車室內空氣痕量組分快速檢測評估應用與探討

摘" 要：乘用車室內空氣污染問題越來越突出，車內空氣質量受到廣泛關注。該研究開發一套乘用車室內空氣痕量組分快速檢測評估模型，通過乘用車室內空氣痕量組分快速檢測方法，得到亞平衡狀態下多個維度數據?；诖罅繑祿塾嬒碌母骶S度數據排名，對車輛室內空氣等級進行評估。結果表明，車內空氣中ΣVOCs（揮發性有機物）濃度隨時間變化的趨勢符合理論變化曲線，且可在較短時間內獲得釋放亞平衡狀態數據。在所有檢測車輛中，7%的車內空氣等級為優；8%的車內空氣等級為較優；24%的車內空氣等級為良；49%的車內空氣等級為中；9%的車內空氣等級為較差；3%的車內空氣等級為差。該方法可滿足車輛室內空氣痕量組分快速檢測評估需求。

關鍵詞：乘用車；室內空氣；痕量組分；快檢；評估模型

中圖分類號：U463.8" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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

汽車乘用艙是一個相對封閉的微環境，空間相對較小，司機和乘客會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）可能排放產生的污染物環境中[1-3]。車內污染物除了來自車內部件材料的排放[4]，還可能來自周圍環境[5]等。揮發性有機化合物（VOCs）等污染物會在密閉空間中積聚，對車艙內空氣質量產生負面影響。這種影響在新車中尤其明顯，因為新車車內VOCs水平相對較高[6]。據報道，車艙內的污染物濃度通常高于其他封閉環境，如住宅、醫院和辦公室等[7]。此外，在汽車內暴露的時間也越來越長，例如，史效東等[8]報道中國城市居民的通勤時間呈現出平均通勤時間不斷延長、大城市通勤時間增長突出，也增加了人們對車艙內污染物的擔憂。

一項研究發現，在一輛新車艙內存在60種以上的VOCs，總揮發性有機化合物濃度通常超過環境空氣中的濃度，而且變化很大，此外，不同車輛中的VOCs種類有明顯的差異[9]。另一項研究分析了125輛汽車內VOCs的污染特征，檢測到了多個種類的VOCs[10]。Zhang等[11]在一個地下停車場對802輛新車進行了現場檢測，報道了4種目標VOCs的平均濃度。大多數VOCs是有毒的，并且存在潛在的健康危害。研究表明，某些VOCs的長期暴露將導致白細胞和紅細胞的造血毒性和遺傳毒性、溶血反應和其他血液系統損傷，如白細胞增多和淋巴細胞增多[12]。除了潛在的長期健康影響外，新車廂中的揮發性有機化合物還會產生一種“新車氣味”，這對一些乘客來說是一種討厭的味道，高濃度下會引起鼻腔刺鼻和眼睛刺激的三叉神經反應[13]。由于車內VOCs廣泛的排放和其對人體健康可能造成的不良影響，評估車內空氣質量狀況是極其必要的。

大多數已有研究主要是調查車內VOCs濃度水平和釋放來源，而針對車內空氣質量的快速檢測評估的研究相對較少。因此，本研究目的是開發一套乘用車室內空氣痕量組分（主要指各類VOCs）快速檢測評估模型，對車輛室內空氣質量進行快速檢測評估。

1" 車內空氣痕量組分評估模型

1.1" 快速檢測方法

本研究建立了一種車內空氣痕量組分快速檢測方法，根據本快速檢測方法進行了大量車輛的快速檢測工作，得到大量的車室內痕量VOCs組分檢測數據，將這些數據總結歸納，得到一條車室內VOCs濃度隨時間變化的理論曲線（YZQ曲線），經過大量數據驗證，幾乎每輛車的車室內VOCs濃度隨時間變化的實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VOCs總和ΣVOCs濃度隨時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，由于儀器的響應以及采樣管路的響應時間，因此車內ΣVOCs濃度會先上升一段時間，然后凈化氣體與車內污染氣體混合置換，車內污染氣體逐漸減少，車內ΣVOCs濃度逐漸下降；車內空氣被潔凈空氣置換完成達到置換平衡狀態，此時車內ΣVOCs濃度達到最低點；在釋放階段，由于停止置換，車內靜態釋放VOCs，車內ΣVOCs濃度呈上升趨勢；連續釋放一段時間后，車艙內空氣中VOCs濃度上升逐漸放緩，先達到釋放亞平衡狀態，最終釋放速率趨向于零，車內ΣVOCs濃度達到平衡狀態。在實際測試過程中，如果釋放平衡階段采樣足夠長的時間，由于采樣泵一直在抽取車內氣體，釋放平衡階段會有下降趨勢。

釋放亞平衡狀態時車內VOCs釋放緩慢，通過大量對比試驗測試，釋放亞平衡狀態下和釋放平衡狀態下車內ΣVOCs濃度變化小于20%，對于外標法檢測而言的快速篩查結果可以接受。因此，為了節約檢測時間，快速檢測車內空氣痕量組分，在實際測試過程中可使用亞平衡狀態下的數據對車內空氣痕量組分快速檢測篩查參考。

