交通工具中空气舒适(健康)标准的探讨.docx

摘要 车辆内部空气的污染控制是现代汽车社会的课题。汽车内的空气舒适（健康）应该从车内热湿环境、无机（有机）有害物控制、噪声控制等角度出发，同时进行。不同于室内空气质量标准，车辆内应该有符合自己特点的空气质量标准，本文探讨了这一问题，提出在国标室内空气质量的基础上，对次声、可闻噪声、新鲜空气量、车内空气流速、可控制的有害化学物种类及其可接受浓度的标准等应该重新作相应的改动。同时，文中就改善车内空气舒适（健康）品质的方法作了原则性的讨论，提出应该从污染物源头上控制有害物，利用空气动力学指导有效的车内气流组织以减少与消除车内有害物的浓度。
关键词 空气质量  污染控制  人体健康  次声标准
1 引言
随着我国逐渐进入汽车化社会，我国国人的时间将有相当大一部分在汽车、火车、轮船内度过。一般可以认为,现代都市上班族耗在车上的时间每天在2小时以上。汽车，成了人们临时的家，汽车空气品质的好坏，汽车内空气的温度、湿度、二氧化碳浓度、有害细菌数、人体及车体产生的有害物的浓度，噪声等因素，在如此狭小的空间内，共同影响着人体的健康。现行的室内空气质量标准主要是针对建筑物室内的空气状况研究制定的,交通工具可以参照这些标准执行,但可以肯定的是,标准中的还欠缺一些针对交通工具特点的指标。另外，汽车行驶过程中车内气流应该合理地组织、舱内空间形状及装饰材料应该合理设计，才能有效消除车内空气中不利因素对人的影响。
2 影响舱内空气品质的因素
根据我国现行室内空气质量标准(GB/T18883-2002),居住环境室内空气质量主要从物理性、化学性、放射性、生物性上进行检测的。其中物理性的指标有温度(夏22-28℃,冬16-24℃)、相对湿度(夏40-80%,冬30-60%)、气流速度(夏0.3,冬0.2m/s)、新风量（30m3/h.p）;化学指标有SO2、CO2、NO2、CO、NH3、HCHO、O3、C6H6、C7H8、C8H10、苯并（a）芘B（b）P、可吸入颗粒PM10、TVOC，放射性的有氡222Rn，生物性的菌落数。车舱内空气质量如果完全照搬上述标准，也有不适当的地方，具体如下。
2.1 车舱内影响人体舒适（健康）因素的研究
2.1.1 次声污染污染源
次声污染源属于物理污染。汽车在行驶过程中，车轮与地面间、车内各运转部件间会产生振动，这种振动的频率范围有高有低。随着20HZ以下的噪声检测技术的成熟，次声源研究得到发展。车辆行驶时的次声研究表明，车辆在行驶过程中产生的次声随着车速的提高而提高，开窗时车内次声比关窗时能提高2-10DB。有学者认为这是因为车内气流高速流动产生共鸣，从而产生气流次噪声。但是，有的车辆则开窗后次声反而减少。实测的桑塔那在车速达80km/h时开窗噪声可达115.3dB。
物理性的次声对人的影响是强烈的。一定强度的次声使人表现出烦恼、眩晕、恶心、疲倦、头痛、平衡失调、恐慌等症状,并使人反应迟钝,有醉意和昏睡。次声强度达到一定程度对人的影响是不可外忽略的[1] 。
2.1.2 温度、相对湿度、气流速度、新风量
这些均属于物理指标，可统称热湿环境。热湿环境对人体的影响可采用人体舒适性方程进程评价。可通过车内等效温度、预测平均值PMV、预测不满者百分率PPD进行计算，得出结论。东风公司的郑勋先生对人体从头到脚的不同部位，在高温风洞、低温风洞下进行了测量，给理论研究提供了第一手原始数据[2]，可以引用FANGER人体热的方法评价车内空气热湿品质。其中舒适性等效温度tcq是评价室内空调效果的一个很重要的物理量，其计算式如下式（1）。
               (1)
式中 —着衣的热阻抗(克洛值),clo，其中1clo=0. 155m2℃/W;
      ta —空气温度，C ; tr—平均辐射温度，℃;va—气流速度，m/s
