CC BY
27Содержание загрязняющих веществ в пассажирских помещениях и кабинах АТС
З.Ю. Булычева,
ведущий научный сотрудник НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ», к.х.н.
Приводятся обоснования для введения национального стандарта по определению содержания загрязняющих веществ в воздухе пассажирского помещения и кабины автотранспортных средств (АТС), данные о влиянии загрязняющих веществ на здоровье водителя, пассажиров, на безопасность вождения. Дается обоснование для введения номенклатуры и критериев оценки содержания загрязняющих веществ в воздухе кабины и пассажирского помещения АТС, а также перечень типов двигателей, в отношении которых осуществляется проверка. Описываются основные этапы работы по усовершенствованию метода испытаний, условий проведения испытаний, этапов пробоотбора и обработки проб, регламентируются методы измерения, требования к средствам измерений и метрологическому обеспечению измерений.
Ключевые слова: загрязняющие вещества, автотранспортные средства, кабина и пассажирское помещение, номенклатура, предельно допустимые концентрации (ПДК), методы испытаний и измерений, токсическая опасность, оксиды углерода и азота, формальдегид, углеводороды С1-С7, моторные топлива.
Content of pollutants in the air of passenger compartment and cabin of motor vehicles
Z.Yu. Bulycheva
Motivations for the introduction of a national standard for determining the content of pollutants in the air of passenger compartment and driver cabin of motor vehicles are given. Data about the impact of pollutants on the health of driver, passengers, the safety of driving are reported. The foundation for the introduction of the nomenclature of pollutants and assessment criteria for determination the content of pollutants in the air of passenger compartment and driver cabin of motor vehicles are given, as well as types of verifiable engines are reported. The basic stages of work - test method, test conditions, stages of sampling and sample handling, places of sampling are processed. Required methods of measurement, the requirements for gas analytical instrumentation and for metrological support of measurements are described.
Keywords: pollutants, motor vehicles, passenger compartment and driver cabin, the maximum allowable concentrations of pollutants, test methods and measurements, toxic danger, carbon and nitrogen oxides, formaldehyde, hydrocarbons C1-C7, measurements, gas analytical instrumentation, motor fuels.
Как известно, в Российской системе сертификации существует ряд национальных стандартов, обязательных для исполнения на территории РФ. Один из них регламентирует методы испытаний и критерии оценки содержания загрязняющих (вредных) веществ (ЗВ) в воздухе пассажирских помещений и кабин автотранспортных средств.
Необходимость введения такого стандарта для отечественного автомобилестроения очевидна, поскольку в течение многих лет при отсутствии конкурентной борьбы за качество продукции сложилось так, что ряд характеристик автомобилей, отшлифовывающихся в условиях западной конкуренции, - таких, например, как герметичность кузова и кабины, выпускной системы, конструкция топливного бака и наливной горловины, качество различных уплотнений и др. - не являлись главными показателями. Вследствие чего достаточно часто отмечались случаи проникновения внутрь автомобиля значительных количеств ЗВ из систем самих АТС, создававшие опасность для здоровья водителя и пассажиров [1].
Проблема ухудшения самочувствия водителя и пассажиров во время дорожного движения, несмотря на более высокое качество изготовления автомобилей и низкий уровень токсичности, отмечена многими исследователями не только в России [2], но во многих промышленно развитых странах Европы, Азии и Америки. Задача улучшения качества воздуха во внутреннем пространстве автомобиля в последние годы становится актуальной и важной для автопроизводителей многих крупных фирм (BMW, Audi, Volvo, Ford и многие другие) [3]. В результате такой деятельности на рынке появляются модели автомобилей, оснащенные
ЙЯЯВВР Л Ф® вя# J^tefet Щ фЩ
«Транспорт на альтернативном топливе» № 4 (22) август 2011 г.
