济南顺奇净化工程有(yǒu)限公司
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当前車(chē)内空气污染的研究并未完全解决車(chē)内空气污染问题,相关标准也不完善。國(guó)外只有(yǒu)少数國(guó)家,例如日本、俄罗斯和韩國(guó)等出台了关于車(chē)内污染物(wù)治理(lǐ)的标准或指南。我國(guó)于 2011 年 10月发布了《乘用(yòng)車(chē)内空气质量评价指南》(GB/T27630-2 0 1 1 )(以下简称《指南》)。该指南对静止状态車(chē)内装饰和组件的挥发性有(yǒu)机物(wù)提出了控制要求,但未涉及其他(tā)污染源产生的污染物(wù),而且大多(duō)数有(yǒu)机物(wù)的控制浓度均高于《室内空气质量标准》和《國(guó)家环境友好汽車(chē)实施方案》中的控制浓度,也未对汽車(chē)实际运行中車(chē)内污染物(wù),如NOx、PM、VOCs等提出浓度上限,因此并不能(néng)保证司乘人员乘車(chē)环境的健康和舒适。
传统的通风控制策略不能(néng)完全有(yǒu)效应对車(chē)内污染状况。据调查,当車(chē)辆发生阻塞时,道路污染物(wù)浓度较高,車(chē)内VOCs的浓度基本与車(chē)外VOCs浓度相等[7],传统通过CO2浓度和車(chē)内外焓差控制新(xīn)风量的方法无法应对这种情况,相反这两种通风策略可(kě)能(néng)导致車(chē)外污染物(wù)进入車(chē)内。采用(yòng)内循环的方式也不能(néng)作為(wèi)控制車(chē)内污染的方法,实验表明关闭車(chē)窗采用(yòng)内循环的方式在 5 min 内,車(chē)内的 CO2浓度超过 0.15%[8 ]。
汽車(chē)尾气是車(chē)内污染的主要污染源之一。目前使用(yòng)的发动机燃料燃烧技术必然会产生 HC、PM、NOx、CO 等污染物(wù),随着城市道路車(chē)辆的增加,尾气污染将会更严重。汽車(chē)尾气在光照条件下会产生二次污染物(wù),其危害比一次污染对人體(tǐ)健康的影响更严重。部分(fēn)城市对車(chē)辆限行、限購(gòu)和限排策略只能(néng)暂时缓解尾气污染,解决汽車(chē)尾气污染的根本途径是开发新(xīn)型发动机,实现尾气零排放,即从源头上消除污染源才是解决尾气污染的根本途径。國(guó)内对汽車(chē)車(chē)内空气污染的研究还不充分(fēn),有(yǒu)必要研究相关策略以降低車(chē)内空气污染物(wù)浓度,改善車(chē)内空气质量。
1 道路及車(chē)内空气的污染及危害
車(chē)内空气污染来源有(yǒu) 4 个方面:汽車(chē)尾气污染,道路扬尘污染,車(chē)内材料污染和車(chē)内司乘人员污染。污染物(wù)可(kě)分(fēn)為(wèi)以下几类。
1.1 颗粒物(wù)污染
道路颗粒物(wù)主要分(fēn)為(wèi)粗粒和细粒,PM2.5 指示大气中细颗粒物(wù)的污染,PM10 指示大气中粗粒的污染。中國(guó)和WHO认為(wèi)城市大气中PM2.5与PM10的浓度比例為(wèi) 50%[9]。粗粒(PM10)主要由建筑施工和道路扬尘产生,细粒(PM2.5)主要由汽車(chē)尾气产生[9],柴油机尾气中小(xiǎo)于 2 ìm 的颗粒约為(wèi)总颗粒物(wù)的 73%,汽油机则為(wèi)62%[10]。另一方面,道路颗粒物(wù)污染具有(yǒu)區(qū)域性和不确定性,道路空气中PM2.5 与 PM10 浓度不存在固定比例关系。不同的道路和交通状况下,車(chē)辆尾气造成道路污染的程度不同:当車(chē)辆高速运行时,道路的扬尘引起道路颗粒的污染较為(wèi)显著,但其产生的尾气颗粒相对较少。道路颗粒物(wù)的浓度和粒径分(fēn)布还受車(chē)流量、道路拥堵状况、行驶車(chē)辆类型、車(chē)辆品牌、道路类型的综合影响。
