汽车戴“口罩”,真的有用么?
原创2020-02-14 23:00

汽车戴“口罩”,真的有用么?

疫情当前,人们的自我保护意识空前高涨,在这个情人节日子里,送口罩比送玫瑰花还显得有格调。0003sc.com_【官方首页】-太阳城集团然而,随着口罩被人们所认识,“N95”口罩不但被奉为“上古神器”,而且平日十几块钱的东西一度被炒到上百元。就在人们逐渐产生“没口罩恐惧综合症”时,车企先开始针对“空气过滤”大做文章,甚至近期推出了“N95级汽车”概念。


笔者在网上看了一圈“吹捧”、“贬低”、“质疑”等众多说法,然而却没有一个真正讲清楚了“是否真的有效”,甚至有些概念和理论都只是照搬,完全没有经过调查和研究。所以抱着“求真务实”的态度,和诸位健康的角度出发,向大家科普一下这里面的真相。


要弄清楚“N95级健康汽车”,就得明白什么是“N95”。


这个概念源于“口罩”的规定,N95口罩是NIOSH(美国国家职业安全与健康研究所,The National Institue for Occupational Safety and Health)认证的颗粒物防护口罩,“N”表示不耐油,而“95”则表示对直径为0.3微米的颗粒以95%的效率进行过滤,也就是在规定环境下(采用直径为0.3微米氯化钠颗粒测试),口罩内的颗粒浓度低于外部颗粒浓度95%以上(注意95%不是平均值,而是最低值)0003sc.com_【官方首页】-太阳城集团。


(中国国家标准GB 2606-2006《呼吸防护用品 自吸过滤式防颗粒物呼吸器》的分类)


NIOSH颗粒呼吸器一共分为9种,其实N95是最低标准,更高等级的还有N99、N100(至于R、P类型口罩分别指的是当油性颗粒出现后不可重复使用和能够重复使用)。美国疾病预防控制中心(CDC)0003sc.com_【官方首页】-太阳城集团建议使用NIOSH认证的等效N95或更高级别的呼吸器,以防止吸入传染性颗粒。


(NIOSH认证的类型,图/维基百科)


既然明白了N95级口罩的作用和能力,那么我们来看看“N95级汽车”的概念。


中国汽车技术研究中心旗下华诚认证中心,推出了国内首个达到N95级别的汽车空调滤清器过滤效果分级认证,即CN95认证(C代表car)


(CN95认证标识)


前一阵某车企对宣布要投资3.7亿研发国内首个以“N95口罩”为过滤标准的车载空调滤芯。随后多家车企开始声称自家车型具有“N95级别过滤功能”,并冠以健康之名开始大肆宣传。但经过笔者调查研究,无论其厂商宣传其过滤系统多么有效,或采用什么“黑科技”来实现,其核心都在一个东西上——HEPA滤芯。


HEPA(High-efficiency particulate air,高效颗粒物空气过滤)是空气过滤器的一种效率标准,由美国能源部门(United States Department of Energy,DOE)制定。也就是说HEPA滤芯只是符合HEPA级别标准的滤芯,而非某指定滤芯,符合HEPA级别的滤芯也分为多个等级,依然是按照过滤直径为0.3微米颗粒的效率来划分。


(HEPA分级标准,图/维基百科)


这种滤芯其实一点都不神秘,各位近几年购买的空气净化器里都有,只不过可能等级和质量有所不同。不过注意,其实没有所谓严格定义的医用级HEPA滤芯,而只是较高级别的HEPA滤芯


至于车载的过滤系统,由于使用环境与家庭不同,所以并不会只有一个HEPA滤芯这么简单,因为还要过滤挥发性物质以及其他有害物质,所以还会添加活性炭过滤或者离子发生器等设备,以提高过滤种类和过滤效率。但本质上要实现对病毒的过滤,还是依靠HEPA滤芯的能力。


而要了解病毒是否能被过滤掉,要看病毒在空气中存在的方式,也就是带有病毒的颗粒物大小。


根据国家卫健委公布的肺炎诊疗方案,目前新型冠状病毒的传播途径有:呼吸道飞沫传播、接触传播、气溶胶传播(暂未官方确定)。新冠病毒本身的直径范围约为60~220纳米(0.06~0.22微米),平均直径为100纳米(0.1微米),但病毒几乎无法单独生存在空气中。


(从左到右依次为:口罩也能过滤的颗粒0.007微米,新冠病毒0.1微米,杆菌0.5微米,PM2.5微米,学红细胞7微米,PM10微米)


飞沫传播指的是日常面对面说话、咳嗽、打喷嚏等情况下,导致分泌物携带病毒进行传播,不过此时由于分泌物颗粒较大导致快速下沉,一般只能在1~2米距离进入易感染的粘膜表面,这种传播方式的“颗粒”直径一般大于50微米


(咳嗽时喷出的飞沫)


气溶胶传播则是,飞沫经过蒸发形成由蛋白质和病原体组成的飞沫核,由于质量和体积大幅度缩小,所以能够“随风荡漾”,传播距离较远。根据2007年发布于《Journal of Aerosol Medicine》的一分论文研究发现,这种方式的“颗粒”直径大小在0.74~2.12微米




我们先暂停在这里,如果有认真看上文的会发现,无论是N95或是HEPA滤芯,其过滤测试颗粒大小均是直径为0.3微米的颗粒物,那么直径为0.74~2.12微米的飞沫核不就防不住了么?那是不是口罩也没什么用了?


错,大错特错,这里大部分人,甚至空气净化器厂商都搞错了这一点。


(某空气净化器宣传页,写着HEPA滤芯无法过滤直径小于0.3微米的颗粒)


在此次疫情之前,大家回想一下为什么那么多人购买“医用级”空气净化器?


