冬季乘用車車內(nèi)空氣污染物及其釋放規(guī)律

李 倩　何瀟俊 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

冬季乘用車車內(nèi)空氣污染物及其釋放規(guī)律

李 倩何瀟俊 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

根據(jù)冬季用車習(xí)慣，考慮了通風(fēng)方式、行駛狀態(tài)、行駛時(shí)間對乘用車車內(nèi)空氣污染物濃度的影響，得出了空調(diào)內(nèi)循環(huán)時(shí)污染物濃度最高；隨行駛時(shí)間增加，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的濃度增加明顯。

乘用車空氣污染；甲醛；TVOC；釋放規(guī)律

0　引言

隨著家庭乘用車的普及化，由乘用車污染帶來的社會(huì)問題越來越嚴(yán)重。除了乘用車尾氣外，車內(nèi)污染問題也越來越嚴(yán)重地影響人們的健康，使車內(nèi)的駕乘人員產(chǎn)生壓抑、煩躁、注意力無法集中等駕車綜合癥，有的甚至發(fā)生交通事故，這就是人們常說的隱形殺手［1］。近年來，由于生活水平的提高，消費(fèi)者對機(jī)動(dòng)車舒適性有了更高的要求，因此，機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)為了滿足消費(fèi)者這一需求，更加注重機(jī)動(dòng)車內(nèi)部裝飾和車廂的密封性。這一舉措雖然迎合了消費(fèi)需求，但同時(shí)也使車內(nèi)空氣污染物難以擴(kuò)散，從而污染車廂環(huán)境［2］。因此，機(jī)動(dòng)車內(nèi)的空氣污染不僅是環(huán)保問題，更是安全問題，機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)在滿足消費(fèi)者需求的同時(shí)，更應(yīng)采取有效措施改善因機(jī)動(dòng)車內(nèi)飾引起的車廂空氣污染［3］。

空氣污染物的種類非常多，按不同的方法可以分為不同的種類?？偟恼f來空氣污染物包括固體顆粒、微生物和有害氣體［4］。本文主要對車內(nèi)的甲醛、苯及苯系物、TVOC進(jìn)行分析研究。乘用車車內(nèi)空氣中，甲醛主要來源于乘用車尾氣的不完全燃燒以及內(nèi)飾材料及生活用品等化工產(chǎn)品；苯系物主要來源于乘用車內(nèi)飾材料中的有機(jī)溶劑、地面氈、隔音墊等；TVOC主要源于車內(nèi)新型內(nèi)飾材料。

針對車內(nèi)空氣污染普遍性、持久性、復(fù)雜性和嚴(yán)重性的特點(diǎn)，目前國內(nèi)外對此都進(jìn)行了一定的研究。2012 年3月1日，我國開始實(shí)施GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價(jià)指南》［5］的推薦性標(biāo)準(zhǔn)，測試方法引用 HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》［6］，適用于車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)測試。

本次試驗(yàn)根據(jù)冬季用車習(xí)慣，考慮了通風(fēng)方式、行駛狀態(tài)、行駛時(shí)間對乘用車車內(nèi)空氣污染物濃度的影響，對開展有關(guān)乘用車內(nèi)飾材料與車內(nèi)空氣污染的研究、減少車內(nèi)空氣污染具有一定的參考作用。也為今后制訂乘用車車內(nèi)空氣質(zhì)量控制強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)提供理論支持，具有指導(dǎo)意義。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1儀器設(shè)備和試劑

采用UV-1800型紫外可見分光光度計(jì)（島津）；GC-MS 7890A-5975C（Agilent）；熱脫附儀TDSA（Gerstel）；HL-2A恒流采樣器（濟(jì)南科聚儀器設(shè)備有限公司）；AB204-S型分析天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；Tenax TA吸附管（內(nèi)徑6 mm，長90 mm，內(nèi)裝Tenax-TA吸附劑200mg，Gerstel）；TVOC標(biāo)樣；正十六烷標(biāo)樣；正己烷標(biāo)樣；高純氦；高純氮；酚試劑（分析純）；硫酸鐵銨（分析純）；碘化鉀（分析純）；氫氧化鈉（分析純）；濃硫酸；硫代硫酸鈉（分析純）。

1.2實(shí)驗(yàn)車輛

實(shí)驗(yàn)所用的3輛機(jī)動(dòng)車均為新車，由上海某汽車公司提供。

1.3試驗(yàn)方法

由于我國目前還沒有針對機(jī)動(dòng)車空氣質(zhì)量的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，而推薦性標(biāo)準(zhǔn)并不適用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和行駛中的車輛，故本文按照GB/T 18204.2-2014和GB 18883-2002規(guī)定的方法測定車內(nèi)空氣中的甲醛和其他有機(jī)污染物。

