车内空气质量(龙洲).doc

文章出处：Nielson, Karla J., Modern Electronics Technique, McGraw-Hill Companies, Inc.,2006车内空气质量1.汽车内隐藏的污染物 有时候，走快车道还是值得的。在合用车道行车，不仅可以避免像邻近慢车道上的交通阻塞，还可以避免在连头接尾的车流中爬行时，尾气污染潜人车内造成对肺部的损害。过去二十多年内，已有二十多项研究对世界各地的车内污染进行考察。这些研究的结果极为相似：在拥挤的车流内行车，会造成车内污染物浓度水平比城市环境空气高出10倍。 即使关上窗户，关掉通风，人们也将长时间受到高浓度尾气污染物的危害，因为如今不堵车的车道也不那么好找了。美国各城市的交通阻塞状况还在继续恶化。根据得克萨斯州交通研究所出版的2001年城市流动性报告, 1999年美国68个城市地区的平均交通阻塞时间要比1982年长3倍。 尽管有专家指出车内污染对健康危害的严重性，但人们对每天坐在车内和车流急缓不同时行车对健康的影响仍不甚了解。加利福尼亚州环保局空气资源委员会研究处的空气污染专家Scott Fruin说：“那确实是一个相当不卫生的地方，不适合长时间呆在里面。”多种车内污染物有致癌嫌疑，有的则可能会对神经系统、免疫系统及生殖系统产生影响。有的还会干扰内分泌系统。由于车内污染物浓度通常都未超出目前已经制定的为数不多的室外空气标准的范围，对车内污染进行健康评估因缺乏车内空气质量标准而难以进行。建立标准可为判断污染负荷是否会对车内乘客的健康造成不利影响提供一个判断依据。但是，即使有这么一个标准，儿童、老人及免疫系统反应有缺陷的弱势人群仍会受到威胁。另外，人们对车内各种污染物所造成的综合影响也知之甚少。 尽管美国当局还没有针对车内污染制定有关规定，但当局已经认识到这一问题。美国环保局国家环境暴露研究实验室一位从事研究的化学专家Ron Williams说：“我们当然对这一问题感兴趣，且我们正在协助这方面的研究工作。”但是，汽车制造商们似乎还未把这一问题提到议事日程上来。位于华盛顿特区的汽车制造商联盟主管环境事务的副总裁Greg Dana说：“我们还没有听到这方面的提议。” 1.1请给我些空间 在加利福尼亚州，开车和汽车尾气排放已经成为大众日常生活中不可缺少的一部分。无论是开车的，还是坐车的，都认为汽车可起屏蔽式的作用将他们和污染的空气隔开。但在一份于1998年12月为加利福尼亚空气资源委员会准备的题为加利福尼亚州的汽车内某些空气污染物浓度测量结果的报告的作者们认为，现实情况并不是这样的。 为了进行这一项研究，研究人员分别驾驶一辆1991年产雪佛莱Caprice，一辆1997年产福特Taurus，一辆1997年产福特Explorer, 以及一辆校车在各种天气条件下在洛杉矶、萨克拉门托的高速公路、干线公路以及乡村公路上行驶，并测量车内污染物水平。从1997年秋天在洛杉矶进行的16次实验以及在萨克拉门托进行的13次实验，他们发现车内有十几种污染物的浓度，包括甲醛、苯、甲苯、一氧化碳，均比道路20ft区域内的高，且根据天气情况和不同地点，污染物浓度是附近环境监测站测得浓度水平的2-10倍。少数金属（如铅和铬）的浓度，与路边或环境空气相似或略低。但硫的浓度要高一些。但研究人员提醒，由于研究的样本太少，还不能做出任何结论。 尽管在萨克拉门托发生交通阻塞的情况要少一些，但交通阻塞在两地的高速公路及干线公路造成污染物浓度升高极为相似。几乎在所有情况下，在洛杉矶混合车道上测得的浓度都要比高速公路及干线公路上高峰或非高峰情况下测得的浓度都要低。但是，在洛杉矶，即使是在快行车道上，许多污染物的浓度都要比环境空气高出3-4倍。 萨克拉门托的乡村公路上，车内污染物的浓度比该市的高速公路及干线公路上要低得多，但比所行驶道路周围要高。两地都测到的唯一比较明显的例外就是颗粒物质。车内测得的颗粒物质浓度一般情况下要比道路周围及环境空气浓度低约40%，这很可能是因为颗粒物质在进入汽车过程中有一部分被滤掉。从总体上来说，在洛杉矶开车所受到的污染物负荷比在萨克拉门托要高得多。这很可能是由于洛杉矶市车距较近，且环境空气中污染物浓度较高所造成的。 研究人员发现，无论是在哪个城市，汽车车型以及汽车通风条件对污染水平的影响都不大。但是，他们的确发现有几个因素对车内污染物水平的影响还是比较大的。主要影响因素之一就是前面一辆车的废气排放量。研究人员发现，以柴油为动力的公共汽车或卡车可使紧跟其后的车辆内的某些短期颗粒物质的水平迅速翻倍。旧车或状况不好的汽油动力车也可使紧跟其后的车辆内的污染物水平大大提高。与此相反的是，以乙醇或压缩天然气为动力的汽车排出的颗粒物质及炭黑要少得多。另外，大风也可有效驱散各类汽车排放的废气，大大降低紧随其后的车辆内的污染物水平。 1.2新车的气味 除了从外界吸入汽车的污染物之外，汽车内还潜伏着不为人知的污染，特别是由制造汽车所用材料散发出来的物质。尽管从公开渠道可以获得的数据很少，但仍有一些数据显示我们所熟悉的“新车味道”中充满了塑料、泡沫、胶黏剂及地毯散发出来的挥发性有机化合物及其他污染物。根据佐治亚州亚特兰大空气质量协会测试实验室的研究报告，常见汽车污染物包括氰化甲烷（乙腈）、正癸醇、甲醛、萘以及二硫化碳。 在1995年新泽西州举行的科学专题讨论会上，科学仪器公司的官员们报告说他们在一辆全新的1995年林肯Continental内发现了100多种挥发性有机化合物，包括十二烷、苯乙烯、苯酚等。两个月后，这些物质的浓度大幅度下降，但还是不难测到，且随着车内温度升高，其浓度也随之增加。 通用汽车公司发言人Chuck Licari认为问题并没有那么严重。他说：“通用汽车根本没有把这件事当作一个问题来对待。”