是的,是因为PM2.5形成的雾霾。PM2.5的意思就是直径小于2.5微米的细颗粒物,所形成的气溶胶,它能较长时间悬浮于空气中,造成空气污染。而带有HEPA滤芯的空气净化,经过各种权威实验室验证,能够过滤绝大部分的PM2.5,这岂不是前后矛盾?


原因在于直径为0.3微米的颗粒物最难被过滤。


首先,HEPA滤芯也好,N95也好,其过滤原理并不是你想象中的“拿个渔网捞鱼”,只是因为颗粒直径较大,所以被“拦截”在网上。



这种原理只对大粒子有效,事实上直径较大的粒子也的确是通过这种方式“被留下”的,但如果颗粒直径非常小(纳米级颗粒,小于100纳米,也就是<0.1微米的颗粒),它的运动轨迹甚至会受到空气分子的影响,从而呈现锯齿形移动(布朗运动),最终会因为范德华力被吸附在纤维上,从而被过滤掉。(1纳米=0.001微米)



根据NASA称,HEPA滤芯几乎能够过滤100%的纳米颗粒。


(NASA对HEPA滤芯的研究报告)


明尼苏达大学也对此做了相关试验,结果显示,HEPA滤芯过滤掉了99.9%的小于5纳米的颗粒。



同样的原理也适用于口罩,测试中3M的N95口罩,能够以96%的效率过滤7纳米以下颗粒。



说了这么多,那为什么无论是口罩还是HEPA滤芯都关注于直径为0.3微米的颗粒呢?因为这个直径区间的颗粒,直径大于纳米颗粒很多,所以无法按照布朗运动被吸附在纤维上,同时又不足够大,所以无法被轻易拦截在“缝隙”中。


(横坐标颗粒直径,纵坐标过滤效率)


所以各类过滤产品都是以直径为0.3微米的颗粒作为标准,也就是说在这个范围内的颗粒如果拦截效率很好,其他直径的颗粒过滤效率会更好。


同样的道理适用于工作原理一致的口罩,无论是棉质口罩、纱布口罩,还是医用外科口罩、N95口罩,其过滤效率与颗粒直径大小关系同样如此。(所以针对新冠病毒,医用外壳口罩就足矣,0.74~2.22区间第二条线)


(图/自媒体“回形针PaperCLip”制作的《关于新冠肺炎的一切》)


事实上,HEPA滤芯概念最早源自于二战期间防毒面具的改进,以防止士兵吸入化学烟雾;后来在1940年代,美军为了研制过滤空气中含有的放射性物质,进一步改进了HEPA滤芯,当时就发现了直径为0.3微米的颗粒最难被过滤掉。直到1950年代,HEPA滤芯进入商业化,并不断经过改进,广泛适用于航空航天、医药处理、医院、核工业等多重行业。


总结一下,HEPA滤芯本身与N95口罩无异,甚至由于体积优势其实际效果(级别大于E95)更优于N95口罩,所以的确能够有效阻拦直径为0.74~2.12微米的飞沫核颗粒。


但是,这并不意味着装载着HEPA滤芯的车载过滤系统,就能有效阻碍新冠病毒。因为,给自己脸上戴个口罩,能够保证“呼吸”在安全环境中,但对于汽车来说,“进气”不仅仅来自于过滤系统


车载空气过滤系统,并不是汽车加装一个HEPA滤芯或者加个净化器那么简单,无论是整套系统的使用环境和可能面对的各种情况,都比家庭环境要复杂很多。不仅要考虑整套系统的鲁棒性和寿命,还要保证整套空调和过滤系统本身的气密性,以及整车的气密性。


假如你的车上具有PM2.5过滤功能,在有限的车内空间内,其实并不需要多大难度就能快速将车内空气质量提高,但这并不能保证没有新的污染进来,因为无论在空调系统内部还是车门等缝隙处,都有可能有外界空气直接进来,从而无法保证“病毒防护”级别的过滤。


这也是为什么急救车所采用的是负压过滤系统,由于这类级别的车用途特殊且造价较高,所以通过整车严格的气密性设计,在车内将可能污染过的空气快速排除车外,并通过产生的负压,迫使外界空气从指定的过滤系统进入车内,以保证绝对的医疗级别安全和快速排除可能污染的空气。


所以,对于一般民用车辆来说,要么保证极高的过滤系统和整车密闭性,要么像特斯拉在2016年推出的“生化防御”模式中,Model S/X在使用H13级别HEPA滤芯为主的过滤系统之外,通过空调过滤系统将车内进气量增大,使得车内始终保持在正压状态,也就是即便存在可能的气密性问题,也会由于正压能够将外界空气“抵御”在车外。


(特斯拉Model X过滤系统测试结果)


目前笔者并未从各家“N95级别汽车”的资料中,确认各家所采用的是哪种方式来保证系统本身和车辆本身气密性,并且没有实际的测试结果,所以无法推断谁家更好。


但仅就从技术角度来看,首先具有HEPA滤芯肯定强于普通空调滤芯。(可以自行更换空滤为HEPA滤芯)


汽车空调滤芯的过滤效率要求涵盖了从0.3μm到10μm六种不同粒径的颗粒物的过滤要求。但是没有设定粒径小于0.3μm的颗粒物过滤效率要求。


其次,车企在车内空气净化入手较早的车企,技术应该相对成熟一些,在鲁棒性、气密性、寿命方面会更加完善。


最后,也是最重要的,如果不记得勤洗手等基础防护措施,就算车内卫生安全是生化实验室级别的,都没啥用。

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