1.2" 評價維度

通過乘用車室內空氣快速檢測方法，可得到亞平衡狀態下的多個維度數據，評價維度主要包括4個：ΣVOCs濃度、釋放速率、平衡時間和單因子濃度，將這4個評價維度帶入車內空氣痕量組分釋放評估模型，對車內空氣等級進行評估。

1.2.1" ΣVOCs濃度

ΣVOCs濃度是指車室內VOCs釋放達到亞平衡狀態后，車室內空氣中所測VOCs總和的濃度值，ΣVOCs濃度越低，車室內空氣質量越好。

1.2.2" 釋放速率

釋放速率是指從停止置換到車室內VOCs釋放達到亞平衡狀態這一階段的平均釋放速率，釋放速率越慢，車室內空氣質量越好。

1.2.3" 平衡時間

平衡時間是指從停止置換到車室內VOCs釋放達到亞平衡狀態這一階段所需時間，平衡時間越長，車室內空氣質量越好。

1.2.4" 單因子濃度

單因子濃度是指車室內VOCs釋放達到亞平衡狀態后，在所有檢測物質中單個物質的最高濃度，單因子濃度越低，車室內空氣質量越好。

1.3" 車內空氣痕量組分釋放評估模型

根據在線快速檢測設備的特性及建立的YZQ曲線檢測模型，可得到亞平衡狀態下的ΣVOCs濃度、平衡時間、釋放速率、單因子濃度等指標，由于4個維度指標的單位不一致，不便于對車內空氣質量進行評估，而排名是一個無量綱，可以更好地把4個維度的數據結合，因此，基于大量數據積累對不同維度的指標進行排名，通過車內空氣痕量組分釋放評估模型對檢測車輛的車內空氣等級進行評價。車內空氣痕量組分釋放評估模型公式為

Q=（RΣVOCs濃度＋R釋放速率＋R平衡時間＋R單因子濃度）/A，

式中：Q表示車內空氣痕量組分釋放綜合評估值；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平衡時間表示車輛VOCs平衡時間排名；R單因子濃度表示車輛單因子濃度排名；A表示所測車輛總數。

通過評估模型計算得到車內空氣痕量組分釋放綜合評估值，本研究將車內空氣痕量組分釋放綜合評估值分為6個等級，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。對照車內空氣痕量組分評估表（表1），可得到車輛相對應的空氣等級和舒適度評價等級。車內空氣等級分為6個等級，分別為優、較優、良、中、較差和差。舒適度評價等級共分為6個等級，從5顆星到0顆星，星級越高代表舒適度越高。

2" 實驗結果與討論

2.1" 實驗儀器及樣品

實驗儀器與樣品見表2。

2.2" 評估模型結果

本研究根據車內空氣快速檢測的實驗方法，共檢測了112輛乘用車室內空氣，并使用車內空氣痕量組分釋放評估模型評估車內空氣狀況。112輛車室內空氣中ΣVOCs濃度隨時間變化的實際曲線如圖2所示。結果顯示，車內空氣ΣVOCs濃度隨時間變化的趨勢基本符合本研究中的理論YZQ曲線。即在置換階段，車內ΣVOCs濃度呈下降趨勢，停止置換后先達到置換平衡狀態，然后釋放達到亞平衡狀態和平衡狀態，且在較短時間內可達到釋放平衡或釋放亞平衡狀態，驗證了YZQ曲線檢測模型的可靠性。

112輛乘用車室內空氣多個維度的檢測結果如圖3所示，平衡后的車內ΣVOCs濃度范圍為22.60～579.40 μg/m3，平衡時間范圍為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ΣVOCs濃度、平衡時間、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，平衡時間、釋放速率和單因子濃度均呈現一定程度左偏的分布趨勢。

112輛乘用車室內空氣痕量組分釋放評估結果如表3和圖4所示。車內空氣痕量組分釋放評估模型計算得到112輛車的空氣痕量組分綜合評估值范圍為0.23～3.55，中值為2.16。車內空氣質量評估結果中“良”和“中”占大多數，“優”“較優”“差”和“較差”占比均較小，符合理論預期。隨著檢測車輛的逐步增多，單臺檢測車輛基于大數據下的排名會更準確，車內空氣評估結果也會更加準確。

3" 結論

本研究開發的乘用車室內空氣痕量組分快速檢測評估模型，可基于YZQ曲線模型中亞平衡狀態下的ΣVOCs濃度、釋放速率、平衡時間和單因子濃度，計算得到車內空氣痕量組分綜合評估值，對乘用車室內空氣進行快速檢測評估，并對不同車輛室內空氣進行等級分類，讓車主充分了解車內空氣狀況。

實際車輛測試中，車內空氣ΣVOCs濃度在置換階段呈下降趨勢，并達到置換平衡狀態，停止置換后，快速釋放達到亞平衡狀態，其變化趨勢基本符合理論YZQ曲線。按照乘用車室內空氣痕量組分釋放評估模型，在所有檢測車輛中，7%的車內空氣等級為優；8%的車內空氣等級為較優；24%的車內空氣等級為良；49%的車內空氣等級為中；9%的車內空氣等級為較差；3%的車內空氣等級為差。該評估方法可實現車內空氣的快速評級。

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