该公司一位分析化学工程师Steve Swarin说，公司也断断续续对材料的散发物进行了一些研究，但是最后得出结论，汽车内的高换气速度会缓解潜在的问题。 车内材料散发物的情况可能确实是这样的。但是，换气的同时，车外污染物也会随之进入车内。即使关上车窗，关掉通风，车内空气对流速度往往也很高，特别是在汽车高速行驶时。例如，在1997年进行的加利福尼亚州的研究项目中，在一辆静止的1997年产福特Ex-plorer中，通风打到“循环”挡，风扇速度打到“低挡”时，换气速度为1.8次h,高于一般的室内空气流通速度。当汽车以55mile/h的速度行驶，在其设置不改变的情况下，车内换气速度增加到13.5次h, 1991年产雪佛莱Caprice在55mile/h的行驶速度，通风与风扇设置相同的情况下，空气流通速度几乎是福特Explorer的三倍，高达39次h。 许多汽车制造商都承认霉菌是汽车通风系统内长年存在的一个问题，这一问题在潮湿气候条件下运行的空调中尤为突出。有的霉菌会造成哮喘、呼吸困难、记忆力及听力丧失、肺部出血甚至死亡。定期消毒可降低霉菌水平。通过改进设计结构也可减少水汽冷凝或杀死过滤器表面上的霉菌。本田公司在发现20世纪90年代初出产的一些车型的通风系统存在的霉菌过量累积问题后，对这些车型进行了改进。凌志（Lexus）公司目前在某些车型的通风系统中也悄悄使用了一些抗菌树脂。 车上的人自身也会造成车内空气污染。根据一项1992年对沙特阿拉伯里亚德的公共汽车进行的一项研究，吸烟会大大增加汽车内的空气污染物负荷。研究人员发现，车内吸烟造成的一氧化碳水平要比世界卫生组织及美国环保局的每小时浓度标准高出34倍。 由于目前缺乏车内污染物对健康危害的数据，还无法确定车内暴露对健康的具体影响。对于已制定了标准的少数几种室外空气污染物，在迄今为止进行的各项研究中测得的浓度大多数都低于标准所规定的数值。例如，对于直径在101AM以下的颗粒污染物质，1997年进行的加利福尼亚研究中测得的浓度在2-110ug/m3之间，低于美国环保局150tg/m3 (24h)的标准。但是在由技术评估国际中心于1995年在阿姆斯特丹进行的一项研究中，测得的浓度水平却高达194yg/m3 。 有一种车内空气污染物苯是已知的人类致癌物质。长期低水平苯暴露还会损害血液及免疫系统。历次车内研究中有记录的最高苯暴露至少要比美国职业安全及健康管理局(OSHA）规定的1X10-6的标准低40倍。但是，美国职业安全及健康管理局的标准比国家职业安全及健康研究所及美国政府工业卫生学家协会等机构所建议的标准要高出好几倍。 研究工作仍在进行，一些制定健康政策的官员尚无法确定相关的风险。美国有毒物质和疾病登记处环境健康工作人员、苯和甲醛污染问题专家Sharon Wilbur说：“人人都开车，我希望开车不会带来什么健康风险。”2 努力解决汽车内的污染问题 近年来，汽车制造商们在改善其所售汽车的内在舒适度和安全度方面，已经取得了长足的进步。几乎所有的车型都配有立体音响、双气囊、倾斜式方向盘、电控锁和电控窗。只要再多花几美元，你就可以增加配置电热皮椅、车内电话、CD转换音响以及可以记忆几种位置的电动椅。有些小型面包车甚至有车内电视和录像播放器，可以使长途旅客享受娱乐节目。所有这些发明创新都使驾车者和乘车者在车内感到更舒适，尽管车外的环境是令人压抑的灰蒙蒙、闷热和潮湿。当人们紧闭着车窗，冷气调得老高，在烟雾弥漫的环境里开车的时候，他们可能会为他们参与恶化车外的空气质量而感到一丝羞愧。但他们几乎不可能真正去想置身车内给他们和他们的家庭成员带来的健康问题。 然而，过去20年中所做的研究显示，任何关于车内环境与车外污染无关的观点都是不正确的。真实的情况是，汽车内部的空气质量经常比周边的空气样本，甚至路边的空气质量更糟糕。当车在中度到重度交通拥挤的道路上行驶的时候，对健康有害的污染物，包括一氧化碳、易挥发有机物、氮氧化物和颗粒物质会在车内聚集。汽车的空气动力学作用，加上极易扩散的汽车废气中的污染物，使这些有害的化学物质在车的行进过程中聚集。事实上，车在交通拥挤的道路上行驶，就如同穿过一条看不见的高浓度污染物隧道。车的外壳和通风系统对分流和过滤污染物几乎没有什么作用，因此其对驾车穿越这条毒气隧道的人也起不到什么保护作用。 2.1汽车内的污染物 车厢内污染物的高度聚集增加了驾车者和乘客与某些非常危险的化学物质，如苯、一氧化碳、颗粒物和甲苯的接触。医学研究者们认为许多这类物质都能导致严重的健康问题，包括呼吸道炎症、癌症，甚至早亡。 易挥发有机物中包含一系列由于溶剂、油漆、胶水和化石燃料燃烧或挥发所产生的污染物。这些化学物质对环境和人体健康具有潜在的危险。 目前尚难将某一癌症病例与接触车内易挥发有机物直接联系起来。但是，易挥发有机物的致癌能力和人与它的不断接触是密切相关的。由于人开车或乘车的时间越来越多，不断提高的致癌性易挥发有机物水平使许多人与其接触的机会越来越多。多项研究都将吸人的易挥发有机物与白血病联系起来。另有研究表明，接触易挥发有机物可引发染色体、血细胞和骨髓细胞的变异。 2.2汽车尾气产生的污染物 研究发现，汽车尾气中常有的污染物也存在于车内。除了一氧化碳及大的颗粒物外，其他污染物在繁忙交通中行进的车内的聚集比其他地方，如路边、公共汽车内、火车内和地铁内更高。当然，这些地方也有汽车污染物的存在。 人们能够采取行动保护自己免受车内不断提高的易挥发有机物水平的侵害。最重要的一条就是：如果可能，尽量不要开车。如果可能的话，就使用公共交通、步行或骑自行车。第二，避免在交通繁忙的时候开车。一些研究表明，车在繁忙的道路上行驶或穿过车多的路口的时候，车内污染物水平是最高的。第三，如果不得不开车的话，不要紧跟污染性很强的车辆，如柴油卡车、公共汽车、旧车、运动型多功能汽车和肉眼能看到尾气排放的车。研究发现，车厢内污染物很可能来自周围车辆的尾气排放。 