住宅客廳甲醛的排污效能的模擬研究
摘要：本文以實(shí)驗(yàn)室客廳為 研究 對(duì)象，以二氧化碳為代表性污染物，通過(guò)單送風(fēng)、單排風(fēng)、送風(fēng)+排風(fēng)工況，研究二氧化碳為氣體在通風(fēng)狀態(tài)下濃度變化 規(guī)律 ，并依據(jù)二氧化碳為的通風(fēng)換氣狀態(tài)下的濃度曲線(xiàn)和稀釋通風(fēng)方程原理，模擬出甲醛的濃度變化曲線(xiàn)，找到甲醛在通風(fēng)換氣狀態(tài)下的微值濃度的變化規(guī)律。
關(guān)鍵詞：二氧化碳 排污效能 稀釋通風(fēng) 曲線(xiàn)模擬
隨著化學(xué) 工業(yè) 的 發(fā)展 和生活設(shè)施的 現(xiàn)代 化，由燃料燃燒及建筑裝修等生產(chǎn)工藝的途徑排入空氣中的甲醛逐年增加，尤其在室內(nèi)裝修熱的當(dāng)今，室內(nèi)甲醛的污染已引起人們的極大關(guān)注。
甲醛(HCHO)又稱(chēng)蟻醛，是無(wú)色有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，分子量30.3，對(duì)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(dá)55%。甲醛的污染源很多，污染濃度也較高，是室內(nèi)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(guò)0.03mg/ m3。
甲醛對(duì)人體健康的 影響 主要表現(xiàn)在嗅覺(jué)異常、刺激、過(guò)敏、致突變、肺功能異常、免疫功能異常等方面，而個(gè)體差異很大。當(dāng)甲醛濃度在0.06~0.07mg/m3(0.05~0.06ppm)時(shí)，兒童發(fā)生氣喘病[1];當(dāng)濃度在0.12~1.2 mg/m3(0.1~1ppm)時(shí)，能致使肝功能、肺功能異常、免疫功能異常。
現(xiàn)有室內(nèi)甲醛的測(cè)定 方法 有比色法，滴定法等，但其測(cè)定步驟繁瑣，測(cè)試誤差較大。故本文采用二氧化碳(co2)氣體濃度測(cè)定，進(jìn)行模擬 分析 甲醛的排污效能。
1 co2的排污效能實(shí)驗(yàn)
CO2是最為人們熟悉的氣體，是評(píng)價(jià)室內(nèi)和公共場(chǎng)所環(huán)境空氣衛(wèi)生質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
本文以CO2氣體為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)住宅中客廳的單送風(fēng)、單排風(fēng)和送風(fēng)+排風(fēng)實(shí)驗(yàn)，找到CO2氣體濃度變化規(guī)律。
本實(shí)驗(yàn)采用酒精爐，通過(guò)酒精膏的燃燒，釋放出一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，進(jìn)行室內(nèi)CO2氣體釋放的人工模擬。CO2濃度的測(cè)定儀器為testo400型氣體濃度測(cè)試儀。
該實(shí)驗(yàn)以客廳為研究對(duì)象，客廳放置酒精爐，該設(shè)備作為CO2氣體主要發(fā)生源，酒精爐附近設(shè)有風(fēng)扇，攪動(dòng)空氣，使室內(nèi)污染物分布均勻。氣體探頭布置點(diǎn)高度距地面0.5m，為保證測(cè)得的數(shù)據(jù)具有代表性，布置點(diǎn)應(yīng)和污染源、墻體、排風(fēng)口和送風(fēng)口均有一定的距離[2]，具體布置詳見(jiàn)客廳實(shí)驗(yàn)布置圖1。
圖1 客廳實(shí)驗(yàn)布置示意圖(單位：mm)
室內(nèi)1人靜坐，作為CO2氣體部分發(fā)生源，并讀出數(shù)據(jù)(酒精膏燃燒時(shí)每隔2分鐘讀數(shù)，通風(fēng)時(shí)每隔5分鐘讀數(shù))。點(diǎn)燃酒精爐內(nèi)的酒精膏，在酒精膏滅火時(shí)刻(第20分鐘)，開(kāi)始通風(fēng)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)量采用先測(cè)流速再 計(jì)算 風(fēng)量的方法來(lái)求得，測(cè)定儀器為testo425風(fēng)速溫度儀。
其計(jì)算公式為：
(1-1)
式中：L—風(fēng)量，m3/h;
—管道內(nèi)空氣平均流速，m/s;
F—管道橫斷面面積，m2。
實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)參數(shù)為室內(nèi)溫度10.0℃~15.6℃，相對(duì)濕度在60%~68%之間，室外風(fēng)速為0.8~1.7m/s。對(duì)大氣污染物的測(cè)定，在同一區(qū)域的室外設(shè)置1~2個(gè)對(duì)照點(diǎn)。測(cè)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(jìn)行通風(fēng)所記錄的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1
