郭瑞華,孫翰林,宋媛媛,胡 玢,朱佐剛,林馭寒
(北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所,北京 100054)
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市不斷擴(kuò)張,人們由于通勤、商務(wù)出行、旅行和購物等需要[1-2],每天會(huì)有6%~8%的時(shí)間待在車內(nèi)[2-6],車內(nèi)空間已被認(rèn)為是一種特定的室內(nèi)微環(huán)境和工作場所[7-12]。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)作為室外環(huán)境中眾所周知的空氣污染物[13-14],也存在于車內(nèi)空氣中。國內(nèi)外研究表明,車內(nèi)種類繁多的VOCs(主要由烷烴、烯烴、苯系物和其它含氧化合物組成)會(huì)惡化車內(nèi)空氣[15-17],且其濃度可能比環(huán)境空氣高5~10倍,比其它室內(nèi)空氣高3倍[1,9-11,18]。若駕乘人員經(jīng)常暴露在密閉且空間狹小的車內(nèi)環(huán)境中,會(huì)出現(xiàn)頭痛、乏力等癥狀,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)皮炎、哮喘、免疫力低下、白細(xì)胞減少,甚至致癌[17-26]。因此,車內(nèi)空氣污染不僅會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害,還會(huì)影響行車安全[19-20]。
車內(nèi)空氣污染物來源根據(jù)車輛狀態(tài)不同(工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài))而發(fā)生變化。當(dāng)車輛為實(shí)際工作狀態(tài)時(shí),車內(nèi)污染物主要來源于車外污染物的滲入、車輛排放的污染物的滲入和燃料泄漏[1,8,12,16,27];當(dāng)車輛為靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),主要污染源是車用內(nèi)飾材料中所含有害物質(zhì)的釋放[28-30]。此外,車內(nèi)通風(fēng)狀況、溫度和濕度、車齡、內(nèi)部體積、車輛品牌、行駛模式、行駛區(qū)域環(huán)境條件及時(shí)段等都是影響車內(nèi)空氣污染狀況的因素[1-2,16-17,27,31-32]。本文對(duì)近27年來國內(nèi)外在車內(nèi)空氣污染方面的研究進(jìn)行綜述和評(píng)價(jià),主要著眼于不同影響因素所引起的車內(nèi)空氣污染狀況的變化。
通風(fēng)是車內(nèi)外空氣交換的過程,對(duì)污染物的動(dòng)態(tài)傳輸具有重要影響[28,33]。已有文獻(xiàn)研究了以下4種通風(fēng)模式對(duì)污染物濃度的影響:(1)打開車窗;(2)關(guān)閉風(fēng)扇,關(guān)閉再循環(huán);(3)開啟風(fēng)扇,關(guān)閉再循環(huán);(4)開啟風(fēng)扇,開啟再循環(huán)(后3種通風(fēng)模式時(shí)關(guān)閉車窗)[28,34-35]。車窗打開時(shí),空氣交換率高至120 h-1,車內(nèi)外空氣污染物濃度會(huì)立即達(dá)到平衡[36-37],駕駛員側(cè)窗半開時(shí)車內(nèi)污染物濃度最低[16]。車窗關(guān)閉時(shí),車內(nèi)污染物濃度因通風(fēng)模式的改變而發(fā)生明顯變化[34]。當(dāng)通風(fēng)模式由(3)變?yōu)椋?)時(shí),車內(nèi)VOCs濃度增加了50.46%;當(dāng)通風(fēng)模式由(3)變?yōu)椋?)時(shí),VOCs濃度增加了51.38%[35]。當(dāng)通風(fēng)模式為(4)時(shí),車內(nèi)超細(xì)顆粒物(UFP)的測試濃度[38]與模型研究濃度[34]相接近,均為最低,主要是由低空氣交換率、車內(nèi)空氣過濾器過濾及車內(nèi)表面顆粒物沉積等原因所導(dǎo)致[28,34]。當(dāng)開啟空調(diào)時(shí),由于車內(nèi)密閉性更好、自然通風(fēng)更少以及空調(diào)帶入的污染物更多,所以此時(shí)公交車內(nèi)BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)濃度高于未開啟空調(diào)時(shí)的濃度[25]。
