乘用車車內(nèi)空氣污染與防治

晁華，張龍，胡曼，李學(xué)強(qiáng)，黃晶慧，史斌斌，韓鵬，晁燕

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，湖北 襄陽 441004）

前言

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及人民生活水平提高，國內(nèi)汽車保有量和新車銷量逐年升高，2017年，我國乘用車產(chǎn)銷2480.67萬輛和2471.83萬輛，同比增長1.58%和1.40%。汽車已經(jīng)成為我們生活中最重要的出行交通工具，乘坐汽車的機(jī)會(huì)也越來越多，在車內(nèi)時(shí)間也越來越長，車輛已經(jīng)成為人類的第二生活空間。與此同時(shí)，汽車安全與舒適性已經(jīng)越來受到人們的重視。近年來，人們對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量較為關(guān)注，正在逐步實(shí)施的國六排放標(biāo)準(zhǔn)已將車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物排放納入考核范圍。關(guān)于乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB/T27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》暫時(shí)為非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，缺乏一定約束力，無法對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行有效管控，造成大量低環(huán)保甚至有毒制品流入市場(chǎng)，給駕乘人員身體健康造成巨大危害。伴隨著多起因車內(nèi)空氣質(zhì)量問題而引發(fā)的的安全及健康事件以后，人們的用車?yán)砟钜舶l(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再單純追求車輛外觀及駕駛性能，而是把注意力更多的投向車內(nèi)空氣質(zhì)量上。與室內(nèi)環(huán)境相比，車輛具有空間狹小、人員密度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、車內(nèi)溫度變化快等特點(diǎn)，其內(nèi)部空氣質(zhì)量也較為復(fù)雜。文章從車內(nèi)空氣中污染物來源、影響因素及污染控制三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

1 乘用車內(nèi)空氣污染物的來源

汽車內(nèi)空氣質(zhì)量不僅與車內(nèi)環(huán)境因素有關(guān)，還與車輛行駛過程中的車外環(huán)境有關(guān)。據(jù)了解，最常見的車內(nèi)污染物有30多種，其主要有三類，即揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）、懸浮顆粒及微生物。關(guān)于乘用車內(nèi)空氣污染物的來源，周進(jìn)林、朱熠和辛強(qiáng)等人做了相應(yīng)研究，其主要來源有汽車內(nèi)飾件釋放出來的VOC、車外環(huán)境污染物、車輛自身排放的污染物、成員攜帶的污染物等[1-3]。

1）汽車內(nèi)飾件以及車內(nèi)裝飾用的非金屬材料所釋放出來的有害物質(zhì)。甲醛作為一種性能優(yōu)良的化工原料，在皮革的制造過程中廣泛應(yīng)用，其通常以甲醛作為鞣制劑，在清洗和上色工藝中以醛類物質(zhì)作為固定劑。織物的生產(chǎn)過程中也使用的大量助劑（防老化劑、交聯(lián)劑、柔軟劑、防水防污劑等）以保證其經(jīng)久耐用且防皺阻燃，而這些助劑大都是烴類或醛酮類產(chǎn)品，極易揮發(fā)。膠粘劑作為一種醛類及苯類含量較高的物質(zhì)，不可避免的應(yīng)用到車內(nèi)，其使用量為 5～25kg/輛。另外汽車使用的人造板材、保溫材料、密封材料、涂料、塑料、橡膠、泡沫等材料在加工和生產(chǎn)過程中均加入了有機(jī)溶劑、添加劑、助劑等易揮發(fā)成分，在車輛的使用過程中不斷揮發(fā)到空氣中，造成車內(nèi)污染。該類揮發(fā)性污染物主要有苯系物、醛酮類物質(zhì)、鹵代烴及碳?xì)浠衔锏?，其?duì)人體產(chǎn)生危害，引發(fā)頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀。

2）車外環(huán)境的污染。車外空氣中含有各種污染物，當(dāng)車輛進(jìn)行換氣或門窗未緊閉時(shí)，大氣中的CO2、CO、PM2.5、多種揮發(fā)性有機(jī)物等進(jìn)入車內(nèi)，造成車內(nèi)空氣污染。在行駛狀態(tài)下，即使不開車窗和空調(diào)換氣，車內(nèi)外空氣仍然會(huì)發(fā)生流通，道路上汽車排放的 VOC也將進(jìn)入車內(nèi)，導(dǎo)致車內(nèi)空氣進(jìn)一步惡化。