Стандарты и нормы
Таблица 1
Показатели вредного воздействия нормируемых загрязняющих веществ на организм человека [7]
Вредное вещество Концентрация в воздухе, мг/м3 Длительность воздействия, мин Симптомы Токсикологическая характеристика
СО 6 25 Снижение цветовой и световой чувствительности глаз Кровяной яд, вытесняет кислород из гемоглобина крови
СО 30 180 Снижение точности зрительного восприятия пространства и ночного зрения
СО 50-60 120 Снижение слуха,изменение ЭКГ
1\ю2 0,14 5 Порог изменения светочувствительности глаз Раздражающее и прижигающее действие на дыхательные пути
1\Ю+1\Ю2 12 25 Раздражение слизистых глаз и носа, уменьшение диффузии СО2 в легких Сильные наркотики индифферентного действия, смогообразущие реагенты
СН 300 Несколько часов Наркотическое воздействие, неустойчивость реакций нервной системы
фильтрами различных конструкций, предназначенными для очистки воздуха в пассажирском помещении и кабине [4].
Другая, не менее важная сторона вопроса связана с безопасностью дорожного движения. Известно, что условия труда водителей требуют постоянной концентрации внимания к меняющимся условиям вождения, готовности избежать дорожно-транспортных
аварий, ответственности за жизнь всех участников движения, однако через достаточно короткое время у водителей появляются отрицательные реакции: усталость, сонливость, раздражение глаз и носоглотки, головная боль, снижение реакций [5, 6].
Как известно, значительную часть отработавших газов, образующихся при сгорании топлив и попадающих в воздух пассажирского
помещения (кабины), составляют оксид углерода (СО), оксиды азота (N0, N02), углеводороды различных классов СН. Присутствие загрязняющих веществ внутри автомобиля резко ухудшает адаптивные реакции организма человека, в результате чего снижаются устойчивость, концентрация и переключение внимания до 10,5 %, а выносливость мышц кисти - до 26 % [3].
Таблица 2
Номенклатура, предельно допустимые концентрации ЗВ в воздухе кабины водителя и пассажирского помещения
Загрязняющее (вредное) вещество ПДКмр ЗВ в воздухе кабины водителя и пассажирского помещения АТС, мг/м3 Типы двигателей, по которым осуществляется проверка
Формальдегид СН2О 0,035 3, 4, 5
Диоксид азота 1\Ю2 0,2 1, 2, 3, 4, 5
Оксид азота N0 0,4 1, 2, 3, 4, 5
Оксид углерода СО 5,0 1, 2, 3, 4, 5
Углеводороды предельные С2Н6 - С7Н16 метан СН4 50* 50* 1, 2, 3 3, 5
Примечание. Типы двигателей: 1 - с искровым зажиганием, работающие на бензине; 2 - с искровым зажиганием, работающие на сжиженном углеводородном газе (СУГ); 3 - с искровым зажиганием, работающие на компримированном природном газе (КПГ); 4 - с воспламенением от сжатия (дизели); 5 - с воспламенением от сжатия, работающие на смешанном топливе (дизельное топливо + КПГ); * - значения ОБУВ в соответствии с ГН 2.1.6.1139-03
Практически все водители отмечают ухудшение здоровья и усталость к концу рабочего дня (табл. 1).
Очевидно, что задача снижения концентрации ЗВ в пассажирском помещении (кабине) автомобиля особо важна в настоящее время. Одним из аспектов этой работы являются испытания конструкций (кузов, кабина) автомобилей в части оценки степени проникновения ЗВ во внутреннее пространство испытуемого автомобиля, образующихся при сгорании топлива в двигателе и испарении топлива и смазок из его систем.
Разработка нормативно-методических материалов в этой области проводилась в течение ряда лет в направлениях оптимизации метода испытаний, уточнения номенклатуры определяемых ЗВ, нормативных требований и методов их оценки, подбора газоаналитического оборудования, позволяющего с требуемой точностью проводить измерения ЗВ. В результате этих работ был разработан ГОСТ Р 51206 «Автотранспортные средства. Содержание вредных веществ в воздухе салона и кабины. Нормы и методы определения», действующий в редакциях 1998 и 2004 гг.