通風(fēng)時(shí)的空氣氣流速率和空氣交換率被認(rèn)為是影響車內(nèi)污染物濃度水平的關(guān)鍵因素[39-41]。當(dāng)通風(fēng)模式為(3)時(shí),較大的氣流速率使空氣交換率變大,導(dǎo)致車外大氣中更多顆粒物進(jìn)入車內(nèi),引起車內(nèi)顆粒物濃度升高,但也稀釋了汽車尾氣、駕乘人員呼吸及內(nèi)飾材料散發(fā)的污染物[28]。此外,由車輛密閉性導(dǎo)致的漏風(fēng)會(huì)使車外污染物進(jìn)入車內(nèi),漏風(fēng)主要發(fā)生在汽車后部[42]。SABIN等[43]的研究表明,與車窗部分打開時(shí)相比,車窗關(guān)閉時(shí)公交車內(nèi)苯濃度較高,部分原因是公交車自身排放的尾氣進(jìn)入了車艙。通過通風(fēng)系統(tǒng)的機(jī)械氣流(流量為0~400 m3/h)和通過車輛接縫處的滲透氣流(流量為0~50 m3/h)及漏風(fēng)(流量為10~40 m3/h)是影響車內(nèi)污染物傳送的兩大主要?dú)饬鱗28,36-45]。
降低車內(nèi)污染物濃度最簡便有效的方法就是增加車內(nèi)空氣流通速度,當(dāng)空氣流通速度從0.1 m/s增至0.7 m/s時(shí),車內(nèi)VOCs濃度從1.78 mg/m3降至1.2 mg/m3[31]。最初由內(nèi)飾材料散發(fā)的VOCs在車內(nèi)聚積越來越多,濃度越來越高,但是當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí),污染物濃度降低,最終通過通風(fēng)的方式將污染物除去[30]。
研究報(bào)告指出,新車內(nèi)空氣中的污染物含量明顯高于當(dāng)今室內(nèi)環(huán)境的推薦含量[46],新車內(nèi)的污染物大多與車用內(nèi)飾材料的散發(fā)有關(guān)[23]。典型的汽車客艙通常包括室內(nèi)裝潢、方向盤、儀表板、地板、天花板、門/內(nèi)飾板等,這些內(nèi)飾所涉及到的非金屬材料種類繁多,包括皮革、塑料、織物、地毯、密封劑、粘合劑、油漆、泡沫墊等[2,16,23,27,30-31,47-48]。汽車生產(chǎn)過程中使用的內(nèi)飾材料不同,散發(fā)的VOCs種類也不盡相同,這些VOCs混合在一起就會(huì)導(dǎo)致新車有異味,是影響新車使用舒適性的一個(gè)重要因素[1,23,49]。
XU等[35]研究發(fā)現(xiàn)配有皮革內(nèi)飾的車內(nèi)VOCs濃度比紡織內(nèi)飾的高1.42倍。皮革內(nèi)飾公交車內(nèi)BTEX平均濃度比其它紡織、塑料、木制或聚氨酯內(nèi)飾公交車內(nèi)的濃度高約150%[25],分別是室外空氣的5.4、7.0、15.4和9.7倍,甲苯和二甲苯濃度超出了中國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,而其它非皮革內(nèi)飾公交車內(nèi)空氣均符合標(biāo)準(zhǔn)要求[25]。由于皮革內(nèi)飾含有的大量膠水或粘合劑會(huì)散發(fā)出VOCs,所以皮革內(nèi)飾公交車內(nèi)的BTEX很大程度上來自于自我積累,其中,粘合劑可能是甲苯和二甲苯的主要來源[22,27]。YOSHIDA等[5]研究發(fā)現(xiàn)配有真皮方向盤的車內(nèi)空氣中,酮、呋喃、苯乙烯和1-甲基-2-吡咯烷酮的濃度顯著高于配有聚氨酯方向盤的車內(nèi)空氣中的濃度;配有真皮座椅的車內(nèi)空氣中,醇和1-甲基-2-吡咯烷酮的濃度高于配有紡織座椅的車內(nèi)空氣中的濃度。但是CHIEN[27]卻認(rèn)為一些紡織內(nèi)飾轎車內(nèi)的BTEX濃度往往高于皮革內(nèi)飾轎車內(nèi)的濃度。
