C4-01 空气过滤：PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感

课程代码 C4-01 · 板块 C 乘员舱空调与 HVAC / 空气质量与净化 时长 约 3.5 小时（7 讲） 前置 A2-05 空气侧压降、风量与风阻的工程处理；C2-09 内外循环风门与新风控制 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 C4-01 大纲的完整展开版

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引言：先把这笔账建起来，再谈选哪一片滤芯

需求评审会上最常见的两句话，是「滤芯按 H13」和「过滤效率要 99%」。两句都很硬气，也都无法验收——它们没有说这是哪一层的效率、对哪个粒径、在什么面风速下、新滤芯还是用过一段的；更没有说这片滤芯装上车之后，舱里的浓度到底会落到哪、多久落到那儿、多久之后又失效。等实车做出来、用户在隧道里说「开着空气净化也压不住味」，回头一查，滤芯介质本身常常完全合格，出问题的地方在滤芯旁边——那股不经过滤芯就进舱的风。这门课要做的第一件事，就是把「效率」这个词从一个等级还原成一笔账里的一项，让上面那两句话变成可以被当场核算、也可以被当场驳回的东西。

这是一门座舱空气侧的记账与反推课。它的输入是一个座舱浓度目标，输出是一页可交付的滤芯与 AQS 规格；中间那条链就是本课的全部内容。射程收得很窄：本课交付舱平均口径的浓度比与净化时间常数、滤芯的效率—压降—寿命三角、气态物吸附这条完全不同的支路，以及 AQS 的选型、布点与联动判据。以下这些都不在本课射程内，本课只给类型与去向——车身渗透量的取值口径、它随车速的曲线与整车换气量实测法归 C2-18 座舱空气收支与舱压平衡：排气格栅/泄压阀（PRV）、车身渗透与整车换气量实测；舱内浓度的空间分布与呼吸区折算系数归 J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD；鼓风机 P–Q 曲线、工作点匹配与在线阻塞度软测量归 C2-04 鼓风机与蜗壳设计：风量—噪声平衡（本课只用其 §5.6 的结论）；空调箱本体漏风归 C2-10 空调箱密封与漏风（air leakage）控制；内外循环的风门与模式控制、以及最小新风量归 C2-09 内外循环风门与新风控制——⚠ 这一条要连它的分工线一起记：风门怎么转、模式怎么定义、最小新风量给多少，归 C2-09 内外循环风门与新风控制；而「拿什么判据去切、什么时候必须切回来、什么时候根本不信传感器」这张联动判据状态机，是本课第 6 讲交付的（★ 本课归纳），⛔ 两边不许各写一套状态划分；CO₂ 与湿度上限归 C4-04 座舱湿度管理与舒适加湿；起雾与除霜档风量这条法规项归 C5-01 前风窗除霜除雾法规与性能设计；VOC 源头控制归 C4-02 车内空气质量（VOC/异味）与净化技术；负离子、光触媒这类化学转化归 C4-03 负离子、光触媒与主动杀菌方案；霉变机理归 C2-12 冷凝水排放、防霉与蒸发器自清洁；传感件级封装与失效物理归 G12-05 传感器件的结构、封装与制造工艺（压力传感器本体 / 温度探头）；在役衰减的辨识方法归 K5-05 在役健康度与渐变衰减辨识：从车端信号到服务决策。⚠ 「本课不讲」⛔ 不等于「不重要」——上面每一条都是本课某个式子的输入或出口，缺一条，那个式子就只能代教学假设值走一遍，⛔ 不能拿去做实车验收。

钉子 A —— 座舱浓度是一笔流量账，不是一个效率等级。座舱不是房间：它的容积只有几立方米量级，而新风档下的换气次数是每小时几十次量级（两者均为行业典型量级，⛔ 端点不得当成可承诺值；口径与换算在第 1 讲逐条给），意思是外界浓度几乎是直灌进来的，舱内浓度没有惯性。于是你能买到的所有东西——滤芯等级、鼓风机风量、内外循环比例、活性炭克重——都只有先换算成质量平衡式里的体积流量项，才谈得上互相比大小。而这笔账有一个性质决定了本课全部结论的形状：分子里有一项是滤芯永远碰不到的。不经过滤芯就进舱的风有两条，一条是车身缝隙的渗透 Q_inf（门窗密封条、线束穿舱孔、地板过孔、后视镜座、行李厢与备胎槽），另一条是进了空调箱却从滤芯框旁边绕过去的旁通与负压段漏风。这两条在空调箱的风路图上都画不出来——那张图画的是空气应该走的路，不是它实际走的路。⇒ 全课第一条可执行动作由此而来：拿到任何一句「上 H13」或「效率要 99%」，先问它对应这本账里的哪一项，分母里另外几项各是多少；答不出，就退回去要 Q_f（新风量）、Q_r（内循环风量）、Q_inf（车身渗透量）与 V（座舱容积）这四个量，⛔ 不要先选滤芯。

钉子 B —— 介质效率、系统效率、舱内效果、呼吸区效果是四个不同的数，而它们都会被简称成「过滤效率」。四者之间隔着三层稀释，每一层各有各的漏。介质 → 系统漏在旁通泄漏 f 上：η_sys = (1−f)·η_media，而把它改写成穿透率形式可以看出穿透率被放大的倍数是 1 + f·η_media/(1−η_media)——★ 这是本课由该式推出的一条代数恒等式（⛔ 不是任何标准既有的判据），它把「介质效率越高、几个百分点的漏风越致命」从一句修辞变成能当场算出来的数。系统 → 舱内漏在那条不过滤芯的旁路上：它给出一条浓度地板，全内循环也到不了零。舱内 → 呼吸区漏在气流组织上：单区完全混合模型对送风短路与后排回流天生不敏感，要按组分脱除效率 ε_c 折算成 C_呼吸区 = C_平均/ε_c，而 ε_c 的取值本身归 J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD，本课只交付舱平均口径并在验收句里把这一项显式带上。⇒ 由钉子 B 直接得到本课判「HEPA 座舱」这类宣称真伪的动作，四问（★ 本课归纳）：① 是哪一层的效率？② 在什么粒径与面风速口径下测的？③ 新滤芯，还是加载态与去静电最差态？④ 整框（含密封条与门盖）测的，还是介质样片测的？四问答不齐，这句宣称就不可判真假——⛔ 既不能采信，也不能照抄进自己的规格书。⚠ 顺带交代本课对等级本身的处置：H13 是一个介质等级，它的定义、门限与判定法本课只写去向——查 EN 1822 与 ISO 29463 现行版原文，两者的等级对应关系同样查原文；版次与年份以现行目录为准、引用前须核。这不影响「HEPA 是介质等级、不等于座舱系统效率」这条判断，它本来就不依赖那个数字。