3）進(jìn)入車內(nèi)的汽車自身排放的污染物。這類污染物主要來源于汽車尾氣和空調(diào)等系統(tǒng)。汽車尾氣的主要污染物是一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、鉛、硫化物等。有害氣體會(huì)通過車輛密封不嚴(yán)處進(jìn)入車內(nèi)，對(duì)人體造成各種危害。特別是在擁堵或復(fù)雜路況上，車外環(huán)境中有害物質(zhì)的濃度較高，導(dǎo)致車內(nèi)污染物濃度升高。此外，車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)是產(chǎn)生車內(nèi)空氣生物污染的主要因素之一。若汽車空調(diào)長時(shí)間未清洗，其內(nèi)部會(huì)積累大量污垢，并有可能產(chǎn)生胺、煙堿、細(xì)菌等有害物質(zhì)，在使用空調(diào)時(shí)會(huì)將有害物質(zhì)吹入車內(nèi)，造成空氣污染。

4）乘坐人員攜帶的污染物。乘員人體活動(dòng)過程中也會(huì)產(chǎn)生大量污染物，造成車內(nèi)污染加重，如呼吸、汗液等排出過程中會(huì)產(chǎn)生氮化物、乳酸以及大量角質(zhì)層等。另外人們通過打噴嚏、咳嗽、說話等過程中將呼吸道內(nèi)的病原體排到車內(nèi)空氣中。特別是乘員在車上吸煙會(huì)嚴(yán)重影響車內(nèi)空氣質(zhì)量，抽煙產(chǎn)生的煙霧與車輛本身產(chǎn)生的一氧化碳等氣體混合，會(huì)導(dǎo)致乘員頭暈、乏力、惡心等不適。同時(shí)，車上其他乘員被迫抽著“二手煙”甚至“三手煙”，危害乘員健康。

車內(nèi)污染物的種類繁多，其中揮發(fā)性有機(jī)物是車內(nèi)空氣中的重要污染物。其揮發(fā)時(shí)間長，有些揮發(fā)物質(zhì)伴隨整個(gè)車的使用壽命都有揮發(fā)，不易覺察。有些揮發(fā)物質(zhì)無色無味，短時(shí)間對(duì)身體損害不明顯，但是長時(shí)間對(duì)身體危害巨大等特點(diǎn)。因此 VOC是車內(nèi)空氣污染控制的重中之重，是汽車安全性能的重要指標(biāo)，應(yīng)該引起我們的重視。文章采用 VOC濃度作為一個(gè)量化指標(biāo)來表示車內(nèi)空氣中總體污染物濃度。

2 乘用車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物響因素分析

乘用車內(nèi) VOC濃度受到外因和內(nèi)因共同作用，其主要影響因素包括環(huán)境溫濕度、出廠年限、行駛里程、道路空氣狀況、車內(nèi)通風(fēng)模式及車內(nèi)飾狀況等。這些因素相互干擾對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的準(zhǔn)確有效評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響。因此，在評(píng)價(jià)車內(nèi)空氣質(zhì)量時(shí)，應(yīng)充分考慮溫濕度、車內(nèi)通風(fēng)模式、車內(nèi)裝飾等因素。

2.1 溫濕度的影響

溫度對(duì)聚合物分解速率、揮發(fā)性有機(jī)物擴(kuò)散系數(shù)及其解吸速率等產(chǎn)生影響，因此車內(nèi)溫度是影響車內(nèi) VOC含量的重要因素之一[4]。當(dāng)溫度增加時(shí)，車內(nèi)飾材料中含有的有機(jī)溶劑、膠粘劑、添加劑、助劑等活動(dòng)劇烈，其揮發(fā)和擴(kuò)散速率隨之增加，導(dǎo)致車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物濃度升高[5]。在自然暴曬條件下，車內(nèi)輻照度增加導(dǎo)致車內(nèi)溫度升高，最高溫度可達(dá)到70℃，此時(shí)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物處于活躍狀態(tài)。張傳楨等人研究發(fā)現(xiàn)，暴曬后車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的總含量增長了180.91%，甲醛增長了178.72%，乙醛增長了183.32%，丙醛增長了 178.72%等[6]。由此可見，溫度對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度影響較為嚴(yán)重。文章基于某車型，依據(jù) HJ400-2007和ISO 12219-1:2012中的常溫和高溫采樣及分析方法，其采樣過程見圖1，研究了不同溫度條件下，溫度對(duì)車內(nèi)VOC濃度的影響，其結(jié)果如圖2所示。常溫時(shí)，車內(nèi)溫度為25℃，模擬光照條件下，車內(nèi)溫度高達(dá)55℃左右，而儀表板的溫度高達(dá)80℃，座椅表面溫度高達(dá)60℃。從圖2中可以看出，溫度對(duì)車內(nèi) VOC濃度的波動(dòng)影響比較大。光照條件下，車內(nèi)各種揮發(fā)性有機(jī)物的濃度均成倍增加，與常溫狀態(tài)下的比值達(dá)到3-6倍，其中甲醛濃度受溫度影響最大，高溫下，甲醛的濃度增長了 4.5倍。另外光照條件下，車內(nèi)空氣中甲醛、乙醛和苯的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)限值（甲醛≤0.1mg/m3,乙醛≤0.05mg/m3，苯≤0.11mg/m3）。由此可以看出，當(dāng)車輛經(jīng)過暴曬后，車內(nèi)污染物濃度增加，對(duì)人體的危害也隨之增加。

