)污染物散發(fā)量，mg /h 。

由式 1 可知，在無(wú)過(guò)濾裝置的情況下，車(chē)內(nèi)污染物濃度不僅受車(chē)內(nèi)污染源的影響，還受車(chē)外污染物濃度影響。以細(xì)顆粒物PM2.5污染為例，車(chē)內(nèi)基本不存在塵源，即 Q= 0 時(shí)，則 Cf= Ci，車(chē)內(nèi)PM 2.5 濃度與車(chē)外道路空氣中污染物濃度相同。因此，當(dāng)車(chē)外PM10和PM2.5污染物污染較嚴(yán)重時(shí)，有必要安裝過(guò)濾裝置對(duì)空氣進(jìn)行處理。

（2 ）設(shè)過(guò)濾裝置，如圖 2 。

式中：η1、η2為位置 1、2 處過(guò)濾器的效率。

安裝單個(gè)過(guò)濾器（氣體污染物過(guò)濾器），過(guò)濾器效率為η0（以下討論均假設(shè)過(guò)濾器效率不受風(fēng)量影響）。

過(guò)濾器安裝在 1 處，2 處無(wú)過(guò)濾器，則：

過(guò)濾器安裝在 2 處，1 處無(wú)過(guò)濾器，則：

式中：r 為回風(fēng)量與新風(fēng)量之比。

由式（5）和（6）可知，說(shuō)明過(guò)濾器安裝在送風(fēng)段的過(guò)濾效果也優(yōu)于新風(fēng)段（即使車(chē)內(nèi)不存在污染源），而且隨回風(fēng)比例越大，效果越好；因此，建議將氣體污染物過(guò)濾器安裝在送風(fēng)段。上式還表明不能因?yàn)橹挥行嘛L(fēng)存在污染就只對(duì)新風(fēng)過(guò)濾，也否定了這種思路：將車(chē)外新風(fēng)過(guò)濾后，就將汽車(chē)空氣污染問(wèn)題簡(jiǎn)化為室內(nèi)空氣污染。下面對(duì)不同新風(fēng)比、不同過(guò)濾器效率情況下，對(duì)兩種方式的送風(fēng)污染物濃度進(jìn)行比較，并以大氣和道路普遍存在的污染指示物SO2為例討論不同新風(fēng)比下送風(fēng)濃度的變化。

由圖 3 可知：當(dāng)新風(fēng)比小時(shí)，增加過(guò)濾器效率，能顯著降低送風(fēng)SO2的濃度；例如風(fēng)比分別為 10%、20%，過(guò)濾器的效率為50%時(shí)，前者的送風(fēng)濃度僅是后者的 18.2%、33.3%。當(dāng)新風(fēng)比較大時(shí)，兩種方式的送風(fēng)污染物濃度相差不大；例如新風(fēng)比為 60%、80%，兩種方式送風(fēng) SO2濃度之比不小于 0.8。在相同過(guò)濾效率下，新風(fēng)比越小，方式二送風(fēng)的污染物濃度越低；在相同新風(fēng)比下，過(guò)濾效率越高，方式二送風(fēng)污染物濃度越低。而且在低新風(fēng)比下，增加過(guò)濾器效率，方式二的效果變化顯著。

下面根據(jù)公式（4）討論高、低新風(fēng)比（新風(fēng)比為 60%、10%），并在極為不利的情況下：車(chē)外濃度為背景（背景指遠(yuǎn)離道路的大氣環(huán)境）的10 倍（環(huán)境 SO2控制濃度為 0.5 mg/m3，車(chē)外濃度為 5 mg/m3，認(rèn)為車(chē)內(nèi)無(wú)SO2污染源）[11,27], 送風(fēng)污染物濃度與效率關(guān)系。

