建筑物室內污染控制模型的建立和應用(二)IAQ模型的應用

1、建筑物室內污染控制模型的建立和應用(二)IAQ模型的應用摘要本文用第一局部所建立的通用IAQ模型來分析建筑物內裝飾材料的物性對室內有機物污染的影響，這些物性包括揮發(fā)性有機物Vs的擴散系數(shù)、初始含量、平衡常數(shù)及對流傳質系數(shù)對房間內Vs濃度的影響；確定一種材料面積及通風量不同時對室內有機物污染的影響；建筑物內多種裝飾材料并存且存在無機污染Vs匯的情況下房間內Vs濃度及房間散發(fā)率。關鍵詞擴散系數(shù)初始含量平衡常數(shù)對流傳質系數(shù)通風量多種材料揮發(fā)性有機物是建筑內一類重要的污染物質，它們對人體造成的影響越來越得到關注。近年來由于裝修不當引起的爭議越來越多。文獻1中給出Vs的定義對人體造成的影響。本文用文獻2

2、所建立的通用IAQ模型通過三個不同例題來分析建筑物內裝飾材料的物性、通風量及多源多匯存在時房間內Vs濃度的影響。1模型應用舉例1-確定裝飾材料物性對室內Vs的影響設某房間尺寸為5433房間內有一個膠合板1散發(fā)揮發(fā)性有機物苯。1尺寸為120.023，對表1.1所列的各種情況分別計算換氣次數(shù)為1h-1時房間內苯的濃度及材料的苯散發(fā)率。各種情況列表表1.1情況初始濃度g/3擴散系數(shù)2/s對流傳質系數(shù)/s平衡常數(shù)情況191031.4210-100.000458416情況1191031.4210-100.000458416情況1291041.4210-100.000458416情況1391031.421

3、0-100.00458416情況1491031.4210-100.004581空氣的物性參數(shù)為D=0.0272/h,=1193g/3,=66.52g/(h)，v=0.0562/h,S=2.065。11材料擴散系數(shù)對室內濃度和散發(fā)量的影響由圖1.1、圖1.2可知，情況1的擴散系數(shù)是情況2的10倍，在開場的1392小時內，情況1房間內濃度大于情況11。這是由于在開場的一段時間內情況1的散發(fā)量大于情況11，見圖1.3。但從圖1.4可看出，從第775小時起，情況2的散發(fā)率大于情況1，這是由于材料內所剩余的苯含量不一樣的原因。雖然從775小時起，情況11的散發(fā)量大于情況1，但從第1393小時起，房間內苯

4、的濃度才發(fā)生改變，原因是影響房間內各時刻苯的濃度的因素有三個，即房間內上一時刻的濃度、通風量及散發(fā)量。圖1.1不同擴散系數(shù)房間內濃度比擬0100h圖1.2不同擴散系數(shù)房間內濃度比擬13401440h圖1.3不同擴散系數(shù)房間內散發(fā)率比擬0100h圖1.4不同擴散系數(shù)房間內散發(fā)率比擬740740h12材料初始濃度對室內濃度和散發(fā)量的影響從圖1.5、圖1.6可以看出，情況12的初始濃度為情況1的10倍，在通風量一樣的情況下，房間內的濃度及散發(fā)率均為10倍的關系，從表2可看出，兩種情況同一時間散發(fā)完畢。圖1.5不同材料初始濃度時房間內濃度比擬024h圖1.6不同材料初始濃度時房間散發(fā)率比擬024h13

5、對流傳質系數(shù)對室內濃度和散發(fā)量的影響情況13的對流傳質系數(shù)是情況1的10倍，但從圖1.7、圖1.8可知不同對流傳質系數(shù)對散發(fā)量的影響只在開場階段明顯，隨后那么不明顯。這也說明了建筑裝飾材料苯的散發(fā)阻力在于材料內部擴散。從表1.2可看出，這兩種情況散發(fā)完畢的時間根本一樣。圖1.7不同對流傳質時房間內濃度比擬024h圖1.8不同對流傳質時房間散發(fā)率比擬024h達以穩(wěn)定比值所需時間表1.2工程情況1情況11情況12情況13情況14剩余量到達初始量的千分之一所需時間h2156*224221302126*對于第二種情況，經(jīng)過10000小時后散發(fā)了初始量的96.4%。2模型應用舉例2-確定一種材料面積及通

6、風量不同時對室內有機物污染的影響假設上例房間內可能會有一個膠合板1，1內有一種揮發(fā)性有機物即苯。1尺寸為120.02(3)，1物性見表2.1，房間內也可能會有十個這樣的材料，即把地板鋪滿，分成幾種情況來研究其散發(fā)量及房間濃度。各情況見表2.2。1的物性參數(shù)表2.1內容1苯初濃度0g/39103苯擴散系數(shù)D2/s1.4210-10平衡常數(shù)Kv416各種情況列表表2.2情況換氣次數(shù)h-11情況換氣次數(shù)h-11情況111情況1151情況212情況2152情況315情況3155情況4110情況41510圖2.1到圖2.5是房間內通風換氣次數(shù)為1h-1時，房間內濃度及散發(fā)量隨時間變化情況。從圖2.1可看

