車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測評估應用與探討

摘" 要：乘用車室內(nèi)空氣污染問題越來越突出，車內(nèi)空氣質(zhì)量受到廣泛關注。該研究開發(fā)一套乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測評估模型，通過乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測方法，得到亞平衡狀態(tài)下多個維度數(shù)據(jù)?；诖罅繑?shù)據(jù)累計下的各維度數(shù)據(jù)排名，對車輛室內(nèi)空氣等級進行評估。結果表明，車內(nèi)空氣中ΣVOCs（揮發(fā)性有機物）濃度隨時間變化的趨勢符合理論變化曲線，且可在較短時間內(nèi)獲得釋放亞平衡狀態(tài)數(shù)據(jù)。在所有檢測車輛中，7%的車內(nèi)空氣等級為優(yōu)；8%的車內(nèi)空氣等級為較優(yōu)；24%的車內(nèi)空氣等級為良；49%的車內(nèi)空氣等級為中；9%的車內(nèi)空氣等級為較差；3%的車內(nèi)空氣等級為差。該方法可滿足車輛室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測評估需求。

關鍵詞：乘用車；室內(nèi)空氣；痕量組分；快檢；評估模型

中圖分類號：U463.8" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0017-05

Abstract： The problem of indoor air pollution in passenger vehicles is becoming more and more prominent. Air quality in passenger vehicles has received widespread attention. A model for rapid detection and evaluation of trace components in indoor air of passenger vehicles was developed in this study. Multi-dimensional data under sub-equilibrium state were obtained by the rapid detection method of trace components in vehicle indoor air. Based on the ranking of various dimensions of a large number of data， the indoor air class of vehicles was evaluated. The results indicated that ΣVOCs（volatile organic compounds） concentration in the vehicle air is consistent with the theoretical curve over time， and the sub-equilibrium data can be obtained in a relatively short time. In all the vehicles tested， 7% of the vehicles was excellent for indoor air level; 8% of the vehicles was comparatively excellent for indoor air level; 24% of the vehicles was favourable for indoor air level; 49% of the vehicles was medium for indoor air level; 9% of the vehicles was comparatively inferior for indoor air level; and 3% of the vehicles was inferior for indoor air level. This method can meet the requirements of rapid detection and evaluation of trace components in vehicle indoor air.

Keywords： passenger vehicle; indoor air; trace component; rapid detection; evaluation model

汽車乘用艙是一個相對封閉的微環(huán)境，空間相對較小，司機和乘客會直接暴露在各種材料（包括座椅、地毯、天花板材料、門和黏合劑）可能排放產(chǎn)生的污染物環(huán)境中[1-3]。車內(nèi)污染物除了來自車內(nèi)部件材料的排放[4]，還可能來自周圍環(huán)境[5]等。揮發(fā)性有機化合物（VOCs）等污染物會在密閉空間中積聚，對車艙內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。這種影響在新車中尤其明顯，因為新車車內(nèi)VOCs水平相對較高[6]。據(jù)報道，車艙內(nèi)的污染物濃度通常高于其他封閉環(huán)境，如住宅、醫(yī)院和辦公室等[7]。此外，在汽車內(nèi)暴露的時間也越來越長，例如，史效東等[8]報道中國城市居民的通勤時間呈現(xiàn)出平均通勤時間不斷延長、大城市通勤時間增長突出，也增加了人們對車艙內(nèi)污染物的擔憂。

一項研究發(fā)現(xiàn)，在一輛新車艙內(nèi)存在60種以上的VOCs，總揮發(fā)性有機化合物濃度通常超過環(huán)境空氣中的濃度，而且變化很大，此外，不同車輛中的VOCs種類有明顯的差異[9]。另一項研究分析了125輛汽車內(nèi)VOCs的污染特征，檢測到了多個種類的VOCs[10]。Zhang等[11]在一個地下停車場對802輛新車進行了現(xiàn)場檢測，報道了4種目標VOCs的平均濃度。大多數(shù)VOCs是有毒的，并且存在潛在的健康危害。研究表明，某些VOCs的長期暴露將導致白細胞和紅細胞的造血毒性和遺傳毒性、溶血反應和其他血液系統(tǒng)損傷，如白細胞增多和淋巴細胞增多[12]。除了潛在的長期健康影響外，新車廂中的揮發(fā)性有機化合物還會產(chǎn)生一種“新車氣味”，這對一些乘客來說是一種討厭的味道，高濃度下會引起鼻腔刺鼻和眼睛刺激的三叉神經(jīng)反應[13]。由于車內(nèi)VOCs廣泛的排放和其對人體健康可能造成的不良影響，評估車內(nèi)空氣質(zhì)量狀況是極其必要的。