2.3解决汽车内污染的办法 缓解车内污染问题的方式包括降低高速公路和城市主要交通干线的车流量。扩建道路不是个办法。一些研究表明，建新路或扩建旧路对减轻交通堵塞起不到什么作用，道路增加或变宽，只会带来更多的车辆。现在，美国人每年开车的里程比以前更多了。从1960年到现在，他们开车的里程增加了三倍，而他们使用当地公共交通的里程只有很少的增加。人们86的本地旅行和80的长途旅行都自己驾车。打破对车的依赖非常重要。而一个解决办法就是使用公共交通。按人头计算，个人驾车所产生的易挥发有机物是火车的209倍，是公共汽车的10.5倍。这样的数字也适用于其他空气污染物。除了降低公共交通的尾气排放外，增加公交火车和汽车单位面积的乘客量也会减轻交通拥挤并有助于降低车厢内污染水平。这样做还有另外一个好处。根据关于车内污染的研究，在公交火车或汽车上的乘客所接收的03 , NOx、易挥发有机物和细小颗粒的水平比自驾车者及其乘客所接收的要低得多。 政府应当增加拨款，建设公共交通系统，尤其是在大城市，因为这些城市普遍存在着交通堵塞和延误的问题。取消鼓励人们开车上班的税务优惠，取而代之的应当是给予那些奖励员工使用公共交通的雇主和那些将车留在家里的雇员以更大的优惠。 解决汽车内污染的另一个办法应当包括，政府支持技术创新，以解决道路上汽车遭受有毒气体污染的问题。在研究实验过程中，专家们发现，车内污染物的高度聚集出现在一驾车紧随在另一驾高污染车的情况中，包括保养不当的车或柴油卡车。如果用污染不太严重的车型换下这些高污染车，情况将会得到大大改善。这将使驾车者们呼吸得更轻松。研究发现电动车的驾车者与非电动车的驾车者在道路上受到车内污染的程度相当。原因是电动车也行驶在充满污染物车辆的道路上。如果有更多的车实现污染物零排放的话，车内污染的状况就会大大减轻。 柴油车施放大量的污染物，从而危害道路上其他的车辆。研究表明，如果一辆车跟随一辆柴油卡车或一辆公共汽车，车内污染物的量可以是路边污染物量的八倍。还有研究认为，住院率和早亡率提高与接触增加的污染物水平有关。研究还认为，污染物也可能会导致癌症。一些政府机构正在完善一项规定。这项规定要求，在2007年，柴油车的污染排放将降低90%.然而，由于汽车引擎制造商和燃料公司的压力，政府机构最后制定出来的规定也可能不会那么严格。最有争议的问题之一包括柴油燃料的硫含量。要想让洁净柴油技术发挥作用，必须要有洁净柴油。最重要的问题是，政府要有一个严格的规定，要求在2007年之前，所有的柴油必须达到低硫标准（低于10 X 10-6 )。另外，政府也应鼓励开发降低污染的替代产品，包括零排放技术。 下面是一些有助于改善车内空气质量的小提示： ·打开通气系统或车窗使新鲜空气进入车内。但要记住，当汽车穿行隧道或经过拥挤区域时，要将它们关上。 ·尽量不要尾随冒烟的汽车。 ·不要在车内吸烟。 ·避免在拥挤的道路或区域开车。 ·保持车内清洁和干燥。 ·保持车况良好。 ·如果是新车，尽量多开门窗，散发新车的气味。 ·尽量不要用化学空气清新剂。如果确实要用，要注意使用说明。 ·不要使用含有易挥发有机物的化学制剂清洗汽车内部。 ·使用杀虫剂后，打开车门窗，使汽车充分透气。 ·在运送味道不好的东西时，事先要用不透气的袋子将其包裹紧在放上车 ·在等人时要熄火，以避免尾气进入车厢，同时还可以避免污染外部环境。Indoor Air Quality1.Pollutants Lurk inside VehiclesAt times it pays to live in the fast lane. Drivers motoring in freeway carpool lanes not only avoid the congestion of traffic in slower neighboring lanes, they may also avoid lung congestion from pollutants that seep into their vehicles as they creep along in bumper-to-bumper traffic. In-ve-hide pollutants have been investigated in about two dozen studies over the past two decades, with consistent findings around the world: driving in tightly packed traffic leads to interior concentrations of pollutants that are up to 10 times higher than those in ambient city air.Even with windows and vents closed many people are exposed to these higher pollutant levels for longer periods than ever before, because it's getting harder to find uncongested lanes. Traffic congestion in U. S> cities continues to worsen, with the average delay in 68 urban areas more than three times longer in 1999 than in 1982, according to the 2001 Urban Mobility Report, published by the Texas Transportation Institute of