PM2.5過(guò)濾器對(duì)空調(diào)器總成性能影響的試驗(yàn)研究

秦 紅，所微鶴

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

PM2.5過(guò)濾器對(duì)空調(diào)器總成性能影響的試驗(yàn)研究

秦 紅，所微鶴

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

針對(duì)配置不同種類(lèi)的空調(diào)過(guò)濾器的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行分析，提出配置PM2.5過(guò)濾器的空調(diào)器總成的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

空調(diào)總成性能；PM2.5過(guò)濾器；臺(tái)架空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)；風(fēng)量分布

汽車(chē)乘員室作為一個(gè)密閉空間，為了保證車(chē)內(nèi)足夠的氧氣量，需要引入車(chē)外空氣。 隨著工業(yè)的發(fā)展，空氣質(zhì)量日益下降，特別是在交通擁堵地區(qū)尤為明顯。分析2017年2月9日中國(guó)天氣網(wǎng)發(fā)布的實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，490個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)中，空氣質(zhì)量指數(shù)＞50的為484個(gè)，占比98.78%。乘用汽車(chē)都安裝了空氣調(diào)節(jié)（空調(diào)）系統(tǒng)，通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)引入車(chē)外新鮮空氣。為了保護(hù)車(chē)內(nèi)人員免受可吸入顆粒物的損害，越來(lái)越多的車(chē)加裝了PM2.5過(guò)濾器，但增加PM2.5過(guò)濾器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量、制冷量、制熱量造成很大影響。本文依據(jù)長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型加裝PM2.5過(guò)濾器的試驗(yàn)結(jié)果及空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，給出空調(diào)系統(tǒng)性能的影響范圍，為后續(xù)車(chē)型的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供參考。

圖1 進(jìn)風(fēng)機(jī)構(gòu)在空調(diào)器總成中位置圖

1 汽車(chē)空調(diào)過(guò)濾器概述

1.1 汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)和循環(huán)風(fēng)原理

汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)機(jī)構(gòu)主要由新風(fēng)口、循環(huán)風(fēng)門(mén)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、過(guò)濾器組成，各零部件在HVAC總成上的位置如圖1所示。

新風(fēng)口是車(chē)外空氣進(jìn)入車(chē)內(nèi)的入口；循環(huán)風(fēng)門(mén)可實(shí)現(xiàn)全車(chē)內(nèi)風(fēng)循環(huán)、全車(chē)外新風(fēng)、車(chē)內(nèi)風(fēng)與車(chē)外風(fēng)混合3種模式的選擇切換；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由執(zhí)行器和連桿組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)風(fēng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)控制；過(guò)濾器在循環(huán)風(fēng)門(mén)的下方，不論采用哪種循環(huán)模式進(jìn)入空調(diào)的空氣，都需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的過(guò)濾凈化。

1.2 過(guò)濾器種類(lèi)及特點(diǎn)

為了滿(mǎn)足改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的不同需求，空調(diào)過(guò)濾器一般為花粉過(guò)濾器、PM2.5粉塵過(guò)濾器、PM2.5活性炭過(guò)濾器3種，如圖2所示，空調(diào)過(guò)濾器功能見(jiàn)表1。

圖2 過(guò)濾器產(chǎn)品

表1 空調(diào)過(guò)濾器功能

不同類(lèi)型的過(guò)濾器主要是過(guò)濾材質(zhì)不同。不同材質(zhì)顯微圖像如圖3所示。

圖3 過(guò)濾器材質(zhì)圖示

花粉過(guò)濾器濾材和PM2.5粉塵過(guò)濾器濾材都是由過(guò)濾層和支撐層組成，但是過(guò)濾層纖維的種類(lèi)和纖維層厚度不同；PM2.5活性炭過(guò)濾器濾材由過(guò)濾層、活性炭層和支撐層組成。

2 汽車(chē)空調(diào)過(guò)濾器性能測(cè)試及分析

2.1 不同種類(lèi)汽車(chē)空調(diào)過(guò)濾器參數(shù)

選取長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型3種不同配置的空調(diào)過(guò)濾器，基本參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 空調(diào)過(guò)濾器參數(shù)

2.2 PM2.5過(guò)濾器實(shí)車(chē)過(guò)濾效果測(cè)試

選取長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型配置的不同形式空調(diào)過(guò)濾器進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。將空調(diào)置于內(nèi)循環(huán)、吹面模式，PM2.5濃度設(shè)置為127μg/m3后開(kāi)啟空調(diào)10 min，對(duì)比測(cè)試前后的PM2.5濃度差，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖4所示。

