乘用车车内空气污染与防治

晁华，张龙，胡曼，李学强，黄晶慧，史斌斌，韩鹏，晁燕

（国家汽车质量监督检验中心，湖北 襄阳 441004）

前言

随着我国汽车工业的快速发展以及人民生活水平提高，国内汽车保有量和新车销量逐年升高，2017年，我国乘用车产销2480.67万辆和2471.83万辆，同比增长1.58%和1.40%。汽车已经成为我们生活中最重要的出行交通工具，乘坐汽车的机会也越来越多，在车内时间也越来越长，车辆已经成为人类的第二生活空间。与此同时，汽车安全与舒适性已经越来受到人们的重视。近年来，人们对车内空气质量较为关注，正在逐步实施的国六排放标准已将车内挥发性有机物排放纳入考核范围。关于乘用车内空气质量相关标准 GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》暂时为非强制性标准，缺乏一定约束力，无法对相关企业进行有效管控，造成大量低环保甚至有毒制品流入市场，给驾乘人员身体健康造成巨大危害。伴随着多起因车内空气质量问题而引发的的安全及健康事件以后，人们的用车理念也发生了转变，不再单纯追求车辆外观及驾驶性能，而是把注意力更多的投向车内空气质量上。与室内环境相比，车辆具有空间狭小、人员密度大、结构复杂、车内温度变化快等特点，其内部空气质量也较为复杂。文章从车内空气中污染物来源、影响因素及污染控制三个方面进行了分析。

1 乘用车内空气污染物的来源

汽车内空气质量不仅与车内环境因素有关，还与车辆行驶过程中的车外环境有关。据了解，最常见的车内污染物有30多种，其主要有三类，即挥发性有机物（VOC）、悬浮颗粒及微生物。关于乘用车内空气污染物的来源，周进林、朱熠和辛强等人做了相应研究，其主要来源有汽车内饰件释放出来的VOC、车外环境污染物、车辆自身排放的污染物、成员携带的污染物等[1-3]。

1）汽车内饰件以及车内装饰用的非金属材料所释放出来的有害物质。甲醛作为一种性能优良的化工原料，在皮革的制造过程中广泛应用，其通常以甲醛作为鞣制剂，在清洗和上色工艺中以醛类物质作为固定剂。织物的生产过程中也使用的大量助剂（防老化剂、交联剂、柔软剂、防水防污剂等）以保证其经久耐用且防皱阻燃，而这些助剂大都是烃类或醛酮类产品，极易挥发。胶粘剂作为一种醛类及苯类含量较高的物质，不可避免的应用到车内，其使用量为 5～25kg/辆。另外汽车使用的人造板材、保温材料、密封材料、涂料、塑料、橡胶、泡沫等材料在加工和生产过程中均加入了有机溶剂、添加剂、助剂等易挥发成分，在车辆的使用过程中不断挥发到空气中，造成车内污染。该类挥发性污染物主要有苯系物、醛酮类物质、卤代烃及碳氢化合物等，其对人体产生危害，引发头痛、恶心、呕吐、乏力等症状。

2）车外环境的污染。车外空气中含有各种污染物，当车辆进行换气或门窗未紧闭时，大气中的CO2、CO、PM2.5、多种挥发性有机物等进入车内，造成车内空气污染。在行驶状态下，即使不开车窗和空调换气，车内外空气仍然会发生流通，道路上汽车排放的 VOC也将进入车内，导致车内空气进一步恶化。

3）进入车内的汽车自身排放的污染物。这类污染物主要来源于汽车尾气和空调等系统。汽车尾气的主要污染物是一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅、硫化物等。有害气体会通过车辆密封不严处进入车内，对人体造成各种危害。特别是在拥堵或复杂路况上，车外环境中有害物质的浓度较高，导致车内污染物浓度升高。此外，车内空调系统是产生车内空气生物污染的主要因素之一。若汽车空调长时间未清洗，其内部会积累大量污垢，并有可能产生胺、烟碱、细菌等有害物质，在使用空调时会将有害物质吹入车内，造成空气污染。