圖1 溫度和采樣進(jìn)度圖

而關(guān)于濕度對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的影響，有研究發(fā)現(xiàn)，濕度對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度影響并不明顯[7]。通常認(rèn)為，當(dāng)車內(nèi)溫度較高時(shí)，相對(duì)濕度并不是引起室內(nèi)污染物或人體健康的原因，但是室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度對(duì)人體舒適性和健康有間接影響，其表現(xiàn)在能引起室內(nèi)微生物和化學(xué)物質(zhì)的繁殖和傳播[8]。

圖2 模擬光照條件下車內(nèi)VOC含量

2.2 車內(nèi)裝飾物的影響

大多消費(fèi)者購買新車后都要對(duì)車內(nèi)進(jìn)行裝飾，例如汽車地毯、座椅套、汽車靠枕、方向盤套、遮陽膜等，而目前為止我國還沒有專門針對(duì)汽車內(nèi)裝飾材料有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)，不能嚴(yán)格控制有害物質(zhì)含量高和釋放量高的汽車裝飾件的生產(chǎn)和銷售，因而一些含有有毒有害物質(zhì)的廉價(jià)車內(nèi)裝飾件很容易作為污染源頭引入車內(nèi)，使車內(nèi)空氣中 VOC的含量增加，威脅人的身體健康[9]。而其中汽車地墊和座椅套為消費(fèi)者使用最多且面積較大的部件，對(duì)車內(nèi) VOC的影響也較為嚴(yán)重?；诖?，文章研究了汽車地墊及座椅面套對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物含量的貢獻(xiàn)，其結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，加地墊和座椅面套裝飾后，車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的含量均有不同程度的增加，其中甲醛濃度變化較為明顯，加裝飾后甲醛濃度為裝飾前的 2.8倍，超過了標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。雖然國家出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車內(nèi) VOC含量進(jìn)行了限值，汽車廠商對(duì)車內(nèi)零部件進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，放棄使用氣味沒有達(dá)標(biāo)的材料，但是這些設(shè)計(jì)和努力很容易被一個(gè)劣質(zhì)的車內(nèi)裝飾件（座椅套、地墊等）破壞，導(dǎo)致車內(nèi)VOC含量超標(biāo)。因此，消費(fèi)者應(yīng)慎重選擇和購買車內(nèi)裝飾，盡量不大面積使用車內(nèi)裝飾。

圖3 裝飾后車內(nèi)VOC含量

2.3 通風(fēng)模式的影響

車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)過程是一個(gè)復(fù)雜多變的過程，其包括蒸發(fā)、解吸附、擴(kuò)散、對(duì)流等過程，而車內(nèi)通風(fēng)量、氣流速度等對(duì)該過程的影響較大。在通風(fēng)良好的狀態(tài)下，車內(nèi)的污染物是可以控制的。良好的通風(fēng)條件可以加快車內(nèi)空氣的交換，促進(jìn)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的擴(kuò)散，從而有效的降低車內(nèi) VOC的濃度值。張仲蓉和丁瑾等人的研究發(fā)現(xiàn)，短期通風(fēng)后，車內(nèi)甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯的質(zhì)量濃度減少幅度可達(dá)40%左右[10]。在靜止?fàn)顟B(tài)下，將車內(nèi)空調(diào)開到自動(dòng)擋模式，分別開啟內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，車內(nèi)空氣中甲醛濃度情況見圖 4。從圖中可以看出，當(dāng)空調(diào)開啟時(shí)，除甲醛和二甲苯以外，車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度均有大幅度降低，開啟外循環(huán)，濃度降低情況更加明顯。其中乙醛和甲苯濃度降低最為明顯，開啟內(nèi)循環(huán)時(shí)，乙醛濃度減少了 62.5%，甲苯減少了 36.8%；開啟外循環(huán)時(shí)，乙醛減少了 75%，甲苯減少了53.5%。而在開啟內(nèi)循環(huán)時(shí)，甲醛和二甲苯的濃度反而增加，這可能是由于開啟內(nèi)循環(huán)會(huì)促使該類污染物從材料中釋放出來[11]，車內(nèi)的空氣不與外界流通，讓車內(nèi)空氣變得污濁，影響車內(nèi)空氣質(zhì)量?？梢?，外循環(huán)通風(fēng)模式是排除車內(nèi)污染物的有效手段。