颗粒物(wù)对人體(tǐ)健康的危害分(fēn)為(wèi)急性危害和慢性危害两种,表 1 列出了 PM2.5、PM10 每增加 10ìg/m3时对人的急性危害。由该表可(kě)知,相同浓度增量下 PM2.5 的危害高于 PM10,吸入颗粒对呼吸系统的危害比其他(tā)器官严重,而且随剂量的增加细粒的危害性遠(yuǎn)超粗粒。WHO的调查发现颗粒物(wù)与人體(tǐ)健康之间存在剂量 ― 反应关系,颗粒物(wù)对健康不良作用(yòng)较多(duō),主要是对心血管疾病和呼吸系统的危害较严重,尚未发现有(yǒu)不良健康效应的浓度阈值[ 9 ]。
颗粒物(wù)对人體(tǐ)健康也存在慢性危害。美國(guó)心脏协会提出 PM2.5 每增加 10 ìg/m3,全因死亡率约上升 10%[14],呼吸系统的死亡率由 2.1% 增加到3.7%[16]。大气 PM2.5 对数浓度每增加 1 个单位,慢性阻塞性肺疾病的发生增加1.68倍,PM2.5的遗传毒性作用(yòng)主要由其有(yǒu)机提取成分(fēn)引发[16]。
1.2 汽車(chē)尾气气體(tǐ)污染
汽車(chē)尾气排放物(wù)主要由 CO2、水蒸汽,以及CO、SOx、NOx、PM 和 HC 等污染物(wù)组成。HC中的有(yǒu)机物(wù)成分(fēn)很(hěn)复杂,已发现的有(yǒu)机成分(fēn)有(yǒu) 280多(duō)种,气體(tǐ)冷凝物(wù)中有(yǒu)机物(wù)达 300 多(duō)种。研究表明車(chē)辆尾气排放的VOCs占人為(wèi)总排放VOCs的35%以上[17],汽車(chē)尾气中 VOCs各污染物(wù)存在相关关系,如未设置气體(tǐ)过滤装置,車(chē)内 VOCs 浓度与車(chē)外的 VOCs 浓度大约相等[7]。一般可(kě)选取代表性的有(yǒu)机物(wù)作為(wèi)道路有(yǒu)机污染物(wù)浓度的评价指标,评价車(chē)外VOCs对車(chē)内的污染,并且该评价指标不应与車(chē)内有(yǒu)机污染物(wù)的指标重合,以免造成评价失真。
1.3 車(chē)内装饰物(wù)污染
車(chē)内装饰物(wù)来源较多(duō),主要是汽車(chē)車(chē)厢隔板、仪表总成、坐(zuò)垫、地毯、皮革等。汽車(chē)的组件和装饰品都不同程度散发污染物(wù),其散发量受温度、湿度和送风速度的影响较大。車(chē)内装饰物(wù)散发VOC的危害性与室内 VOC 相同,但車(chē)内污染源散发的污染物(wù)与室内污染源并不完全相同。北京劳动保护科(kē)學(xué)研究所对106辆車(chē)的检测结果发现,新(xīn)車(chē)比旧車(chē)容易超标,但室内污染物(wù)浓度指示剂――苯和甲醛都不超标,而甲苯和二甲苯超标严重[4],这说明車(chē)内污染物(wù)的控制不能(néng)完全参照室内的污染控制标准。
1.4 人體(tǐ)污染