★ 反钉子：「一按内循环，就把外界关在门外了」。这条直觉在座舱里几乎人人都有，也确实有一半是对的（对外界来源的颗粒物，内循环下的稳态浓度通常会更低）；而它读反的那一半，会让人做出两个方向恰好相反的具体动作。两者同源，同源在于：内循环切断的是经过滤芯的那条路上的外界风，它一点也没有切断不经过滤芯的那条路。

读者会做错的第一个具体动作：算稳态浓度时把车身渗透那一项置零，于是全内循环档算出「浓度趋于零」，据此把滤芯的效率要求往下砍，或者反过来对外宣称本车内循环下可达某个极低的舱内浓度。为什么这是读反：全内循环时新风量为零，稳态浓度比退化成 Q_inf/(Q_inf + η·Q_r)——分子上那一项不含 η，滤芯再好也除不掉它。它给出的是一条地板：要把地板压到外界的十分之一，需要 η·Q_r ≥ 9·Q_inf；压到百分之一，需要 ≥ 99·Q_inf。⚠ 这两个数是由地板式直接解出的数学结论，⛔ 不是任何实测值或典型值。⇒ 正确动作方向正好相反：先估 Q_inf，再谈内循环能给多少收益。本课因此把「全内循环档算出零浓度」直接判为漏项，而不是判为好结果——这是动手做第一步的硬判据。同理，「内循环能把浓度压低一个量级」这句流传很广的话，在本课里被换成一个可以当场核的算术条件——第 1 讲把它写成内循环倍率 λ_rec ≥ 9（λ_rec 的定义见 1.3）。⚠ 这条件在 1.3 与 1.5 各出现一次，算术形式相同而基准不同：1.3 压的是「同一个 Q_f 下不开内循环时的舱内浓度」，1.5（全内循环、Q_f = 0）压的是外界浓度本身——⛔ 引用「压低一个量级」时必须连基准一起写，⛔ 本课也不出现它的无条件说法。

读者会做错的第二个具体动作：在隧道、拥堵、前车尾气这类工况下一按内循环，就认为已经处置完毕，于是不再追车身密封、不再追滤芯框的旁通间隙，甚至把整框系统效率的验收也省掉。为什么这是读反，而且方向恰好相反：外循环开新风时，鼓风机往舱里推风，舱压相对环境为正，车身缝隙在多数位置是往外漏的，渗入被压低；一切内循环，这个正压就被撤掉了，缝隙恢复成由车速动压与车身表面压力分布驱动的双向流通。⇒ 渗透量最大的时候，恰恰是你以为已经隔绝的时候，而高速正是它最大的工况（同车同速下，内循环的 Q_inf 不低于外循环的；这是方向，⛔ 本课不给它的倍数）。由此还能推出一条更反直觉、却用本课的式子当场可验的结论：哪个模式更干净并没有通则——把两个模式各自的渗透水平代进去，两支曲线会随单程效率升高而交叉。第 2 讲会把这个交点画出来并写明它由哪几个量决定，⛔ 本课不写「内循环更干净」或「外循环更干净」这类全称句。

⚠ 反钉子的射程限定，必须和反钉子本身一起记住：以上只对颗粒物、且污染源在外界时成立。对舱内自源——乘员呼出的 CO₂ 与水汽、内饰散发的 VOC——方向是反的：内循环让它们累积，此时质量平衡里要补一个源项，全内循环会算出浓度持续上升，而那正是对的。这也正是内循环必须有 CO₂ 与湿度上限、必须有强制退出条件的原因（限值归 C4-04 座舱湿度管理与舒适加湿，起雾与视野安全这条法规项归 C5-01 前风窗除霜除雾法规与性能设计，本课只给去向，并给一条结构性判据：它们是内循环的强制退出条件，优先级高于空气清洁度）。⛔ 不得把本反钉子的结论跨到自源污染物上使用。

最后是全课的读法约定，先立后用。这门课同时要用到空气侧流动、空调箱结构与传感控制三套语言，符号撞名是必然的，撞名的后果是读者拿两个不同的量互算。因此第 1 讲末会把符号与口径钉成一张表，这里先给最要紧的几条：Q 一律是体积流量（⛔ 本课的 Q 不表示换热量）；V 是座舱容积、v 是滤材面风速，只差大小写而量纲不同；f 一律指旁通泄漏率，⛔ 不是前置课 A2-05 空气侧压降、风量与风阻的工程处理 里的沿程摩擦因子（本课的压降式刻意走达西渗透率形式，全课不出现摩擦因子）；k 一律带下标（k_perm 滤材渗透率 / k_dep 沉降速率常数 / k_B 玻尔兹曼常数），⛔ 全课禁止裸写；浓度 C 必须标明是数量口径还是质量口径，而效率 η 必须与 C 同口径。⚠ 另有三个词在工程实务里各有两义，本课各取一套并在每一处用到时复述：座舱容积（几何内腔容积扣除座椅内饰占积，还是示踪气体反算的有效混合容积）、面风速的面积基准（迎风投影面积，还是滤材展开面积）、内循环倍率（风量比，还是等效洁净空气量比）。⚠ 还有一条纪律贯穿全课：正文与图里出现的所有效率值、流量值、泄漏率与渗透量取值，全部是教学假设值，明写不对应任何平台；⛔ 学员用本课算例算出的任何数字都不得直接用于实车验收。

