冬季乘用车车内空气污染物及其释放规律

李 倩　何潇俊 / 上海市质量监督检验技术研究院

冬季乘用车车内空气污染物及其释放规律

李 倩何潇俊 / 上海市质量监督检验技术研究院

根据冬季用车习惯，考虑了通风方式、行驶状态、行驶时间对乘用车车内空气污染物浓度的影响，得出了空调内循环时污染物浓度最高；随行驶时间增加，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的浓度增加明显。

乘用车空气污染；甲醛；TVOC；释放规律

0　引言

随着家庭乘用车的普及化，由乘用车污染带来的社会问题越来越严重。除了乘用车尾气外，车内污染问题也越来越严重地影响人们的健康，使车内的驾乘人员产生压抑、烦躁、注意力无法集中等驾车综合症，有的甚至发生交通事故，这就是人们常说的隐形杀手［1］。近年来，由于生活水平的提高，消费者对机动车舒适性有了更高的要求，因此，机动车生产企业为了满足消费者这一需求，更加注重机动车内部装饰和车厢的密封性。这一举措虽然迎合了消费需求，但同时也使车内空气污染物难以扩散，从而污染车厢环境［2］。因此，机动车内的空气污染不仅是环保问题，更是安全问题，机动车生产企业在满足消费者需求的同时，更应采取有效措施改善因机动车内饰引起的车厢空气污染［3］。

空气污染物的种类非常多，按不同的方法可以分为不同的种类。总的说来空气污染物包括固体颗粒、微生物和有害气体［4］。本文主要对车内的甲醛、苯及苯系物、TVOC进行分析研究。乘用车车内空气中，甲醛主要来源于乘用车尾气的不完全燃烧以及内饰材料及生活用品等化工产品；苯系物主要来源于乘用车内饰材料中的有机溶剂、地面毡、隔音垫等；TVOC主要源于车内新型内饰材料。

针对车内空气污染普遍性、持久性、复杂性和严重性的特点，目前国内外对此都进行了一定的研究。2012 年3月1日，我国开始实施GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》［5］的推荐性标准，测试方法引用 HJ/T 400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》［6］，适用于车辆处于静止状态时车内挥发性有机物和醛酮类物质测试。

本次试验根据冬季用车习惯，考虑了通风方式、行驶状态、行驶时间对乘用车车内空气污染物浓度的影响，对开展有关乘用车内饰材料与车内空气污染的研究、减少车内空气污染具有一定的参考作用。也为今后制订乘用车车内空气质量控制强制性标准提供理论支持，具有指导意义。

1　实验

1.1仪器设备和试剂

采用UV-1800型紫外可见分光光度计（岛津）；GC-MS 7890A-5975C（Agilent）；热脱附仪TDSA（Gerstel）；HL-2A恒流采样器（济南科聚仪器设备有限公司）；AB204-S型分析天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；Tenax TA吸附管（内径6 mm，长90 mm，内装Tenax-TA吸附剂200mg，Gerstel）；TVOC标样；正十六烷标样；正己烷标样；高纯氦；高纯氮；酚试剂（分析纯）；硫酸铁铵（分析纯）；碘化钾（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）；浓硫酸；硫代硫酸钠（分析纯）。

1.2实验车辆

实验所用的3辆机动车均为新车，由上海某汽车公司提供。

1.3试验方法

由于我国目前还没有针对机动车空气质量的强制性标准，而推荐性标准并不适用于发动机启动和行驶中的车辆，故本文按照GB/T 18204.2-2014和GB 18883-2002规定的方法测定车内空气中的甲醛和其他有机污染物。

1.3.1样品采集

先测试车外目标物的背景质量浓度。根据本次试验的测定条件，冬季一般乘用车可分为静态闭窗不启动发动机、静态启动发动机并且空调内循环、静态启动发动机并且空调外循环和行驶过程中空调外循环这四种情况。本文针对上述四种情况进行实验分析。检测前将车门打开8 h，使车内原本的气体散去，以免其他混合气对测试结果产生影响，然后关闭门窗16 h后再进行测量［7］。用HL-2A恒流采样器采样，速率为0.5 L/min，采样时间20 min，并记录采样点的温度和大气压力。甲醛采样用一个内装5 mL吸收液的大型气泡吸收管，采样后样品在室温下应24 h内分析。苯系物及TVOC利用含有Tenax TA吸附剂的吸附管吸附并用质谱分析。

1.3.2甲醛检测

本试验采用酚试剂分光光度法检测。空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化成蓝绿色化合物。在630 nm处，用紫外可见分光光度仪根据颜色深浅、比色定量。

1.3.3有机物检测

二级热脱附仪的采样管初始温度：40 ℃；脱附温度：280 ℃；脱附流量：60 mL/min；脱附时间：5 min；聚焦管初始温度：-50 ℃，脱附温度：280 ℃；脱附时间：1 min；传输线温度280 ℃。

色谱毛细管柱：Agilent 123-0162（60 m×320 μm ×0.25 μm）；柱箱升温，初始温度为50 ℃，保持10 min，升温速率5 ℃/min，温度升至250 ℃后保持2 min；柱流量1.2 mL/min；进样方式：分流，分流比50∶1；离子源温度230 ℃；接口温度280 ℃；溶剂延迟9 min。

1.3.4正己烷和正十六烷的停留时间

依据GB 18883-2002，利用Tenax TA采样，非极性色谱柱（极性指数小于10）进行分析，在正己烷和正十六烷之间的挥发性化合物，称为总挥发性有机化合物（TVOC），正己烷与正十六烷的出峰时间分别约为9.697 min和41.096 min。