1.3.1樣品采集

先測試車外目標(biāo)物的背景質(zhì)量濃度。根據(jù)本次試驗(yàn)的測定條件，冬季一般乘用車可分為靜態(tài)閉窗不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、靜態(tài)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并且空調(diào)內(nèi)循環(huán)、靜態(tài)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并且空調(diào)外循環(huán)和行駛過程中空調(diào)外循環(huán)這四種情況。本文針對上述四種情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。檢測前將車門打開8 h，使車內(nèi)原本的氣體散去，以免其他混合氣對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，然后關(guān)閉門窗16 h后再進(jìn)行測量［7］。用HL-2A恒流采樣器采樣，速率為0.5 L/min，采樣時(shí)間20 min，并記錄采樣點(diǎn)的溫度和大氣壓力。甲醛采樣用一個(gè)內(nèi)裝5 mL吸收液的大型氣泡吸收管，采樣后樣品在室溫下應(yīng)24 h內(nèi)分析。苯系物及TVOC利用含有Tenax TA吸附劑的吸附管吸附并用質(zhì)譜分析。

1.3.2甲醛檢測

本試驗(yàn)采用酚試劑分光光度法檢測?？諝庵械募兹┡c酚試劑反應(yīng)生成嗪，嗪在酸性溶液中被高鐵離子氧化成藍(lán)綠色化合物。在630 nm處，用紫外可見分光光度儀根據(jù)顏色深淺、比色定量。

1.3.3有機(jī)物檢測

二級熱脫附儀的采樣管初始溫度：40 ℃；脫附溫度：280 ℃；脫附流量：60 mL/min；脫附時(shí)間：5 min；聚焦管初始溫度：-50 ℃，脫附溫度：280 ℃；脫附時(shí)間：1 min；傳輸線溫度280 ℃。

色譜毛細(xì)管柱：Agilent 123-0162（60 m×320 μm ×0.25 μm）；柱箱升溫，初始溫度為50 ℃，保持10 min，升溫速率5 ℃/min，溫度升至250 ℃后保持2 min；柱流量1.2 mL/min；進(jìn)樣方式：分流，分流比50∶1；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃；溶劑延遲9 min。

1.3.4正己烷和正十六烷的停留時(shí)間

依據(jù)GB 18883-2002，利用Tenax TA采樣，非極性色譜柱（極性指數(shù)小于10）進(jìn)行分析，在正己烷和正十六烷之間的揮發(fā)性化合物，稱為總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC），正己烷與正十六烷的出峰時(shí)間分別約為9.697 min和41.096 min。

2　結(jié)果與討論

2.1通風(fēng)方式對車內(nèi)空氣污染物濃度的影響

乘用車車內(nèi)與車外空氣的交換是自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的結(jié)果。空氣交換率是車內(nèi)與車外空氣交換的速率，表示為單位小時(shí)通過特定空間的空氣體積與該空間體積之比，單位為次/h。乘用車的通風(fēng)方式主要分為空氣流速和空氣交換率，而材料表面空氣流動(dòng)可以加速氣態(tài)污染物質(zhì)的擴(kuò)散。如果空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，材料與空氣界面層的濃度將會(huì)升高，降低材料內(nèi)部氣態(tài)污染物的遷移，從而使其釋放速率減小。另外，如果空氣交換率不同，空氣交換率越高，氣態(tài)污染物的濃度越低。因此有必要考察污染物濃度隨通風(fēng)方式的變化關(guān)系。

結(jié)合冬季用車習(xí)慣，本次試驗(yàn)測定了 1～3 號車分別在空氣靜止（密閉車窗）、空調(diào)內(nèi)循環(huán)、開窗三種情況下，空氣中的污染物濃度隨通風(fēng)方式的變化關(guān)系，并根據(jù)3輛機(jī)動(dòng)車的平均值繪制圖1和圖2。

圖1　不同通風(fēng)狀態(tài)下各個(gè)組分污染物濃度的變化

圖2　不同通風(fēng)狀態(tài)下TVOC濃度的變化

由圖得出，相較于閉窗和開窗的情況，開啟空調(diào)內(nèi)循環(huán)時(shí)，車內(nèi)空氣中各個(gè)組分和TVOC的濃度都是最高的，此結(jié)論與Marion［8］報(bào)道的類似。這是由于空調(diào)內(nèi)循環(huán)時(shí)，車內(nèi)空氣流速增大使得車內(nèi)污染物質(zhì)不能與室外空氣交換，從而污染物濃度增大。如果空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，材料與空氣界面層的濃度將會(huì)升高，進(jìn)而影響材料內(nèi)部氣態(tài)污染物質(zhì)的遷移，使材料中氣態(tài)污染物質(zhì)的釋放速率減小。開窗時(shí)，車內(nèi)空氣可以與外界新鮮空氣交換，所以其車內(nèi)空氣污染物濃度最低。