七讲是同一件事的七层。第 1 讲把账建起来——质量平衡、稳态浓度比、净化时间常数、浓度地板，以及「舱平均不等于呼吸区」这条边界，末尾成符号表与教学算例口径。第 2 讲把分子里那两条不过滤芯的路拆开——车身渗透随模式反向变化、旁通泄漏 f 的来源与它必须按整框验收、以及滤芯在空调箱里的几个候选位置各自的后果。第 3 讲说明 η 不是一个数而是一条随粒径走的曲线——把捕集机理按「颗粒为什么会撞上纤维」这条轴画全一共六条：教科书上的惯性碰撞、拦截、扩散三条之外，还有不在粒径轴上的静电与加载态滤饼两条，以及重力沉降与上游预分离这一条（它对效率数字贡献小，却决定容尘在空间上怎么分布，第 4 讲要用到它）；MPPS 谷因此存在（落在 0.1~0.3 µm 量级，行业典型区间，且它随滤材与面风速移动），而质量口径与数量口径、以及跨标准体系的口径差别会让两个「效率」数字根本不可比。第 4 讲说明 η 是用压降买来的，压降要用风量还账，而风量又是除霜这条法规项的输入——面风速、品质因子、容尘与终阻力，以及阻力、静电、吸附、卫生、框密封老化这几条并行的寿命线（★ 这份寿命线全集与「寿命是它们到限时刻的最小值」这条判据是本课归纳的）。第 5 讲说明气态物那条支路根本不在这本账上：吸附不是过滤，耗尽的是容量而不是通道，而且它会回吐。第 6 讲说明 AQS 只是在这本账的两端各插一支表，它给不出账本本身——传感谱系、两测点能算什么与不能证明什么、联动状态机，以及那条表现为「不再报」而非「乱报」、因此最难被投诉发现的失效。第 7 讲把前六讲倒过来走一遍：从呼吸区目标一路解到 η_media，交出一页规格书，并把四层效率口径摆在同一张对照表上收口。收尾各节把关键公式、案例、误区与动手做逐条落成可执行动作。⇒ 读完全课，你应当能对手上任意一句「我们的滤芯是 H13」当场答出三件事：它是哪一层的数、这本账的另外几项是多少、以及它买回来的那点效率要用多少风量去付账。

第 1 讲　座舱浓度这笔账：质量平衡、三个目标与浓度地板

拿到「座舱空气过滤」这个题目，绝大多数人的第一个动作是去查滤芯等级：H13 行不行、要不要 99%、竞品上了什么。这门课要做的第一件事，是把这个动作往后推一步。

理由很简单：滤芯等级是一个效率，而座舱浓度是一笔流量账。你能买到的所有东西——滤芯等级、鼓风机风量、内外循环比例、活性炭克重——都只有先换算成同一本账里的体积流量项，才能互相比大小。更要命的是，这笔账的进项里有一项是滤芯永远碰不到的：不经过滤芯就进舱的那股风。它不在任何一张滤芯规格书上，却给整门课的结论画了一条上限。

所以本讲不讲滤材、不讲机理、不讲一个等级号。本讲只做一件事：把账本建起来——谁进来、谁出去、哪一项带 η、哪一项不带 η。账本建好之后，后面六讲每一讲都只是在改动它的某一项。而本讲最后交付的那张符号与口径表，是全课都要回来对照的东西。

1.1 座舱不是房间：换气次数决定了这门课的形状

很多人从建筑通风、洁净室或家用净化器的经验进到座舱，第一反应是「不就是个小房间加一片滤网吗」。恰恰是这个类比会把人带偏，而带偏的位置非常具体：换气次数。

把座舱和一个房间放在同一套记账法下比，差别不在绝对风量，而在换气次数 ACH ＝ 体积流量 ÷ 容积这个比值。座舱容积是几立方米量级（典型），而鼓风机中高档的送风量是每小时几百立方米量级（典型），两者相除就落到每小时几十次量级（典型）——意思是不到几分钟，舱内空气就被整体换了一遍。

⚠ 把同一套记账法搬到建筑房间上，你会发现新风换气次数落在完全不同的量级上。但本课不给这个倍数——建筑一侧的口径（算不算渗透、按不按人均新风、哪一类建筑）本课未核，给一个倍数就等于用一个自己不肯负责的数去支撑结论。这里只用它提示一个方向：座舱这一侧的换气强度，比大多数人从建筑经验里带来的直觉要高得多。

这一条决定了本课全部结论的形状，有三层后果：

1. 舱内浓度几乎没有惯性。外界一变，舱内很快跟上；本课后面会算出来的时间常数是分钟量级而不是小时量级。
2. 「关窗开空调」不构成任何隔离。滤芯挡不住的东西，会以同样的速度跟进来。这一条是本讲最后那条浓度地板的伏笔。
3. 反过来它也是好消息：一旦把清除项做上去，压下来同样快。座舱的 pull-down 之所以能做到分钟量级，靠的正是这个高换气强度。

这一节的两个易错点：

• 拿建筑通风的直觉套座舱。建筑滤网的面风速低、迎风面积大；座舱滤芯被塞在仪表台后面一个巴掌大的位置上，面风速要高得多。按建筑的直觉估面风速，会把它估低一个量级，从而把压降估得过于乐观——第 4 讲会把这笔账算给你看。
• 把「换气次数高」当成「空气好」。换气次数高说的是交换速率；交换进来的是什么，取决于滤芯与旁路。这是两件事，本讲后面的每一条式子都在区分它们。

⚠ 在往下写式子之前，先钉死一个自带两义的量：座舱容积 V。

V 在本课出现在两处——换气次数 ACH ＝ Q/V，以及时间常数 τ ＝ V/(清除项之和)。而「座舱容积」在工程实务里至少两义在流通：

• 几何容积：内饰包络围出的空间；
• 有效混合容积：用示踪气体衰减法反算出来的那个数，它把死区排除在外，通常小于几何容积。

同一台车，两者可以差出可观的比例。麻烦不在于差多少，而在于两处用了不同口径而外表看不出来：一个人用几何容积算 ACH、另一个人用有效容积算 τ，两个数拼在同一张报告上，读者会以为它们同源。