College Station.Health effects from sitting through the daily thick and thin of traffic remain poorly understood, although some experts say they are significant. "It really is a pretty unhealthy place to spend a lot of time", says Scott Fruin, an air pollution specialist in the Research Division of the California Air Resources Board (CARB), a department of that state's Environmental Protection Agency. Many of the pollutants are suspected to be human carcinogens, and others may affect the neurologic, immune, and reproductive systems. Some may disrupt the endocrine system. While pollutant concentrations inside vehicles are usually within the few established outside air standards, health evaluations are difficult because there are no established standards for inside-vehicle air. Standards provide one benchmark against which to judge whether pollutant loads might adversely affect the health of a typical vehicle occupant. Even with benchmark standards, though, especially vulnerable people such as children, the elderly and immunocompromised individuals may still be at risk. In addition, little is known about the combined effects of the pollutants that affect vehicle interiors.Although U.S. agencies have no regulations addressing invehicle pollutants, officials are aware of the issue. "We're certainly interested in it, and we try to help the science along", says Ron Williams, a research chemist with the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) National Exposure Research Laboratory. Vehicle manufacturers, however, appear to have the issue low on their priority list. "I haven't heard much about it", says Greg Dana, vice president of environmental affairs for the Washington D. C. based Alliance of Automobile Manufacturers.1.1 Give me Some SpaceWhile driving and auto emissions are a way of life in California, drivers and passengers likely assume that the shelter of their vehicles offers protection from polluted air. This is not the case, say the authors of a December 1998 report, Measuring Concentrations of Selected Air Pollutants inside California Vehicles, prepared for the CARB.For this study, researchers drove on freeways, arterial roads, and rural roads under a variety of conditions in Los Angeles and Sacramento, and measured pollutant levels in a 1991 Chevrolet Caprice, a 1997 Ford Taurus, a 1997 Ford Explorer, and a school bus. Based on 16 trips in Los Angeles and 13 in Sacramento during the fall of 