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空气过滤：PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感
座舱滤芯是整车上最便宜、也最容易被做砸的零件：效率提上去，鼓风机风量就掉、噪声就起。本课把过滤机理、效率—压降—寿命三角、活性炭吸附与 AQS 传感串起来，教你按座舱浓度目标反推滤芯规格，而不是照抄上一代。
C4-01 · 乘员舱空调与 HVAC / 空气质量与净化
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课程大纲
学完能做什么
- 能用座舱质量平衡反算出滤芯需要多少单程效率，而不是盲抄 H13
- 能在效率、压降、容尘量与寿命之间给出可交付的滤材规格
- 能判断「HEPA 座舱」宣称的真伪边界（MPPS、旁通泄漏、内循环倍率，以及车身渗透给出的浓度地板）
- 能选出 AQS 传感方案并定义内外循环联动的触发判据
- 能把介质效率与系统效率区分开，定位滤芯框密封与旁通泄漏
内容大纲
- 座舱不是房间：质量平衡、内循环倍率与浓度地板
- 座舱不是房间：容积 3 m³ 量级、新风档换气次数几十次/h，外界浓度几乎直灌进来
- 内循环倍率是座舱最大的杠杆：同一片滤芯，反复过滤可把稳态浓度压低一个量级
- 三个目标要分开写清：稳态浓度比、pull-down 时间常数、滤芯寿命
- 车身渗透 Q_inf 是过滤系统绕不开的旁路：它随车速上升（静止约 1~3 ACH 量级，高速可到十几至几十 ACH），随整车密封性与舱内正负压变化，内循环下尤其不能默认为零；只有外循环开新风、鼓风机把座舱吹成正压时才谈得上「压低渗入」。相比之下颗粒沉降 k_dep（PM2.5 段约 0.1~1 /h）在鼓风机运行时（η·Q_r/V 常在几十 /h 量级）可略，只在粗颗粒与停机无风工况才显著
- 质量平衡给的是全舱单值：各座位的实际暴露量受气流组织支配（送风短路、后排回流区），空间分布须由座舱 CFD 求解（转 J4-01 污染物标量场）——本课只交付舱平均口径，别与 J4 互相认为对方在管这件事
- 滤芯装在空调箱的哪一段：布置判据、旁通短路与框密封
- 滤芯放在鼓风机吸入侧（负压段）还是压出侧（正压段）：判据三条——① 吸入侧时滤芯框/门盖与进口喇叭口的负压漏风会从滤芯旁边旁通进来，把过滤能力直接短路（接 C2-10）；② 压出侧时滤芯不再保护蜗壳与叶轮，且更换时抖落的脏污被直吹进蒸发器翅片（接 C2-01 同名误区）；③ 滤芯门盖是全箱唯一被用户反复开合的密封面，可达性与密封耐久是同一件事
- 只要滤芯在蒸发器上游，它就同时保护乘员与蒸发器；只有把滤芯放到蒸发器下游才会失去对蒸发器的「断养分」一环（霉味机理转 C2-12），而这种布置在乘用车量产 HVAC 里基本不存在——滤材会被凝水打湿，本身即成霉源
- 滤芯相对内外循环汇合点在上游还是下游，是本课两条公式成立的前提：装在汇合点下游时内循环风也过滤芯，η·Q_r 项才成立；若装在外循环进风格栅/水槽段（汇合点之前），η·Q_r 归零，「内循环倍率」这个杠杆整体失效（接 C2-09）
- 过滤机理与滤材
- 三机理：惯性碰撞（大粒径）、拦截（中）、扩散（小），合成出 MPPS 落在 0.1~0.3 µm 量级的效率谷
- 驻极体熔喷 PP：静电捕集贡献大半效率且几乎不加压降——也正因如此会随使用衰减
- 规格要写分级（粒径分档）效率曲线；「PM2.5 效率 95%」是质量口径，掩盖 MPPS 的坑
- HEPA 是介质等级（EN 1822 的 H13 定义为 MPPS 处 ≥99.95%），不等于座舱系统效率
- 同一片滤芯在 ISO 11155 与 DIN 71460 下测出的效率不可直接横比：先核对试验气溶胶/粉尘、面风速与是否加载态，再谈数字高低——这是跨标准体系的差异，与「质量口径 vs 分级数量效率」是两回事