⇒ 本课统一取「几何内腔容积扣除座椅与内饰占积」这一口径，并在每一处用到 V 的地方复述它。⛔ 本课不给 V 的数值（平台相关量）。有效混合容积的测法（示踪气体衰减）与它同几何容积的关系，归 C2-18 座舱空气收支与舱压平衡：排气格栅/泄压阀（PRV）、车身渗透与整车换气量实测，本课只给去向。

三个易错点：① 直接拿整车公告参数里的「乘员舱容积」当 V——那多半是另一套口径；② 换算 ACH 与体积流量时两处用了不同的 V；③ 把 V 当常量——载客数、行李与座椅位置都会改变有效容积，本课的算例里把它当常量，这是明写出来的简化。

1.2 质量平衡怎么记：四项收支各有归属

本课的账本只有一条式子。把它写全，本讲后面所有结论都是它的推论：

V·dC/dt ＝ C_amb·[(1−η)·Q_f + Q_inf] − C·[(Q_f + Q_inf) + η·Q_r + k_dep·V]

其中 C 是舱内污染物浓度、C_amb 是外界浓度、Q_f 是新风体积流量、Q_r 是内循环体积流量、Q_inf 是车身渗透体积流量、η 是滤芯单程效率、k_dep 是颗粒沉降速率常数。逐项读：

• 左边是舱内存量的变化率；
• 右边第一个中括号是进项：新风 Q_f 过滤芯之后只剩 (1−η) 的份额进来；车身渗透 Q_inf 一点不减地进来——它不经过滤芯，所以这一项不带 η；
• 右边第二个中括号是清除与稀释项：(Q_f + Q_inf) 是必须排出去的等量空气，它按舱内浓度 C 带走污染物（进来多少就得排出去多少，否则舱压会一直涨）；η·Q_r 是内循环风过滤芯时被捕掉的那一份——内循环风进出都是舱内空气，所以净效果只剩被捕掉的 η·Q_r 这一份；k_dep·V 是颗粒沉降到内饰表面。

把左边令为零，就得到稳态浓度比（1.3 展开）；把左边保留，就得到指数趋近解，它的时间常数是 V 除以第二个中括号（1.4 展开）。

⚠ 式中所有流量与容积都是平台相关量，⛔ 本课不给数。为了把算例走通，本课设一组教学假设值，统一在 1.7 定义，并明写它不对应任何平台——⛔ 学员用这组数算出来的任何结果都不得用于实车验收。

这一条式子是全课的账本，后面六讲每一讲都在改动它的某一项：第 2 讲拆开 Q_inf 并把 η 换成系统效率 η_sys；第 3 讲把 η 换成随粒径走的 η(d_p)；第 4 讲说明 η 与 Q 之间由压降耦合、不是两个可以独立挑的量；第 5 讲说明气态物那条支路要换一套完全不同的清除项模型；第 6 讲在 C_amb 与 C 两处各插一支表；第 7 讲把这条式子对 η 求解。

三个易错点，每一个都会把结论算错方向：

1. 把内循环那一项写成 Q_r 而不是 η·Q_r。写成 Q_r，等于认为内循环风一进滤芯就全干净了；η＝1 才成立，而 η＝1 不存在。
2. 把渗透项写进清除侧的同时忘了它也在进项侧。Q_inf 两侧都在，而且进项侧那一份不带 η。只记一侧，账就不平。
3. 用它算舱内自源污染物时忘了补源项。乘员呼出的 CO₂ 与水汽、内饰散发的 VOC 不是「进来的」而是「生出来的」，要在上面那条 V·dC/dt 形式的右边补一个源项 S（源强＝单位时间生出来的量，单位与 C 同口径乘体积流量，例如 µg/h 或 个/h）。⚠ 补的是 S，⛔ 不是 S/V——该式右边各项的量纲都是「浓度 × 体积流量」，补 S/V 量纲上就不成立；把整式除以 V 之后写成 dC/dt 的形式时，这一项才写成 S/V（第 5 讲讲活性炭回吐时用的正是那个形式，两处是同一项的两种归一化，⛔ 不是两个不同的量）。补上之后你会发现：全内循环时自源物不再有新风稀释，只剩渗透这一条路兜底，渗透越小累积越高——这恰恰是对的，也正是内循环必须有 CO₂ 与湿度上限的原因。限值归 C4-04 座舱湿度管理与舒适加湿，本课只给去向。⛔ 本课后面关于颗粒物的全部结论，都不得跨到自源污染物上使用。

⚠ 最后处理账本里那一项要不要留：沉降 k_dep·V。判它可不可略，靠的不是印象，而是把它与清除项放在同一个单位下比大小。清除项除以 V 之后与 k_dep 同为「每小时」：

• 鼓风机运行时，η·Q_r/V 在每小时几十次量级（典型，由座舱容积与内循环风量两个典型区间推出）；
• PM2.5 段的沉降速率常数 k_dep 约在每小时 0.1~1（典型）。

两者相差约两个数量级，故本课在鼓风机运行时把 k_dep·V 略去。这是本课为数不多的、两边都拿得出取值来源因而可以直接比大小的地方——两侧都是行业典型区间，都不是我们不肯给的数。

⇒ 由此划定本课模型的射程：本课的稳态式与时间常数式只在鼓风机运行时成立。鼓风机一停，清除项塌到只剩 Q_inf/V，沉降立刻成为同量级甚至主导项；熄火驻车之后的浓度演化要另建模型，那时粗颗粒沉降与再悬浮都要进来，本课不给这条链。

三个易错点：① 把「可略」写成通则而不写它的射程——它只在鼓风机运行时成立；② 拿 k_dep 去算「停车过夜后舱内会干净多少」——那还要算再悬浮与渗透；③ 单位不统一就比大小（一边每小时、一边每秒）。粗颗粒段的 k_dep 显著更大，本课只给这个方向，⛔ 不给数。