В настоящее время современный автомобиль следует рассматривать не как рабочее место в производственном помещении, а как среду обитания, в которой осуществляется жизнедеятельность современного человека. Соответственно, и требования по содержанию вредных веществ в воздухе пассажирских помещений и кабин АТС всех категорий должны предъявляться, исходя из нормативов к среде обитания (атмосферный воздух).
Такого же мнения придерживаются и гигиенисты. Вследствие вышеизложенного во вторую редакцию ГОСТ Р 51206 были введены
более жесткие нормативы по качеству воздуха во внутреннем пространстве АТС (табл. 2).
В подготавливаемой третьей редакции ГОСТ Р 51206, планируемой к введению с 2012 г., регламентируются метод испытаний по определению содержания загрязняющих (вредных) веществ и методы их измерений в воздухе кабины водителя и пассажирского помещения. Номенклатура и нормы (предельно допустимые максимально разовые концентрации - ПДКмр), соответствующие требованиям гигиенических нормативов ГН 2.1.6.1338-2003, ГН 2.1.6.1339-2003, а также уточненный по отношению ко второй редакции ГОСТ Р 51206 перечень типов испытуемых двигателей, по которым осуществляется проверка, приведены в табл. 2.
В ходе подготовки второй редакции ГОСТа была уточнена номенклатура определяемых ЗВ, в частности, по оксидам азота. В атмосферном воздухе осуществляется раздельное нормирование оксида азота N0 и диоксида азота N02. По существу, это необходимо, так как оксиды азота имеют различные степени опасности: N02 - вторую, N0 - третью.
При нормировании углеводородов важно было установить спектр наиболее характерных углеводородов, которые значимо, на уровне не менее 0,1 ПДКм (3...5 мг/м3), присутствуют как в отработавших газах, так и в воздухе кабин и пассажирских помещений АТС.
С этой целью были проведены испытания по изучению углеводородного состава отработавших газов и воздуха в пассажирских помещениях и кабинах АТС, работающих на различных видах моторных топлив (бензиновых, дизельных, газовых).
По результатам испытаний более 50 АТС, работающих на различных
видах топлива, были установлены некоторые закономерности (табл. 2). Так, качественный углеводородный состав с концентрациями выше 2.3 мг/м3 в воздухе пассажирских помещений и салона АТС включал, в основном, углеводороды нормального строения С1-С7, которые в зависимости от технического состояния испытуемого автомобиля находились на уровне от 0,05.1,5 значений ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ).
На основании проведенных испытаний представляется вполне обоснованным введение более жесткого норматива, равного 50 мг/м3, в качестве критерия нормирования предельных углеводородов С1-С10 в воздухе пассажирских помещений и кабин АТС.
Углеводородный состав отработавших газов при работе на КПГ несколько отличался от состава отработавших газов бензиновых двигателей и дизелей. Около 90 % всех углеводородов приходится на метан, а другие углеводороды на всех режимах испытаний присутствуют в следовых количествах, незначительных с точки зрения нормирования. Вследствие этого в воздухе пассажирских помещений и кабин АТС, работающих на КПГ, представляется целесообразным ввести только нормирование метана с ПДК, равной 50 мг/м3.
В редакцию ГОСТ Р 51206-2004 в номенклатуру определяемых ЗВ введен формальдегид (вместо акролеина). Многочисленные исследования, в том числе собственные, показали, что в отработавших газах дизелей содержание формальдегида на порядок больше, чем других альдегидов (акролеин, ацеталь-дегид, пропионовый альдегид и др.), а по своей токсической опасности он превышает опасность
Стандарты и нормы
т
перечисленных альдегидов, так как обладает канцерогенными свойствами [8, 9].
В третьей редакции ГОСТ Р 51206, намечаемой к выпуску в 2012 г., пересмотрены все его разделы и внесены следующие изменения.
• Изменено название ГОСТа.
• Сделаны редакционные уточнения в разделе 1 «Область применения».
