白 莉，秦 嘉，李春輝，賀梓健，陳琬玥，崔永博，遲有巖

1吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，長春 130118 2天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300580

2004年在“中國首次汽車內(nèi)環(huán)境污染情況調(diào)查活動(dòng)”中,黃燕娣等[1-2]人調(diào)查了1 175輛新車,根據(jù)GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》[3],駕駛空間甲醛濃度應(yīng)≤0.10 mg/m3,結(jié)果顯示有93.82 %的車輛存在車內(nèi)環(huán)境污染,其中甲醛、苯超標(biāo)率為81.6 %.車內(nèi)環(huán)境污染問題十分突出,空氣品質(zhì)也逐漸被人們重視起來.污染的來源可分為車內(nèi)污染源和車外污染源.車內(nèi)污染源主要來源于車內(nèi)飾材料(涂漆涂料、橡膠、織物等),車外污染源主要由于汽車尾氣的排放、霧霾天氣產(chǎn)生的灰塵等由開窗或密封不嚴(yán)進(jìn)入車內(nèi)造成[4].車內(nèi)污染物主要集中于PM 2.5、甲醛等.PM 2.5主要通過車外PM 2.5的滲透進(jìn)入車內(nèi)[5-6]并通過呼吸道深部及肺泡進(jìn)入血液循環(huán)而導(dǎo)致人體多系統(tǒng)損傷,當(dāng)人體長期處于PM 2.5環(huán)境下,對(duì)其自身免疫、泌尿、血液、消化等系統(tǒng)均產(chǎn)生很大影響[7].甲醛對(duì)人體產(chǎn)生危害的濃度是0.12 mg/m3,達(dá)到0.10 mg/m3會(huì)感到不適，長期接觸低濃度甲醛(0.017 mg/m3～0.068 mg/m3)會(huì)出現(xiàn)精神衰弱癥狀,長期接觸高濃度甲醛甚至?xí)?dǎo)致死亡[8].目前國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)于車內(nèi)污染的研究一般多為溫度、濕度對(duì)車內(nèi)污染物的影響，而對(duì)汽車在動(dòng)態(tài)下PM 2.5和甲醛變化影響的研究較少.本研究通過分析在不同行駛狀態(tài)下車內(nèi)的PM 2.5及甲醛濃度變化,為改善車內(nèi)空氣質(zhì)量提供理論依據(jù).

1 研究方法

1.1 測(cè)試點(diǎn)的確定

根據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18883-2002)[9],測(cè)試的空間小于50 m2可取1～3個(gè)測(cè)試點(diǎn);測(cè)試位置距離壁面0.5 m以上;測(cè)試高度原則上與人的呼吸帶一致,相對(duì)高度0.5 m～1.5 m之間.測(cè)試位置選取主駕駛與副駕駛靠枕中心連線處,將設(shè)備固定在此位置進(jìn)行測(cè)試，見圖1.

圖1 測(cè)試點(diǎn)Fig.1 Test point

(a) 甲醛測(cè)試儀(a) Formaldehyde tester (b) 粉塵檢測(cè)儀(b) Dust detector圖2 測(cè)試設(shè)備Fig.2 Fest equipments

1.2 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備如圖2所示,采用英國PPM-technology PPM-HTV甲醛檢測(cè)儀測(cè)試甲醛,檢測(cè)量程是0～10 PPM,分辨率是0.01 PPM,精度在10 %以內(nèi);PM 2.5監(jiān)測(cè)采用激光粉塵儀LD-6 S,粉塵監(jiān)測(cè)儀采樣流量為2 L/min,測(cè)量范圍為0.001 mg/m3～1 000 mg/m3,測(cè)量精度達(dá)到±10 %,重復(fù)性誤差僅為±2 %.

1.3 測(cè)試過程

1.3.1 汽車靜止時(shí)

(1) 狀態(tài)A-靜止時(shí)(無循環(huán)). 汽車處于完全靜止,打開車門,駕駛員和測(cè)試員進(jìn)入車內(nèi)將門窗完全關(guān)閉,靜止10 min，使因開、關(guān)車門通過氣流漂浮在空氣中的顆粒物沉淀,讓測(cè)量環(huán)境處于相對(duì)不流通、靜止的狀態(tài),將測(cè)量PM 2.5以及甲醛的設(shè)備均擺放在主駕駛和副駕駛座椅靠背連線中間的位置,此位置位于汽車內(nèi)部空間的中心位置,濃度相對(duì)最高,開始測(cè)量.每1 min記錄一次數(shù)據(jù),測(cè)十組數(shù)據(jù),共10 min.將此狀態(tài)下所測(cè)全部數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,得出PM 2.5及甲醛的變化曲線.連續(xù)測(cè)20 d選取室內(nèi)外環(huán)境均衡的7 d,其他狀態(tài)均相同.