靜態(tài)測試條件下,ZHANG等[2]在中國市場銷售的多款緊湊車型內(nèi)測得的污染物僅限于甲醛、苯、甲苯和二甲苯。CHEN等[17]在中國38輛出租車內(nèi)測得了7種VOCs,包括BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯和十一烷。GRABBS等[7]和YOU等[31]均在新車內(nèi)分析得到了60多種化合物。其中GRABBS研究的每輛車內(nèi)都有甲苯、乙苯、二甲苯和十一烷;YOU研究的新車內(nèi)TVOC(總揮發(fā)性有機(jī)物)濃度約為5 mg/m3,主要污染物為烷烴和芳香族化合物,其中癸烷和間/對(duì)二甲苯濃度最高。FEDORUK等[16]在兩輛新車中基于質(zhì)譜分析得到了100種有機(jī)化合物,其中一輛的主要污染物包括甲苯、苯酚和己內(nèi)酰胺,另外一輛的主要污染物包括甲基癸烷和苯乙烯,兩輛車中測得的TVOC分別超過了5.6 mg/m3和2 mg/m3。YOSHIDA等[1]在一輛新微型廂式車內(nèi)測得了162種VOCs,TVOC濃度接近于14 mg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了日本衛(wèi)生、勞工和福利部的限值要求(0.4 mg/m3),其中主要包括脂肪族和芳香族化合物,測定得到了高濃度的正壬烷、正癸烷、正十一烷、十二烷、十三烷、十六烯、乙苯、二甲苯和2,2'-偶氮二(異丁腈)。YOSHIDA等[12]又在日本國產(chǎn)的101輛私人汽車中測得了275種有機(jī)化合物,其中濃度較高的污染物也是脂肪族和芳香族化合物,主要來自于內(nèi)飾材料的散發(fā)。FABER等[47]研究發(fā)現(xiàn)5輛新車內(nèi)的主要污染物均為脂肪族化合物,主要有十一烷、甲基癸烷、甲基己烷和庚烷,最主要的芳香族污染物為甲苯和乙苯。脂肪族、芳香族和環(huán)狀化合物總量占能識(shí)別出的VOCs的80.5% ~91.5%,而其中10個(gè)主要化合物占能識(shí)別出的VOCs的52.9%~74.0%。CHIEN[27]研究發(fā)現(xiàn)不同型號(hào)車內(nèi)VOCs濃度的差異性平均為47%,而不同品牌之間的差異性平均在95%以內(nèi),單個(gè)VOC濃度范圍從檢測限以下到數(shù)千μg/m3不等。
ZHANG等[2]通過研究高、中、低檔3種價(jià)位車的車內(nèi)空氣發(fā)現(xiàn),低檔車的車內(nèi)污染物濃度最高。CHEN等[17]也研究發(fā)現(xiàn),中檔出租車內(nèi)的VOCs和TVOC濃度低于低檔出租車的,中檔出租車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC的平均濃度是低檔出租車內(nèi)的60%~73%。低檔出租車內(nèi)BTEX、苯乙烯和TVOC的平均濃度是室外空氣的5~12倍。低檔出租車內(nèi)甲苯和二甲苯濃度超過了室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,低檔和高檔出租車內(nèi)TVOC濃度分別是空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的2.71和1.66倍。通過對(duì)車主進(jìn)行問卷調(diào)查,發(fā)現(xiàn)低檔車中某些內(nèi)飾材料具有獨(dú)特的氣味。低檔車中,座椅和靠墊主要由合成纖維制成,方向盤主要由合成橡膠制成,地板由低檔地毯制成,低檔車內(nèi)飾材料的環(huán)保性能較差,所以其車內(nèi)VOCs和TVOC濃度較高[17]。然而也有例外存在,某些高檔車內(nèi)污染物濃度要高于中檔車內(nèi)污染物濃度。YOSHIDA等[5]研究發(fā)現(xiàn),車內(nèi)芳香族化合物、醇、酯、呋喃及含氮化合物的濃度隨汽車價(jià)格的升高而升高,沒有一種污染物的濃度隨汽車價(jià)格的降低而降低。由于測試是在靜態(tài)及封閉條件下進(jìn)行,采樣過程中不會(huì)有任何尾氣進(jìn)入車內(nèi),因此車用內(nèi)飾材料的差異才是車內(nèi)VOCs和TVOC濃度不同的原因,與汽車檔次和價(jià)格無直接關(guān)系。總體上來說,69%受檢車輛的車內(nèi)甲苯和苯濃度超過了空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
以上研究表明,車內(nèi)空間裝飾的多樣化使新車內(nèi)的VOCs濃度各不相同。有些內(nèi)飾顏色不同,有些內(nèi)飾用不同的材料制成,而且有可能同種內(nèi)飾由不同供應(yīng)商采用不同材料制作而成。盡管存在這種差異性,但在類似裝飾的車內(nèi)空間中,VOCs濃度水平是具有可比性的。
