住宅客廳甲醛的排污效能的模擬研究
摘要：本文以實驗室客廳為 研究 對象，以二氧化碳為代表性污染物，通過單送風、單排風、送風+排風工況，研究二氧化碳為氣體在通風狀態下濃度變化 規律 ，并依據二氧化碳為的通風換氣狀態下的濃度曲線和稀釋通風方程原理，模擬出甲醛的濃度變化曲線，找到甲醛在通風換氣狀態下的微值濃度的變化規律。
關鍵詞：二氧化碳 排污效能 稀釋通風 曲線模擬
隨著化學 工業 的 發展 和生活設施的 現代 化，由燃料燃燒及建筑裝修等生產工藝的途徑排入空氣中的甲醛逐年增加，尤其在室內裝修熱的當今，室內甲醛的污染已引起人們的極大關注。
甲醛(HCHO)又稱蟻醛，是無色有強烈刺激性氣味的氣體，分子量30.3，對空氣的比重為1.06，易溶于水和乙醇。水溶液的最高含量可達55%。甲醛的污染源很多，污染濃度也較高，是室內的主要污染源之一。 自然 界中的甲醛背景值很低，城市空氣中的年平均濃度大約是0.005~0.01mg/m3，一般不超過0.03mg/ m3。
甲醛對人體健康的 影響 主要表現在嗅覺異常、刺激、過敏、致突變、肺功能異常、免疫功能異常等方面，而個體差異很大。當甲醛濃度在0.06~0.07mg/m3(0.05~0.06ppm)時，兒童發生氣喘病[1];當濃度在0.12~1.2 mg/m3(0.1~1ppm)時，能致使肝功能、肺功能異常、免疫功能異常。
現有室內甲醛的測定 方法 有比色法，滴定法等，但其測定步驟繁瑣，測試誤差較大。故本文采用二氧化碳(co2)氣體濃度測定，進行模擬 分析 甲醛的排污效能。
1 co2的排污效能實驗
CO2是最為人們熟悉的氣體，是評價室內和公共場所環境空氣衛生質量的一項重要指標。
本文以CO2氣體為研究對象，通過對住宅中客廳的單送風、單排風和送風+排風實驗，找到CO2氣體濃度變化規律。
本實驗采用酒精爐，通過酒精膏的燃燒，釋放出一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，進行室內CO2氣體釋放的人工模擬。CO2濃度的測定儀器為testo400型氣體濃度測試儀。
該實驗以客廳為研究對象，客廳放置酒精爐，該設備作為CO2氣體主要發生源，酒精爐附近設有風扇，攪動空氣，使室內污染物分布均勻。氣體探頭布置點高度距地面0.5m，為保證測得的數據具有代表性，布置點應和污染源、墻體、排風口和送風口均有一定的距離[2]，具體布置詳見客廳實驗布置圖1。
圖1 客廳實驗布置示意圖(單位：mm)
室內1人靜坐，作為CO2氣體部分發生源，并讀出數據(酒精膏燃燒時每隔2分鐘讀數，通風時每隔5分鐘讀數)。點燃酒精爐內的酒精膏，在酒精膏滅火時刻(第20分鐘)，開始通風實驗。本實驗中的風量采用先測流速再 計算 風量的方法來求得，測定儀器為testo425風速溫度儀。
其計算公式為：
(1-1)
式中：L—風量，m3/h;
—管道內空氣平均流速，m/s;
F—管道橫斷面面積，m2。
實驗的狀態參數為室內溫度10.0℃~15.6℃，相對濕度在60%~68%之間，室外風速為0.8~1.7m/s。對大氣污染物的測定，在同一區域的室外設置1~2個對照點。測得大氣中的CO2濃度為352~371ppm，CO濃度為0.3~0.7ppm。
酒精膏滅火后進行通風所記錄的數據見表1
表1 不同工況和時刻的CO2濃度表(ppm)|
工況\時刻
|
20
|
25
|
30
|
35
|
40
|
45
|
50
|
|
A
|
1083
|
1048
|
856
|
725
|
619
|
544
|
505
|
|
B
|
946
|
930
|
746
|
629
|
600
|
617
|
568
|
|
C
|
1376
|
1108
|
912
|
812
|
704
|
637
|
596
|
|
工況\時刻
|
55
|
60
|
65
|
70
|
75
|
80
|
|
|
A
|
469
|
447
|