表1 不同工況和時(shí)刻的CO2濃度表(ppm)|
工況\時(shí)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(shí)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(shù)據(jù)繪成曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖2。
圖2 不同工況下CO2濃度變化曲線(xiàn)
2 甲醛的排污效能模擬
客廳尺寸：4.9×3.0×2.4(m3)，室內(nèi)鋪設(shè)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(jí)木質(zhì)板材[3][4]，裝飾3個(gè)月后，甲醛散發(fā)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(jù)全面通風(fēng)稀釋方程[5]：
(2-1)
C—室內(nèi)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(fā)生量，(g/s)
VV—房間的通風(fēng)量，(m3/h)
Vr—房間的容積，(m3)
τ—時(shí)間，(s)
Ci—室內(nèi)的污染物初始濃度，(g/m3)
當(dāng)τ→∞時(shí)，式(2-1)可寫(xiě)成：
(2-2)
上式表明，當(dāng)經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間后，室內(nèi)的污染物的濃度與室內(nèi)的初始濃度Ci無(wú)關(guān)，為一定值。式(2-2)為穩(wěn)定狀態(tài)的稀釋方程。
對(duì)客廳進(jìn)行單送風(fēng)、單排風(fēng)和送風(fēng)+排風(fēng)實(shí)驗(yàn)，通風(fēng)量為140 m3/h，客廳的容積為4.9×3.0×2.4=35 m3，換氣次數(shù)n=4。由式(2-1)和(2-2)得甲醛穩(wěn)定狀態(tài)的濃度為0.02171 mg/m3，穩(wěn)定時(shí)間為τ=60分。
表2 不同工況和時(shí)刻的CO2濃度變化率表(%)|
工況\時(shí)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(shí)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(jù)稀釋方程和表2中的CO2濃度變化規(guī)律，可模擬出甲醛的濃度變化值，見(jiàn)表3
表3 不同工況和時(shí)刻的甲醛的模擬濃度變化表(mg/m3)|
工況\時(shí)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(shí)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(fēng)工況;(B)為單排風(fēng)工況;(C)為送風(fēng)+排風(fēng)工況。
表4 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量甲醛評(píng)價(jià)指標(biāo)(mg/m3)[6]|
污染物
|
一級(jí)
|
二級(jí)
|
三級(jí)
|
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(xiàn)
在圖3中對(duì)照表4可以看出，三種工況都能使客廳達(dá)到較好的住宅空氣品質(zhì)，在10分鐘之前，送風(fēng)+排風(fēng)工況的效果最佳，甲醛的衰減率較大，單排風(fēng)工況和單送風(fēng)工況的甲醛衰減率較小。在14分鐘時(shí)刻，單排風(fēng)最先達(dá)到三級(jí)空氣品質(zhì)，但其過(guò)度到二級(jí)品質(zhì)的時(shí)間較長(zhǎng)，在16和19分鐘時(shí)刻，送風(fēng)+排風(fēng)工況和單送風(fēng)工況分別達(dá)到三級(jí)品質(zhì)，經(jīng)過(guò)7分鐘的時(shí)間，單送風(fēng)工況和送風(fēng)+排風(fēng)工況分別達(dá)到二級(jí)品質(zhì)。從23分鐘時(shí)刻開(kāi)始，單排風(fēng)工況下的甲醛濃度均高于單送風(fēng)工況和送風(fēng)+排風(fēng)工況的甲醛濃度，送風(fēng)+排風(fēng)工況和單送風(fēng)工況的甲醛濃度都近似相等，保持一致的變化趨勢(shì)。大約在40分鐘時(shí)刻，單送風(fēng)工況和送風(fēng)+排風(fēng)工況達(dá)到一級(jí)住宅空氣品質(zhì)，單排風(fēng)工況則要在48分鐘時(shí)刻達(dá)到一級(jí)住宅空氣品質(zhì)。