新車異味會(huì)隨著汽車的使用(車齡)而逐漸消散,但是會(huì)隨著車內(nèi)溫度的升高而增強(qiáng)[31-32,50],車內(nèi)空氣污染物的濃度非常容易受到車內(nèi)溫度的影響。高溫會(huì)促進(jìn)內(nèi)飾材料表面化學(xué)物質(zhì)的散發(fā),使車內(nèi)VOCs濃度升高40%[20]。溫度很高時(shí),不僅對(duì)于新車,即使是使用多年的車輛(舊車),車內(nèi)污染物的濃度也會(huì)很高。根據(jù)TAYLOR等[51]撰寫的白皮書,在普通住宅中,玻璃僅占總面積的12%~17%;而在車內(nèi),玻璃占90%~100%。如此大的玻璃占有面積使陽光強(qiáng)烈照射時(shí),尤其是夏天,車內(nèi)溫度上升至89 ℃,儀表板溫度高達(dá)120 ℃。因此,雖然冬季車內(nèi)大多數(shù)脂肪烴濃度與室外相同[1],但是夏季車內(nèi)濃度要高于室外濃度,也高于冬季車內(nèi)濃度[30]。車輛下線后前3年的夏季期間,車內(nèi)VOCs濃度會(huì)超過0.3 mg/m3[52]。當(dāng)車內(nèi)溫度為23 ℃時(shí),二甲苯、甲醛和乙醛平均濃度分別為1.224、0.048和0.042 μg/m3;而當(dāng)車內(nèi)溫度升為65 ℃時(shí),3種物質(zhì)濃度分別為14.7、1.68和1.47 μg/m3[53]。類似研究也表明,當(dāng)停放的轎車內(nèi)溫度由26.7 ℃升至62.8 ℃時(shí),VOCs濃度增加5倍[16]。甲苯、苯乙烯、乙苯和二甲苯是對(duì)溫度最敏感的VOCs,當(dāng)車內(nèi)溫度由11 ℃升至25 ℃時(shí),其濃度分別升高513.6%、544.8%、767.0%和597.7%[35]。CHEN等[25]在長沙公交車內(nèi)發(fā)現(xiàn),靜態(tài)不吸煙的環(huán)境下車內(nèi)溫度由26.9 ℃升至29.8 ℃時(shí),BTEX濃度顯著升高。當(dāng)溫度為29.8 ℃時(shí),甲苯濃度超過了室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求;當(dāng)溫度為35.6 ℃時(shí),二甲苯濃度超過了標(biāo)準(zhǔn)要求。CHEN等[17]在出租車內(nèi)還發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度從22.5 ℃升至35.6 ℃時(shí),BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC度均升高。當(dāng)溫度為22.5 ℃時(shí),車內(nèi)所有VOCs及TVOC濃度均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求;但是當(dāng)溫度為35.6 ℃時(shí),車內(nèi)苯、甲苯、二甲苯和TVOC濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)要求濃度的1.16、1.54、1.41和3.72倍以上。
車內(nèi)溫度升高,化合物解吸效率增加[1,30],內(nèi)飾材料VOCs更易揮發(fā),所以降低車內(nèi)溫度會(huì)減緩VOCs的排放[17]。當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)并開啟空調(diào)時(shí),車內(nèi)溫度降低,此時(shí)車內(nèi)VOCs和TVOC濃度比溫度高且靜態(tài)時(shí)的車內(nèi)濃度分別低4~8倍和10~20倍[16,27]。然而,在西班牙北部公交車內(nèi),VOCs濃度隨車內(nèi)溫度升高而降低,這是因?yàn)樘栒丈涫管噧?nèi)溫度升高,導(dǎo)致VOCs因光化學(xué)降解而濃度降低[54]。因此,據(jù)推測,直接陽光照射會(huì)加速車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙醛丁酯、十一烷等物質(zhì)的消除[17]。但是由于陽光照射而誘導(dǎo)發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)會(huì)生成副產(chǎn)物,在車內(nèi)空氣中產(chǎn)生二次污染,對(duì)人體會(huì)造成更大的傷害[27]。