• Пересмотрен раздел 3 «Определения, обозначения, сокращения», введены новые определения (пассажирское помещение, кузов, кабина водителя, спальное место, климат-контроль, экологический класс, средства измерений, методика выполнения измерений (МВИ), пробоотборные устройства, поглотительные емкости и концентраторы), дано новое понятие «типа ТС в отношении содержания ЗВ в воздухе кабины водителя и пассажирского помещения».
• В разделе 4 «Номенклатура и нормативные требования» изменено значение ПДКм для диоксида азота (N02) в соответствии с изменением в ГН 2.1.6.1338, уточнен и расширен перечень типов двигателей, в отношении которых осуществляется проверка (табл. 2).
• Переработано приложение Б «Метод испытаний по определению содержания ЗВ в воздухе кабины водителя и пассажирского помещения АТС» - уточнены и конкретизированы условия проведения испытаний, уменьшено предельное значение скорости ветра с 5 до 2,5 м/с, убран пункт, определяющий положение АТС и выпускной трубы относительно направления ветра, дана новая редакция раздела «Обработка и оформление результатов испытаний».
• Переработано дополнение 1 к приложению Б. В дополнение перенесен раздел «Методы измерений»,
введен порядок проведения прямых измерений (экспресс-анализ ЗВ), осуществляемый в соответствии с методиками, внесенными в эксплуатационную документацию. Приведены требования к нижнему и верхнему пределам измерений и установлен относительный предел допускаемой основной погрешности измерений ЗВ. В раздел «Места отбора проб и экспресс-анализа» добавлена точка измерения на спальном месте для АТС категорий М2, М3, N2, N и определены точки измерения ЗВ в АТС специального назначения категорий М2С, ^С. Добавлено описание процедуры отбора проб воздуха в мешки большой вместимости с целью последующего анализа отобранных проб на стационарном газоаналитическом оборудовании и уточнен порядок регистрации результатов анализа при длительном времени
экспозиции пробы в детектирующем устройстве.
В подготовленной новой редакции стандарта отражены современные требования к метрологическим характеристикам средств измерений и методикам выполнения измерений, внесены наиболее важные изменения в методику проведения испытаний, необходимость которых была выявлена в течение многолетних испытаний всего многообразия автомобильной техники отечественного и импортного производства.
Новая редакция ГОСТ Р 51206 является основополагающим стандартом, в соответствии с которым проводится оценка АТС на соответствие требованиям технического регламента о безопасности колесных транспортных средств (приложение 3, п. 3).
Литература
1. Сайкин А.М., Шмидт Г.Р. Проблемы очистки воздуха в салонах автомобилей. Улучшение эксплуатационных показателей ДВС / Межвузовский сб. науч. тр. - С.-Петербург-Киров: Российская академия транспорта, Вятская ГСХА, 2003. - С. 120-134.
2. Douglas Dockery, et al. An Association Between Air Pollution and Mortality in Six Cties // New England Journal of Medicine. - 1993, 329: 1755.
3. Будкин А., Булычева З. Фильтр противогаза не заменит // За рулем. - 1998. - № 10. - С. 37-39.
4. Сайкин А.М., Евдокимов В.Д., Шмидт Г.Р. Оценка герметичности кабин автотранспортного средства, эксплуатируемого в загрязненной атмосфере. Улучшение эксплуатируемых показателей ДВС / Межвузовский сб. науч. тр. - С.-Петербург-Киров: Российская академия транспорта, Вятская ГСХА, 2003. - 140 с.
5. III Всесоюзная конференция по автодорожной медицине. Тез. докл. Горький, 1989. - С. 143-150.
6. Проблемы автодорожной медицины / Сб. науч. тр. М., 1988. - С. 3-16.
7. Вредные вещества в промышленности. - М.: Химия. Т. 3. - С. 105, 250.
8. US Environmental Protection Agency (Office of Air Quality Planning and Standards) «Formaldehyde» Publication 50-00.-0. United air Toxics Website, March 20, 2000.
9. Звонов В.А. Козлов А.В., Теренченко А.С. Оценка традиционных альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Автостроение за рубежом.
■ 2001. - № 12. - С. 12-20.