(2) 狀態(tài)B-怠速靜止時(shí)(開啟內(nèi)循環(huán)). 汽車打火不發(fā)生位移,處于相對(duì)靜止的狀態(tài).甲醛測(cè)試儀每分鐘抽取車內(nèi)空氣并記錄數(shù)據(jù),PM 2.5監(jiān)測(cè)采用激光粉塵儀LD-6S持續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)共10 min,每分鐘讀取一個(gè)數(shù)據(jù)總共十組數(shù)據(jù).分別得出PM 2.5及甲醛的變化曲線,將此狀態(tài)下全部數(shù)據(jù)于標(biāo)準(zhǔn)值做對(duì)比.

1.3.2 汽車行駛時(shí)

(1) 狀態(tài)C-行駛中(無循環(huán)). 控制汽車勻速行駛并關(guān)閉循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定后開始測(cè)量.同樣的方法每min記錄一次數(shù)據(jù),測(cè)十組數(shù)據(jù),共10 min.

(2) 狀態(tài)D-行駛中(開啟內(nèi)循環(huán)). 行駛中開啟內(nèi)循環(huán)保持勻速行駛,使行車狀態(tài)生活化,每1 min記錄一次數(shù)據(jù),測(cè)十組數(shù)據(jù),共10 min.分別得出PM 2.5及甲醛的變化曲線.以上實(shí)驗(yàn)均關(guān)閉汽車門、窗,在封閉的空間中進(jìn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 汽車在狀態(tài)A，C下甲醛和PM 2.5濃度變化

《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》(GB/T 27630-2011)[3]中規(guī)定,甲醛的標(biāo)準(zhǔn)值為0.10 mg/m3,從表1及圖3中得出,車輛在靜止?fàn)顟B(tài)中,甲醛濃度緩慢上升,平均值為0.08 mg/m3,最大值達(dá)到0.12 mg/m3,超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值的20 %.在行駛狀態(tài)下,車輛起步時(shí)甲醛濃度已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)值,并且持續(xù)快速增加,最大達(dá)到0.32 mg/m3,其平均濃度約為靜止時(shí)的3倍.汽車內(nèi)部是密閉狹小空間,除車內(nèi)空氣中的甲醛外,其他來源于車內(nèi)各種膠黏劑中存有游離的甲醛向空氣中不斷釋放.靜止時(shí)因各種膠黏劑釋放甲醛,導(dǎo)致車內(nèi)甲醛含量產(chǎn)生微小增加.汽車起步時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)升溫工作,汽油充分燃燒,產(chǎn)生甲醛像車內(nèi)散發(fā),所以起步時(shí)車內(nèi)甲醛含量高于靜止時(shí).汽車行駛時(shí),車內(nèi)外空氣流速差很大,產(chǎn)生較大壓差,使車外甲醛透過車門縫隙、窗戶縫隙進(jìn)入車內(nèi),同時(shí)進(jìn)入車內(nèi)的氣流使原本游離的甲醛加速運(yùn)動(dòng),這也是導(dǎo)致車內(nèi)甲醛含量增加的原因之一.因此,不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響車內(nèi)甲醛濃度變化.

表1 不同行駛狀態(tài)甲醛、PM 2.5濃度(狀態(tài)A,C)Table 1 Concentration of formaldehyde and PM 2.5 in different driving conditions(State A and C)

圖3 無循環(huán)時(shí)的甲醛及PM 2.5濃度(狀態(tài)A,C)Fig.3 Concentration of formaldehyde and PM 2.5 without circulate(State A and C)

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)[10]中規(guī)定,汽車內(nèi)的PM 2.5濃度標(biāo)準(zhǔn)值為75 μg/m3.從表1中得出靜止時(shí)的最低值為40 μg/m3;平均濃度為60 μg/m3;行駛時(shí)PM 2.5最低濃度為20 μg/m3,平均濃度27 μg/m3.PM 2.5濃度接近限值并且逐漸降低.相比靜止?fàn)顟B(tài)下降了55 %.駕駛?cè)藛T進(jìn)入車內(nèi),車內(nèi)的細(xì)小顆粒物會(huì)通過人體的呼吸進(jìn)入人體.英國倫敦區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)車內(nèi)PM 2.5質(zhì)量濃度平均為37.3 μg/m3,在我國廣州市區(qū),PM 2.5濃度均值為73 μg/m3[11].與本研究近似一致.行駛狀態(tài),車外空氣通過縫隙進(jìn)入車內(nèi),車內(nèi)空氣流速提高,車內(nèi)PM 2.5濃度降低[12].因此無內(nèi)循環(huán)情況下,汽車不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均會(huì)使PM 2.5濃度呈下降趨勢(shì).