車內(nèi)溫度升高,VOCs濃度不僅會(huì)增加,VOCs混合物的化學(xué)組分及種類也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)閮?nèi)飾材料中含有不同沸點(diǎn)的VOCs,當(dāng)車內(nèi)溫度發(fā)生變化時(shí),會(huì)釋放出不同種類的VOCs。FABER等[32]研究發(fā)現(xiàn)高溫時(shí)車內(nèi)空氣中會(huì)出現(xiàn)大分子量烴及甲基化合物,并研究得出了4種不同溫度下車內(nèi)空氣中主要的5種污染物:20 ℃時(shí),主要為己烷、甲基環(huán)戊烷、甲基戊烷、十二烷和十一烷;30 ℃時(shí),主要為二甲苯、十二烷、十一烷、癸烷和甲苯;40 ℃時(shí),主要為二甲苯、十二烷、2,4 -二甲基庚烷、十一烷和癸烷;50 ℃時(shí),主要為二甲苯、庚烷、十二烷、2,4 -二甲基庚烷和2-甲基庚烷。
CHEN等[17]研究發(fā)現(xiàn)車內(nèi)空氣中VOCs和TVOC濃度隨相對(duì)濕度的增加而增加。當(dāng)相對(duì)濕度從35.7%增加至70.3%時(shí),車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC的濃度分別增加了67.8、169.7、60.7、149.3、20.6、29.1、33.7和1186.4 μg/m3。在長沙,當(dāng)公交車內(nèi)相對(duì)濕度大于50%時(shí),甲苯濃度為205.7 μg/m3,超過了室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[25]。這可能是由于車內(nèi)相對(duì)濕度升高時(shí),被測車內(nèi)VOCs和TVOC在車艙內(nèi)積聚,從而使?jié)舛壬摺?/p>
通常來說,車內(nèi)VOCs和TVOC濃度會(huì)隨駕駛時(shí)間或服務(wù)年限的增加而降低[9,27]。因?yàn)檐囕v從生產(chǎn)線交付給客戶使用后經(jīng)過了長時(shí)間的通風(fēng)和內(nèi)飾材料污染物散發(fā),所以使用過的車輛(舊車)比新車VOCs濃度低[17,55]。新車內(nèi)BTEX、甲醛、乙醛、丙酮和丙烯醛的濃度要比舊車內(nèi)的分別高12.89%、103.54%、123.14%、104.20%、6.26%、6.31%和10.67%[35,56]。新車中甲醛和甲苯的濃度分別是舊車中的1.1和1.6倍[2]。GRABBS等[7]對(duì)4輛新車進(jìn)行了3周的車內(nèi)空氣測試后發(fā)現(xiàn),VOCs濃度由最初的0.3~0.6 mg/m3降低了大約90%。CHEN等[17]研究也證明車齡1.5月的出租車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC濃度比車齡39.4月的出租車高235%~410%;當(dāng)車齡由11.9月增至23.9月時(shí),7種VOCs和TVOC濃度分別降低了53.2、142.7、48.2、119.2、15.2、23.0、26.2和939.7 μg/m3。CHEN等[25]對(duì)相同型號(hào)公交車內(nèi)的空氣進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),車齡12.1月的公交車內(nèi)BTEX濃度是車齡17.5月的2倍,是車齡48.9月的5倍多。車齡12.1月的公交車再經(jīng)過6個(gè)月后,其車內(nèi)BTEX濃度均降低了49%左右。LI等[22]也研究證明車內(nèi)甲苯、乙苯和二甲苯的濃度在1年后分別下降23%、32%和10%。盡管苯、甲苯和二甲苯是汽車尾氣中的典型物質(zhì),但是新車中這些物質(zhì)的濃度仍比舊車中高10倍。YOSHIDA等[1]也發(fā)現(xiàn)車內(nèi)VOCs濃度通常在交貨3年內(nèi)就會(huì)下降,3年后TVOC濃度從交貨時(shí)的10 mg/m3降低到0.2 mg/m3。雖然在幾周或幾個(gè)月內(nèi),車內(nèi)VOCs濃度會(huì)降到一個(gè)較低的水平,但是要完全消除這些物質(zhì)是不可能的[57]。例如,甲苯濃度在試驗(yàn)艙的20天內(nèi)減少了3倍,但車內(nèi)甲苯濃度仍為60 μg/m3[24]。
新車內(nèi)空氣總是會(huì)受到車用內(nèi)飾材料釋放出的化學(xué)物質(zhì)的污染[5],新車比舊車具有更高濃度的VOCs,而這種濃度水平的差異性可能是由于新舊內(nèi)飾材料的不同而導(dǎo)致的。對(duì)于同種類型的內(nèi)飾材料,通常認(rèn)為材料越新,VOCs釋放量越大[2]。
