住宅客厅甲醛的排污效能的模拟研究
摘要：本文以实验室客厅为 研究 对象，以二氧化碳为代表性污染物，通过单送风、单排风、送风+排风工况，研究二氧化碳为气体在通风状态下浓度变化 规律 ，并依据二氧化碳为的通风换气状态下的浓度曲线和稀释通风方程原理，模拟出甲醛的浓度变化曲线，找到甲醛在通风换气状态下的微值浓度的变化规律。
关键词：二氧化碳 排污效能 稀释通风 曲线模拟
随着化学 工业 的 发展 和生活设施的 现代 化，由燃料燃烧及建筑装修等生产工艺的途径排入空气中的甲醛逐年增加，尤其在室内装修热的当今，室内甲醛的污染已引起人们的极大关注。
甲醛(HCHO)又称蚁醛，是无色有强烈刺激性气味的气体，分子量30.3，对空气的比重为1.06，易溶于水和乙醇。水溶液的最高含量可达55%。甲醛的污染源很多，污染浓度也较高，是室内的主要污染源之一。 自然 界中的甲醛背景值很低，城市空气中的年平均浓度大约是0.005~0.01mg/m3，一般不超过0.03mg/ m3。
甲醛对人体健康的 影响 主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、致突变、肺功能异常、免疫功能异常等方面，而个体差异很大。当甲醛浓度在0.06~0.07mg/m3(0.05~0.06ppm)时，儿童发生气喘病[1];当浓度在0.12~1.2 mg/m3(0.1~1ppm)时，能致使肝功能、肺功能异常、免疫功能异常。
现有室内甲醛的测定 方法 有比色法，滴定法等，但其测定步骤繁琐，测试误差较大。故本文采用二氧化碳(co2)气体浓度测定，进行模拟 分析 甲醛的排污效能。
1 co2的排污效能实验
CO2是最为人们熟悉的气体，是评价室内和公共场所环境空气卫生质量的一项重要指标。
本文以CO2气体为研究对象，通过对住宅中客厅的单送风、单排风和送风+排风实验，找到CO2气体浓度变化规律。
本实验采用酒精炉，通过酒精膏的燃烧，释放出一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，进行室内CO2气体释放的人工模拟。CO2浓度的测定仪器为testo400型气体浓度测试仪。
该实验以客厅为研究对象，客厅放置酒精炉，该设备作为CO2气体主要发生源，酒精炉附近设有风扇，搅动空气，使室内污染物分布均匀。气体探头布置点高度距地面0.5m，为保证测得的数据具有代表性，布置点应和污染源、墙体、排风口和送风口均有一定的距离[2]，具体布置详见客厅实验布置图1。
图1 客厅实验布置示意图(单位：mm)
室内1人静坐，作为CO2气体部分发生源，并读出数据(酒精膏燃烧时每隔2分钟读数，通风时每隔5分钟读数)。点燃酒精炉内的酒精膏，在酒精膏灭火时刻(第20分钟)，开始通风实验。本实验中的风量采用先测流速再 计算 风量的方法来求得，测定仪器为testo425风速温度仪。
其计算公式为：
(1-1)
式中：L—风量，m3/h;
—管道内空气平均流速，m/s;
F—管道横断面面积，m2。
实验的状态参数为室内温度10.0℃~15.6℃，相对湿度在60%~68%之间，室外风速为0.8~1.7m/s。对大气污染物的测定，在同一区域的室外设置1~2个对照点。测得大气中的CO2浓度为352~371ppm，CO浓度为0.3~0.7ppm。
酒精膏灭火后进行通风所记录的数据见表1
表1 不同工况和时刻的CO2浓度表(ppm)|
工况\时刻
|
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
|
|
工况\时刻
|
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
|
|
将表1的数据绘成曲线图，见图2。
图2 不同工况下CO2浓度变化曲线
2 甲醛的排污效能模拟
客厅尺寸：4.9×3.0×2.4(m3)，室内铺设一人造板材N，尺寸为4.9×3.0×0.02(m3)，N释放出甲醛，板材N为A级木质板材[3][4]，装饰3个月后，甲醛散发率为0.06 mg/(m2.h)，客厅的甲醛初始浓度为0.3 mg/m3，大气中的甲醛浓度为0.01625mg/m3。
根据全面通风稀释方程[5]：
(2-1)
C—室内的污染物浓度，(g/m3)
C0—送入的空气污染物浓度，(g/m3)
Qp—污染物的发生量，(g/s)
VV—房间的通风量，(m3/h)
Vr—房间的容积，(m3)
τ—时间，(s)
Ci—室内的污染物初始浓度，(g/m3)
当τ→∞时，式(2-1)可写成：
(2-2)
上式表明，当经过很长的时间后，室内的污染物的浓度与室内的初始浓度Ci无关，为一定值。式(2-2)为稳定状态的稀释方程。
对客厅进行单送风、单排风和送风+排风实验，通风量为140 m3/h，客厅的容积为4.9×3.0×2.4=35 m3，换气次数n=4。由式(2-1)和(2-2)得甲醛稳定状态的浓度为0.02171 mg/m3，稳定时间为τ=60分。
