晁華，張龍，胡曼，李學強，黃晶慧，史斌斌，韓鵬，晁燕

（國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心，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，乘坐汽車的機會也越來越多，在車內時間也越來越長，車輛已經(jīng)成為人類的第二生活空間。與此同時，汽車安全與舒適性已經(jīng)越來受到人們的重視。近年來，人們對車內空氣質量較為關注，正在逐步實施的國六排放標準已將車內揮發(fā)性有機物排放納入考核范圍。關于乘用車內空氣質量相關標準 GB/T27630-2011《乘用車內空氣質量評價指南》暫時為非強制性標準，缺乏一定約束力，無法對相關企業(yè)進行有效管控，造成大量低環(huán)保甚至有毒制品流入市場，給駕乘人員身體健康造成巨大危害。伴隨著多起因車內空氣質量問題而引發(fā)的的安全及健康事件以后，人們的用車理念也發(fā)生了轉變，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空氣質量上。與室內環(huán)境相比，車輛具有空間狹小、人員密度大、結構復雜、車內溫度變化快等特點，其內部空氣質量也較為復雜。文章從車內空氣中污染物來源、影響因素及污染控制三個方面進行了分析。

1 乘用車內空氣污染物的來源

汽車內空氣質量不僅與車內環(huán)境因素有關，還與車輛行駛過程中的車外環(huán)境有關。據(jù)了解，最常見的車內污染物有30多種，其主要有三類，即揮發(fā)性有機物（VOC）、懸浮顆粒及微生物。關于乘用車內空氣污染物的來源，周進林、朱熠和辛強等人做了相應研究，其主要來源有汽車內飾件釋放出來的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）汽車內飾件以及車內裝飾用的非金屬材料所釋放出來的有害物質。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作為固定劑?？椢锏纳a(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，不可避免的應用到車內，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，造成車內污染。該類揮發(fā)性污染物主要有苯系物、醛酮類物質、鹵代烴及碳氫化合物等，其對人體產(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，當車輛進行換氣或門窗未緊閉時，大氣中的CO2、CO、PM2.5、多種揮發(fā)性有機物等進入車內，造成車內空氣污染。在行駛狀態(tài)下，即使不開車窗和空調換氣，車內外空氣仍然會發(fā)生流通，道路上汽車排放的 VOC也將進入車內，導致車內空氣進一步惡化。

3）進入車內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等系統(tǒng)。汽車尾氣的主要污染物是一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物、鉛、硫化物等。有害氣體會通過車輛密封不嚴處進入車內，對人體造成各種危害。特別是在擁堵或復雜路況上，車外環(huán)境中有害物質的濃度較高，導致車內污染物濃度升高。此外，車內空調系統(tǒng)是產(chǎn)生車內空氣生物污染的主要因素之一。若汽車空調長時間未清洗，其內部會積累大量污垢，并有可能產(chǎn)生胺、煙堿、細菌等有害物質，在使用空調時會將有害物質吹入車內，造成空氣污染。

4）乘坐人員攜帶的污染物。乘員人體活動過程中也會產(chǎn)生大量污染物，造成車內污染加重，如呼吸、汗液等排出過程中會產(chǎn)生氮化物、乳酸以及大量角質層等。另外人們通過打噴嚏、咳嗽、說話等過程中將呼吸道內的病原體排到車內空氣中。特別是乘員在車上吸煙會嚴重影響車內空氣質量，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，會導致乘員頭暈、乏力、惡心等不適。同時，車上其他乘員被迫抽著“二手煙”甚至“三手煙”，危害乘員健康。

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

2 乘用車內揮發(fā)性有機物響因素分析

乘用車內 VOC濃度受到外因和內因共同作用，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、車內通風模式及車內飾狀況等。這些因素相互干擾對車內空氣質量的準確有效評價產(chǎn)生影響。因此，在評價車內空氣質量時，應充分考慮溫濕度、車內通風模式、車內裝飾等因素。