早在1992年,WEISEL等[58]就研究了車內(nèi)不同位置采樣點(diǎn)處(駕駛員處、副駕駛員處及后座中間)的空氣狀況,采樣過程中保持車窗和風(fēng)扇關(guān)閉,盡量減少車內(nèi)空氣流動(dòng),結(jié)果表明所有樣品中目標(biāo)VOCs濃度差異都很小。此外,JO等[8]在關(guān)閉車窗和通風(fēng)口,使用空氣凈化裝置和內(nèi)部風(fēng)扇的弱通風(fēng)條件下,在通勤和怠速兩種運(yùn)行狀態(tài)下,采集了車內(nèi)副駕駛和后座處的車內(nèi)空氣樣品,結(jié)果也表明不同樣品的濃度差異非常小。因此,不論車輛運(yùn)行狀態(tài)和通風(fēng)條件如何,車內(nèi)不同采樣點(diǎn)位置不會(huì)影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的測定,可以用某一采樣點(diǎn)的濃度來代表整個(gè)車內(nèi)空氣的濃度。但在后續(xù)研究中,一般在車內(nèi)前排中間與駕駛員呼吸位置相當(dāng)?shù)母叨冗M(jìn)行樣品采集[31]。
CHEN等[17]研究發(fā)現(xiàn),在湖南大學(xué)校園采樣點(diǎn)的車內(nèi)VOCs和TVOC濃度低于另外3個(gè)采樣點(diǎn)(火車站、法院大樓和公交車站)的濃度。由于校園位于岳麓山腳下,遠(yuǎn)離市中心,交通相對(duì)較少,且周圍被大樹和綠草覆蓋,因此校園周圍環(huán)境中有更多的新鮮空氣。而另外3個(gè)采樣點(diǎn)中,受檢車輛的外部環(huán)境全部位于火車站或公交車站附近,所以車內(nèi)VOCs和TVOC濃度略高于校園采樣點(diǎn)的濃度。在印度德里,環(huán)境中大部分VOCs來源于機(jī)動(dòng)車尾氣(67±12%),通常是在最接近道路處測到的車內(nèi)VOCs濃度最高[59]。事實(shí)上,室外空氣是車內(nèi)VOCs(如羰基化合物)的重要來源,尤其是在堵車期間[60]。因此,市中心或車站空氣環(huán)境中的VOCs和TVOC濃度要高于旅游景區(qū)或郊區(qū)的濃度[17]。公交車在市中心行駛時(shí),車內(nèi)VOCs污染情況是最嚴(yán)重的,其次是郊區(qū)、農(nóng)村和旅游景區(qū)[22,43],不同區(qū)域的污染水平取決于城市交通密度和停車頻率[54]。研究還發(fā)現(xiàn)[5],當(dāng)汽車分別停放于車庫和戶外時(shí),前者車內(nèi)烷烴、環(huán)烷烴和環(huán)烯烴濃度明顯高于后者車內(nèi)的濃度,并且停放在戶外屋頂下的車內(nèi)污染物濃度高于不在屋頂下的車內(nèi)污染物濃度。
車內(nèi)VOCs和TVOC濃度隨車輛行駛里程的增加而降低,這與車齡對(duì)車內(nèi)污染物濃度的影響是一致的,因?yàn)樾旭偫锍屉S著車齡的增加而增加[17]。當(dāng)行駛里程從2.6×104 km增至28.5×104 km時(shí),車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC的濃度降低了94.0、221.5、84.7、208.5、29.5、38.5、45.8和1653.9 μg/m3。當(dāng)行駛里程為2.6×104km時(shí),車內(nèi)苯、甲苯、二甲苯和TVOC濃度分別是室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的1.17、1.55、1.42和3.76倍;當(dāng)行駛里程為28.5×104km時(shí),車內(nèi)所有VOCs和TVOC濃度均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。在日本,短距離出行時(shí)(<15 km/天),車內(nèi)多種VOCs[正十五烷、正十六烷、甲基乙基酮、1-丁醇和2,2'-偶氮二(異丁腈)]濃度均高于長距離出行(>25 km/天)時(shí)的濃度[5]。當(dāng)公交車行駛里程為8.7×104km時(shí),車內(nèi)BTEX濃度是里程為50.5×104km時(shí)的5倍[25]。FABER等[23]研究發(fā)現(xiàn)車內(nèi)甲苯和二甲苯濃度隨行駛里程的增加而增加,但是濃度值始終沒有超過其初始濃度。