(1)式适用于气流速度在va>0.1m/s的整个区域。当va<0.1m/s认为是自由对流。
另外PMV热感觉标尺也是一个重要的评价指标，PMV将人对有效温度的感觉分为从热到冷的六档，认为适中时其取值为0 。当PMV=0时，并不是指所有的人感觉很舒适，预测感到不舒适的人所占的比例就是预测不满者百分率（PPD）。  PPD与PMV的关系见式（2）：
          （2）
ISO7730给出了评价热环境的PMV-PPD指数，推荐热舒适性的舒适范围为：-0.5<PMV<0.5,PPD<10%。
车内空间是有限的，当车舱内部人员数量不同时，车内CO2的浓度变化很大。CO2浓度达到一定程度，会导致人体神情恍惚、精神不集中，诱发疾病。从图1可以看出小车内CO2浓度与时间的关系。这一点与建筑内部是既相似又有所不同的。不同之处在于，车内空间十分狭窄，短时间内空气中的CO2浓度随人员数量发生显著的变化。由图3可知，车内一人时10公钟以后CO2浓度即发生超标现象。
2.1.3 车舱内化学性、生物性的污染及对人体的影响
车内化学性污染包括可吸入颗粒物、数目繁多的有害气体（据国外汽车内部空气污染的情况，有28种有机污染物[3]）和霉菌等,它们来源于车内仪表盘、密封胶、地毯、泡沫软垫、人造皮革、空调装置内部等,材料老化或在加热时也会有气体释出，车内除臭剂、清洁剂等也可能造成污染。此外还有燃料的泄漏和来自引擎排放的气体和颗粒物[4][5][6]。
有研究表明，车内的人承受着更大的污染。据文献[6]所述，车舱内空气污染程度是离公路50~100m处污染的18倍,驾乘人员受到比骑自行车和行人高10倍的污染。同时，内饰产生的污染物中，苯系物、甲醛、总有机挥发物会随温度升高。2003年Marion在有关VOC的研究中,使用了3辆新车2辆旧车,在色质联用仪上检测了沸点80~200℃的烷、烯和轻芳香化合物,及其酸、醇、醛的衍生物,分析了可挥发有机物和总挥发有机物(TVOC)含量。通过静态法测试了强烈日照的62℃和傍晚的18℃温度条件下,门窗关闭10min后车舱内的空气TVOC量。静态法测量TVOC浓度的结果表明,26℃时约为400~800 ,62℃时浓度至少增加5倍。车内污染的主要化合物包括苯乙烯、甲苯、8~12个碳的可挥发有机化合物。图2、图3为某实验测量所得的不同有机物浓与温度的变化关系[7]。

图2  某车内实测的有害物浓度与温度的关系       图3 温升高10倍时污染物升高的倍数

3 呼吁制订车舱内空气品质的标准
3.1 建立与研究车舱内空气品质的标准的必要性
车舱内，尤其是城市公共交通工具中人密度高，人员组成复杂，人的心理压力无形中增加了；一段时间以后，人体的疲劳程度上升，机体免疫能力下降，恶劣的空气品质或不当的空气品质执行标准可能对乘客、司机的健康造成威胁。另外，文中提到的次声，还有空气源致病微生物在如此狭小的空间内散播，温度、湿度、相对湿度、含氧浓度、甚至包括压力，加上有害的有机物、无机物，这些因素的种类、浓度水平、传播途径不同于建筑物内空气品质影响因素，因此，研究与建立车舱内空气品质的标准有着重要的意义。一方面，可以通过研究建立健全人体健康保证体系，一方面可以督促车辆生产商改变技术来适应“一人为本”的要求。
3．2 建议增加噪声、特别是次声的控制标准，改变车内气流速度控制值
通过上述分析，笔者认为，GB/T18883-2002标准引用到车辆上时，应该进行增减。鉴于车内空间有限，标准中的气流速度应该有所变化。以物理性的室内气流速度而论，这一速度应该是人活动区域的流速，而车内空调通风系统工作时，出风口就在人的活动区域中。出风速度如果太小，则因为出风口难以密集布置，反之则达不到室内标准的要求。通过简单的计算可得，当出风速度为2m/s时，在距离风口1m的地方，其气流速度为0.4m/s。