表2 不同工况和时刻的CO2浓度变化率表(%)|
工况\时刻
|
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
|
|
工况\时刻
|
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
|
根据稀释方程和表2中的CO2浓度变化规律，可模拟出甲醛的浓度变化值，见表3
表3 不同工况和时刻的甲醛的模拟浓度变化表(mg/m3)|
工况\时刻
|
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
|
|
工况\时刻
|
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)为单送风工况;(B)为单排风工况;(C)为送风+排风工况。
表4 室内环境质量甲醛评价指标(mg/m3)[6]|
污染物
|
一级
|
二级
|
三级
|
备注
|
|
甲醛
|
0.04
|
0.08
|
0.12
|
8h平均
|
图3 不同工况下甲醛浓度变化曲线
在图3中对照表4可以看出，三种工况都能使客厅达到较好的住宅空气品质，在10分钟之前，送风+排风工况的效果最佳，甲醛的衰减率较大，单排风工况和单送风工况的甲醛衰减率较小。在14分钟时刻，单排风最先达到三级空气品质，但其过度到二级品质的时间较长，在16和19分钟时刻，送风+排风工况和单送风工况分别达到三级品质，经过7分钟的时间，单送风工况和送风+排风工况分别达到二级品质。从23分钟时刻开始，单排风工况下的甲醛浓度均高于单送风工况和送风+排风工况的甲醛浓度，送风+排风工况和单送风工况的甲醛浓度都近似相等，保持一致的变化趋势。大约在40分钟时刻，单送风工况和送风+排风工况达到一级住宅空气品质，单排风工况则要在48分钟时刻达到一级住宅空气品质。
根据稳定浓度方程和甲醛浓度模拟曲线，当风量为70 m3/h，n=2，稳定浓度为0.02717 mg/m3，稳定时间为2小时;当风量为35 m3/h，n=1，稳定浓度为0.03809 mg/m3，稳定时间为4小时;当风量为17.5 m3/h，n=0.5，稳定浓度为0.05993 mg/m3，稳定时间为8小时。可见，当n=1时，客厅内甲醛的稳定浓度为0.03809 mg/m3，小于甲醛一级空气品质指标限值0.04 mg/m3。所以，当最小风量为35 m3/h，换气次数为1次时，客厅可以达到住宅一级室内空气品质。
因此，在现有的室内空气指标条件下，客厅铺设A级人造板材，其甲醛的散发率为0.2123 μg/s时，机械通风的最小风量为35 m3/h，换气次数为1次/时，经过4小时的通风，可以达到室内甲醛一级空气品质。
3 结论
因人造板材释放甲醛的过程是一个持续的过程，而且释放量受室内温度、湿度等室内环境因素和材料性质等内在因素的 影响 ，并随着季节和气温的变化而变化，会长期影响着室内环境[7]。如果要使客厅维持在室内甲醛一级空气品质状态，风机的最小风量应设定为35 m3/h且须保持常开。
本文选用苏州某电讯电机制造有限公司生产的85FJL2型号工频离心风机，性能参数：电压220V，频率50Hz，输入功率30W，电流0.15A，转速2200r/min，风量0.6m3/min，静压50pa。该风机符合上述额定风量要求，
在风机24小时常开状态下，能保持室内一级空气品质状态。风机常开的耗电量为0.72度/天。可见，其能耗小， 方法 简单、易行，具有现实意义。
对于室内其它污染物(如CO和VOC等)，如果假设其发生量为一定值，那么，通过单送风、单排风或送风+排风，均可降低室内该污染物的浓度，并且最终都将稳定在“稳定浓度”。如果要 分析 每一种工况下的浓度衰减速率和衰减过程，考虑其浓度值很小，实验测量误差较大，故都可采用CO2作为代表性污染物，通过CO2的通风换气 规律 模拟出该污染物的浓度值，找到该污染物在通风换气状态下的微值浓度的变化规律。
参考 文献 ：
1.董胜璋，张志勇，蔡承铿等. 工业 区大气污染对儿童肺功能影响的 研究 . 健康与环境. 1999.3.16 (2)：71~73
2.王智伟，等.建筑环境与设备工程实验及测试技术.北京： 科学 出版社，2004.2
3.GB18580—2001. 《室内装饰装修材料—人造板材及其制品中甲醛释放限量》.
4.卫生部. 《木质板材中甲醛卫生规范》. 2000 .1
5.陆亚俊，马最良等，《暖通空调》， 中国 建筑工业出版社，2002. 6
6.周中平 赵寿堂等 《室内污染检测与控制》 化学工业出版社 2002.5
7.曾海东，等. 用密闭小室测定建材VOC的散发特性. 清华大学学报( 自然 科学版)2004. 44 (6).
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