濕建筑材料中VOC釋放規律
摘要:濕建筑材料中揮發性有機物(volatile organic compound,VOC)釋放過程是一個非常復雜的物理過程,其中包括材料本身的干燥過程以及質量傳遞過程。為探討濕建筑材料中VOC的釋放機理,本文建立了描述濕建筑材料中VOC釋放過程的物理模型,模型考慮了濕建筑材料中VOC釋放過程中的干燥過程,并用該模型分析了VOC的飽和蒸氣壓在整個VOC釋放過程中的作用機理。把該模型的計算結果與VB模型求解結果、Yang等建立的模型求解結果以及實驗結果進行了對比,得出干燥模型計算結果與Yang等建立的模型計算結果以及實驗數據吻合較好,較VB模型能更準確地描述VOC的擴散過程。通過不同工況下環境小室的實驗數據,對溫度與相對濕度對濕建筑材料中VOC釋放過程的影響規律進行了分析。
關鍵詞:干燥過程,VOC釋放,溫濕度,濕建筑材料
引 言
近年來室內空氣污染問題引起了國內外學者的廣泛關注。其環境風險主要體現在暴露在室內空氣中的人數多、時間長[ 1 ]。室內空氣污染也直接導致了許多與之相關的問題,最主要的是健康問題[ 225 ],它可以引發頭暈、惡心、眼花、困倦、注意力不集
建筑材料中VOC釋放規律的研究方法目前主要采用的是實驗研究[ 11213 ]及理論研究[ 14215 ]。
實驗研究雖然可以直接獲得材料中VOC的釋放規律,但代價較高,且需要控制一定的實驗條件,并且其結果難以應用到其他條件下。為便于研究分析,許多學者用數學模型來預測VOC的釋放規律,目前采用的數學模型主要有兩類:經驗模型與物理模型。經驗模型是將一定條件下的實驗數據擬合得到經驗公式,如一階模型[ 16 ]等,雖然經驗模型簡單易用,但其基于一定條件下的實驗數據建立,很難得到廣泛應用。
物理模型是基于基本的傳質理論 (擴散傳質,對流傳質,蒸發過程) 所建立的,其中每個參數都有其固定的物理意義,對于研究建材中VOC的釋放機理具有重要的意義。Guo等[ 17218 ]建立的VB模型以及VB X模型是一個描述VOC擴散過程經典的物理模型,但由于其沒有考慮VOC在材料內部的擴散阻力,因而在應用上有局限性。Yang等[ 19 ]建立的VOC在濕材料中以及空氣中擴散的模型,考慮了VOC在材料內部的擴散,以及VOC向承載底層的擴散,計算結果與實驗結果吻合較好。溫度、濕度是影響材料中VOC釋放速率的重要環境參數[ 20 ], Yang[ 21 ]指出材料中VOC的釋放規律會隨著溫度的變化而發生變化,且對不同的VOC有不同影響規律。Sollinger等[ 22 ]指出溫度的變化對低沸點的VOC釋放沒有明顯的影響,而對高沸點的VOC釋放則有顯著的影響。Haghighat等[ 12 ]研究了濕材料中VOC的釋放受溫度和濕度的影響規律,認為溫 度和濕度的變化 對TVOC( total volatile o rganic co mpo unds)和單種VOC有不同的影響規律,研究結果認為濕度和溫度對VOC的影響沒有一個普遍的規律。Zhang等[ 23 ]研究了板材中甲醛釋放受溫度的影響規律,給出了溫度對甲醛在板材中的擴散系數D以及分離系數K的影響規律。然而,多孔材料中VOC的釋放受溫度和濕度的影響規律仍然不十分清晰,主要是因為目前對VOC的釋放機理尚不明確。作者基于干燥過程建立了預測VOC釋放過程的物理模型[ 24 ],形式簡單,且根據實驗驗證及與Yang等建立的模型的比較,比VB模型更能準確預測VOC的釋放過程。本文選用一種涂料為研究對象,通過改變實驗條件中的溫度和濕度,獲得了各種工況下的小室內VOC濃度曲線,得出溫度與相對濕度對涂料中VOC釋放的影響規律。
1 模型的建立
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