一种用于测定乘用车座舱换气率的示踪气体法

1.本发明属于车内环境检验技术领域，特别涉及一种用于测定乘用车座舱换气率的示踪气体法。


背景技术：

2.汽车尾气不仅成为城市空气污染的重要来源，车内空气污染也成为公众关注的热点问题。车内的空气污染物可能来自车内材料的排放、燃料的泄漏和环境空气的渗透。研究表明，人们每天有5.5％的时间是在车内环境度过的，而对于那些因职业需要长时间呆在车里的人，在车内停留的时间更长。许多以污染物暴露为基础的研究重点已转移到对环境质量的评估，乘用车座舱环境的暴露总持续时间可能相对于在室内环境停留的时间较短，但暴露的污染物浓度水平可能远高于室内暴露的污染物浓度。这些暴露过程虽然短暂，但足以对受暴露者，特别是已有过敏/呼吸系统疾病的人造成一系列有害的健康影响。对于许多人来说(如出租车和卡车司机等)，每天对多种污染物的暴露大部分发生在车内。有证据表明，通风是乘用汽车、公共汽车、卡车等各种车舱内污染物浓度的关键决定因素，也就是说暴露的一个关键决定因素是进入车舱的室外空气量(即换气量或换气率)。
3.为了测量车内空气质量，已经开展了一些研究。但是目前对于影响车内空气质量的关键参数量化方面，尤其是每小时换气量(即换气率)方面，研究还相对缺乏。因此需要对关键因素进行准确并有代表性的量化，即提出简单、快速、准确地测定乘用车座舱换气率的有效方法，以促进对乘客在车舱内污染物暴露的估计和缓解。