2　结果与讨论

2.1通风方式对车内空气污染物浓度的影响

乘用车车内与车外空气的交换是自然通风和机械通风的结果。空气交换率是车内与车外空气交换的速率，表示为单位小时通过特定空间的空气体积与该空间体积之比，单位为次/h。乘用车的通风方式主要分为空气流速和空气交换率，而材料表面空气流动可以加速气态污染物质的扩散。如果空气处于静止状态，材料与空气界面层的浓度将会升高，降低材料内部气态污染物的迁移，从而使其释放速率减小。另外，如果空气交换率不同，空气交换率越高，气态污染物的浓度越低。因此有必要考察污染物浓度随通风方式的变化关系。

结合冬季用车习惯，本次试验测定了 1～3 号车分别在空气静止（密闭车窗）、空调内循环、开窗三种情况下，空气中的污染物浓度随通风方式的变化关系，并根据3辆机动车的平均值绘制图1和图2。

图1　不同通风状态下各个组分污染物浓度的变化

图2　不同通风状态下TVOC浓度的变化

由图得出，相较于闭窗和开窗的情况，开启空调内循环时，车内空气中各个组分和TVOC的浓度都是最高的，此结论与Marion［8］报道的类似。这是由于空调内循环时，车内空气流速增大使得车内污染物质不能与室外空气交换，从而污染物浓度增大。如果空气处于静止状态，材料与空气界面层的浓度将会升高，进而影响材料内部气态污染物质的迁移，使材料中气态污染物质的释放速率减小。开窗时，车内空气可以与外界新鲜空气交换，所以其车内空气污染物浓度最低。

2.2行驶状态对车内空气污染物浓度的影响

为考察乘用车在静态、行驶情况下车内空气污染物浓度的变化，实验采集1～3号车在静态不启动空调、静态空调内循环、静态空调外循环、行驶四种状态下的车内空气样本，并根据3辆车的平均值得到图3、图4。

图3　静态与行驶中各个组分污染物浓度变化

图4　静态与行驶中TVOC浓度变化

据图得出，车内空气中各个组分的污染物和TVOC的浓度在静态开启空调内循环下最大，浓度依次降低的是静态、静态空调外循环、行驶开启空调外循环。与静态相比，开启空调内循环使得车内空气流速增大，内饰材料表面的空气流动有助于气态污染物质扩散，而内循环下空气交换率为零，使得污染物浓度增大；静态外循环下，车内外空气有交换，污染物浓度比静态要低；发动机启动时空调外循环，车内外空气交换率加大，使得车内污染物浓度最低。因此，将车启动用空调内循环的驾驶方式是非常不利于车内空气质量的，应该尽量避免。

2.3行驶时间对车内空气污染物浓度的影响

现行的推荐性标准并未考虑实际使用过程中的污染物。为更好地完善标准，本文对试验的3辆车在正常行驶情况下车内空气污染物浓度变化进行研究。鉴于冬季用车习惯，本次试验在开启空调外循环的条件下进行，并根据3辆车污染物的平均值进行分析，得出图5、图6。

图5　行驶中污染物浓度随空调外循环时间的变化

图6　行驶中TVOC浓度随空调外循环时间的变化

可以看出，在0～20 min内随着行驶时间的增加，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的浓度均有不同程度的增加，但在20～90 min，污染物浓度略有下降。而乙酸丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷在行驶过程中浓度均变化不大。这可能由于机动车刚启动时催化转化器不能立即进入正常工作状态、燃料不完全燃烧有关，而随着燃料燃烧的逐渐完全并且空调外循环使得内外空气的交换速率达到平衡，相较于刚开始行驶，行驶时间的增加反而减少了污染物的浓度。根据上述情况，在刚开始行驶时，尽量保持一定的开窗来增加与外部空气交换，从而降低由于刚开始燃料燃烧不充分所带来的污染物浓度的增加。所以标准上只限制静止状态下的污染物的数值显然是不充分的，更应该考虑实际使用过程中的情况。

3　结语

本次试验根据冬季用车习惯，考虑了通风方式、行驶状态、行驶时间对乘用车车内空气污染物浓度的影响，得出了不同通风方式下空调内循环时污染物浓度最高；在不同方式下，污染物浓度依次降低的是静态开启空调内循环、静态、静态空调外循环、行驶开启空调外循环；在行驶开始过程中，甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC的浓度增加，而乙酸丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷的浓度变化不大。综合上述情况，冬季用车时，尽量在刚行驶过程中开启空调外循环并开窗通风，以降低污染物浓度，并希望本文对相关的标准制订提供一定的理论依据和数据参考。

［1］ 金明新，胡焕秀.长途客车内空气污染的危害与防治措施［J］.公路交通科技，2000.17（2）：79-82.

［2］ 袁旭东，方勇.轿车车内空气污染源的分析及其空气品质的评价方法［J］.汽车工程，2005.27（3）：289-291.

［3］ 张传桢，张纪鹏等.汽车内饰污染物对人体健康的危害研究［J］.青岛大学学报（工程技术版）.2014.29（1）：105-110.

［4］ 舒敏.轿车车内空气污染性及内饰皮革中甲醛测定方法的研究［D］. 合肥工业大学，2009：1-54.

［5］ 国家环境保护部.GB/T 27630-2011［S］. 北京：中国环境科学出版社，2011.

［6］ 国家环境保护总局.HJ/T 400-2007［S］. 北京：中国环境科学出版社，2007.

［7］ 尤可为，葛蕴珊，冯波，等.轿车内微环境空气污染状况的实验研究［J］.北京理工大学学报，2008.28（4）：310-313.

［8］ Marion JF， Brent DK. Measurement of volatile organic compounds inside automobiles［J］. J Expos Anal and Environ Epidemiology， 2003，13（1） : 31-34.

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