圖4 開啟空調(diào)條件下車內(nèi)VOC含量

3 乘用車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染控制

從之前的研究中可以看出，車內(nèi)溫濕度、通風(fēng)狀況及車內(nèi)裝飾等都會(huì)對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的含量產(chǎn)生影響，因此可以從其影響因素著手，對(duì)車內(nèi)污染物進(jìn)行控制。

3.1 源頭控制

源頭控制即對(duì)車內(nèi)裝飾材料進(jìn)行控制。車內(nèi)零部件材料的使用情況是車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物種類的決定性因素，也是揮發(fā)性有機(jī)物含量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)內(nèi)飾件的控制是控制車內(nèi)空氣質(zhì)量的第一步，也是關(guān)鍵性的一步。而造成車內(nèi)空氣污染的主要內(nèi)飾材料有內(nèi)裝飾、塑料件、座椅材料、保溫材料、噴漆材料以及輔助材料、粘結(jié)材料等，所以在選用這些材料時(shí)，應(yīng)選擇對(duì)人體健康無傷害、無揮發(fā)性刺激的環(huán)保材料。此外內(nèi)飾選用時(shí)，也應(yīng)注意以下幾點(diǎn)[12]：1）采用環(huán)保型注塑材料代替常規(guī)材料。2）禁用或少用 POM 材料。3）改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用注塑工藝代替熱壓合工藝。4）采用環(huán)保材料代替常規(guī)采用過的熱壓合材料。5）減少PU發(fā)泡件的使用。6）減少溶劑型膠粘劑的使用。

3.2 加強(qiáng)車內(nèi)通風(fēng)換氣

通風(fēng)換氣是排出車內(nèi)空氣中污染物和改善車內(nèi)空氣質(zhì)量的最有效的措施。合理的控制車內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)，能保證車內(nèi)有良好的空氣環(huán)境和足夠的新鮮空氣，以防止成員疲勞、頭痛和惡心。在車外空氣較好的情況下，開車前將車門打開進(jìn)行換氣，行駛過程中多開窗，使用自然風(fēng)代替空調(diào)。在采用空調(diào)通風(fēng)換氣的同時(shí)，也要科學(xué)切換空調(diào)的內(nèi)外循環(huán)功能。在車外空氣污染嚴(yán)重的情況下，應(yīng)避免車外空氣中的污染物進(jìn)去車內(nèi)，以免加重車內(nèi)污染情況，此時(shí)應(yīng)將外循環(huán)關(guān)閉，只有車內(nèi)空氣循環(huán)。

3.3 車內(nèi)溫度控制

如前所述，車內(nèi)溫度越高，VOC濃度越大，因此可以通過控制車內(nèi)溫度來降低車內(nèi)污染物的濃度。在炎熱的夏季，太陽光較強(qiáng)，長時(shí)間的暴曬會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)溫度升高，車內(nèi)飾材料在較高溫度下會(huì)釋放出對(duì)人體有害的甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物。因此，在停車時(shí)，應(yīng)選擇陰涼的停車點(diǎn)，或?yàn)檐嚿w上遮陽布。行車過程中，不可避免的要遭受太陽暴曬，此時(shí)也可以選擇安裝環(huán)保的遮陽窗簾或貼膜，來減少太陽光的照射，開窗開空調(diào)等來降低車內(nèi)溫度。車子暴曬后不要立即行車，應(yīng)敞開車門通風(fēng)，待異味排除后再開車，進(jìn)而在一定程度上降低污染物濃度，減輕對(duì)人體的傷害。

3.4 車內(nèi)空氣凈化技術(shù)