乘驾人员产生的主要污染物(wù)有(yǒu)CO2、NH3、H2S及真菌、细菌、病毒等微生物(wù)。人體(tǐ)的代謝(xiè)活动产生 400 多(duō)种化學(xué)物(wù)质,呼吸排除的污染物(wù)有(yǒu) 149种,汗液排除 151 种,皮肤表面排出 271 种,人體(tǐ)每天产生1g左右的各种粉尘[2]。人體(tǐ)排除的所有(yǒu)污染物(wù)中CO2的量最大,可(kě)以代表人员对車(chē)内污染的程度,将CO2浓度控制在0.15%以下乘客不会因人體(tǐ)污染感觉不舒服。人體(tǐ)对自身产生的污染物(wù)有(yǒu)一定的适应性,但对其他(tā)个體(tǐ)散发的致病性的细菌和病毒的抵抗力较差,此类微生物(wù)可(kě)引起人员之间的交叉感染,而體(tǐ)表散发和呼出的有(yǒu)害细菌和病毒与乘客的数量正相关[17-18]。细菌和病毒在空气中不能(néng)单独存在,常吸附在比其大数倍的尘粒等载體(tǐ)表面,如 SARS 病毒主要以飞沫和飞沫核為(wèi)载體(tǐ)[18],因此对颗粒物(wù)的控制可(kě)降低微生物(wù)的危害性。
1.5 二次污染物(wù)
車(chē)外二次污染物(wù)主要以O3、NO2和光化學(xué)烟雾為(wèi)代表。NO2有(yǒu)刺激性臭味、剧毒,其毒性比 CO大 10 倍[19]。WHO 认為(wèi)短期暴露于0.2 mg/m3浓度的 NO2下可(kě)产生显著的健康效应,而短期暴露于0.5 mg/m3的 NO2下则会产生急性不良反应,儿童哮喘病发病率随年均NO2浓度的上升而增加[9],此外NO2在0.5×10-6以上时就有(yǒu)可(kě)能(néng)诱发肺气肿。O3氧化性极强,对人眼睛和呼吸道有(yǒu)很(hěn)强的刺激性,浓度达到0.2×10-6~0.3 × 10-6时导致人體(tǐ)胸部产生压迫感,暴露在浓度1×10-6~2 × 10-6O3下2h内产生头痛、胸闷,达到5×10-6时人體(tǐ)会全身疼痛[1]。光化學(xué)烟雾、NO、O3和 NO2之间存在关联。
汽車(chē)发动机燃烧的副产物(wù) NOx中 90%~95%為(wèi)NO[7],后者的浓度可(kě)代表道路空气中汽車(chē)尾气的浓度。NO2在一次污染中的含量少,主要由二次污染生成,其浓度可(kě)代表車(chē)外空气二次污染物(wù)(如O3、光化學(xué)烟雾等)的污染状况,而且环境监测站的测定结果表明许多(duō)情况下NOx比CO(CO排放浓度并不稳定,与发动机的燃烧效率有(yǒu)关)更易检测,更易超标[20]。所以,可(kě)通过检测控制 NOx的浓度综合反映車(chē)外污染物(wù)浓度的控制水平,即可(kě)将NOx的浓度作為(wèi)道路空气质量的评价指标。
2 車(chē)内空气污染特点及应对方式
2.1車(chē)内空气污染与室内空气污染的不同
表2比较了車(chē)内空气污染与室内空气污染的不同特点。車(chē)外污染源的散发量、种类与汽車(chē)本身、道路类型和时间都有(yǒu)关系,而且車(chē)内污染浓度变化遠(yuǎn)比室内大,車(chē)外的污染常通过新(xīn)风进入空调系统,强调新(xīn)风的稀释作用(yòng),不考虑新(xīn)风中的污染物(wù),片
面增大新(xīn)风量不仅不能(néng)改善車(chē)内空气质量,反而造成車(chē)外污染的侵入。車(chē)内污染源散发有(yǒu)机物(wù)的类型与室内不同,車(chē)内有(yǒu)机物(wù)以甲苯、二甲苯為(wèi)代表,室内有(yǒu)机物(wù)以甲醛為(wèi)代表。这些都说明車(chē)内空气质量的控制标准不能(néng)完全以室内空气质量标准為(wèi)依据,控制策略也不能(néng)完全照搬一般民(mín)用(yòng)空调,对車(chē)内空气质量的研究也应当成為(wèi)单独的分(fēn)支方向。
2.2 污染特点及应对方式
影响車(chē)内空气质量的污染物(wù)主要是颗粒物(wù)和气體(tǐ)污染物(wù),前文(wén)所述的污染物(wù)多(duō)数包含于这两类,改善車(chē)内空气质量应控制这两种污染物(wù)。