4）乘坐人员携带的污染物。乘员人体活动过程中也会产生大量污染物，造成车内污染加重，如呼吸、汗液等排出过程中会产生氮化物、乳酸以及大量角质层等。另外人们通过打喷嚏、咳嗽、说话等过程中将呼吸道内的病原体排到车内空气中。特别是乘员在车上吸烟会严重影响车内空气质量，抽烟产生的烟雾与车辆本身产生的一氧化碳等气体混合，会导致乘员头晕、乏力、恶心等不适。同时，车上其他乘员被迫抽着“二手烟”甚至“三手烟”，危害乘员健康。

车内污染物的种类繁多，其中挥发性有机物是车内空气中的重要污染物。其挥发时间长，有些挥发物质伴随整个车的使用寿命都有挥发，不易觉察。有些挥发物质无色无味，短时间对身体损害不明显，但是长时间对身体危害巨大等特点。因此 VOC是车内空气污染控制的重中之重，是汽车安全性能的重要指标，应该引起我们的重视。文章采用 VOC浓度作为一个量化指标来表示车内空气中总体污染物浓度。

2 乘用车内挥发性有机物响因素分析

乘用车内 VOC浓度受到外因和内因共同作用，其主要影响因素包括环境温湿度、出厂年限、行驶里程、道路空气状况、车内通风模式及车内饰状况等。这些因素相互干扰对车内空气质量的准确有效评价产生影响。因此，在评价车内空气质量时，应充分考虑温湿度、车内通风模式、车内装饰等因素。

2.1 温湿度的影响

温度对聚合物分解速率、挥发性有机物扩散系数及其解吸速率等产生影响，因此车内温度是影响车内 VOC含量的重要因素之一[4]。当温度增加时，车内饰材料中含有的有机溶剂、胶粘剂、添加剂、助剂等活动剧烈，其挥发和扩散速率随之增加，导致车内挥发性有机物浓度升高[5]。在自然暴晒条件下，车内辐照度增加导致车内温度升高，最高温度可达到70℃，此时车内挥发性有机物处于活跃状态。张传桢等人研究发现，暴晒后车内挥发性有机物的总含量增长了180.91%，甲醛增长了178.72%，乙醛增长了183.32%，丙醛增长了 178.72%等[6]。由此可见，温度对车内挥发性有机物的浓度影响较为严重。文章基于某车型，依据 HJ400-2007和ISO 12219-1:2012中的常温和高温采样及分析方法，其采样过程见图1，研究了不同温度条件下，温度对车内VOC浓度的影响，其结果如图2所示。常温时，车内温度为25℃，模拟光照条件下，车内温度高达55℃左右，而仪表板的温度高达80℃，座椅表面温度高达60℃。从图2中可以看出，温度对车内 VOC浓度的波动影响比较大。光照条件下，车内各种挥发性有机物的浓度均成倍增加，与常温状态下的比值达到3-6倍，其中甲醛浓度受温度影响最大，高温下，甲醛的浓度增长了 4.5倍。另外光照条件下，车内空气中甲醛、乙醛和苯的含量均远远超过了标准限值（甲醛≤0.1mg/m3,乙醛≤0.05mg/m3，苯≤0.11mg/m3）。由此可以看出，当车辆经过暴晒后，车内污染物浓度增加，对人体的危害也随之增加。

图1 温度和采样进度图

而关于湿度对挥发性有机物的影响，有研究发现，湿度对车内挥发性有机物的浓度影响并不明显[7]。通常认为，当车内温度较高时，相对湿度并不是引起室内污染物或人体健康的原因，但是室内空气的相对湿度对人体舒适性和健康有间接影响，其表现在能引起室内微生物和化学物质的繁殖和传播[8]。