1.3 稳态浓度比怎么读：分子上那一项不含 η

令 dC/dt ＝ 0（并按 1.2 的射程略去沉降项），得到本课的第一条交付式：

C_ss/C_amb ＝ [(1−η)·Q_f + Q_inf] / (Q_f + Q_inf + η·Q_r)

⚠ 这条式子的四条前提要一起记住，缺一条它就不成立：单区完全混合、稳态、无舱内源、滤芯在内外循环汇合点下游。最后一条最容易被默认掉，第 2 讲会把它单独拿出来讲。

把它当成一张「谁能动它」的表来读：

项	在式子里的位置	谁能动它
(1−η)·Q_f	分子	滤芯（η）与风门（Q_f）
Q_inf	分子与分母各一次，两处都不带 η	滤芯动不了；只有车身密封能动
Q_f + Q_inf	分母	风门与车身密封
η·Q_r	分母	滤芯（η）与风门（Q_r）

⇒ 于是有了本讲最该抄走的一条读法：η → 1 时，C_ss/C_amb → Q_inf/(Q_f + Q_inf + Q_r)，⛔ 不是 0。滤芯做到理想，座舱浓度也停在这个值上。

这就是本课反对盲抄等级的定量依据：当 Q_inf 相对风量不可忽略时，把 η 从较高值再往上推，收益迅速趋于饱和，而代价（压降、风量、噪声、成本）是线性甚至更陡地涨。⇒ 反推滤芯规格的顺序只能是先定 Q_inf 与风量分配，再解 η；顺序倒过来就是照抄上一代。

为了把「饱和」这件事画出来，本课引入一个无量纲的渗透比：

β ≡ Q_inf / Q_b（Q_b 为鼓风机总风量）

⚠ β 是本课自建的记法，⛔ 它不是任何标准或既有体系里的量，引用时要标明出处是本课。

把两种极端模式代进去（本课算例统一约定 Q_f + Q_r ＝ Q_b，且两种模式取同一个 Q_b——这是教学口径的简化，实车内循环阻力更低、风量会略高）：

• 全外循环（Q_r ＝ 0，Q_f ＝ Q_b）：C_ss/C_amb ＝ [(1−η) + β] / (1 + β)
• 全内循环（Q_f ＝ 0，Q_r ＝ Q_b）：C_ss/C_amb ＝ β / (β + η)

⚠ 这张图必须配一句限定才不会被读反：两族用的是同一个 β，而实车上 Q_inf 本身随模式变（外循环时鼓风机把舱压顶成正压，渗入被压低；内循环时这个正压被撤掉）。⇒ 拿单一 β 代进两种模式做对比，会系统性低估外循环、高估内循环的相对优势。本图只用来看两件事：曲线都不趋于零，以及高 η 段的收益饱和。哪个模式更干净这个问题，本讲不答，第 2 讲用各自的 β 重画一次再答。

⚠ 最后把「内循环倍率」这个词钉死。它在工程实务里两义都在流通：有人指风量比 Q_r/Q_f，有人指等效洁净空气量比。本课统一取后者，并给它一个无量纲的记法：

λ_rec ≡ η·Q_r / (Q_f + Q_inf)

⚠ λ_rec 与 β 一样是本课自建的记法，⛔ 不是既有体系里的量。它的物理身份很具体：内循环风每过一次滤芯捕掉 η 份额，等价于往舱里送入 η·Q_r 的绝对洁净空气；把它对稀释项归一化就得到 λ_rec。于是稳态式可以改写成：

C_ss/C_amb ＝ [(1−η)·Q_f + Q_inf] / [(Q_f + Q_inf)·(1 + λ_rec)]

读法只有一句：在同一个 Q_f 下，内循环把稳态浓度按 1/(1 + λ_rec) 压下去。写成这个形式，「压低一个量级」这句宣传语立刻变成一道可以当场核的算术题——它等价于 λ_rec ≥ 9。⚠ 并且这个形式清楚地显示：λ_rec 的分母里有 Q_inf，Q_inf 越大，杠杆越短。

⚠ 这里的「压下去」必须连基准一起记，⛔ 不许只记那个 9。本节的基准是同一个 Q_f 下不开内循环时的舱内稳态浓度（即花括号里那一项），⛔ 不是外界浓度 C_amb——两者只有在 Q_f = 0（全内循环）时才重合，那正是 1.5 那条浓度地板。⇒ 全课出现「λ_rec ≥ 9 / 压低一个量级」的地方共两处（本节与 1.5），算术形式相同、压的基准不同；引用时必须写清是压相对哪一个分母，⛔ 不得把两处当成同一句话互相替换。

三个易错点：① 把 λ_rec 当成效率——它无上界、可以大于 1，而效率不能；② 用「风量比」那一义去读本课的结论；③ 忘了 λ_rec 的定义里已经含了 η，再拿它去乘一次效率就是把 η 用了两次。⛔ 本课不给 λ_rec 的典型值——它由 η、Q_r、Q_inf 三个平台相关量决定。

1.4 时间常数与 pull-down：降得多快由分母定，降到哪由分子定

把 1.2 那条式子的左边保留（同样略去沉降项），解得：

C(t) ＝ C_ss + (C_0 − C_ss)·exp(−t/τ)，其中 τ ＝ V / (Q_f + Q_inf + η·Q_r)

⚠ 请立刻注意一件事：τ 的分母与稳态式的分母是同一个。所以「压得更低」与「压得更快」由同一件事决定，而「压到哪」由分子决定。这两句话不是修辞，它直接决定三个交付目标各自对什么敏感。

把指数解翻译成可写进验收句的数：一次 τ 之后剩余偏差 0.368，两次 τ 之后 0.135，三次 τ 之后 0.050。这三个是数学常数（e⁻¹、e⁻²、e⁻³），可以给准确值，全课统一取三位小数显示。