控制 1 ìm 粒径的尘粒浓度可(kě)很(hěn)大程度减小(xiǎo)颗粒物(wù)的污染。对呼吸系统的研究表明,大于5 ìm的颗粒能(néng)被呼吸道中的膜毛挡住,只有(yǒu) 1 ìm~5 ìm的小(xiǎo)微粒才能(néng)进入肺泡[18],大部分(fēn)1 ìm 粒径的粉尘可(kě)在肺泡道和肺泡囊中沉积,只有(yǒu) 2.6% 被呼出體(tǐ)外;更小(xiǎo)粒径的颗粒在肺部沉着后又(yòu)被重新(xīn)呼出去,对人體(tǐ)危害较小(xiǎo),因此从呼吸系统的角度出发,应控制的粒径為(wèi) 1 ìm 或 1 ìm 以下。从微生物(wù)的角度分(fēn)析,空气中的细菌、病毒和芽孢等微生物(wù)的沉降等价粒径都在 1 ìm 以上[18],為(wèi)防止致病性微生物(wù)的传染,应控制粉尘颗粒的粒径為(wèi) 1 ìm。对汽車(chē)尾气颗粒物(wù)的研究表明,实际道路行驶条件下公交車(chē)尾气排放 0.3 ìm ~1.5 ìm粒径的颗粒物(wù)质量占总质量的84%[21],柴油机排放颗粒物(wù)中大于 0.75ìm 的颗粒质量占主要部分(fēn)[23],从污染源的角度出发,应过滤的颗粒粒径应该為(wèi)0.75 ìm。所以颗粒物(wù)污染的控制粒径至少為(wèi) 1 ìm。
通过車(chē)内外相结合的方式控制VOC 的污染状况。汽車(chē)尾气中的VOC 成分(fēn)较复杂,而且不同燃料、使用(yòng)年限和运行状况下发动机尾气的排放成分(fēn)各不相同。尾气含有(yǒu)多(duō)聚芳香烃等气體(tǐ)有(yǒu)机物(wù),部分(fēn)有(yǒu)机物(wù)还与車(chē)内污染成分(fēn)重叠,所以无法根据車(chē)内空气中有(yǒu)机物(wù)浓度评价車(chē)内外污染。我國(guó)拟实施的《环境空气质量标准》对空气中污染物(wù)浓度进行限制,但國(guó)内外的研究表明道路污染物(wù)浓度遠(yuǎn)高于背景浓度[7,10,24](背景浓度指代表城市环境空气总體(tǐ)水平的测点浓度),这说明在大气空气质量良好的情况下,依然有(yǒu)必要控制車(chē)外污染。目前常用(yòng)NOx浓度评价汽車(chē)尾气污染或室内燃烧器燃烧污染,因此可(kě)根据道路 NOx浓度评价車(chē)外污染情况。对于車(chē)内,《指南》中控制的浓度不够严格,其中甲苯、二甲苯浓度阈值遠(yuǎn)高于《室内空气质量标准》中的规定值,車(chē)内污染控制,除了严格执行《指南》外,还应过滤車(chē)内空气中的 VOC。
由于汽車(chē)引入的新(xīn)风可(kě)能(néng)存在污染,所以新(xīn)风量的确定不仅仅是能(néng)耗问题。在車(chē)外污染较严重,而且无新(xīn)风过滤的情况下,大量的新(xīn)风不仅不能(néng)改善車(chē)内空气质量,反而导致車(chē)外污染侵入,污染車(chē)内空气。另一方面,新(xīn)风量不足又(yòu)会导致司机和乘客出现头晕、困倦、胸闷等不适[25],影响乘車(chē)舒适性,还可(kě)能(néng)导致司机注意力不集中容易造成交通事故,因此确定合理(lǐ)的新(xīn)风量对防止車(chē)内污染、改善車(chē)内空气质量也很(hěn)关键。根据ASHRAE性能(néng)设计法以CO2為(wèi)污染物(wù),人在极轻微活动下的必要新(xīn)风量為(wèi)18.3 m3/h[26],我國(guó)《公共交通工具卫生标准》对列車(chē)車(chē)厢和轮船客舱的新(xīn)风量要求最低為(wèi) 20 m3/h。在污染较严重的情况下,可(kě)通过提高汽車(chē)空调滤清器对不同粒径段微粒的过滤效率,保证客車(chē)乘客侧 20 m3/h 的新(xīn)风量,同时考虑到司机遠(yuǎn)比乘客暴露的时间長(cháng),而且司机驾驶需要長(cháng)时间保持清醒的头脑,对健康新(xīn)鲜空气的需求量大于乘客,根据《室内空气质量标准》司机的新(xīn)风量应為(wèi)30 m3/h;在道路污染较小(xiǎo)的情况下可(kě)采用(yòng)其他(tā)通风策略。