物理性的噪声标准的应当明确。车内噪声污染源中，既有人耳可闻的噪声，也有听不到的次声。次声对生命体的影响是显著的。次声作用能引起心血管共振，导致器官与系统产生生理反射性反应，一定强度的次声能会转化为热能、化学能和生物能，进而直接或间接影响心血管系统[8]。人体有其自身的固有共振频率，称为人体阿尔法节律，在3-17HZ之间。如头部为8-12HZ，胸腔4-6HZ，心脏5Hz，腹腔6-9Hz。如果以10Hz、135dB的次声作用人体达15分钟，则人体有多处器官有振动感，实验结束后，受试者感到极度疲乏无力，高强度次声可以引起人体的生理变化，甚至导致死亡[9]。笔者认为，噪声标准应该为：可闻噪声应该为65dB以下，次声应该为80dB以下。
3．3 建议新鲜空气标准应该具体化，或者明确换气次数
新鲜空气的标准应当明确其最小健康标准。并且为了减少舱内的污染物浓度，引过新风量应该通过理论与实验的方法来解决。如果不能确定，可参考通风相关的要求，让新风换气次数达到8-10次/（小时.立方米)。
4 车舱内空气品质改善的途径
通过对污染源及物理性影响的分析，车内空气品质改善可从如下方面着手：
1）车辆减振体系可以通过优化及次声试验，最大程度地减少次声源强度，或者避开对人体有影响的声波频段。as.cc
2）车辆设计时内饰物应该最大程度地选择污染物产量小的材料，如果不能很好地做到这一点，也应该选择污染物产量随温度变化小的内饰材料。
3）车内空间造型是一门人体学与艺术的结合科学。恰当的空间形状可以改善内部噪声源的强度分布情况、温度、湿度的分布等等。建议在这一方面开展探索性的研究。
4）应该利用计算流体力学的方法，模拟车辆见外空间流场分布情况，尽量利用车辆运动时的内外压力分布的差值调整新鲜空气含量进入车辆内部。空气动力学的知识告诉我们，车辆在运动中在车身周围会形成压力有变化的一个区域。一般靠近车头部位的空气会在前挡风玻璃处形成正压，而在车尾及后挡风玻璃处形成负压。如果能够利用这一压力差，在车体内部靠正压段开上孔，在车辆内部靠负压段上也开孔，当两个开孔部位间形成的气流被组织合理时，可以让车外的清洁空气通过换气的方法减少车内的污染，并补充足量的新风。
5 结论
车内空气舒适（质量）标准不能完全照用国家室内空气质量标准，应该针对车辆污染物及车辆空间的特点具体制定。相对现行的室内空气质量标准，应该增加噪声（可闻噪声及次声）标准，并对车内的新鲜空气浓度、气流速度进行修正,对车辆特有的有机物污染源应制订出具体的标准。
化学性气体污染的有效控制方法是通风换气及降低污染物产量，因此应该大力研究利用车辆行进中的车外气体压力差有组织地通过自然通风的方式解决车内污染物超标这一问题，大力研究车辆设计生产中的空间设计、材料选择、车体减振系统的优化，减少减轻噪声、有害气体的产生。
参考文献
[1]王登峰，常振臣，汽车车内次声的测量及分析，《中国公路学报》，2001年第14卷第4期
[2]郑勋，汽车热舒适的测定与评价，《客车技术与研究》，1994年16卷第4期
[3]邓大跃，汽车内的空气污染，《环境科学动态》，2004年第2期，第3期
[4]李鼎如，汽车尾气污染及防治途径浅析，《污染防治技术》，1994年第7卷第2期
[5]金均，周国安，公路汽车尾气扩散模式研究，《上海环境科学》，1997年第16卷第10期
[6] 邓大跃，陈双基，汽车内空气污染综述；北京联合大学学报（自然科学版），2004年6月第18卷第二期
[7] 戴涟漪,邓大跃，汽车内空气的污染与健康驾驶；北京联合大学学报（自然科学版），2004年3月第18卷第一期
[8]裴兆辉，陈景藻等，8Hz、90dB次声引起的心肌细胞超微结构变化及相关机制的探讨；《心脏杂志》，2005年17（3）：216-217
[9]赵选科，王莲芬，何俊发，次声波及次声武器；《大学物理》，2005年第24期第5卷：57-59
武汉科技学院 程向东 袁昌立
湖北天一建筑设计有限公司 刘政斌