⚠ 有了这条式子，就可以把「空气净化做得好」这句不可验收的话，拆成三条可判真假的验收句。三个目标必须分开写清，并各自带齐口径：

1. 稳态浓度比：C_ss/C_amb ≤ 某值。必须注明模式（全外循环 / 全内循环 / 某比例）、档位（对应哪个 Q_b）与外界浓度口径。
2. pull-down 时间常数：从某初始浓度出发、到达某判据所需时间 ≤ 某值。必须注明初值与判据——判据是「降到外界的百分之几」还是「降到某绝对浓度」，两者不等价。
3. 滤芯寿命：更换周期。必须注明是哪一条线到限——第 4 讲会说明寿命不止一条线，只写一个里程数是不够的。

⚠ 之所以必须分开写，是因为三者的敏感方向不同，而且存在互相打架的方向：

• 加大 η·Q_r：分母变大 ⇒ 稳态比降、τ 缩短，前两项同时改善；但同一片滤芯被反复过更多风，容尘与吸附消耗更快 ⇒ 第三项变差。
• 加大 η：前两项改善，但压降上升、风量下降，于是分母里的 Q 掉了 ⇒ τ 可能反而变长。这条耦合第 4 讲展开。
• 加大 Q_f：在分母里帮忙（稀释更强、τ 更短），在分子里帮倒忙（(1−η)·Q_f 跟着变大）。⛔ 净效果的方向没有通则，要看那股新风的浓度 (1−η)·C_amb 与当前舱内浓度谁高谁低——比舱内低就是稀释，比舱内高就是加脏。

⇒ 不分开写，就没法发现这几处方向相反的地方，最后只能靠「感觉好像变好了」验收。

三个易错点：① 把 pull-down 指标当成稳态指标的近似——前者由分母定、后者由分子除以分母定，改动 Q_f 时两者甚至可能反向；② 寿命只写里程数不写哪条线到限；③ 三个目标在不同档位下验收，却写在同一行里。

⚠ 还有一个符号陷阱要在这里点破：本课的 τ 与 J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD 的名义时间常数 τ_n ＝ V/Q_fresh 不是同一个量——本课的分母里多了 η·Q_r 与 Q_inf 两项。⛔ 两者不可互换取值，也不能拿别课的 τ 直接搬进本课的式子。同理，拿 τ 去比「哪台车降得快」时，两边必须用同一口径的 V。⛔ 本课不给 τ 的数值（平台相关量），只给算式与量纲：V 用 m³、流量用 m³/s 时，τ 得秒。

1.5 浓度地板：全内循环也到不了零

现在把本讲最重要的一条结论解出来。令 Q_f ＝ 0（全内循环）代进稳态式：

C_floor/C_amb ＝ Q_inf / (Q_inf + η·Q_r)

分子上那一项不含 η——滤芯再好也除不掉它。这就是浓度地板：全内循环下浓度不趋于零，而是趋于一个由 Q_inf 决定的非零值。

⚠ 这里不另立新符号：全内循环即 Q_f ＝ 0，而 1.3 定义的内循环倍率 λ_rec ≡ η·Q_r/(Q_f + Q_inf) 在 Q_f ＝ 0 时正好退化成 η·Q_r/Q_inf。⇒ 地板式就化成一条只有一个自变量的曲线 1/(1 + λ_rec)：

λ_rec（全内循环下 ＝ η·Q_r/Q_inf）	地板 C_floor/C_amb	工程语言
9	0.10	压低一个量级（基准＝外界浓度 C_amb）
99	0.01	压低两个量级（同上基准）
999	0.001	压低三个量级（同上基准）

⚠ 这三对数是由式子直接解出的数学结论，⛔ 不是任何实测值，也⛔ 不是任何典型值。

⚠ 本表与 1.3 那句「λ_rec ≥ 9」是同一条读法在 Q_f ＝ 0 上的特例，但基准换了，必须点破：1.3 压的是「同一个 Q_f 下不开内循环时的舱内浓度」；全内循环时不开内循环的那个基准恰好就是外界浓度本身（Q_f ＝ 0、λ_rec ＝ 0 时稳态比等于 1），所以这里的 1/(1 + λ_rec) 可以直接读成 C_floor/C_amb。⇒ 两处同一个符号、同一个阈值 9、不同的分母——⛔ 引用时必须把基准写出来，否则「压低一个量级」这句话在两处指的不是同一件事。

⇒ 由此得到本讲对动手做第一步的硬判据：

全内循环档算出「浓度趋于零」，直接判为漏项——漏的是 Q_inf 这一项。⛔ 它不是一个好结果，它是一个错误。

这条判据要防的动作非常具体，而且它有两个方向相反的形态，两者同源：

• 形态一：算稳态浓度时把渗透那一项置零，于是全内循环档算出「趋于零」，据此把滤芯效率要求往下砍，或者对外宣称本车内循环下可达某个极低的舱内浓度。
• 形态二：在隧道、拥堵、前车尾气这类工况下一按内循环就认为已经处置完毕，于是不再追车身密封、不再追滤芯框旁通间隙，甚至把整框系统效率的验收省掉。

两者同源，源头是同一句直觉：「一按内循环，就把外界关在门外了」。这句话有一半是对的，另一半读反了——内循环切断的是经过滤芯的那条路上的外界风（Q_f），它一点也没有切断不经过滤芯的那条路。⇒ 正确的动作方向恰好相反：先估 Q_inf，再谈内循环能给多少收益；切内循环的时候更要保证 η·Q_r 足够大、框密封足够严，因为此刻分母里只剩它们。至于 Q_inf 为什么在内循环下不但不降、反而可能更大，第 2 讲从压差驱动讲透。

关于 Q_inf 的量级，本课只用结论、不做机理：静止时约 1~3 ACH 量级（典型），高速可到十几至几十 ACH 量级（典型），随车速、整车密封性与舱内正负压变化。⚠ 三条纪律同时守：① ⛔ 这两组端点不得当作可承诺值；② ⛔ 本课不给任何单点值，也不给「内循环比外循环高多少倍」这类倍数——两侧都是不给单点值的量；本课只给方向：同车同速下，内循环的 Q_inf 不低于外循环的；③ Q_inf 的取值口径、随车速的曲线与整车换气量实测法（示踪气体衰减），归 C2-18 座舱空气收支与舱压平衡：排气格栅/泄压阀（PRV）、车身渗透与整车换气量实测，本课只用其结论。