3 汽車(chē)内空调特点
上文(wén)对汽車(chē)内空气污染及控制方法进行了论述,以下针对汽車(chē)空调的送风方式和过滤器设置位置、效率进行分(fēn)析探讨。
3.1 过滤器的设置方式
汽車(chē)的空调系统以全空气一次回风方式為(wèi)主,下面对不同形式的通风进行分(fēn)析。
(1 )无过滤装置,如图 1 。
数學(xué)模型及条件:
式中:Cr為(wèi)回风污染物(wù)的浓度,mg/m3;Ci為(wèi)車(chē)内污染物(wù)的浓度,mg/m3;Cf為(wèi)新(xīn)风污染物(wù)的浓度,mg/m3;Vf為(wèi)新(xīn)风量,m3/ h ;Vr為(wèi)回风量,m3/h;Cs為(wèi)送风污染物(wù)的浓度,mg/m3;Vs為(wèi)送风量,m3/h ;Q 為(wèi)車(chē)内污染物(wù)散发量,mg /h 。
由式 1 可(kě)知,在无过滤装置的情况下,車(chē)内污染物(wù)浓度不仅受車(chē)内污染源的影响,还受車(chē)外污染物(wù)浓度影响。以细颗粒物(wù)PM2.5污染為(wèi)例,車(chē)内基本不存在尘源,即 Q= 0 时,则 Cf= Ci,車(chē)内PM 2.5 浓度与車(chē)外道路空气中污染物(wù)浓度相同。因此,当車(chē)外PM10和PM2.5污染物(wù)污染较严重时,有(yǒu)必要安装过滤装置对空气进行处理(lǐ)。
(2 )设过滤装置,如图 2 。
式中:η1、η2為(wèi)位置 1、2 处过滤器的效率。
安装单个过滤器(气體(tǐ)污染物(wù)过滤器),过滤器效率為(wèi)η0(以下讨论均假设过滤器效率不受风量影响)。
过滤器安装在 1 处,2 处无过滤器,则:
过滤器安装在 2 处,1 处无过滤器,则:
式中:r 為(wèi)回风量与新(xīn)风量之比。
由式(5)和(6)可(kě)知,说明过滤器安装在送风段的过滤效果也优于新(xīn)风段(即使車(chē)内不存在污染源),而且随回风比例越大,效果越好;因此,建议将气體(tǐ)污染物(wù)过滤器安装在送风段。上式还表明不能(néng)因為(wèi)只有(yǒu)新(xīn)风存在污染就只对新(xīn)风过滤,也否定了这种思路:将車(chē)外新(xīn)风过滤后,就将汽車(chē)空气污染问题简化為(wèi)室内空气污染。下面对不同新(xīn)风比、不同过滤器效率情况下,对两种方式的送风污染物(wù)浓度进行比较,并以大气和道路普遍存在的污染指示物(wù)SO2為(wèi)例讨论不同新(xīn)风比下送风浓度的变化。
由图 3 可(kě)知:当新(xīn)风比小(xiǎo)时,增加过滤器效率,能(néng)显著降低送风SO2的浓度;例如风比分(fēn)别為(wèi) 10%、20%,过滤器的效率為(wèi)50%时,前者的送风浓度仅是后者的 18.2%、33.3%。当新(xīn)风比较大时,两种方式的送风污染物(wù)浓度相差不大;例如新(xīn)风比為(wèi) 60%、80%,两种方式送风 SO2浓度之比不小(xiǎo)于 0.8。在相同过滤效率下,新(xīn)风比越小(xiǎo),方式二送风的污染物(wù)浓度越低;在相同新(xīn)风比下,过滤效率越高,方式二送风污染物(wù)浓度越低。而且在低新(xīn)风比下,增加过滤器效率,方式二的效果变化显著。