吸附凈化技術(shù)是一種傳統(tǒng)的VOCs處理方法，技術(shù)較為成熟，也是吸附有機(jī)廢氣的首選方法。在吸附法中最常用的吸附劑為活性炭，其具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的微孔孔容，具有良好的吸附性，可吸附空氣中的各種氣態(tài)、膠態(tài)與顆粒態(tài)污染物質(zhì)，從而達(dá)到消毒除臭、凈化車內(nèi)空氣的目的[13]。而且使用活性炭屬于物理方法，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。不過，需要注意的是，活性炭包是有使用周期的，只在一定時(shí)期內(nèi)有效，因此，要注意及時(shí)更換。

生物法是指利用微生物吸附和分解有機(jī)物的方法。生物凈化目前最普遍使用的是生物酶凈化技術(shù)，其核心技術(shù)是用某種生物酶對(duì)這種活性纖維進(jìn)行特殊處理。技術(shù)的關(guān)鍵是利用生物感應(yīng)和生物激活技術(shù)，實(shí)現(xiàn)活體纖維的自呼吸功能，使纖維中的蛋白酶同空氣中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯及TVOC和氦氣、霉菌等發(fā)生生物分解和生物融合。生物酶用于車內(nèi)環(huán)境污染的凈化治理具有以下特點(diǎn)：無二次污染、適應(yīng)范圍廣、使用簡(jiǎn)單、成本低、純綠色環(huán)保產(chǎn)品[14]。使用生物酶進(jìn)行車內(nèi)環(huán)境的凈化治理，既可以有效降解對(duì)人體有害的有機(jī)物（甲醛，苯等），又可以起到抑菌的作用，也不會(huì)造成二次污染。

光催化氧化是在外界可見光的作用下發(fā)生催化作用,光催化氧化反應(yīng)是以半導(dǎo)體及空氣為催化劑，以光為能量，將有機(jī)物降解為CO2和H2O。國內(nèi)外研究光催化氧化分解有機(jī)物凈化密閉空間內(nèi)空氣始于20世紀(jì)90年代[15]。世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括 (TiO2)， (ZnO)， (SnO2)， (ZrO2)，(CdS)等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體，其中 TiO2因其氧化能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定無毒，成為世界上最常用的光觸媒材料[16]。二氧化鈦光催化技術(shù)在常溫常壓下可以降解多種痕量有機(jī)污染物，其反應(yīng)速度較快、降解充分、消耗能源少，較適合車內(nèi)空氣的凈化。二氧化鈦光催化劑可直接涂敷在空調(diào)或者車內(nèi)飾表面，在光線包括可見光和紫外線的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈催化降解功能——能有效地降解車內(nèi)空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細(xì)菌，并能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時(shí)還具備除臭、抗污等功能。

4 結(jié)論

車內(nèi)空氣污染物主要有揮發(fā)性有機(jī)物、懸浮顆粒及微生物等，主要來源于車內(nèi)飾件及車外環(huán)境中，其中揮發(fā)性有機(jī)物為主要污染物對(duì)人體危害最大。影響車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物濃度的影響因素較多，文章從溫濕度、車內(nèi)裝飾及通風(fēng)情況這三個(gè)方面研究了車內(nèi)污染物的變化情況。研究結(jié)果表明：1）溫度對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度影響較大。模擬光照條件下，各種VOC濃度均增加了2-5倍；2）車內(nèi)裝飾件引入了較多的污染物，導(dǎo)致車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物含量超標(biāo)，加地墊和座椅面套后，甲醛濃度增加了2倍；3）通過通風(fēng)狀況對(duì)VOC濃度的影響，得出外循環(huán)是排除車內(nèi)污染物的有效手段。另外，通過對(duì) VOC濃度影響因素的研究，對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的控制提供了理論支持。

隨著人們環(huán)保意識(shí)和自我保護(hù)意識(shí)的提高，人們對(duì)車內(nèi)環(huán)境問題的關(guān)注也不斷增加。推進(jìn)綠色環(huán)保材料和工藝是汽車內(nèi)飾發(fā)展的必經(jīng)之路，國家相關(guān)部門、汽車廠商、零部件廠商以及新材料開發(fā)商等都應(yīng)共同努力，解決和攻克難關(guān)。國家應(yīng)盡快強(qiáng)制實(shí)施車內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)汽車零部件、整車的管控的同時(shí)，也應(yīng)對(duì)市場(chǎng)上銷售的車內(nèi)裝飾件進(jìn)行約束。