⚠ 而 Q_inf 进本课设计输入时，必须以三种形态出现，⛔ 三者不可互相代替：① 反推滤芯规格时的设计点取值（对应验收工况的车速与模式）；② 判浓度地板时的最坏工况取值（通常是高速内循环）；③ 做灵敏度时的一条随车速的曲线。把 Q_inf 写成一个数，就等于把本课全部结论钉死在一个未声明的工况上，而它恰恰是本课所有输入里最敏感的一个。⇒ 本课的做法是把它当成需求项：与滤芯规格写在同一页，注明取值来源（哪一版整车换气量实测报告、哪个车速、哪个模式）与责任人。

三个易错点：

1. 把地板当成「过滤到不了的脏」。它不是一块洗不掉的污渍，而是持续渗入与持续清除的动态平衡——停车熄火后清除项塌掉，它会继续往外界浓度靠。
2. 拿典型的舱内外浓度比去反算某台车的 Q_inf。⛔ 不行——那需要同时知道该车的 η、Q_r、模式与工况。只有当这几项都是这台车实测的，地板式才能反过来解 Q_inf；而解出来的是整车级的表观量，把空调箱漏风也一起算进去了。
3. 把「内循环能压低一个量级」当成起点。它是一个条件（全内循环下 λ_rec ≥ 9，基准是外界浓度），不是一个默认值；⛔ 本课不写「内循环可压低一个量级」这类无条件表述。实车的舱内外浓度比常在 0.02~0.1 量级（典型，⛔ 端点不得当作可承诺值），这个区间就是现实标尺。

1.6 舱平均不等于呼吸区

前面五节交付的所有数——稳态浓度比、时间常数、浓度地板——都建在单区完全混合这一个假设上：整舱被当成一个瞬间搅匀的容器。这个假设有一处必须当场说破的软肋：

它对送风短路与后排回流这类布置缺陷天生不敏感。无论出风口对着谁、回风口在哪，单区模型给出的浓度都是同一个值。真实座舱里，送风可能从出风口直接短路到回风口，呼吸区被整个绕开；后排也可能存在一个低换气的回流涡。这些缺陷在质量平衡里一点痕迹都留不下。

处理办法是引入组分脱除效率 ε_c，把舱平均折算到呼吸区：

C_呼吸区 ＝ C_平均 / ε_c

ε_c < 1 表示呼吸区比舱平均差，ε_c > 1 表示更好。

⚠ 这一节存在的理由，是把交付边界写死，防止两门课互相认为对方在管这件事：

• 本课交付：舱平均浓度比与时间常数，并在验收句里显式带上 ε_c 这一项；
• 归 J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD：ε_c 的求解、局部空气龄的定义与示踪气体标定法，以及浓度的空间分布本身。

⛔ 本课不给 ε_c 的数值——它随布置、档位、模式与乘员位置变，属平台相关量，须由 CFD 或实测标定。本课算例里取的那个值是教学假设值，明写不对应任何平台。

三个易错点：① 用舱平均达标就宣称呼吸区达标；② 把 ε_c 与 A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略 的温度型通风效率 ε_v 混用——两者同构但不是同一个量，⛔ 不可互换取值；③ 在两测点实测里把「进风侧与回风侧算出的表观效率」当成呼吸区证据——那仍然是舱平均意义上的量，第 6 讲会再点一次。

1.7 本讲收口：符号、口径与教学算例的统一约定

这门课同时用到空气侧流动、换热箱体与传感控制三套语言，符号撞名是必然的，而撞名的后果不是「看不懂」，是读者拿两个不同的量互算，而式子照样算得出一个数来。所以本讲末必须成表，全课后面一律按这张表读。