图2 模拟光照条件下车内VOC含量

2.2 车内装饰物的影响

大多消费者购买新车后都要对车内进行装饰，例如汽车地毯、座椅套、汽车靠枕、方向盘套、遮阳膜等，而目前为止我国还没有专门针对汽车内装饰材料有害物质限量标准，不能严格控制有害物质含量高和释放量高的汽车装饰件的生产和销售，因而一些含有有毒有害物质的廉价车内装饰件很容易作为污染源头引入车内，使车内空气中 VOC的含量增加，威胁人的身体健康[9]。而其中汽车地垫和座椅套为消费者使用最多且面积较大的部件，对车内 VOC的影响也较为严重。基于此，文章研究了汽车地垫及座椅面套对车内挥发性有机物含量的贡献，其结果如图3所示。从图中可以看出，加地垫和座椅面套装饰后，车内挥发性有机物的含量均有不同程度的增加，其中甲醛浓度变化较为明显，加装饰后甲醛浓度为装饰前的 2.8倍，超过了标准限值的要求。虽然国家出台的标准对车内 VOC含量进行了限值，汽车厂商对车内零部件进行严格把关，放弃使用气味没有达标的材料，但是这些设计和努力很容易被一个劣质的车内装饰件（座椅套、地垫等）破坏，导致车内VOC含量超标。因此，消费者应慎重选择和购买车内装饰，尽量不大面积使用车内装饰。

图3 装饰后车内VOC含量

2.3 通风模式的影响

车内挥发性有机物的散发过程是一个复杂多变的过程，其包括蒸发、解吸附、扩散、对流等过程，而车内通风量、气流速度等对该过程的影响较大。在通风良好的状态下，车内的污染物是可以控制的。良好的通风条件可以加快车内空气的交换，促进车内挥发性有机物的扩散，从而有效的降低车内 VOC的浓度值。张仲蓉和丁瑾等人的研究发现，短期通风后，车内甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯的质量浓度减少幅度可达40%左右[10]。在静止状态下，将车内空调开到自动挡模式，分别开启内循环和外循环，车内空气中甲醛浓度情况见图 4。从图中可以看出，当空调开启时，除甲醛和二甲苯以外，车内挥发性有机物的浓度均有大幅度降低，开启外循环，浓度降低情况更加明显。其中乙醛和甲苯浓度降低最为明显，开启内循环时，乙醛浓度减少了 62.5%，甲苯减少了 36.8%；开启外循环时，乙醛减少了 75%，甲苯减少了53.5%。而在开启内循环时，甲醛和二甲苯的浓度反而增加，这可能是由于开启内循环会促使该类污染物从材料中释放出来[11]，车内的空气不与外界流通，让车内空气变得污浊，影响车内空气质量。可见，外循环通风模式是排除车内污染物的有效手段。

图4 开启空调条件下车内VOC含量

3 乘用车内挥发性有机物污染控制

从之前的研究中可以看出，车内温湿度、通风状况及车内装饰等都会对车内挥发性有机物的含量产生影响，因此可以从其影响因素着手，对车内污染物进行控制。

3.1 源头控制

源头控制即对车内装饰材料进行控制。车内零部件材料的使用情况是车内挥发性有机物种类的决定性因素，也是挥发性有机物含量的关键因素之一，对内饰件的控制是控制车内空气质量的第一步，也是关键性的一步。而造成车内空气污染的主要内饰材料有内装饰、塑料件、座椅材料、保温材料、喷漆材料以及辅助材料、粘结材料等，所以在选用这些材料时，应选择对人体健康无伤害、无挥发性刺激的环保材料。此外内饰选用时，也应注意以下几点[12]：1）采用环保型注塑材料代替常规材料。2）禁用或少用 POM 材料。3）改善结构设计，采用注塑工艺代替热压合工艺。4）采用环保材料代替常规采用过的热压合材料。5）减少PU发泡件的使用。6）减少溶剂型胶粘剂的使用。

3.2 加强车内通风换气

通风换气是排出车内空气中污染物和改善车内空气质量的最有效的措施。合理的控制车内通风系统，能保证车内有良好的空气环境和足够的新鲜空气，以防止成员疲劳、头痛和恶心。在车外空气较好的情况下，开车前将车门打开进行换气，行驶过程中多开窗，使用自然风代替空调。在采用空调通风换气的同时，也要科学切换空调的内外循环功能。在车外空气污染严重的情况下，应避免车外空气中的污染物进去车内，以免加重车内污染情况，此时应将外循环关闭，只有车内空气循环。