下面根据公式(4)讨论高、低新(xīn)风比(新(xīn)风比為(wèi) 60%、10%),并在极為(wèi)不利的情况下:車(chē)外浓度為(wèi)背景(背景指遠(yuǎn)离道路的大气环境)的10 倍(环境 SO2控制浓度為(wèi) 0.5 mg/m3,車(chē)外浓度為(wèi) 5 mg/m3,认為(wèi)車(chē)内无SO2污染源)[11,27], 送风污染物(wù)浓度与效率关系。
由图 4可(kě)知,在車(chē)外高 SO2浓度的情况下,过滤器的效率对送风污染物(wù)浓度起到决定作用(yòng),在不提高过滤器效率的条件下,可(kě)以通过降低新(xīn)风比的方式,保证送风污染物(wù)浓度不超标;例如过滤效率為(wèi) 50% 时,新(xīn)风比 60% 送风的 SO2浓度為(wèi) 1.88mg/m3,严重超标,新(xīn)风比 10% 送风 SO2浓度仅為(wèi) 0.45 mg/m3,未超标;而前种新(xīn)风比下,过滤效率提高至 85% 才能(néng)保证送风污染物(wù)浓度低于0.5mg/m3。因此在已知送风污染物(wù)浓度和过滤效率的条件下,可(kě)根据車(chē)外污染物(wù)浓度,结合公式(4)通过控制系统调整新(xīn)风风量和回风风量。
(3)对司机和乘客相互独立送风,如图5。
数學(xué)模型及条件:
式中:Cs.p,Cs.d分(fēn)别為(wèi)乘客和司机送风污染物(wù)的浓度;Cr.p,Cr.d分(fēn)别為(wèi)乘客和司机回风污染物(wù)的浓度;Vf.p,Vf.d分(fēn)别為(wèi)乘客和司机的新(xīn)风量;Vr.p,Vr.d分(fēn)别為(wèi)乘客和司机的回风量;η1, η2分(fēn)别為(wèi)乘客和司机的侧过滤器的过滤效率。
该模型是经过对汽車(chē)通风和过滤系统分(fēn)析讨论后得到的改进方案。車(chē)辆实际运行中車(chē)外污染物(wù)浓度变化较大,当車(chē)外污染物(wù)浓度较大时,减小(xiǎo)新(xīn)风比虽然可(kě)以降低送风污染物(wù)的浓度,但较小(xiǎo)的新(xīn)风比反而导致司机吸入的CO2浓度偏高,容易引起使司机感到困倦、注意力不集中,继而诱发交通事故;因此减小(xiǎo)司机的新(xīn)风比是不可(kě)取的,结合前文(wén)讨论,提出模型:提高司机侧过滤器效率减小(xiǎo)司机侧的送风污染物(wù)浓度,将司机与乘客的送风分(fēn)开设置:在車(chē)外污染严重的情况下,可(kě)对乘客和司机送不同新(xīn)风比的空气,以满足乘客和司机不同的新(xīn)风需求,并将司机侧送风送至呼吸區(qū),乘客送风送至車(chē)厢内。
3.2 设置颗粒物(wù)过滤器时,过滤器安装位置
A:如图 6,1 处过滤器效率為(wèi)η1,2 处效率為(wèi)η2。
B:根据式(7)结合图 7,Ⅱ处过滤器效率為(wèi) 0,Ⅰ处效率為(wèi) 1-(1- η1) (1- η2),则:
比较式(7)和(9)可(kě)知 Ci. 2<Ci. 1,因此方式B的送风污染物(wù)浓度小(xiǎo)于前两种方式。当2处过滤器效率遠(yuǎn)高于 1 处时,式(10)中 ζ1- ζ1? ζ2≈0,则 Ci.2≈ Ci.1,方式 B 的送风空气质量与方式 A的基本相同。当 1、2 处效率相差不大时,方式B效果优于 A 方式。式(10)说明回风比例越大,B 方式的过滤效果更优。為(wèi)防止尘粒对空调管道系统的积尘污染和系统的二次污染,常采用(yòng)A方式将初效过滤器置于 1 处,中效过滤器置于 2 处(送风段);采用(yòng) B 方式时,需将初效过滤器置于混风段之后、热湿处理(lǐ)段之前,中效置于送风段。一般情况下中效过滤器效率遠(yuǎn)高于初效,因此各个方式之间的比较不再深入讨论。
4 提高汽車(chē)車(chē)内空气质量的措施
4.1 改进汽車(chē)空调的通风方式