2.1 溫濕度的影響

溫度對聚合物分解速率、揮發(fā)性有機物擴散系數(shù)及其解吸速率等產(chǎn)生影響，因此車內溫度是影響車內 VOC含量的重要因素之一[4]。當溫度增加時，車內飾材料中含有的有機溶劑、膠粘劑、添加劑、助劑等活動劇烈，其揮發(fā)和擴散速率隨之增加，導致車內揮發(fā)性有機物濃度升高[5]。在自然暴曬條件下，車內輻照度增加導致車內溫度升高，最高溫度可達到70℃，此時車內揮發(fā)性有機物處于活躍狀態(tài)。張傳楨等人研究發(fā)現(xiàn)，暴曬后車內揮發(fā)性有機物的總含量增長了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，溫度對車內揮發(fā)性有機物的濃度影響較為嚴重。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，溫度對車內VOC濃度的影響，其結果如圖2所示。常溫時，車內溫度為25℃，模擬光照條件下，車內溫度高達55℃左右，而儀表板的溫度高達80℃，座椅表面溫度高達60℃。從圖2中可以看出，溫度對車內 VOC濃度的波動影響比較大。光照條件下，車內各種揮發(fā)性有機物的濃度均成倍增加，與常溫狀態(tài)下的比值達到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，車內空氣中甲醛、乙醛和苯的含量均遠遠超過了標準限值（甲醛≤0.1mg/m3,乙醛≤0.05mg/m3，苯≤0.11mg/m3）。由此可以看出，當車輛經(jīng)過暴曬后，車內污染物濃度增加，對人體的危害也隨之增加。

圖1 溫度和采樣進度圖

而關于濕度對揮發(fā)性有機物的影響，有研究發(fā)現(xiàn)，濕度對車內揮發(fā)性有機物的濃度影響并不明顯[7]。通常認為，當車內溫度較高時，相對濕度并不是引起室內污染物或人體健康的原因，但是室內空氣的相對濕度對人體舒適性和健康有間接影響，其表現(xiàn)在能引起室內微生物和化學物質的繁殖和傳播[8]。

圖2 模擬光照條件下車內VOC含量

2.2 車內裝飾物的影響

大多消費者購買新車后都要對車內進行裝飾，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汽車內裝飾材料有害物質限量標準，不能嚴格控制有害物質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的廉價車內裝飾件很容易作為污染源頭引入車內，使車內空氣中 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者使用最多且面積較大的部件，對車內 VOC的影響也較為嚴重?；诖耍恼卵芯苛似嚨貕|及座椅面套對車內揮發(fā)性有機物含量的貢獻，其結果如圖3所示。從圖中可以看出，加地墊和座椅面套裝飾后，車內揮發(fā)性有機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，超過了標準限值的要求。雖然國家出臺的標準對車內 VOC含量進行了限值，汽車廠商對車內零部件進行嚴格把關，放棄使用氣味沒有達標的材料，但是這些設計和努力很容易被一個劣質的車內裝飾件（座椅套、地墊等）破壞，導致車內VOC含量超標。因此，消費者應慎重選擇和購買車內裝飾，盡量不大面積使用車內裝飾。

圖3 裝飾后車內VOC含量

2.3 通風模式的影響

車內揮發(fā)性有機物的散發(fā)過程是一個復雜多變的過程，其包括蒸發(fā)、解吸附、擴散、對流等過程，而車內通風量、氣流速度等對該過程的影響較大。在通風良好的狀態(tài)下，車內的污染物是可以控制的。良好的通風條件可以加快車內空氣的交換，促進車內揮發(fā)性有機物的擴散，從而有效的降低車內 VOC的濃度值。張仲蓉和丁瑾等人的研究發(fā)現(xiàn)，短期通風后，車內甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯的質量濃度減少幅度可達40%左右[10]。在靜止狀態(tài)下，將車內空調開到自動擋模式，分別開啟內循環(huán)和外循環(huán)，車內空氣中甲醛濃度情況見圖 4。從圖中可以看出，當空調開啟時，除甲醛和二甲苯以外，車內揮發(fā)性有機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，開啟內循環(huán)時，乙醛濃度減少了 62.5%，甲苯減少了 36.8%；開啟外循環(huán)時，乙醛減少了 75%，甲苯減少了53.5%。而在開啟內循環(huán)時，甲醛和二甲苯的濃度反而增加，這可能是由于開啟內循環(huán)會促使該類污染物從材料中釋放出來[11]，車內的空氣不與外界流通，讓車內空氣變得污濁，影響車內空氣質量。可見，外循環(huán)通風模式是排除車內污染物的有效手段。

圖4 開啟空調條件下車內VOC含量

3 乘用車內揮發(fā)性有機物污染控制

從之前的研究中可以看出，車內溫濕度、通風狀況及車內裝飾等都會對車內揮發(fā)性有機物的含量產(chǎn)生影響，因此可以從其影響因素著手，對車內污染物進行控制。

