摘" 要：乘用車室內(nèi)空氣污染問(wèn)題越來(lái)越突出，車內(nèi)空氣質(zhì)量受到廣泛關(guān)注。該研究開(kāi)發(fā)一套乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)評(píng)估模型，通過(guò)乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)方法，得到亞平衡狀態(tài)下多個(gè)維度數(shù)據(jù)?；诖罅繑?shù)據(jù)累計(jì)下的各維度數(shù)據(jù)排名，對(duì)車輛室內(nèi)空氣等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，車內(nèi)空氣中ΣVOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)符合理論變化曲線，且可在較短時(shí)間內(nèi)獲得釋放亞平衡狀態(tài)數(shù)據(jù)。在所有檢測(cè)車輛中，7%的車內(nèi)空氣等級(jí)為優(yōu)；8%的車內(nèi)空氣等級(jí)為較優(yōu)；24%的車內(nèi)空氣等級(jí)為良；49%的車內(nèi)空氣等級(jí)為中；9%的車內(nèi)空氣等級(jí)為較差；3%的車內(nèi)空氣等級(jí)為差。該方法可滿足車輛室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)評(píng)估需求。

關(guān)鍵詞：乘用車；室內(nèi)空氣；痕量組分；快檢；評(píng)估模型

中圖分類號(hào)：U463.8" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：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(gè)相對(duì)封閉的微環(huán)境，空間相對(duì)較小，司機(jī)和乘客會(huì)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(lái)自車內(nèi)部件材料的排放[4]，還可能來(lái)自周圍環(huán)境[5]等。揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等污染物會(huì)在密閉空間中積聚，對(duì)車艙內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。這種影響在新車中尤其明顯，因?yàn)樾萝囓噧?nèi)VOCs水平相對(duì)較高[6]。據(jù)報(bào)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(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，例如，史效東等[8]報(bào)道中國(guó)城市居民的通勤時(shí)間呈現(xiàn)出平均通勤時(shí)間不斷延長(zhǎng)、大城市通勤時(shí)間增長(zhǎng)突出，也增加了人們對(duì)車艙內(nèi)污染物的擔(dān)憂。

一項(xiàng)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(jī)化合物濃度通常超過(guò)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(xiàng)研究分析了125輛汽車內(nèi)VOCs的污染特征，檢測(cè)到了多個(gè)種類的VOCs[10]。Zhang等[11]在一個(gè)地下停車場(chǎng)對(duì)802輛新車進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，報(bào)道了4種目標(biāo)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(zhǎng)期暴露將導(dǎo)致白細(xì)胞和紅細(xì)胞的造血毒性和遺傳毒性、溶血反應(yīng)和其他血液系統(tǒng)損傷，如白細(xì)胞增多和淋巴細(xì)胞增多[12]。除了潛在的長(zhǎng)期健康影響外，新車廂中的揮發(fā)性有機(jī)化合物還會(huì)產(chǎn)生一種“新車氣味”，這對(duì)一些乘客來(lái)說(shuō)是一種討厭的味道，高濃度下會(huì)引起鼻腔刺鼻和眼睛刺激的三叉神經(jīng)反應(yīng)[13]。由于車內(nèi)VOCs廣泛的排放和其對(duì)人體健康可能造成的不良影響，評(píng)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(lái)源，而針對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的快速檢測(cè)評(píng)估的研究相對(duì)較少。因此，本研究目的是開(kāi)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(cè)評(píng)估模型，對(duì)車輛室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行快速檢測(cè)評(píng)估。

1" 車內(nèi)空氣痕量組分評(píng)估模型

1.1" 快速檢測(cè)方法

本研究建立了一種車內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)方法，根據(jù)本快速檢測(cè)方法進(jìn)行了大量車輛的快速檢測(cè)工作，得到大量的車室內(nèi)痕量VOCs組分檢測(cè)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)總結(jié)歸納，得到一條車室內(nèi)VOCs濃度隨時(shí)間變化的理論曲線（YZQ曲線），經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，幾乎每輛車的車室內(nèi)VOCs濃度隨時(shí)間變化的實(shí)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(shí)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(yīng)以及采樣管路的響應(yīng)時(shí)間，因此車內(nèi)ΣVOCs濃度會(huì)先上升一段時(shí)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(dá)到置換平衡狀態(tài)，此時(shí)車內(nèi)ΣVOCs濃度達(dá)到最低點(diǎn)；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(shì)；連續(xù)釋放一段時(shí)間后，車艙內(nèi)空氣中VOCs濃度上升逐漸放緩，先達(dá)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(dá)到平衡狀態(tài)。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，如果釋放平衡階段采樣足夠長(zhǎng)的時(shí)間，由于采樣泵一直在抽取車內(nèi)氣體，釋放平衡階段會(huì)有下降趨勢(shì)。