3.3 车内温度控制

如前所述，车内温度越高，VOC浓度越大，因此可以通过控制车内温度来降低车内污染物的浓度。在炎热的夏季，太阳光较强，长时间的暴晒会导致车内温度升高，车内饰材料在较高温度下会释放出对人体有害的甲醛等挥发性有机物。因此，在停车时，应选择阴凉的停车点，或为车盖上遮阳布。行车过程中，不可避免的要遭受太阳暴晒，此时也可以选择安装环保的遮阳窗帘或贴膜，来减少太阳光的照射，开窗开空调等来降低车内温度。车子暴晒后不要立即行车，应敞开车门通风，待异味排除后再开车，进而在一定程度上降低污染物浓度，减轻对人体的伤害。

3.4 车内空气净化技术

吸附净化技术是一种传统的VOCs处理方法，技术较为成熟，也是吸附有机废气的首选方法。在吸附法中最常用的吸附剂为活性炭，其具有丰富的孔隙结构和较大的微孔孔容，具有良好的吸附性，可吸附空气中的各种气态、胶态与颗粒态污染物质，从而达到消毒除臭、净化车内空气的目的[13]。而且使用活性炭属于物理方法，不会产生二次污染。不过，需要注意的是，活性炭包是有使用周期的，只在一定时期内有效，因此，要注意及时更换。

生物法是指利用微生物吸附和分解有机物的方法。生物净化目前最普遍使用的是生物酶净化技术，其核心技术是用某种生物酶对这种活性纤维进行特殊处理。技术的关键是利用生物感应和生物激活技术，实现活体纤维的自呼吸功能，使纤维中的蛋白酶同空气中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯及TVOC和氦气、霉菌等发生生物分解和生物融合。生物酶用于车内环境污染的净化治理具有以下特点：无二次污染、适应范围广、使用简单、成本低、纯绿色环保产品[14]。使用生物酶进行车内环境的净化治理，既可以有效降解对人体有害的有机物（甲醛，苯等），又可以起到抑菌的作用，也不会造成二次污染。

光催化氧化是在外界可见光的作用下发生催化作用,光催化氧化反应是以半导体及空气为催化剂，以光为能量，将有机物降解为CO2和H2O。国内外研究光催化氧化分解有机物净化密闭空间内空气始于20世纪90年代[15]。世界上能作为光触媒的材料众多，包括 (TiO2)， (ZnO)， (SnO2)， (ZrO2)，(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中 TiO2因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最常用的光触媒材料[16]。二氧化钛光催化技术在常温常压下可以降解多种痕量有机污染物，其反应速度较快、降解充分、消耗能源少，较适合车内空气的净化。二氧化钛光催化剂可直接涂敷在空调或者车内饰表面，在光线包括可见光和紫外线的作用下，产生强烈催化降解功能——能有效地降解车内空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。

4 结论

车内空气污染物主要有挥发性有机物、悬浮颗粒及微生物等，主要来源于车内饰件及车外环境中，其中挥发性有机物为主要污染物对人体危害最大。影响车内挥发性有机物浓度的影响因素较多，文章从温湿度、车内装饰及通风情况这三个方面研究了车内污染物的变化情况。研究结果表明：1）温度对挥发性有机物的浓度影响较大。模拟光照条件下，各种VOC浓度均增加了2-5倍；2）车内装饰件引入了较多的污染物，导致车内挥发性有机物含量超标，加地垫和座椅面套后，甲醛浓度增加了2倍；3）通过通风状况对VOC浓度的影响，得出外循环是排除车内污染物的有效手段。另外，通过对 VOC浓度影响因素的研究，对车内空气质量的控制提供了理论支持。

随着人们环保意识和自我保护意识的提高，人们对车内环境问题的关注也不断增加。推进绿色环保材料和工艺是汽车内饰发展的必经之路，国家相关部门、汽车厂商、零部件厂商以及新材料开发商等都应共同努力，解决和攻克难关。国家应尽快强制实施车内空气质量标准，在对汽车零部件、整车的管控的同时，也应对市场上销售的车内装饰件进行约束。