大多數(shù)已有研究主要是調(diào)查車內(nèi)VOCs濃度水平和釋放來源，而針對車內(nèi)空氣質(zhì)量的快速檢測評估的研究相對較少。因此，本研究目的是開發(fā)一套乘用車室內(nèi)空氣痕量組分（主要指各類VOCs）快速檢測評估模型，對車輛室內(nèi)空氣質(zhì)量進行快速檢測評估。

1" 車內(nèi)空氣痕量組分評估模型

1.1" 快速檢測方法

本研究建立了一種車內(nèi)空氣痕量組分快速檢測方法，根據(jù)本快速檢測方法進行了大量車輛的快速檢測工作，得到大量的車室內(nèi)痕量VOCs組分檢測數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)總結歸納，得到一條車室內(nèi)VOCs濃度隨時間變化的理論曲線（YZQ曲線），經(jīng)過大量數(shù)據(jù)驗證，幾乎每輛車的車室內(nèi)VOCs濃度隨時間變化的實際曲線都符合理論變化曲線，證明了建立的YZQ曲線的可靠性。

車艙內(nèi)VOCs總和ΣVOCs濃度隨時間變化理論曲線示意圖如圖1所示，其中包含置換階段、置換平衡階段、釋放階段、釋放亞平衡階段和釋放平衡階段。在置換階段，由于儀器的響應以及采樣管路的響應時間，因此車內(nèi)ΣVOCs濃度會先上升一段時間，然后凈化氣體與車內(nèi)污染氣體混合置換，車內(nèi)污染氣體逐漸減少，車內(nèi)ΣVOCs濃度逐漸下降；車內(nèi)空氣被潔凈空氣置換完成達到置換平衡狀態(tài)，此時車內(nèi)ΣVOCs濃度達到最低點；在釋放階段，由于停止置換，車內(nèi)靜態(tài)釋放VOCs，車內(nèi)ΣVOCs濃度呈上升趨勢；連續(xù)釋放一段時間后，車艙內(nèi)空氣中VOCs濃度上升逐漸放緩，先達到釋放亞平衡狀態(tài)，最終釋放速率趨向于零，車內(nèi)ΣVOCs濃度達到平衡狀態(tài)。在實際測試過程中，如果釋放平衡階段采樣足夠長的時間，由于采樣泵一直在抽取車內(nèi)氣體，釋放平衡階段會有下降趨勢。

釋放亞平衡狀態(tài)時車內(nèi)VOCs釋放緩慢，通過大量對比試驗測試，釋放亞平衡狀態(tài)下和釋放平衡狀態(tài)下車內(nèi)ΣVOCs濃度變化小于20%，對于外標法檢測而言的快速篩查結果可以接受。因此，為了節(jié)約檢測時間，快速檢測車內(nèi)空氣痕量組分，在實際測試過程中可使用亞平衡狀態(tài)下的數(shù)據(jù)對車內(nèi)空氣痕量組分快速檢測篩查參考。

1.2" 評價維度

通過乘用車室內(nèi)空氣快速檢測方法，可得到亞平衡狀態(tài)下的多個維度數(shù)據(jù)，評價維度主要包括4個：ΣVOCs濃度、釋放速率、平衡時間和單因子濃度，將這4個評價維度帶入車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型，對車內(nèi)空氣等級進行評估。

1.2.1" ΣVOCs濃度

ΣVOCs濃度是指車室內(nèi)VOCs釋放達到亞平衡狀態(tài)后，車室內(nèi)空氣中所測VOCs總和的濃度值，ΣVOCs濃度越低，車室內(nèi)空氣質(zhì)量越好。

1.2.2" 釋放速率

釋放速率是指從停止置換到車室內(nèi)VOCs釋放達到亞平衡狀態(tài)這一階段的平均釋放速率，釋放速率越慢，車室內(nèi)空氣質(zhì)量越好。

1.2.3" 平衡時間

平衡時間是指從停止置換到車室內(nèi)VOCs釋放達到亞平衡狀態(tài)這一階段所需時間，平衡時間越長，車室內(nèi)空氣質(zhì)量越好。

1.2.4" 單因子濃度

單因子濃度是指車室內(nèi)VOCs釋放達到亞平衡狀態(tài)后，在所有檢測物質(zhì)中單個物質(zhì)的最高濃度，單因子濃度越低，車室內(nèi)空氣質(zhì)量越好。

1.3" 車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型

根據(jù)在線快速檢測設備的特性及建立的YZQ曲線檢測模型，可得到亞平衡狀態(tài)下的ΣVOCs濃度、平衡時間、釋放速率、單因子濃度等指標，由于4個維度指標的單位不一致，不便于對車內(nèi)空氣質(zhì)量進行評估，而排名是一個無量綱，可以更好地把4個維度的數(shù)據(jù)結合，因此，基于大量數(shù)據(jù)積累對不同維度的指標進行排名，通過車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型對檢測車輛的車內(nèi)空氣等級進行評價。車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型公式為