2.2 汽車在狀態(tài)A,B下甲醛和PM 2.5濃度變化

圖4、表2表明,在狀態(tài)A時(shí)甲醛濃度為0.06 mg/m3～0.12 mg/m3,平均濃度為0.09 mg/m3;在狀態(tài)B時(shí)甲醛濃度為0.14 mg/m3～0.23 mg/m3,平均濃度為0.16 mg/m3，約為狀態(tài)A的1.8倍.顯示汽車在狀態(tài)B時(shí),甲醛濃度逐漸增加.甲醛與空氣中的水蒸氣形成氫鍵,空氣中的飽和蒸汽壓變大,內(nèi)飾對(duì)甲醛的吸附能力減弱,使得車內(nèi)飾(皮革座椅、車內(nèi)地毯、涂漆涂料等)表面的甲醛分子易脫落,從而產(chǎn)生游離甲醛.內(nèi)循環(huán)將車內(nèi)的空氣形成循環(huán)氣流,使空氣流速增大,空氣中的游離甲醛增加,從而甲醛濃度上升.由此可見在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的情況下,開啟內(nèi)循環(huán)是會(huì)影響甲醛濃度變化的.

在狀態(tài)A時(shí)PM 2.5濃度為44 μg/m3,平均濃度為60 μg/m3.在狀態(tài)B時(shí)PM 2.5濃度呈下降趨勢(shì),最低濃度為27 μg/m3,平均濃度為40 μg/m3.狀態(tài)B下的PM 2.5濃度相比狀態(tài)A下的PM 2.5濃度降低了33 %.內(nèi)循環(huán)使得空氣在車內(nèi)反復(fù)流動(dòng),細(xì)小顆粒物加速運(yùn)動(dòng),降低了污染物濃度.由此可見,汽車在停止不動(dòng)的情況下,開啟內(nèi)循環(huán)會(huì)影響PM 2.5濃度變化.

表2 靜止時(shí)的甲醛、PM 2.5濃度(狀態(tài)A,B)Table 2 Formaldehyde and PM 2.5 concentration at rest(State A and B)

圖4 靜止時(shí)甲醛、PM 2.5濃度(狀態(tài)A,B)Fig.4 Formaldehyde and PM 2.5 concentration at rest(State A and B)

2.3 汽車在狀態(tài)C,D下甲醛和PM 2.5濃度變化

圖5為汽車在狀態(tài)C，D下甲醛和PM 2.5濃度變化，表3為汽車行駛時(shí)的甲醛、PM 2.5濃度.

表3 行駛時(shí)的甲醛、PM 2.5濃度(狀態(tài)C,D)Table 3 Formaldehyde and PM 2.5 concentration during driving(State C and D)

從圖5、表3中發(fā)現(xiàn),車速等其他條件相同時(shí),在狀態(tài)C下甲醛濃度最低為0.18 mg/m3;最高濃度為0.32 mg/m3;平均濃度為0.25 mg/m3.在狀態(tài)D下,甲醛濃度均呈急劇上升趨勢(shì),最低為0.28 mg/m3;最高濃度高達(dá)1.1 mg/m3;平均濃度為0.58 mg/m3.狀態(tài)D時(shí)的甲醛濃度約為狀態(tài)C下的2.3倍.行駛時(shí)車外與車內(nèi)氣流相差大,使得車內(nèi)空氣流速增加,開啟內(nèi)循環(huán)更加大了車內(nèi)空氣流速,內(nèi)飾游離甲醛及滲透進(jìn)入的甲醛加劇運(yùn)動(dòng),從而車內(nèi)甲醛濃度直線上升.由此可見,開啟內(nèi)循環(huán)會(huì)使甲醛濃度大幅度增加.

圖5 行駛時(shí)的甲醛和PM 2.5濃度(狀態(tài)C,D)Fig.5 Formaldehyde and PM 2.5 concentration during driving(Status C and D)

在狀態(tài)C下,PM 2.5濃度表現(xiàn)為下降趨勢(shì),并且濃度顯然低于狀態(tài)D.在狀態(tài)C時(shí)的PM 2.5濃度最小值為20 μg/m3;平均值為24 μg/m3.在狀態(tài)D時(shí)的最低濃度為16 μg/m3;平均濃度為20 μg/m3.無循環(huán)的PM 2.5濃度相比,開啟內(nèi)循環(huán)使PM 2.5濃度降低了17 %.因此,行駛過程中開啟內(nèi)循環(huán)使PM 2.5濃度下降.

3 結(jié)論

(1) 在不開啟內(nèi)循環(huán)的條件下,行駛時(shí)甲醛平均值為0.24 mg/m3,靜止時(shí)甲醛平均值為0.08 mg/m3,行駛時(shí)的甲醛濃度高于靜止時(shí)的甲醛濃度約3倍.靜止時(shí)的PM 2.5平均濃度為60 μg/m3.行駛時(shí)PM 2.5平均濃度為27 μg/m3,相比靜止?fàn)顟B(tài)下降了55%.汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響甲醛、PM 2.5濃度的變化.

(2) 在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的情況下,靜止時(shí)開啟內(nèi)循環(huán)比無內(nèi)循環(huán)甲醛濃度高約1.8倍,PM 2.5濃度降低了33 %;行駛時(shí)開啟內(nèi)循環(huán)比無內(nèi)循環(huán)甲醛濃度高約2.3倍,PM 2.5濃度降低了17 %.因此開啟內(nèi)循環(huán)會(huì)影響甲醛濃度的的變化.