釋放亞平衡狀態(tài)時(shí)車內(nèi)VOCs釋放緩慢，通過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn)測(cè)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(duì)于外標(biāo)法檢測(cè)而言的快速篩查結(jié)果可以接受。因此，為了節(jié)約檢測(cè)時(shí)間，快速檢測(cè)車內(nèi)空氣痕量組分，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中可使用亞平衡狀態(tài)下的數(shù)據(jù)對(duì)車內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)篩查參考。

1.2" 評(píng)價(jià)維度

通過(guò)乘用車室內(nèi)空氣快速檢測(cè)方法，可得到亞平衡狀態(tài)下的多個(gè)維度數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)維度主要包括4個(gè)：ΣVOCs濃度、釋放速率、平衡時(shí)間和單因子濃度，將這4個(gè)評(píng)價(jià)維度帶入車內(nèi)空氣痕量組分釋放評(píng)估模型，對(duì)車內(nèi)空氣等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

1.2.1" ΣVOCs濃度

ΣVOCs濃度是指車室內(nèi)VOCs釋放達(dá)到亞平衡狀態(tài)后，車室內(nèi)空氣中所測(cè)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(dá)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(shí)間

平衡時(shí)間是指從停止置換到車室內(nèi)VOCs釋放達(dá)到亞平衡狀態(tài)這一階段所需時(shí)間，平衡時(shí)間越長(zhǎng)，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(dá)到亞平衡狀態(tài)后，在所有檢測(cè)物質(zhì)中單個(gè)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(píng)估模型

根據(jù)在線快速檢測(cè)設(shè)備的特性及建立的YZQ曲線檢測(cè)模型，可得到亞平衡狀態(tài)下的ΣVOCs濃度、平衡時(shí)間、釋放速率、單因子濃度等指標(biāo)，由于4個(gè)維度指標(biāo)的單位不一致，不便于對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，而排名是一個(gè)無(wú)量綱，可以更好地把4個(gè)維度的數(shù)據(jù)結(jié)合，因此，基于大量數(shù)據(jù)積累對(duì)不同維度的指標(biāo)進(jìn)行排名，通過(guò)車內(nèi)空氣痕量組分釋放評(píng)估模型對(duì)檢測(cè)車輛的車內(nèi)空氣等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。車內(nèi)空氣痕量組分釋放評(píng)估模型公式為

Q=（RΣVOCs濃度＋R釋放速率＋R平衡時(shí)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(píng)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(shí)間表示車輛VOCs平衡時(shí)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(cè)車輛總數(shù)。

通過(guò)評(píng)估模型計(jì)算得到車內(nèi)空氣痕量組分釋放綜合評(píng)估值，本研究將車內(nèi)空氣痕量組分釋放綜合評(píng)估值分為6個(gè)等級(jí)，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(duì)照車內(nèi)空氣痕量組分評(píng)估表（表1），可得到車輛相對(duì)應(yīng)的空氣等級(jí)和舒適度評(píng)價(jià)等級(jí)。車內(nèi)空氣等級(jí)分為6個(gè)等級(jí)，分別為優(yōu)、較優(yōu)、良、中、較差和差。舒適度評(píng)價(jià)等級(jí)共分為6個(gè)等級(jí)，從5顆星到0顆星，星級(jí)越高代表舒適度越高。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1" 實(shí)驗(yàn)儀器及樣品

實(shí)驗(yàn)儀器與樣品見(jiàn)表2。

2.2" 評(píng)估模型結(jié)果

本研究根據(jù)車內(nèi)空氣快速檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法，共檢測(cè)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(píng)估模型評(píng)估車內(nèi)空氣狀況。112輛車室內(nèi)空氣中ΣVOCs濃度隨時(shí)間變化的實(shí)際曲線如圖2所示。結(jié)果顯示，車內(nèi)空氣ΣVOCs濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)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(shì)，停止置換后先達(dá)到置換平衡狀態(tài)，然后釋放達(dá)到亞平衡狀態(tài)和平衡狀態(tài)，且在較短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到釋放平衡或釋放亞平衡狀態(tài)，驗(yàn)證了YZQ曲線檢測(cè)模型的可靠性。