由圖 4可知，在車(chē)外高 SO2濃度的情況下，過(guò)濾器的效率對(duì)送風(fēng)污染物濃度起到?jīng)Q定作用，在不提高過(guò)濾器效率的條件下，可以通過(guò)降低新風(fēng)比的方式，保證送風(fēng)污染物濃度不超標(biāo)；例如過(guò)濾效率為 50% 時(shí)，新風(fēng)比 60% 送風(fēng)的 SO2濃度為 1.88mg/m3，嚴(yán)重超標(biāo)，新風(fēng)比 10% 送風(fēng) SO2濃度僅為 0.45 mg/m3，未超標(biāo)；而前種新風(fēng)比下，過(guò)濾效率提高至 85% 才能保證送風(fēng)污染物濃度低于0.5mg/m3。因此在已知送風(fēng)污染物濃度和過(guò)濾效率的條件下，可根據(jù)車(chē)外污染物濃度，結(jié)合公式（4）通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整新風(fēng)風(fēng)量和回風(fēng)風(fēng)量。

（3）對(duì)司機(jī)和乘客相互獨(dú)立送風(fēng)，如圖5。

數(shù)學(xué)模型及條件：

式中：Cs.p,Cs.d分別為乘客和司機(jī)送風(fēng)污染物的濃度；Cr.p,Cr.d分別為乘客和司機(jī)回風(fēng)污染物的濃度；Vf.p,Vf.d分別為乘客和司機(jī)的新風(fēng)量；Vr.p,Vr.d分別為乘客和司機(jī)的回風(fēng)量；η1, η2分別為乘客和司機(jī)的側(cè)過(guò)濾器的過(guò)濾效率。

該模型是經(jīng)過(guò)對(duì)汽車(chē)通風(fēng)和過(guò)濾系統(tǒng)分析討論后得到的改進(jìn)方案。車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行中車(chē)外污染物濃度變化較大，當(dāng)車(chē)外污染物濃度較大時(shí)，減小新風(fēng)比雖然可以降低送風(fēng)污染物的濃度，但較小的新風(fēng)比反而導(dǎo)致司機(jī)吸入的CO2濃度偏高，容易引起使司機(jī)感到困倦、注意力不集中，繼而誘發(fā)交通事故；因此減小司機(jī)的新風(fēng)比是不可取的，結(jié)合前文討論，提出模型：提高司機(jī)側(cè)過(guò)濾器效率減小司機(jī)側(cè)的送風(fēng)污染物濃度，將司機(jī)與乘客的送風(fēng)分開(kāi)設(shè)置：在車(chē)外污染嚴(yán)重的情況下，可對(duì)乘客和司機(jī)送不同新風(fēng)比的空氣，以滿足乘客和司機(jī)不同的新風(fēng)需求，并將司機(jī)側(cè)送風(fēng)送至呼吸區(qū)，乘客送風(fēng)送至車(chē)廂內(nèi)。

3.2 設(shè)置顆粒物過(guò)濾器時(shí)，過(guò)濾器安裝位置

A：如圖 6，1 處過(guò)濾器效率為η1，2 處效率為η2。

B：根據(jù)式（7）結(jié)合圖 7，Ⅱ處過(guò)濾器效率為 0，Ⅰ處效率為 1-(1- η1) (1- η2)，則：

比較式（7）和（9）可知 Ci. 2<Ci. 1，因此方式B的送風(fēng)污染物濃度小于前兩種方式。當(dāng)2處過(guò)濾器效率遠(yuǎn)高于 1 處時(shí)，式（10）中  ζ1- ζ1? ζ2≈0，則 Ci.2≈ Ci.1，方式 B 的送風(fēng)空氣質(zhì)量與方式 A的基本相同。當(dāng) 1、2 處效率相差不大時(shí)，方式B效果優(yōu)于 A 方式。式（10）說(shuō)明回風(fēng)比例越大，B 方式的過(guò)濾效果更優(yōu)。為防止塵粒對(duì)空調(diào)管道系統(tǒng)的積塵污染和系統(tǒng)的二次污染，常采用A方式將初效過(guò)濾器置于 1 處，中效過(guò)濾器置于 2 處（送風(fēng)段）；采用 B 方式時(shí)，需將初效過(guò)濾器置于混風(fēng)段之后、熱濕處理段之前，中效置于送風(fēng)段。一般情況下中效過(guò)濾器效率遠(yuǎn)高于初效，因此各個(gè)方式之間的比較不再深入討論。

4 提高汽車(chē)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的措施

4.1 改進(jìn)汽車(chē)空調(diào)的通風(fēng)方式

根據(jù)前文的分析，采用恰當(dāng)?shù)目照{(diào)送風(fēng)方式、合理的新風(fēng)比和過(guò)濾器效率，得出如下適用于汽車(chē)的空調(diào)方案。