7、出，對于只有一個材料1，房間苯內的濃度隨時間下降。這是由于散發(fā)率時間下降，見圖2.3和圖2.5。雖然散發(fā)率隨時間下降。但由圖2.5可看出，經(jīng)過911小時后苯的散發(fā)率根本一個穩(wěn)定值散發(fā)。第一時刻的散發(fā)率為10.766g/h，第911小時起散發(fā)率為0.054g/h，由圖2.2可看出，隨著材料面積地增加，房間內苯濃度在某一時間后也是隨著材料面積成比例的增加。這一穩(wěn)定時間與房間內布置的污染物面積有關。當房間內放置2塊材料面積成比例的增加。這一穩(wěn)定時間與房間內布置的污染物面積有關。當房間內放置2塊材料時，房間內濃度或散發(fā)率到達放置1的2倍時所時間為4小時，當房間內放置5塊材料時，房間內濃度或散發(fā)率到達放

8、置1的5倍時所時間為12小時，當房間內放置10塊材料時，房間內濃度或散發(fā)率到達放置1的10倍時所時間為32小時，見表2.3。不同面積的污染材料當剩余量為初始量的千分之一時所到達的時間最大差263小時，見表2.4。圖2.1通風換氣次數(shù)為1h-1情況1時房間內苯的濃度圖2.2通風換氣次數(shù)為1h-1情況1時房間內苯無因次濃度以情況1為基準圖2.3通風換氣次數(shù)為1h-1情況1時散發(fā)率圖2.4通風換氣次數(shù)為1h-1情況1時房間內無因次散發(fā)率以情況1為基準圖2.5通風換氣次數(shù)為1h-1情況1無因次散發(fā)率以第一時刻為基準圖2.6通風換氣次數(shù)為5h-1時情況1時房間內苯的濃度通風換氣次數(shù)為1h-1時到達穩(wěn)定比

9、值所需時間表2.3工程情況1情況2情況3情況4穩(wěn)定濃度與情況1比值12510到達穩(wěn)定比值所需時間h-41232通風換氣次數(shù)為1h-1時散發(fā)完畢所需時間表2.4工程情況1情況2情況3情況4剩余量到達初始量的1所需時間h1719191519701982圖2.6到圖2.10是房間內通風換氣次數(shù)為5h-1時，房間內濃度及散發(fā)量隨時間變化情況。從圖2.6可看出，對于只有一個材料1，房間苯內的濃度同樣也是隨時間下降。由圖2.10可看出，經(jīng)過910小時后苯的散發(fā)率根本一穩(wěn)定值散發(fā)。第一時刻的散發(fā)率為10.795g/h，第910小時起散發(fā)率為0.054g/h。同樣由圖2.9可看出，隨著材料面積地增加，房間內苯

10、濃度在某時間后也是隨著材料面積成比例的增加，但由于換氣次數(shù)增加故房間內濃度或散發(fā)率到達放置1的2倍時所時間為1小時，當房間內放置5塊材料時，房間內濃度或散發(fā)率到達放置1的5倍時所時間為4小時，當房間內放置10塊材料時，房間內濃度或散發(fā)率到達放置1的10時所時間為7小時，見表2.5。不同面積的污染材料當剩余量為初始量的千分之一時所到達的時間最大差263小時，見表2.6。圖2.7圖2.7通風換氣次數(shù)為5h-1時房間內苯無因次濃度以情況11為基準圖2.8通風換氣次數(shù)為5h-1時情況11散發(fā)率圖2.9通風換氣次數(shù)為5h-1時房間內苯無因次散發(fā)率以情況11為基準圖2.10通風換氣次數(shù)為5h-1時情況因次

11、散發(fā)率以第一時刻為基準通風換氣次數(shù)為5h-1時散發(fā)完畢所需時間表2.5工程情況1情況2情況3情況4穩(wěn)定濃度與情況1比值12510到達穩(wěn)定比值所需時間h-147通風換氣次數(shù)為5h-1時到達穩(wěn)定比值所需時間表2.6工程情況1情況2情況3情況4剩余量到達初始量的千分之一所需時間h1718191319641971從圖2.11和圖2.12可看出，當房間內換氣次數(shù)從1h-1增加到5h-1時，材料散發(fā)量最大只增加了千分之四，同此可知材料散發(fā)苯的阻力主要來自于材料內部。但由于換氣次數(shù)的增加，房間內的濃度下降。在21小時后可近似認為房間內濃度與換氣次數(shù)成正比。圖2.11兩種通風時情況時同一塊毯子的無因次濃度以情