（一）符号约定

符号	本课含义	单位	⛔ 禁忌
Q（下标 f / r / inf / b）	体积流量：新风 / 内循环 / 车身渗透 / 鼓风机总量	m³/h 或 m³/s	⛔ 本课的 Q 不表示换热量，全课不出现换热量。⛔ 全课不写带点的 Q̇——Q 本身已经是流率，加点在流体与热力语境里读作「对时间求导」（m³/h²），与它的实际含义不符；通过滤芯的那股风一律记 Q_b（在「滤芯装于内外循环汇合点下游」这个前提下，它就等于鼓风机送出的总风量）
V	座舱容积	m³	与下面的 v 只差大小写、量纲不同
v	滤材面风速	m/s	⛔ 正文禁止在同一句里省略 V 或 v 的单位
η（下标 media / sys；双滤芯时用 sys,f / sys,r）	单程分级过滤效率：介质 / 系统；双滤芯时新风路那一片 / 内循环路那一片各自的系统效率	无量纲	⛔ 不表示鼓风机效率（那归 C2-04 鼓风机与蜗壳设计：风量—噪声平衡）。⚠ 下标分两级：前一级 media/sys 是层次，后一级 f/r 是路径（与 Q_f / Q_r 同义）；⛔ η_sys,f 里的 f 指「新风路」，不是下一行那个旁通泄漏率 f
f	旁通泄漏率	无量纲	⛔ 不是 A2-05 空气侧压降、风量与风阻的工程处理 的沿程摩擦因子，也不是频率；本课压降式走达西渗透率形式，全课不出现摩擦因子；⛔ 也不是 η 的路径下标 f（见上一行）
P（下标随 η 走：P_media / P_sys）	穿透率 ＝ 1 − η（2.4 引入）	无量纲	⚠ 本课自建的记法，⛔ 引用时须标明出处是本课。⛔ 与「鼓风机 P–Q 曲线」里那个 P（静压升，Pa）不是同一个量——那是 C2-04 鼓风机与蜗壳设计：风量—噪声平衡 的既有名词，本课只在「工作点沿 P–Q 曲线左移」这类整词里用到它，全课不把静压升单独记作 P 代进任何式子；⛔ 两个 P 不得互相代入
C（下标 amb / ss / floor / in / out / cab / 平均 / 呼吸区）	浓度：外界 / 舱内稳态 / 全内循环地板 / 进入某一层（介质、整框或炭层）的入口 / 该层出口 / 回风侧测点读到的舱内 / 舱平均 / 呼吸区	µg·m⁻³ 或 个·m⁻³	⛔ C_in 一律指「进入某一层的入口浓度」（2.4 整框入口 / 3.3 滤材上游 / 5.2 炭层入口），⛔ 不得用来记 AQS 的进风侧测点——那一支表读到的是外界浓度，一律记 C_amb（见 6.2）。⛔ 否则 C_out/C_in（单程穿透率）与 C_cab/C_amb（整车 I/O 比）会被读成同一个比值
T	热力学温度	K	⛔ 全课只在 3.1 的 Stokes-Einstein 式里与 k_B 配对出现；⛔ 不表示时间——AQS 状态机的驻留时间一律小写记 t_min / t_max（见下一行）
t（下标 up / min / max）	AQS 联动状态机的时间参数：触发持续 / 最小驻留 / 最长驻留	s 或 min	⛔ 与本课的净化时间常数 τ 不是同一个量，也不在同一个式子里，⛔ 一律不得互相代入；⛔ 也不得写成大写 T（那是上一行的热力学温度）
k_perm / k_dep / k_B	滤材渗透率 / 沉降速率常数 / 玻尔兹曼常数	m² / h⁻¹ / J·K⁻¹	⛔ 全课禁止裸写 k，一律带下标
τ	本课净化时间常数 ＝ V/(Q_f+Q_inf+η·Q_r)	s 或 h	⛔ 不与 J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD 的名义时间常数 τ_n ＝ V/Q_fresh 或局部空气龄 τ_p 混用
C_N / C_M	数量浓度 / 质量浓度	个·m⁻³ / µg·m⁻³	⛔ η 必须与 C 同口径；不得拿质量口径的 η 去算数量浓度比
ε_c	组分脱除效率（呼吸区折算）	无量纲	⛔ 不与 A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略 的温度型 ε_v 互换取值
β、λ_rec	渗透比 ＝ Q_inf/Q_b；内循环倍率 ＝ η·Q_r/(Q_f+Q_inf)	无量纲	⚠ 两者均为本课自建的记法，⛔ 引用时须标明出处是本课

（二）三处自带两义的量，本课各取一套

量	两义	本课取
座舱容积 V	几何容积 / 示踪气体反算的有效混合容积	几何内腔容积扣除座椅与内饰占积（有效混合容积的测法归 C2-18 座舱空气收支与舱压平衡：排气格栅/泄压阀（PRV）、车身渗透与整车换气量实测）
面风速 v	迎风投影面积算 / 滤材展开面积算	迎风投影面积
内循环倍率	风量比 Q_r/Q_f / 等效洁净空气量比	等效洁净空气量比，即 λ_rec

（三）物性基准态：本课的空气物性一律取 20 ℃、101.325 kPa 干空气：μ ＝ 1.81×10⁻⁵ Pa·s，ρ ＝ 1.204 kg/m³；k_B ＝ 1.380649×10⁻²³ J/K（SI 定义值）。⚠ 全课只用这一个舍入，用到时复述基准态。

（四）教学算例的统一输入口径——⛔ 以下全部是教学假设值，不对应任何平台，学员用它们算出的任何数值不得用于实车验收。全课正文、图与图注一律引用这一组数，⛔ 不许任何一处另设一套。

输入	取值	用在哪
渗透比 β	0.02 / 0.05 / 0.10 三档	稳态曲线族与模式对照
旁通泄漏率 f	2% / 5% 两档	系统效率灵敏度（⛔ 不是典型值、⛔ 不是允收上限）
风量约定	Q_f + Q_r ＝ Q_b，且两种模式取同一个 Q_b	教学口径的简化；实车内循环阻力更低、风量会略高
粒径分布	对数正态，计数中位径 0.05 µm、几何标准差 2.0	数量口径与质量口径的对照
分级效率曲线 η(d_p)	同属本组教学假设，其形状在讲机理时给出	分级效率与 MPPS 的读法
迎风投影面积 A_face	0.04 m²	面风速与压降
鼓风机总风量（即通过滤芯的体积流量）Q_b	300 m³/h（由此 v ≈ 2.1 m/s）	面风速与压降
组分脱除效率 ε_c	0.8	呼吸区折算算例

⚠ 最后一句纪律，它比上面所有表格都值得记住：本课的 η、Q、V、f、ε_c 没有一个是可以抄来的。它们要么是本项目要实测的，要么是本课要解出来的。这张表的作用只有一个——让算例走得通，让你在读第 2 至第 7 讲时知道每个符号指的是哪个量。

本讲小结：座舱不是房间，换气次数落在每小时几十次量级（典型），舱内浓度几乎没有惯性——这决定了本课全部结论的形状。账本只有一条式子，四项收支各有归属：新风带进来的经滤芯、渗透带进来的不经滤芯、排出去的按舱内浓度走、内循环那一项只出现在清除侧；沉降项在鼓风机运行时可略，而这条「可略」有射程，熄火之后不成立。稳态浓度比的分子上有一项不含 η，它是滤芯规格的天花板，也是 η→1 时浓度不趋于零的原因；时间常数与稳态比共用同一个分母，所以「降得快」与「降得低」同源，而「降到哪」另由分子决定。三个交付目标（稳态浓度比、pull-down、寿命）必须分开写清、各带口径，因为它们的敏感方向不同、甚至相反。全内循环下存在一条浓度地板，把它压到外界的十分之一等价于 λ_rec ≥ 9 这一可核的条件（⚠ 此处基准是外界浓度；1.3 那句同形的「λ_rec ≥ 9」压的是同一个 Q_f 下不开内循环的舱内浓度，⛔ 两者不可互换）——算出零就是漏了 Q_inf 这一项。而所有这些数都是舱平均口径，呼吸区还隔着一层 ε_c。下一讲拆开滤芯碰不到的那两条路：车身渗透与旁通泄漏。