①乘客較多的客車(chē)在新風(fēng)口設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，將 NOx或 PM2.5 濃度作為新風(fēng)量調(diào)節(jié)指示劑，將乘客送風(fēng)與司機(jī)送風(fēng)分開(kāi)，見(jiàn)圖8。

當(dāng) NOx 濃度大于 0.25 mg/m3或 PM2.5 濃度大于 0.075 mg/m3[11]時(shí)，保證司機(jī) 30 m3/h 的新風(fēng)量，乘客新風(fēng)量降低至 20 m3/h。通常司機(jī)遠(yuǎn)比乘客暴露的時(shí)間長(zhǎng)，而且司機(jī)駕駛需要長(zhǎng)時(shí)間保持清醒的頭腦，對(duì)健康干凈空氣的需求大于乘客，分別在司機(jī)和乘客空調(diào)送風(fēng)管段設(shè)置不同的氣體污染物過(guò)濾器，司機(jī)使用的氣體污染物過(guò)濾器的效率應(yīng)更高（過(guò)濾高濃度的氣體污染物）。司機(jī)空調(diào)送風(fēng)送至呼氣區(qū)，乘客送風(fēng)均勻送至車(chē)廂內(nèi)，這種方式可防止車(chē)外污染大量進(jìn)入車(chē)內(nèi)。

當(dāng) NOx和 PM2.5 濃度小于 0.25 mg/m3、0.075mg/m3時(shí)，采用其他控制策略。此時(shí)認(rèn)為車(chē)外空氣為新鮮干凈空氣，可以采用其他通風(fēng)策略進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，例如根據(jù)新風(fēng)焓差控制新風(fēng)量[28]，使車(chē)載空調(diào)節(jié)能運(yùn)行。

②乘客數(shù)較少的轎車(chē)在新風(fēng)口設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，以NOx或PM10為新風(fēng)量調(diào)節(jié)指示劑，但不區(qū)分乘客與司機(jī)，如圖 9，并將新風(fēng)量控制在 30m3/h。此時(shí)乘客較少，宜采用高效的過(guò)濾器過(guò)濾車(chē)外污染空氣，空調(diào)運(yùn)行控制策略與客車(chē)相同。

4.2 控制污染源改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的措施

從污染源頭上控制：要嚴(yán)格限制車(chē)輛的污染物排量，不允許高污染排量車(chē)輛進(jìn)入市區(qū)，例如日本東京實(shí)施尾氣排放控制法案后，大氣中的PM2.5、NO2的濃度得到降低，心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率也隨之降低[15]。鼓勵(lì)用戶購(gòu)買(mǎi)低排量汽車(chē)，并頒布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制車(chē)輛尾氣污染物。

采用其他燃料替代單純的汽油和柴油，有研究表明全甲醇燃料汽車(chē)的尾氣危害性顯著小于汽油車(chē)燃料尾氣[29]。北京市公交車(chē)尾氣污染物檢測(cè)結(jié)果表明，CNG 燃料公交車(chē)尾氣排放中 CO、NO 平均濃度比汽油燃料車(chē)低94% 和 78%；LPG 燃料公交車(chē)尾氣中CO、HC和NO平均濃度比汽油燃料車(chē)低18%、31% 和 33%[30]。采用新型燃料可緩解汽車(chē)尾氣對(duì)城市道路的污染。

5 結(jié)論

（1）我國(guó)汽車(chē)車(chē)內(nèi)空氣污染嚴(yán)重，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制?？偨Y(jié)了車(chē)內(nèi)空氣各類(lèi)污染源所產(chǎn)生的污染物之間的聯(lián)系和特點(diǎn)，得出顆粒物的控制粒徑和汽車(chē)空調(diào)的新風(fēng)風(fēng)量。

（2）車(chē)內(nèi)空氣污染與室內(nèi)空氣污染顯著不同，二者差異較大。

（3）討論了不同送風(fēng)方式和過(guò)濾器效率下送風(fēng)污染物濃度變化規(guī)律，提出了適合汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的改進(jìn)的送風(fēng)方案。

（4）提出了可實(shí)際運(yùn)用于汽車(chē)的空調(diào)送風(fēng)方案和控制策略。