技术实现要素：

4.本发明的目的：提供一种简单、快速且准确测定各种模式下车舱换气率的有效方法。
5.为实现上述目的，提供下述技术方案。一种用于测定乘用车座舱换气率的示踪气体法，其设计如下：
6.(1)以co2作为示踪气体，将带有无线遥控电动阀门开关的co2小气瓶与质量流量控制器连接，并置于乘用车座舱内部作为释放源；在实验前，根据乘用车的状态将质量流量控制器的流量设置为合适值，建立车舱中co2释放过程的物理模型以及车舱中co2浓度的解析解：
[0007][0008][0009]
[0010][0011]
该模型中：q1为换气量，m3/h；v为乘用车座舱容积，m3；ca为车舱内co2浓度，ppm；c
out
为车舱外co2浓度，ppm；i表示车内有i个人；e为co2小气瓶的释放强度，ppm/h；ei表示人物i的co2释放强度，ppm/h；c0为所选实验数据中初始时刻车舱内co2浓度，ppm；q2为co2小气瓶的流量，m3/h；q3为人产生的co2流量，一般静坐取0.0144，极轻程度运动的人取0.0173，轻度运动的人取0.023，中等程度运动的人取0.041，重度运动的人取0.0748，m3/h；方程(2)和(3)中q1/v表示换气率n，h-1
；
[0012]
(2)设置4个co2记录仪的记录时间相同，并试用记录仪，尽量保证在同一环境中的读数一致；在车内放置两个co2记录仪，另外两个固定在车身左右两侧或车顶；
[0013]
(3)同时开启4个co2记录仪，对车内和车外环境中co2进行实时记录，实验过程中将车门和车窗紧闭；对于不同模式下乘用车换气率的测定方法有所差异，用于停车模式和怠速运行的行驶模式下的无人车舱换气率测定的实验步骤为(4)-(7)，用于行驶模式下的有人或无人车舱换气率测定的实验步骤为(8)-(10)；
[0014]
(4)遥控开启co2小气瓶电动阀门开关，待车内co2浓度逐渐升高至5000
±
500ppm左右时，遥控关闭co2小气瓶阀门，然后车舱内co2浓度将逐时降低；
[0015]
(5)观察车内外co2记录仪上的读数，在5-6h后停止实验，并将车内外co2记录仪上的浓度数据导出；
[0016]
(6)取co2浓度衰减数据中最高浓度值作为c0，取车外co2浓度数据的平均值作为c
out
，e和ei取0，并将以上参数代入公式(2)；
[0017]
(7)结合公式(2)对车内co2浓度衰减数据进行线性拟合，得到斜率q1/v，即为停车模式或怠速运行的行驶模式下无人车舱的换气率；
[0018]
(8)汽车行驶稳定后，遥控开启co2小气瓶电动阀门开关，以适当的恒流q2进入车舱；当车内有人时，为保证人员安全，当浓度超过1000ppm时，关闭co2小气瓶电动阀门，调低气瓶流量，直至co2浓度不超过1000ppm为止；
[0019]
(9)实验结束后，将车内外co2记录仪上的浓度数据导出；取气瓶流量为q2时的初始浓度值作为c0，取车外co2浓度数据的平均值作为c
out
，根据公式(4)确定e和ei，并将以上参数代入公式(3)；
[0020]
(10)利用遗传算法结合公式(3)，对c
a-c
out
随时间变化的实验数据进行非线性拟合，确定q1，进而得到行驶模式下车舱的换气率q1/v。
[0021]
对于停车模式和怠速运行的行驶模式下乘用车换气率的测试过程而言，需要保证气体浓度的下降比较显著，然后在计算换气率的时候，示踪气体的浓度不应太接近车外环境中的浓度。本发明选择的示踪气体为车内co2，如若换成其他气体如六氟化硫sf6，仍然适用。
[0022]
本发明的特点及效果：
[0023]
本发明设计的测定方法综合考虑了车内外示踪气体浓度，而且可以用于测定不同模式下(停车模式、怠速运行的行驶模式以及正常行驶模式)车舱内换气率，并将车内人员作为释放源考虑，同时提出了车内有人情况下如何保证人员安全的具体措施。本发明将带有无线遥控电动阀门开关的co2小气瓶放入车舱做为释放源，这将避免通过开小窗将管路
引入车舱送气而导致的高估车舱换气率问题，同样也降低行驶模式下车舱换气率测定实验的复杂性。本发明实验操作简单、测量时间短，极大地节省了试验成本，适用于工程应用。
附图说明
[0024]
图1为本发明用于确定停车模式车舱内换气率的车内外co2实验浓度示意图；
[0025]
图2为本发明用于确定停车模式车舱内换气率的线性拟合结果示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图及实施例详细说明如下：
[0027]
本发明提出的一种用于测定乘用车座舱换气率的示踪气体法，结合附图及实施例详细说明如下：
[0028]
(1)以co2作为示踪气体，将带有无线遥控电动阀门开关的co2小气瓶与质量流量控制器连接，并置于停车模式下乘用车座舱内部作为释放源；在实验前，将质量流量控制器的流量设置为50m3/h，建立车舱中co2释放过程的物理模型以及车舱中co2浓度的解析解：
[0029][0030][0031][0032][0033]
该模型中：q1为换气量，m3/h；v为乘用车座舱容积，m3；ca为车舱内co2浓度，ppm；c
out
为车舱外co2浓度，ppm；i表示车内有i个人；e为co2小气瓶的释放强度，ppm/h；ei表示人物i的co2释放强度，ppm/h；c0为所选实验数据中初始时刻车舱内co2浓度，ppm；q2为co2小气瓶的流量，m3/h；q3为人产生的co2流量，一般静坐取0.0144，极轻程度运动的人取0.0173，轻度运动的人取0.023，中等程度运动的人取0.041，重度运动的人取0.0748，m3/h；方程(2)和(3)中q1/v表示换气率n，h-1
；
[0034]
(2)设置4个co2记录仪的记录时间相同，并试用记录仪，尽量保证在同一环境中的读数一致；在车内放置两个co2记录仪，另外两个固定在车身左右两侧；
[0035]
(3)同时开启4个co2记录仪，对车内和车外环境中co2进行实时记录，实验过程中将车门和车窗紧闭；
[0036]
(4)遥控开启co2小气瓶电动阀门开关，待车内co2浓度逐渐升高至5000
±
500ppm左右时，遥控关闭co2小气瓶阀门，然后车舱内co2浓度将逐时降低；
[0037]
(5)观察车内外co2记录仪上的读数，在6.5h后停止实验，并将车内外co2记录仪上的浓度数据导出；
[0038]
(6)取co2浓度衰减数据中最高浓度值5000ppm作为c0，取车外co2浓度数据的平均值530.2ppm作为c
out
，车舱容积4.5m3，e和ei取0，并将以上参数代入公式(2)；
[0039]
(7)结合公式(2)对车内co2浓度衰减数据进行线性拟合，得到斜率q1/v，即停车模
式下无人车舱的换气率为0.205h-1
。