112輛乘用車室內(nèi)空氣多個(gè)維度的檢測(cè)結(jié)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(shí)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(shí)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(shí)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(shì)。

112輛乘用車室內(nèi)空氣痕量組分釋放評(píng)估結(jié)果如表3和圖4所示。車內(nèi)空氣痕量組分釋放評(píng)估模型計(jì)算得到112輛車的空氣痕量組分綜合評(píng)估值范圍為0.23～3.55，中值為2.16。車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)估結(jié)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(yù)期。隨著檢測(cè)車輛的逐步增多，單臺(tái)檢測(cè)車輛基于大數(shù)據(jù)下的排名會(huì)更準(zhǔn)確，車內(nèi)空氣評(píng)估結(jié)果也會(huì)更加準(zhǔn)確。

3" 結(jié)論

本研究開(kāi)發(fā)的乘用車室內(nèi)空氣痕量組分快速檢測(cè)評(píng)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(shí)間和單因子濃度，計(jì)算得到車內(nèi)空氣痕量組分綜合評(píng)估值，對(duì)乘用車室內(nèi)空氣進(jìn)行快速檢測(cè)評(píng)估，并對(duì)不同車輛室內(nèi)空氣進(jìn)行等級(jí)分類，讓車主充分了解車內(nèi)空氣狀況。

實(shí)際車輛測(cè)試中，車內(nèi)空氣ΣVOCs濃度在置換階段呈下降趨勢(shì)，并達(dá)到置換平衡狀態(tài)，停止置換后，快速釋放達(dá)到亞平衡狀態(tài)，其變化趨勢(shì)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(píng)估模型，在所有檢測(cè)車輛中，7%的車內(nèi)空氣等級(jí)為優(yōu)；8%的車內(nèi)空氣等級(jí)為較優(yōu)；24%的車內(nèi)空氣等級(jí)為良；49%的車內(nèi)空氣等級(jí)為中；9%的車內(nèi)空氣等級(jí)為較差；3%的車內(nèi)空氣等級(jí)為差。該評(píng)估方法可實(shí)現(xiàn)車內(nèi)空氣的快速評(píng)級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] LV M Q， HUANG W J， RONG X， et al. Source apportionment of volatile organic compounds（VOCs） in vehicle cabins diffusing from interior materials[J].Part I：Measurements of VOCs in new cars in China. Building and Environment， 2020（175）：106796.

[2] 吳樂(lè)樂(lè)，郭文庚，邱杰.車內(nèi)VOC來(lái)源及應(yīng)對(duì)措施研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（21）：81-82.

[3] 辛強(qiáng)，宋可，王琳.車內(nèi)空氣中VOC污染來(lái)源分析及檢測(cè)[J].汽車零部件，2016（3）：77-79.

[4] FEDORUK M J， KERGER B D. Measurement of volatile organic compounds inside automobiles[J].J Expo Anal Environ Epidemiol， 2003，13（1）：31-41.

[5] JO W， PARK K. Concentrations of volatile organic compounds in the passenger side and the back seat of automobiles[J].Journal of Exposure Science amp; Environmental Epidemiology， 1999，9（3）：217-27.

[6] YOSHIDA T， MATSUNAGA I. A case study on identification of airborne organic compounds and time courses of their concentrations in the cabin of a new car for private use[J].Environ Int， 2006，32（1）：58-79.

[7] LIANG B， YU X， MI H， et al. Health risk assessment and source apportionment of VOCs inside new vehicle cabins：A case study from Chongqing， China[J].Atmospheric Pollution Research，2019，10（5）：1677-84.

[8] 史效東，任媛.我國(guó)城市居民通勤時(shí)間的變化特征——基于兩省一市的追蹤調(diào)查[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（7）：15-6.

[9] GRABBS J S， CORSI R L，TORRES V" M. Volatile organic compounds in new automobiles：screening assessment[J].Journal of environmental engineering，2000，126（10）：974-7.

[10] 陳小開(kāi).車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染的分析評(píng)價(jià)及吸附光催化研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011.

[11] ZHANG G， LI T， LUO M， et al. Air pollution in the microenvironment of parked new cars[J].Building and Environment， 2008，43（3）：315-9.

[12] SAYYED K， N W， RUFKA A， et al. Acute cytotoxicity， genotoxicity， and apoptosis induced by petroleum VOC emissions in A549 cell line[J].Toxicol In Vitro，2022，83：105409.

[13] CHIEN Y. Variations in amounts and potential sources of volatile organic chemicals in new cars[J].Sci Total Environ， 2007，382（2-3）：228-39.