根據(jù)穩(wěn)定濃度方程和甲醛濃度模擬曲線(xiàn)，當(dāng)風(fēng)量為70 m3/h，n=2，穩(wěn)定濃度為0.02717 mg/m3，穩(wěn)定時(shí)間為2小時(shí);當(dāng)風(fēng)量為35 m3/h，n=1，穩(wěn)定濃度為0.03809 mg/m3，穩(wěn)定時(shí)間為4小時(shí);當(dāng)風(fēng)量為17.5 m3/h，n=0.5，穩(wěn)定濃度為0.05993 mg/m3，穩(wěn)定時(shí)間為8小時(shí)？梢(jiàn)，當(dāng)n=1時(shí)，客廳內(nèi)甲醛的穩(wěn)定濃度為0.03809 mg/m3，小于甲醛一級(jí)空氣品質(zhì)指標(biāo)限值0.04 mg/m3。所以，當(dāng)最小風(fēng)量為35 m3/h，換氣次數(shù)為1次時(shí)，客廳可以達(dá)到住宅一級(jí)室內(nèi)空氣品質(zhì)。
因此，在現(xiàn)有的室內(nèi)空氣指標(biāo)條件下，客廳鋪設(shè)A級(jí)人造板材，其甲醛的散發(fā)率為0.2123 μg/s時(shí)，機(jī)械通風(fēng)的最小風(fēng)量為35 m3/h，換氣次數(shù)為1次/時(shí)，經(jīng)過(guò)4小時(shí)的通風(fēng)，可以達(dá)到室內(nèi)甲醛一級(jí)空氣品質(zhì)。
3 結(jié)論
因人造板材釋放甲醛的過(guò)程是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，而且釋放量受室內(nèi)溫度、濕度等室內(nèi)環(huán)境因素和材料性質(zhì)等內(nèi)在因素的 影響 ，并隨著季節(jié)和氣溫的變化而變化，會(huì)長(zhǎng)期影響著室內(nèi)環(huán)境[7]。如果要使客廳維持在室內(nèi)甲醛一級(jí)空氣品質(zhì)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的最小風(fēng)量應(yīng)設(shè)定為35 m3/h且須保持常開(kāi)。
本文選用蘇州某電訊電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的85FJL2型號(hào)工頻離心風(fēng)機(jī)，性能參數(shù)：電壓220V，頻率50Hz，輸入功率30W，電流0.15A，轉(zhuǎn)速2200r/min，風(fēng)量0.6m3/min，靜壓50pa。該風(fēng)機(jī)符合上述額定風(fēng)量要求，
在風(fēng)機(jī)24小時(shí)常開(kāi)狀態(tài)下，能保持室內(nèi)一級(jí)空氣品質(zhì)狀態(tài)。風(fēng)機(jī)常開(kāi)的耗電量為0.72度/天？梢(jiàn)，其能耗小， 方法 簡(jiǎn)單、易行，具有現(xiàn)實(shí)意義。
對(duì)于室內(nèi)其它污染物(如CO和VOC等)，如果假設(shè)其發(fā)生量為一定值，那么，通過(guò)單送風(fēng)、單排風(fēng)或送風(fēng)+排風(fēng)，均可降低室內(nèi)該污染物的濃度，并且最終都將穩(wěn)定在“穩(wěn)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(guò)程，考慮其濃度值很小，實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差較大，故都可采用CO2作為代表性污染物，通過(guò)CO2的通風(fēng)換氣 規(guī)律 模擬出該污染物的濃度值，找到該污染物在通風(fēng)換氣狀態(tài)下的微值濃度的變化規(guī)律。
參考 文獻(xiàn) ：
1.董勝璋，張志勇，蔡承鏗等. 工業(yè) 區(qū)大氣污染對(duì)兒童肺功能影響的 研究 . 健康與環(huán)境. 1999.3.16 (2)：71~73
2.王智偉，等.建筑環(huán)境與設(shè)備工程實(shí)驗(yàn)及測(cè)試技術(shù).北京： 科學(xué) 出版社，2004.2
3.GB18580—2001. 《室內(nèi)裝飾裝修材料—人造板材及其制品中甲醛釋放限量》.
4.衛(wèi)生部. 《木質(zhì)板材中甲醛衛(wèi)生規(guī)范》. 2000 .1
5.陸亞俊，馬最良等，《暖通空調(diào)》， 中國(guó) 建筑工業(yè)出版社，2002. 6
6.周中平 趙壽堂等 《室內(nèi)污染檢測(cè)與控制》 化學(xué)工業(yè)出版社 2002.5
7.曾海東，等. 用密閉小室測(cè)定建材VOC的散發(fā)特性. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然 科學(xué)版)2004. 44 (6).
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