1997, they found that in-vehicle concentrations of more than a dozen pollutants, including formaldehyde, benzene, toluene, and carbon monoxide, were consistently greater than the levels found in the zone within 20 feet of the roadway, and about 2-10 times those at a nearby ambient-air monitoring station, depending on location and weather conditions. Concentrations of a handful of metals, such as lead and chromium, typically were similar to or lower than those in roadside or ambient air, while sulfur concentrations were somewhat higher, although the authors caution that too few samples were detected to draw any conclusions.Congested traffic conditions led to similarly high concentrations on both freeways and arterial roads in both cities, although congestion occurred less frequently in Sacramento. The concentrations measured when driving in a Los Angeles freeway carpool lane tended to be lower in almost all instances than the readings for any of the rush-hour or off-peak freeway and arterial scenarios. However, even the carpool readings usually were 3-4 times higher for many of the pollutants than those of the ambient Los Angeles air.On Sacramento's rural roads, concentrations of in-vehicle pollutants tended to be much lower than those on the city's freeway and arterial roads, but still were generally higher than those at the side of the road. The one significant exception in both Sacramento and Los Angeles was particulate matter. That concentration inside vehicles usually was equal to or up to 40% lower than that in the roadside zone or in ambient air, likely because particulates were partially filtered out as they entered the vehicle. Overall, drivers in Los Angeles had a substantially higher burden of pollutants than those in Sacramento. That's likely due to the closer vehicle spacing in Los Angeles and higher pollutant concentrations in the ambient air.Regardless of the city, researchers found that the type of vehicle and its ventilation settings made little difference. However, they did observe that several other variables could dramatically affect the level of in-vehicle pollutants. One of the prime influences was the quantity of exhaust emitted immediately in front of a vehicle. Researchers found that exhaust from a diesel-powered bus or truck could quickly double some short-term particulate levels inside a closely trailing vehicle. Older and out-of-tune gasoline-powered vehicles also significantly