但是研究中也有例外存在。當(dāng)行駛里程從2.6×104km升至4.5×104km時(shí),車內(nèi)甲苯濃度反而增加了10.8 μg/m3[17];當(dāng)出行距離從11.5×104km升至12.9×104km時(shí),公交車內(nèi)BTEX濃度均有所增加[25]。這些特殊濃度變化可能是由于車內(nèi)空間體積、高度、通風(fēng)方式、出行路線及發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同造成的[61]。
與新車相比,舊車內(nèi)飾材料VOCs的散發(fā)降低,但是由于燃料燃燒和尾氣排放,某些VOCs濃度可能會(huì)增加[23]。汽車尾氣是車內(nèi)VOCs的重要來源,苯、甲苯、二甲苯通常是汽車尾氣或燃燒泄漏的標(biāo)志物[62-65]。在正常行駛情況下,車內(nèi)BTEX濃度往往要高于車外空氣中相應(yīng)物質(zhì)的濃度[10,31,66]。除這些氣體外,汽車尾氣擴(kuò)散至車內(nèi)會(huì)使車內(nèi)含有高濃度的甲苯、甲醛、乙醛、丙醛和丁醛[21]。由于有催化轉(zhuǎn)化器的降解,新車內(nèi)甲醛和苯的濃度比外部環(huán)境分別高8倍和5倍[1,2,27]。液化石油氣燃料車內(nèi)BTEX濃度比柴油車內(nèi)濃度高1.2~2.1倍[61]。
KIM[67]研究了不同發(fā)動(dòng)機(jī)怠速條件(發(fā)動(dòng)機(jī)和通風(fēng)均關(guān)閉;發(fā)動(dòng)機(jī)怠速,開啟外部通風(fēng);發(fā)動(dòng)機(jī)怠速,開啟內(nèi)部通風(fēng))對(duì)車內(nèi)(大、中、小型轎車各1輛)VOCs濃度的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí),大型轎車中苯濃度突然增加約5倍,明顯高于小型和中型轎車中的濃度;甲苯、苯乙烯和二甲苯濃度平穩(wěn)上升,且高于外部空氣中的濃度。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí),小型轎車中乙醛濃度最高,中型轎車中丁醛和甲醛濃度最高;中型轎車中丁酮、丙酮、乙醛丁酯和酯均表現(xiàn)出較高的濃度,而大型轎車中甲基異丁基酮濃度最高。此外,發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、開啟外部或內(nèi)部通風(fēng)時(shí),所有化合物濃度(除甲苯和丁酮外)均升高[67]。DUH[50]在研究停車及開車對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的影響時(shí),也得到了與上述研究類似的結(jié)果。
車輛構(gòu)造的特點(diǎn),例如較大的內(nèi)部表面積和較小的內(nèi)部體積,很容易使內(nèi)飾材料的散發(fā)物聚積在車內(nèi)。在較小體積(<3 m3)的車內(nèi),烷烴(正己烷,正庚烷,正十二烷,正十三烷,正十四烷)的濃度較低;當(dāng)車內(nèi)空間大于4 m3時(shí),甲基異丁基酮和苯并噻唑的濃度較低[5]。CHEN等[17]研究發(fā)現(xiàn)車內(nèi)VOCs和TVOC濃度隨車內(nèi)體積的增加而降低。然而,當(dāng)車內(nèi)體積增加時(shí),車內(nèi)BTEX、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷和TVOC濃度只降低了1.24、12.45、1.57、4.72、0.05、0.90、0.10和35.3 μg/m3。因 此,車內(nèi)部體積對(duì)車內(nèi)VOCs濃度的影響是非常小的。
甲醛是煙草煙霧中的一種成分,鄰苯二甲酸二乙酯可能會(huì)存在于測試車輛所使用的蠟中。當(dāng)駕乘人員吸煙時(shí),車內(nèi)只有甲醛濃度顯著升高;已經(jīng)打蠟的車內(nèi),只有鄰苯二甲酸二乙酯的濃度顯著升高。因此,吸煙和打蠟不被認(rèn)為會(huì)影響車內(nèi)其它化合物的濃度[5]。若車內(nèi)經(jīng)常使用空氣清新劑,則會(huì)檢測出多種萜烯和酯[12]。雖然吸煙、打蠟和空氣清新劑也是車內(nèi)空氣污染物的來源,但它們所產(chǎn)生的污染物不同于車內(nèi)其它的主要污染物(脂肪族和芳香族化合物、醇、含氮化合物等)[5]。