- 非道路作业车辆的座舱过滤自成分级体系：农林机械按 EN 15695 类别 1–4（或等效国标）从防尘、防气溶胶到防蒸气逐级加严，目标污染物含农药气溶胶与蒸气，与乘用车 PM2.5/异味口径不通约，不能直接套 ISO 11155 的效率等级
- 效率—压降—寿命三角
- 面风速由褶皱数/迎风面积决定，Δp 随 v 走——降压降唯一便宜的解是加过滤面积
- 用品质因子 q_F 横比滤材：同压降下谁效率高，这是选材的硬指标
- 容尘量与终阻力：先说清寿命定义是压降涨到阈值、还是效率掉到阈值
- 压降吃掉的风量要还给鼓风机：滤芯升级必须与 C2-04 重做工作点匹配
- 寿命判据要接到在线侧：整车普遍不装滤芯前后压差传感器，量产做法是用 C2-04 §5.6 的在线阻塞度估计（由转速—风量软测量反推阻力上移）替代压差直测，恒风量补偿的占空比触顶即触发「更换滤芯」提醒；软测量的精度边界与何时不可信同样引 C2-04 §5.6
- 台架寿命判据怎么落成保养手册上的一行：ISO 12103-1 A2 台架容尘量到实车尘负荷的换算口径、区域差异（北方沙尘偏里程门限、南方高湿霉变偏月数门限，霉变机理转 C2-12）、活性炭吸附饱和这条与容尘不同步的第二条寿命线；给用户的判据还要可自检（异味回来、风量下降），不能只丢一个里程数
- 活性炭与气态物吸附
- 吸附而非过滤：靠比表面积与孔径分布，炭克重与炭层厚度决定容量
- 穿透曲线：吸附饱和后会解吸「回吐」，夏季热浸时尤其明显
- 选择性：对 SO₂/NO₂/芳香烃有效，对甲醛这类小分子弱；改性炭/负载可部分改善
- 高湿工况水分竞争吸附、容量下降——这也是滤芯救不了 VOC 源头（转 C4-02）的物理原因
- AQS 传感与内外循环联动
- 传感谱系：PM 用光散射（便宜、对小粒径不灵）、CO₂ 用 NDIR、气态污染物用 MOX 半导体（选择性差、需温湿补偿）
- 布置：进风侧测外界 + 回风侧测座舱，两个测点才能算出滤芯到底在不在干活
- 联动判据：外界污染/隧道/前车尾气 → 切内循环；但内循环有 CO₂ 与湿度上限（交给 C4-04）
- 标定与误报：MOX 漂移与温湿度交叉敏感，别让它一天切几十次风门
- 进风侧 + 回风侧两个测点只能给出全舱平均意义上的滤芯效率，不能证明呼吸区达标；必要时加一个呼吸区高度采样点做一次性标定，空间分布本身转 J4-01 求解
- MOX 敏感元还有中毒失活这一路：硅氧烷（内饰、密封胶、护理用品挥发物）、硫化物与高浓度有机蒸气在加热膜表面成膜或占位，灵敏度单调下降且不可逆，表现是「不再报」而不是「乱报」，比漂移更难被投诉发现；诊断不能只做范围检查，要看长期基线响应幅度的衰减（在役辨识法引 K5-05）；选型要问抗中毒指标与老化考核条件，布点避开新内饰散发集中区与回风死角（件级封装与失效物理归 G12-05，本课只做应用侧对照）
关键公式
η(d_p) = 1 − C_out(d_p)/C_in(d_p)
单程（single-pass）分级过滤效率；必须按粒径分档给，不能只给质量总效率
C_ss/C_amb = [(1−η)·Q_f + Q_inf]/(Q_f + Q_inf + η·Q_r)
座舱稳态浓度比：新风 Q_f 经滤芯带进来、内循环 Q_r 反复过滤，车身渗透 Q_inf 不过滤芯（等价于 η=0 的旁路，另一条同性质旁路是空调箱负压段漏风，见 C2-10）；全内循环下浓度不趋于零，而是趋于由 Q_inf 决定的地板值
τ = V/(Q_f + Q_inf + η·Q_r)
座舱净化时间常数：决定「上车多久能压下去」，是 pull-down 类指标的分母；渗透量 Q_inf 同进分母，颗粒沉降项 k_dep·V 在鼓风机运行时可略（量级对比见第 1 节要点）
η_sys = (1−f)·η_media，f = 旁通泄漏率
边框/旁通泄漏对系统效率的稀释：介质效率越高，几个百分点的 f 杀伤越大