435
|
421
|
406
|
398
|
|
|
B
|
583
|
548
|
554
|
500
|
500
|
496
|
|
|
C
|
554
|
525
|
497
|
472
|
468
|
467
|
|
將表1的數據繪成曲線圖，見圖2。
圖2 不同工況下CO2濃度變化曲線
2 甲醛的排污效能模擬
客廳尺寸：4.9×3.0×2.4(m3)，室內鋪設一人造板材N，尺寸為4.9×3.0×0.02(m3)，N釋放出甲醛，板材N為A級木質板材[3][4]，裝飾3個月后，甲醛散發率為0.06 mg/(m2.h)，客廳的甲醛初始濃度為0.3 mg/m3，大氣中的甲醛濃度為0.01625mg/m3。
根據全面通風稀釋方程[5]：
(2-1)
C—室內的污染物濃度，(g/m3)
C0—送入的空氣污染物濃度，(g/m3)
Qp—污染物的發生量，(g/s)
VV—房間的通風量，(m3/h)
Vr—房間的容積，(m3)
τ—時間，(s)
Ci—室內的污染物初始濃度，(g/m3)
當τ→∞時，式(2-1)可寫成：
(2-2)
上式表明，當經過很長的時間后，室內的污染物的濃度與室內的初始濃度Ci無關，為一定值。式(2-2)為穩定狀態的稀釋方程。
對客廳進行單送風、單排風和送風+排風實驗，通風量為140 m3/h，客廳的容積為4.9×3.0×2.4=35 m3，換氣次數n=4。由式(2-1)和(2-2)得甲醛穩定狀態的濃度為0.02171 mg/m3，穩定時間為τ=60分。
表2 不同工況和時刻的CO2濃度變化率表(%)|
工況\時刻
|
20~25
|
25~30
|
30~35
|
35~40
|
40~45
|
45~50
|
|
A
|
5.12
|
28.11
|
19.18
|
15.52
|
10.98
|
5.71
|
|
B
|
3.55
|
40.89
|
26.00
|
6.44
|
+3.78
|
10.89
|
|
C
|
29.48
|
21.56
|
11.00
|
11.88
|
7.37
|
4.51
|
|
工況\時刻
|
50~55
|
55~60
|
60~65
|
65~70
|
70~75
|
75~80
|
|
A
|
+5.27
|
3.22
|
+1.76
|
2.05
|
2.20
|
0.88
|
|
B
|
3.33
|
7.78
|
1.33
|
12.00
|
0.00
|
0.89
|
|
C
|
4.62
|
3.19
|
3.08
|
2.75
|
0.44
|
0.11
|
根據稀釋方程和表2中的CO2濃度變化規律，可模擬出甲醛的濃度變化值，見表3
表3 不同工況和時刻的甲醛的模擬濃度變化表(mg/m3)|
工況\時刻
|
20
|
25
|
30
|
35
|
40
|
45
|
50
|
|
A
|
300
|
285.58
|
206.42
|
152.41
|
108.7
|
77.78
|
61.7
|
|
B
|
300
|
290.16
|
176.86
|
104.82
|
86.98
|
97.45
|
67.27
|
|
C
|
300
|
217.92
|
157.89
|
127.26
|
94.18
|
73.66
|
61.10
|
|
工況\時刻
|
55
|
60
|
65
|
70
|
75
|
80
|
|
|
A
|
46.86
|
37.79
|
32.84
|
27.07
|
20.87
|
18.38
|
|
|
B
|
76.5
|
54.94
|
58.63
|
25.38
|
25.38
|
22.91
|
|
|
C
|
48.24
|
39.36
|
30.78
|
23.12
|
21.89
|
21.57
|
|
※ 注：上表中(A)為單送風工況;(B)為單排風工況;(C)為送風+排風工況。
表4 室內環境質量甲醛評價指標(mg/m3)[6]|