12、況1為基準圖2.12兩種通風時情況時同一塊毯子的無因次散發(fā)率以情況1為基準3模型應用舉例3-確定多種材料對室內有機物污染的影響假設上例房間內可能會有一個膠合板1、一個粒子板2和一窗簾3組成。1內有一種揮發(fā)性有機物即苯。1尺寸為520.023，2為一塊不含苯，但對于苯有擴散和吸收作用。窗簾作為外表材料，它的吸會外表積即BET面積為10002。1和2的物性如表3.1所示。窗簾對苯的吸附常數(shù)Ka為0.25/h，對苯的解吸附常數(shù)為Kd為0.41h-1。對表3.2所列的各種情況均假定空氣渡過材料時的對流傳質系數(shù)同上例均為1.65/h。分別計算換氣次數(shù)為1h-1時表10所示不同情況下房間內苯的濃度及各材料

13、的苯散發(fā)率。1和2的物性參數(shù)表3.1內容11苯初濃度0g/391030103苯擴散系數(shù)D2/s1.4210-107.3310-10平衡常數(shù)Kv416266各種情況列表表3.2情況123情況1有無無情況2有面積102無情況21有面積為502無情況3有無有圖3.1到圖3.6為房間內濃度及散發(fā)率隨時間變化情況。從圖中可看出，對于只有一個材料1，房間苯內的濃度隨時間下降。對第一種情況而言，第一時刻的散發(fā)率為52.956g/h，濃度為0.441g/3。從第919小時起，房間內濃度和散發(fā)率那么根本穩(wěn)定，第919小時散發(fā)率為0.261g/h，濃度為0.004g/3。當幾種材料并存時，雖然它們之間的影響可以在

14、一定時間內消除，但它們對整個房間內的濃度及總的散發(fā)率隨時間的變化關系卻發(fā)生了改變，此題房間內濃度及總散發(fā)率穩(wěn)定值變化量為3%。由圖3.2可看出，對于一個厚材料以擴散形式散發(fā)苯，另一個厚材料以擴散形式影響苯的情況而言，影響時間較短，情況2影響的時間為32小時，此時無因次濃度即任一時刻和情況濃度與同一時刻第一種情況的比值與情況1一樣，即穩(wěn)定在1.0。情況21的影響時間為44小時，無因次濃度穩(wěn)定在1.02。假如是一個厚材料以擴散形式散發(fā)，另一個薄材料以外表吸附及脫附方式而影響苯的濃度及散發(fā)，那么對房間內濃度的影響時間較長，本例為216小時，無因次濃度穩(wěn)定在1.03。詳細結果見表3.3。圖3.7和圖3

15、.8為房間內總的無因次凈散發(fā)率，由此可知，雖然材料間的影響在幾天內可以到達穩(wěn)定值，但不同材料一起放入房間時，由于它們的互相作用，使得房間內的穩(wěn)定散發(fā)率及濃度也不一樣。對四種情況而言，當材料1及整個房間剩余量為初始量的千分之一時所到達的時間均為2205小時。圖3.1情況1時房間內苯的濃度圖3.2房間內苯無因次濃度以情況1為基準圖3.3房間內苯無因次濃度以情況1為基準圖3.4情況1散發(fā)率圖3.5房間內無因次散發(fā)率以情況1為基準圖3.6情況1無因次散發(fā)率以第一時刻為基準到達穩(wěn)定比值所需時間表3.3工程情況1情況2情況21情況3穩(wěn)定濃度(總散發(fā)率)與情況1同一時刻比值11.01.021.03到達穩(wěn)定比

16、值所需時間h-32442164結論本文通過對一個房間內可以放置各種材料情況及通風情況的研究可以得出以下幾個結論：41建筑裝飾材料V擴散系數(shù)越大，開場一段時間的散發(fā)率越大，后來的散發(fā)率那么越校選擇建筑材料進假如選擇擴散系數(shù)大的材料，其帶來的好處是在初期可以散發(fā)更多的V，在將來建筑使用中所剩的V量減少。但這要求初期過程處理V的才能要強，同時擴散系數(shù)大材料對環(huán)境中的V的吸收作用也越大，選擇材料時應綜合考慮。圖3.7房間內無因次散發(fā)率以情況1為基準圖3.8房間內無因次散發(fā)率以第一時刻為基準42應該選擇V初始含量低的建筑裝飾材料，這樣可使散發(fā)率及房間內濃度降低。43對流傳質系數(shù)對建筑材料V的散發(fā)速率影響較好，有些情況下當對流傳質系數(shù)沒有得到時，可以用一個經(jīng)歷值來代替，或者在模擬分析中就把重點放在建筑材料本身的研究上。44平衡常數(shù)對建筑材料V的散發(fā)率影響較小，對于沒有平衡常數(shù)的建筑材料，作為近似計算可取1。45通風換氣量只對房間內濃度有較大影響，