Q=（RΣVOCs濃度＋R釋放速率＋R平衡時間＋R單因子濃度）/A，

式中：Q表示車內(nèi)空氣痕量組分釋放綜合評估值；RΣVOCs濃度表示車輛ΣVOCs濃度排名；R釋放速率表示車輛VOCs釋放速率排名；R平衡時間表示車輛VOCs平衡時間排名；R單因子濃度表示車輛單因子濃度排名；A表示所測車輛總數(shù)。

通過評估模型計算得到車內(nèi)空氣痕量組分釋放綜合評估值，本研究將車內(nèi)空氣痕量組分釋放綜合評估值分為6個等級，分別為：小于0.5、0.5～1.0、1.0～2.0、2.0～3.0、3～3.5和大于3.5。對照車內(nèi)空氣痕量組分評估表（表1），可得到車輛相對應的空氣等級和舒適度評價等級。車內(nèi)空氣等級分為6個等級，分別為優(yōu)、較優(yōu)、良、中、較差和差。舒適度評價等級共分為6個等級，從5顆星到0顆星，星級越高代表舒適度越高。

2" 實驗結果與討論

2.1" 實驗儀器及樣品

實驗儀器與樣品見表2。

2.2" 評估模型結果

本研究根據(jù)車內(nèi)空氣快速檢測的實驗方法，共檢測了112輛乘用車室內(nèi)空氣，并使用車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型評估車內(nèi)空氣狀況。112輛車室內(nèi)空氣中ΣVOCs濃度隨時間變化的實際曲線如圖2所示。結果顯示，車內(nèi)空氣ΣVOCs濃度隨時間變化的趨勢基本符合本研究中的理論YZQ曲線。即在置換階段，車內(nèi)ΣVOCs濃度呈下降趨勢，停止置換后先達到置換平衡狀態(tài)，然后釋放達到亞平衡狀態(tài)和平衡狀態(tài)，且在較短時間內(nèi)可達到釋放平衡或釋放亞平衡狀態(tài)，驗證了YZQ曲線檢測模型的可靠性。

112輛乘用車室內(nèi)空氣多個維度的檢測結果如圖3所示，平衡后的車內(nèi)ΣVOCs濃度范圍為22.60～579.40 μg/m3，平衡時間范圍為576～3 635 s，釋放速率范圍為0.002～0.120 μg/m3/s，單因子濃度范圍為196.60～9 599.00 μg/m3。車內(nèi)ΣVOCs濃度、平衡時間、釋放速率、單因子濃度的中值分別為195.70 μg/m3、1 030 s、0.025 μg/m3/s、2 551.95 μg/m3。ΣVOCs濃度分布主要集中于中值附近，平衡時間、釋放速率和單因子濃度均呈現(xiàn)一定程度左偏的分布趨勢。

112輛乘用車室內(nèi)空氣痕量組分釋放評估結果如表3和圖4所示。車內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型計算得到112輛車的空氣痕量組分綜合評估值范圍為0.23～3.55，中值為2.16。車內(nèi)空氣質(zhì)量評估結果中“良”和“中”占大多數(shù)，“優(yōu)”“較優(yōu)”“差”和“較差”占比均較小，符合理論預期。隨著檢測車輛的逐步增多，單臺檢測車輛基于大數(shù)據(jù)下的排名會更準確，車內(nèi)空氣評估結果也會更加準確。

3" 結論

本研究開發(fā)的乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測評估模型，可基于YZQ曲線模型中亞平衡狀態(tài)下的ΣVOCs濃度、釋放速率、平衡時間和單因子濃度，計算得到車內(nèi)空氣痕量組分綜合評估值，對乘用車室內(nèi)空氣進行快速檢測評估，并對不同車輛室內(nèi)空氣進行等級分類，讓車主充分了解車內(nèi)空氣狀況。

實際車輛測試中，車內(nèi)空氣ΣVOCs濃度在置換階段呈下降趨勢，并達到置換平衡狀態(tài)，停止置換后，快速釋放達到亞平衡狀態(tài)，其變化趨勢基本符合理論YZQ曲線。按照乘用車室內(nèi)空氣痕量組分釋放評估模型，在所有檢測車輛中，7%的車內(nèi)空氣等級為優(yōu)；8%的車內(nèi)空氣等級為較優(yōu)；24%的車內(nèi)空氣等級為良；49%的車內(nèi)空氣等級為中；9%的車內(nèi)空氣等級為較差；3%的車內(nèi)空氣等級為差。該評估方法可實現(xiàn)車內(nèi)空氣的快速評級。

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