2.2行駛狀態(tài)對車內(nèi)空氣污染物濃度的影響

為考察乘用車在靜態(tài)、行駛情況下車內(nèi)空氣污染物濃度的變化，實(shí)驗(yàn)采集1～3號車在靜態(tài)不啟動(dòng)空調(diào)、靜態(tài)空調(diào)內(nèi)循環(huán)、靜態(tài)空調(diào)外循環(huán)、行駛四種狀態(tài)下的車內(nèi)空氣樣本，并根據(jù)3輛車的平均值得到圖3、圖4。

圖3　靜態(tài)與行駛中各個(gè)組分污染物濃度變化

圖4　靜態(tài)與行駛中TVOC濃度變化

據(jù)圖得出，車內(nèi)空氣中各個(gè)組分的污染物和TVOC的濃度在靜態(tài)開啟空調(diào)內(nèi)循環(huán)下最大，濃度依次降低的是靜態(tài)、靜態(tài)空調(diào)外循環(huán)、行駛開啟空調(diào)外循環(huán)。與靜態(tài)相比，開啟空調(diào)內(nèi)循環(huán)使得車內(nèi)空氣流速增大，內(nèi)飾材料表面的空氣流動(dòng)有助于氣態(tài)污染物質(zhì)擴(kuò)散，而內(nèi)循環(huán)下空氣交換率為零，使得污染物濃度增大；靜態(tài)外循環(huán)下，車內(nèi)外空氣有交換，污染物濃度比靜態(tài)要低；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)空調(diào)外循環(huán)，車內(nèi)外空氣交換率加大，使得車內(nèi)污染物濃度最低。因此，將車啟動(dòng)用空調(diào)內(nèi)循環(huán)的駕駛方式是非常不利于車內(nèi)空氣質(zhì)量的，應(yīng)該盡量避免。

2.3行駛時(shí)間對車內(nèi)空氣污染物濃度的影響

現(xiàn)行的推薦性標(biāo)準(zhǔn)并未考慮實(shí)際使用過程中的污染物。為更好地完善標(biāo)準(zhǔn)，本文對試驗(yàn)的3輛車在正常行駛情況下車內(nèi)空氣污染物濃度變化進(jìn)行研究。鑒于冬季用車習(xí)慣，本次試驗(yàn)在開啟空調(diào)外循環(huán)的條件下進(jìn)行，并根據(jù)3輛車污染物的平均值進(jìn)行分析，得出圖5、圖6。

圖5　行駛中污染物濃度隨空調(diào)外循環(huán)時(shí)間的變化

圖6　行駛中TVOC濃度隨空調(diào)外循環(huán)時(shí)間的變化

可以看出，在0～20 min內(nèi)隨著行駛時(shí)間的增加，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的濃度均有不同程度的增加，但在20～90 min，污染物濃度略有下降。而乙酸丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷在行駛過程中濃度均變化不大。這可能由于機(jī)動(dòng)車剛啟動(dòng)時(shí)催化轉(zhuǎn)化器不能立即進(jìn)入正常工作狀態(tài)、燃料不完全燃燒有關(guān)，而隨著燃料燃燒的逐漸完全并且空調(diào)外循環(huán)使得內(nèi)外空氣的交換速率達(dá)到平衡，相較于剛開始行駛，行駛時(shí)間的增加反而減少了污染物的濃度。根據(jù)上述情況，在剛開始行駛時(shí)，盡量保持一定的開窗來增加與外部空氣交換，從而降低由于剛開始燃料燃燒不充分所帶來的污染物濃度的增加。所以標(biāo)準(zhǔn)上只限制靜止?fàn)顟B(tài)下的污染物的數(shù)值顯然是不充分的，更應(yīng)該考慮實(shí)際使用過程中的情況。

3　結(jié)語

本次試驗(yàn)根據(jù)冬季用車習(xí)慣，考慮了通風(fēng)方式、行駛狀態(tài)、行駛時(shí)間對乘用車車內(nèi)空氣污染物濃度的影響，得出了不同通風(fēng)方式下空調(diào)內(nèi)循環(huán)時(shí)污染物濃度最高；在不同方式下，污染物濃度依次降低的是靜態(tài)開啟空調(diào)內(nèi)循環(huán)、靜態(tài)、靜態(tài)空調(diào)外循環(huán)、行駛開啟空調(diào)外循環(huán)；在行駛開始過程中，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的濃度增加，而乙酸丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷的濃度變化不大。綜合上述情況，冬季用車時(shí)，盡量在剛行駛過程中開啟空調(diào)外循環(huán)并開窗通風(fēng)，以降低污染物濃度，并希望本文對相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制訂提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

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Research on the air pollution inside saloon car and its release in winter

Li Qian， He Xiaojun
（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research）

Based on winter car habit， we considered the ventilation mode， the driving state and the impact of travel time on the air pollutant concentrations inside saloon car that the highest concentration of pollutants was in the air-conditioning cycle； However， the increase of travel time made formaldehyde， benzene， toluene ， xylene， TVOCs’concentrations increasing significantly.

air pollution inside saloon car； formaldehyde； TVOC； release