q_F = −ln(1−η)/Δp
滤材品质因子：同压降下效率越高越优，滤材横向比较用它而不是单看效率
Δp ≈ μ·v·L/k（达西）
压降随面风速近似线性上升；加大迎风面积降 v 是压降与效率同时保住的唯一便宜解
关键概念
单程效率分级效率MPPS驻极体熔喷惯性碰撞/拦截/扩散容尘量终阻力面风速旁通泄漏活性炭克重穿透曲线内循环倍率车身渗透 Q_inf组分脱除效率 ε_c
推荐工具与标准
光学粒子计数器 OPC / 凝聚核粒子计数器 CPC（分级效率测量） ISO 12103-1 A2 试验粉尘 + 容尘台架 KULI / GT-SUITE（空气侧阻力与鼓风机工作点匹配） Fluent / STAR-CCM+（滤芯迎风面速度均匀性与旁通间隙流量） 本站产业数据库（滤芯与 AQS 传感器供应商配套关系）
ISO 11155-1 / -2（客舱空气过滤器：颗粒物过滤 / 气态物过滤测试） EN 1822 / ISO 29463（高效过滤器 MPPS 分级，H13/H14 定义出处） ISO 16890（ePM1/ePM2.5/ePM10 分级思路，车载常借鉴） ISO 12103-1（A2 fine 试验粉尘） DIN 71460-1/-2（乘员舱空气滤清器：颗粒过滤 / 气体过滤试验；欧系 OEM 与滤芯供应商规格书常用口径，与 ISO 11155 同源但试验粉尘、面风速与加载程序不完全一致） 国内另有对口的乘员舱空气滤清器行业/团体标准（编号与层级按现行版本确认，勿凭印象引 GB 号）
工程案例
某纯电 SUV 被投诉「开了 AQS 也压不住隧道里的味」：滤芯介质达标，但滤芯框与风道间存在旁通间隙，且 AQS 只接了 PM 传感器、对 NO₂ 与异味无感。整改=补密封条堵旁通 + 增加气态物复合传感 + 按导航预判隧道自动切内循环。
动手做
交付物 · ① 取座舱容积、新风/内循环风量与滤芯分级效率曲线，用质量平衡（含车身渗透 Q_inf）算出两种模式的稳态 PM2.5 浓度比与时间常数——全内循环档必须给出由 Q_inf 决定的非零浓度地板，算出 0 即为漏项；② 把介质效率按 2%/5% 旁通泄漏折算成系统效率，看结论变不变；③ 输出一页滤芯规格建议（效率等级、压降上限；更换判据在「保养里程/月数」与「在线阻塞度判据」中二选一，并说明各自适用条件）。
常见误区
- 拿介质效率当系统效率：滤芯框密封不严、几个百分点的旁通漏风就能把 H13 介质拉到系统级 90% 出头；效率越高漏风越致命，应按整框（含密封条）测系统效率
- 只测新滤芯不测加载后：驻极体滤材在油雾/高湿/受污后静电衰减，效率往下掉而压降往上涨；应评估加载后效率与去静电（IPA 处理）最差态
- 用 PM2.5 质量浓度验收却宣称过滤 0.3 µm：质量浓度被大粒径主导，MPPS 附近的数量效率再差也看不出来；应看分级数量效率
- 效率升级不动鼓风机：压降上来风量掉，降温速率与除霜性能一起劣化（除霜是法规项，见 C5-01），必须与 C2-04 重新匹配工作点
- 把活性炭当万能：它对甲醛这类小分子弱、且高湿下竞争吸附掉容量，指望滤芯解决 VOC 是错配（源头控制见 C4-02）
- 把内循环倍率当无限杠杆：忽略车身渗透给出的浓度地板，全内循环档会算出「零浓度」这种非物理结果；实车 I/O 比常在 0.02~0.1 量级，「压低一个量级」是上限不是起点，先估 Q_inf 再谈收益
- 用单区集总（完全混合）算出的稳态浓度比达标，就认为呼吸区达标：短路气流与出风口—回风口直连时，呼吸区浓度与舱平均可差出可观倍数，集总模型对布置缺陷天生不敏感；修正法是引入组分口径的脱除效率 ε_c（与 A4-08 的温度型 ε_v 同构，取值由 CFD 局部空气龄或示踪气体实测标定），按 C_呼吸区 = C_平均/ε_c 验收
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