配置花粉過(guò)濾器時(shí)，駕駛室內(nèi)PM2.5由127μg/m3下降至71μg/m3，過(guò)濾效率44%；配置PM2.5過(guò)濾器時(shí)，駕駛室內(nèi)PM2.5由127μg/m3下降至7μg/m3，過(guò)濾效果達(dá)94%，過(guò)濾效果明顯。

圖4 某車(chē)型駕駛室PM2.5測(cè)試數(shù)據(jù)

2.3 不同種類(lèi)汽車(chē)空調(diào)過(guò)濾器風(fēng)阻測(cè)試

在汽車(chē)空調(diào)性能試驗(yàn)臺(tái)架上，選取10種常用風(fēng)量，測(cè)試3種不同過(guò)濾器的風(fēng)阻，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 空調(diào)過(guò)濾器風(fēng)量風(fēng)阻測(cè)試結(jié)果

將風(fēng)量和風(fēng)阻的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)在折線(xiàn)圖上，變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 空調(diào)過(guò)濾器風(fēng)阻變化趨勢(shì)

通過(guò)圖5可知，花粉過(guò)濾器、PM2.5粉塵過(guò)濾器、PM2.5活性炭過(guò)濾器在HVAC總成中的風(fēng)阻都是隨著風(fēng)量的增加而增大，且呈現(xiàn)出非線(xiàn)性變化趨勢(shì)，其中PM2.5活性炭過(guò)濾器風(fēng)阻增速最為顯著。風(fēng)阻的增加將導(dǎo)致這個(gè)系統(tǒng)的制冷性能降低，這種變化在過(guò)濾器設(shè)計(jì)選型時(shí)須重點(diǎn)關(guān)注。

2.4 裝配不同種類(lèi)汽車(chē)空調(diào)過(guò)濾器的空調(diào)器總成性能將不同類(lèi)型的空調(diào)過(guò)濾器分別裝配到同一個(gè)空調(diào)器總成中，在相同的鼓風(fēng)機(jī)輸入電壓下，分別測(cè)試各個(gè)過(guò)濾器的空調(diào)器總成的風(fēng)量、制冷量、制熱量。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 空調(diào)器總成試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析不同種類(lèi)的空調(diào)過(guò)濾器性能參數(shù)的變化率，見(jiàn)表5。

表5 PM2.5過(guò)濾器與花粉過(guò)濾器試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知， PM2.5過(guò)濾器對(duì)空調(diào)器總成風(fēng)量影響顯著，對(duì)空調(diào)性能的影響較小，相比而言制熱模式下的影響遠(yuǎn)大于制冷模式，所以在設(shè)計(jì)選型PM2.5過(guò)濾器時(shí)只需重點(diǎn)關(guān)注制熱模式下的影響，當(dāng)制熱模式下的影響消除后制冷模式下其影響會(huì)一并消除。

3 結(jié)論

汽車(chē)空調(diào)采用PM2.5過(guò)濾器后，駕駛室內(nèi)空氣質(zhì)量明顯改善，過(guò)濾效率可達(dá)94%以上，PM2.5過(guò)濾器的大量應(yīng)用是汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的必然趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)城汽車(chē)某車(chē)型裝配不同種類(lèi)的空調(diào)過(guò)濾器的空調(diào)器總成在臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的試驗(yàn)分析可知：PM2.5過(guò)濾器對(duì)空調(diào)器總成風(fēng)量影響較為顯著。在沒(méi)有后排出風(fēng)口的車(chē)輛中，前排出風(fēng)將較難達(dá)到后排乘員處，需通過(guò)增大風(fēng)量或降低風(fēng)道阻力等方式予以彌補(bǔ)，而系統(tǒng)的制冷、制熱性能影響程度相對(duì)較低。若車(chē)輛直接更換PM2.5過(guò)濾器，對(duì)整車(chē)空調(diào)性能影響應(yīng)在可接受范圍內(nèi)，加之風(fēng)道阻力、風(fēng)量等方面的優(yōu)化，增加PM2.5過(guò)濾器的影響可以完全避免。

［1］ 麻友良.汽車(chē)空調(diào)技術(shù)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2004：94.

［2］ 長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司空調(diào)事業(yè)部.空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［Z］.

［3］ MANN+HUMMEL，GWM tech show to customer［Z］.

（編輯 楊 景）

Research on Impact of PM2.5 Filter on Vehicle A/C Performance

QIN Hong， SUO Wei-he
(R&D Center of Great Wall Motor Co.， Ltd.；Automotive Engineering Technical Center of HeBei， Baoding 071000， China)

Based on different types of vehicle A/C filter system， the platform experiment is conducted， and then design points of PM2.5 filter configuration in A/C system are put forward.

A/C performance；PM2.5 filter；A/C platform testing；wind distribution

U463.851

A

1003-8639（2017）07-0078-03

2017-02-28

秦紅（1981-）女，河北保定人，工程師，主要從事汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。