根据前文(wén)的分(fēn)析,采用(yòng)恰当的空调送风方式、合理(lǐ)的新(xīn)风比和过滤器效率,得出如下适用(yòng)于汽車(chē)的空调方案。
①乘客较多(duō)的客車(chē)在新(xīn)风口设置风量调节阀,将 NOx或 PM2.5 浓度作為(wèi)新(xīn)风量调节指示剂,将乘客送风与司机送风分(fēn)开,见图8。
当 NOx 浓度大于 0.25 mg/m3或 PM2.5 浓度大于 0.075 mg/m3[11]时,保证司机 30 m3/h 的新(xīn)风量,乘客新(xīn)风量降低至 20 m3/h。通常司机遠(yuǎn)比乘客暴露的时间長(cháng),而且司机驾驶需要長(cháng)时间保持清醒的头脑,对健康干净空气的需求大于乘客,分(fēn)别在司机和乘客空调送风管段设置不同的气體(tǐ)污染物(wù)过滤器,司机使用(yòng)的气體(tǐ)污染物(wù)过滤器的效率应更高(过滤高浓度的气體(tǐ)污染物(wù))。司机空调送风送至呼气區(qū),乘客送风均匀送至車(chē)厢内,这种方式可(kě)防止車(chē)外污染大量进入車(chē)内。
当 NOx和 PM2.5 浓度小(xiǎo)于 0.25 mg/m3、0.075mg/m3时,采用(yòng)其他(tā)控制策略。此时认為(wèi)車(chē)外空气為(wèi)新(xīn)鲜干净空气,可(kě)以采用(yòng)其他(tā)通风策略进行节能(néng)运行,例如根据新(xīn)风焓差控制新(xīn)风量[28],使車(chē)载空调节能(néng)运行。
②乘客数较少的轿車(chē)在新(xīn)风口设置风量调节阀,以NOx或PM10為(wèi)新(xīn)风量调节指示剂,但不區(qū)分(fēn)乘客与司机,如图 9,并将新(xīn)风量控制在 30m3/h。此时乘客较少,宜采用(yòng)高效的过滤器过滤車(chē)外污染空气,空调运行控制策略与客車(chē)相同。
4.2 控制污染源改善車(chē)内空气质量的措施
从污染源头上控制:要严格限制車(chē)辆的污染物(wù)排量,不允许高污染排量車(chē)辆进入市區(qū),例如日本东京实施尾气排放控制法案后,大气中的PM2.5、NO2的浓度得到降低,心血管疾病和呼吸系统疾病死亡率也随之降低[15]。鼓励用(yòng)户購(gòu)买低排量汽車(chē),并颁布相关标准控制車(chē)辆尾气污染物(wù)。
采用(yòng)其他(tā)燃料替代单纯的汽油和柴油,有(yǒu)研究表明全甲醇燃料汽車(chē)的尾气危害性显著小(xiǎo)于汽油車(chē)燃料尾气[29]。北京市公交車(chē)尾气污染物(wù)检测结果表明,CNG 燃料公交車(chē)尾气排放中 CO、NO 平均浓度比汽油燃料車(chē)低94% 和 78%;LPG 燃料公交車(chē)尾气中CO、HC和NO平均浓度比汽油燃料車(chē)低18%、31% 和 33%[30]。采用(yòng)新(xīn)型燃料可(kě)缓解汽車(chē)尾气对城市道路的污染。
5 结论
(1)我國(guó)汽車(chē)車(chē)内空气污染严重,应采取相应措施进行控制。总结了車(chē)内空气各类污染源所产生的污染物(wù)之间的联系和特点,得出颗粒物(wù)的控制粒径和汽車(chē)空调的新(xīn)风风量。
(2)車(chē)内空气污染与室内空气污染显著不同,二者差异较大。
(3)讨论了不同送风方式和过滤器效率下送风污染物(wù)浓度变化规律,提出了适合汽車(chē)空调系统的改进的送风方案。
(4)提出了可(kě)实际运用(yòng)于汽車(chē)的空调送风方案和控制策略。
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