increased pollutant levels in a closely trailing vehicle. In contrast, buses powered by ethanol or compressed natural gas spewed far less particulates and black carbon. Substantial winds also were effective pollutant reducers, sweeping away emissions from all types of vehicles and sharply reducing levels inside trailing vehicles.1.2 New Car SmellIn addition to pollutants that are drawn into a vehicle from outside, hidden pollutants may lurk inside as well, particularly as emissions from materials used to construct the vehicle. While there are very limited publicly available data a few sources indicate that the familiar "new car smell" is laden with VOCs and other pollutants emitted from materials such as plastics, foams, adhesives, and carpet. Typical vehicle contaminants include acetonitrile, decanol, formaldehyde, naphthalene, and carbon disulfide, according to Air Quality Sciences, an Atlanta, Georgia-based testing laboratory.In a paper presented in 1995 at a scientific symposium in New Jersey, company officials from Scientific Instrument Services reported that they found more than 100 VOCs, such as dodecane, styrene, and phenol, in a new 1995 Lincoln Continental. The concentrations dropped substantially over a two-month period, but still were readily detectable, and continued to increase from morning to midday as temperatures rose in the car.Chuck Licari, a spokesman for General Motors, downplays the issue. "GM certainly does not view that the whole thing as any kind of a problem whatsoever", he says. The company has investigated material emissions off and on, says Steve Swarin, an analytical chemist with the company, but has concluded that a vehicle's high air exchange rates mitigate any potential problems.This may be true for interior emissions; however, air exchange introduces the further potential for exposure to contaminants from outside the vehicle. Even with the windows and vents closed, air circulation rates in vehicles are typically high, especially at high speeds. For instance, in the 1997 California study, the air exchange rate in a 1997 Ford Explorer standing still with the vents on the "recirculation" setting and the fan on "low" was 1.8 air changes per hour, more than in the average home. When driven at 55 mph with the vents and fan on the same settings, the rate inside the car increased to 13.5 air changes per hour. The 1991 Chevrolet Caprice, driven at 55 mph and with similar vent and fan se