3.1 源頭控制

源頭控制即對車內裝飾材料進行控制。車內零部件材料的使用情況是車內揮發(fā)性有機物種類的決定性因素，也是揮發(fā)性有機物含量的關鍵因素之一，對內飾件的控制是控制車內空氣質量的第一步，也是關鍵性的一步。而造成車內空氣污染的主要內飾材料有內裝飾、塑料件、座椅材料、保溫材料、噴漆材料以及輔助材料、粘結材料等，所以在選用這些材料時，應選擇對人體健康無傷害、無揮發(fā)性刺激的環(huán)保材料。此外內飾選用時，也應注意以下幾點[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）改善結構設計，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 加強車內通風換氣

通風換氣是排出車內空氣中污染物和改善車內空氣質量的最有效的措施。合理的控制車內通風系統(tǒng)，能保證車內有良好的空氣環(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行換氣，行駛過程中多開窗，使用自然風代替空調。在采用空調通風換氣的同時，也要科學切換空調的內外循環(huán)功能。在車外空氣污染嚴重的情況下，應避免車外空氣中的污染物進去車內，以免加重車內污染情況，此時應將外循環(huán)關閉，只有車內空氣循環(huán)。

3.3 車內溫度控制

如前所述，車內溫度越高，VOC濃度越大，因此可以通過控制車內溫度來降低車內污染物的濃度。在炎熱的夏季，太陽光較強，長時間的暴曬會導致車內溫度升高，車內飾材料在較高溫度下會釋放出對人體有害的甲醛等揮發(fā)性有機物。因此，在停車時，應選擇陰涼的停車點，或為車蓋上遮陽布。行車過程中，不可避免的要遭受太陽暴曬，此時也可以選擇安裝環(huán)保的遮陽窗簾或貼膜，來減少太陽光的照射，開窗開空調等來降低車內溫度。車子暴曬后不要立即行車，應敞開車門通風，待異味排除后再開車，進而在一定程度上降低污染物濃度，減輕對人體的傷害。

3.4 車內空氣凈化技術

吸附凈化技術是一種傳統(tǒng)的VOCs處理方法，技術較為成熟，也是吸附有機廢氣的首選方法。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構和較大的微孔孔容，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，從而達到消毒除臭、凈化車內空氣的目的[13]。而且使用活性炭屬于物理方法，不會產(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，只在一定時期內有效，因此，要注意及時更換。

生物法是指利用微生物吸附和分解有機物的方法。生物凈化目前最普遍使用的是生物酶凈化技術，其核心技術是用某種生物酶對這種活性纖維進行特殊處理。技術的關鍵是利用生物感應和生物激活技術，實現(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。生物酶用于車內環(huán)境污染的凈化治理具有以下特點：無二次污染、適應范圍廣、使用簡單、成本低、純綠色環(huán)保產(chǎn)品[14]。使用生物酶進行車內環(huán)境的凈化治理，既可以有效降解對人體有害的有機物（甲醛，苯等），又可以起到抑菌的作用，也不會造成二次污染。

光催化氧化是在外界可見光的作用下發(fā)生催化作用,光催化氧化反應是以半導體及空氣為催化劑，以光為能量，將有機物降解為CO2和H2O。國內外研究光催化氧化分解有機物凈化密閉空間內空氣始于20世紀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體，其中 TiO2因其氧化能力強，化學性質穩(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在常溫常壓下可以降解多種痕量有機污染物，其反應速度較快、降解充分、消耗能源少，較適合車內空氣的凈化。二氧化鈦光催化劑可直接涂敷在空調或者車內飾表面，在光線包括可見光和紫外線的作用下，產(chǎn)生強烈催化降解功能——能有效地降解車內空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，并能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除臭、抗污等功能。

4 結論

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

隨著人們環(huán)保意識和自我保護意識的提高，人們對車內環(huán)境問題的關注也不斷增加。推進綠色環(huán)保材料和工藝是汽車內飾發(fā)展的必經(jīng)之路，國家相關部門、汽車廠商、零部件廠商以及新材料開發(fā)商等都應共同努力，解決和攻克難關。國家應盡快強制實施車內空氣質量標準，在對汽車零部件、整車的管控的同時，也應對市場上銷售的車內裝飾件進行約束。