污染物
|
一級
|
二級
|
三級
|
備注
|
|
甲醛
|
0.04
|
0.08
|
0.12
|
8h平均
|
圖3 不同工況下甲醛濃度變化曲線
在圖3中對照表4可以看出，三種工況都能使客廳達到較好的住宅空氣品質，在10分鐘之前，送風+排風工況的效果最佳，甲醛的衰減率較大，單排風工況和單送風工況的甲醛衰減率較小。在14分鐘時刻，單排風最先達到三級空氣品質，但其過度到二級品質的時間較長，在16和19分鐘時刻，送風+排風工況和單送風工況分別達到三級品質，經過7分鐘的時間，單送風工況和送風+排風工況分別達到二級品質。從23分鐘時刻開始，單排風工況下的甲醛濃度均高于單送風工況和送風+排風工況的甲醛濃度，送風+排風工況和單送風工況的甲醛濃度都近似相等，保持一致的變化趨勢。大約在40分鐘時刻，單送風工況和送風+排風工況達到一級住宅空氣品質，單排風工況則要在48分鐘時刻達到一級住宅空氣品質。
根據穩定濃度方程和甲醛濃度模擬曲線，當風量為70 m3/h，n=2，穩定濃度為0.02717 mg/m3，穩定時間為2小時;當風量為35 m3/h，n=1，穩定濃度為0.03809 mg/m3，穩定時間為4小時;當風量為17.5 m3/h，n=0.5，穩定濃度為0.05993 mg/m3，穩定時間為8小時。可見，當n=1時，客廳內甲醛的穩定濃度為0.03809 mg/m3，小于甲醛一級空氣品質指標限值0.04 mg/m3。所以，當最小風量為35 m3/h，換氣次數為1次時，客廳可以達到住宅一級室內空氣品質。
因此，在現有的室內空氣指標條件下，客廳鋪設A級人造板材，其甲醛的散發率為0.2123 μg/s時，機械通風的最小風量為35 m3/h，換氣次數為1次/時，經過4小時的通風，可以達到室內甲醛一級空氣品質。
3 結論
因人造板材釋放甲醛的過程是一個持續的過程，而且釋放量受室內溫度、濕度等室內環境因素和材料性質等內在因素的 影響 ，并隨著季節和氣溫的變化而變化，會長期影響著室內環境[7]。如果要使客廳維持在室內甲醛一級空氣品質狀態，風機的最小風量應設定為35 m3/h且須保持常開。
本文選用蘇州某電訊電機制造有限公司生產的85FJL2型號工頻離心風機，性能參數：電壓220V，頻率50Hz，輸入功率30W，電流0.15A，轉速2200r/min，風量0.6m3/min，靜壓50pa。該風機符合上述額定風量要求，
在風機24小時常開狀態下，能保持室內一級空氣品質狀態。風機常開的耗電量為0.72度/天。可見，其能耗小， 方法 簡單、易行，具有現實意義。
對于室內其它污染物(如CO和VOC等)，如果假設其發生量為一定值，那么，通過單送風、單排風或送風+排風，均可降低室內該污染物的濃度，并且最終都將穩定在“穩定濃度”。如果要 分析 每一種工況下的濃度衰減速率和衰減過程，考慮其濃度值很小，實驗測量誤差較大，故都可采用CO2作為代表性污染物，通過CO2的通風換氣 規律 模擬出該污染物的濃度值，找到該污染物在通風換氣狀態下的微值濃度的變化規律。
參考 文獻 ：
1.董勝璋，張志勇，蔡承鏗等. 工業 區大氣污染對兒童肺功能影響的 研究 . 健康與環境. 1999.3.16 (2)：71~73
2.王智偉，等.建筑環境與設備工程實驗及測試技術.北京： 科學 出版社，2004.2
3.GB18580—2001. 《室內裝飾裝修材料—人造板材及其制品中甲醛釋放限量》.
4.衛生部. 《木質板材中甲醛衛生規范》. 2000 .1
5.陸亞俊，馬最良等，《暖通空調》， 中國 建筑工業出版社，2002. 6
6.周中平 趙壽堂等 《室內污染檢測與控制》 化學工業出版社 2002.5
7.曾海東，等. 用密閉小室測定建材VOC的散發特性. 清華大學學報( 自然 科學版)2004. 44 (6).
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