不同的出行方式也會(huì)使駕乘人員暴露于不同污染狀況的車內(nèi)環(huán)境中。CHAN等[26]對(duì)廣州市4種公共交通(地鐵,出租車、未開空調(diào)和開著空調(diào)的公交車)中的車內(nèi)VOCs濃度進(jìn)行了研究。以苯為例,出租車中的平均濃度(33.6 μg/m3)是最高的,其次是開著空調(diào)的公交車(13.5 μg/m3)和未開空調(diào)的公交車(11.3 μg/m3),地鐵中的濃度(7.6 μg/m3)明顯低于道路運(yùn)輸中的濃度,其它目標(biāo)化合物的濃度變化與苯類似。在韓國大邱,出租車司機(jī)與公交車司機(jī)相比,前者暴露在更高濃度的芳香化合物中[68]。在法國巴黎,轎車內(nèi)單芳香烴濃度比其它交通方式(地鐵和公交)的濃度高2~3倍[69]。
綜上所述,車內(nèi)污染影響因素種類繁多,想要從根本上遏制目前普遍出現(xiàn)的車內(nèi)環(huán)境污染問題,使駕乘人員盡可能少接觸車內(nèi)空氣中的有害化學(xué)物質(zhì),可通過源頭控制和末端處理兩種途徑進(jìn)行。
目前,為了控制車內(nèi)空氣中VOCs產(chǎn)生的污染,美國、俄羅斯、日本、韓國均出臺(tái)了相應(yīng)的管控措施,中國政府也制定并實(shí)施了GB/T27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》、GB24409—2009《汽車涂料中有害物質(zhì)限量》和HJ/T400—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》等國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外,一系列關(guān)于內(nèi)飾件檢測的標(biāo)準(zhǔn)也相繼制定并實(shí)施,如ISO12219、VDA270、DIN13130、DINEN13725、VDA275、VDA277及VDA278等,使車輛在設(shè)計(jì)制造時(shí)就最大程度地選用污染物散發(fā)量小的內(nèi)飾材料。各汽車制造商及供應(yīng)商均有單獨(dú)的限用物質(zhì)清單,通過研發(fā)及選用環(huán)保型材料來減少車內(nèi)有毒有害物質(zhì)的使用,從源頭上控制污染物的產(chǎn)生。
即使國內(nèi)外已出臺(tái)了各項(xiàng)車內(nèi)空氣質(zhì)量管控措施,但車內(nèi)空氣污染問題依然存在,所以需對(duì)車內(nèi)空氣污染物進(jìn)行末端處理,建議如下:(1)新車在使用前盡可能暴露在強(qiáng)陽光下,門窗開啟,借助高溫使內(nèi)飾材料中的VOCs盡可能揮發(fā)掉。(2)駕乘人員對(duì)車輛進(jìn)行裝飾時(shí),要注意選擇環(huán)保型材料。(3)車輛使用過程中車內(nèi)溫度和濕度應(yīng)控制在合適的水平,并在進(jìn)入汽車前后及運(yùn)行過程中,打開車窗或開啟外循環(huán)通風(fēng)設(shè)施,加強(qiáng)車內(nèi)自然通風(fēng),并根據(jù)車外空氣狀況,適時(shí)地開啟或關(guān)閉內(nèi)外通風(fēng)。(4)保持良好的駕乘習(xí)慣,切忌在車窗門封閉的狀況下,長時(shí)間行車。(5)避免在車內(nèi)吸煙或使用空氣清新劑等。(6)在車內(nèi)放置活性炭、竹炭等吸附性凈化材料,并定期更換。(7)安裝污染物去除效率高的車載空氣凈化器,并定期清理或更換。
由于車內(nèi)空間狹小且相對(duì)封閉,車內(nèi)污染比車外污染更嚴(yán)重,且車內(nèi)污染物種類繁多,影響因素復(fù)雜。本文綜述并總結(jié)了有關(guān)車內(nèi)空氣質(zhì)量影響因素的主要研究成果,車內(nèi)污染物濃度隨通風(fēng)狀況、車用內(nèi)飾材料、車內(nèi)溫度和濕度、車齡、采樣點(diǎn)位置、行駛里程、燃料和尾氣排放、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式、車內(nèi)空間體積、駕乘習(xí)慣等的變化而改變,不同因素之間并非獨(dú)立,會(huì)相互作用影響車內(nèi)空氣污染狀況,因此需綜合考慮這些因素對(duì)車內(nèi)空氣的影響。隨著汽車進(jìn)入消費(fèi)者的日常生活,各種因素造成的車內(nèi)污染與人體健康聯(lián)系日益密切,已成為不容忽視的問題,需要采用更為嚴(yán)格的車內(nèi)污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),來控制車內(nèi)環(huán)境,保證駕乘人員的身體健康。