住宅客廳甲醛的排污效能的模擬研究

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，并根據(jù)二氧化碳為的通風(fēng)換氣狀態(tài)下的濃度曲線和稀釋通風(fēng)方程原理，模擬出甲醛的濃度變化曲線，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)曲線模擬隨著化學(xué)工業(yè)的開(kāi)展和生活設(shè)施的現(xiàn)代化，由燃料燃燒及建筑裝修等消費(fèi)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〔HH〕又稱蟻醛，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0.005~0.01g/3，一般不超過(guò)0.03g/3。甲醛對(duì)人體安康的影響主要表如今嗅覺(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0.06~0.07g/3〔0.05~0.06pp〕時(shí)，兒童發(fā)生氣喘?。?］；當(dāng)濃度在0.12~1.2g/3〔0.1~1pp〕時(shí)，能致使肝功能、肺功能異常、免疫功能異常?，F(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〔2〕氣體濃度測(cè)定，進(jìn)展模擬分析甲醛的排污效能。12的排污效能實(shí)驗(yàn)2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2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2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〔〕和二氧化碳〔2〕，進(jìn)展室內(nèi)2氣體釋放的人工模擬。2濃度的測(cè)定儀器為test400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2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0.5，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)口均有一定的間隔［2］，詳細(xì)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：〕室內(nèi)1人靜坐，作為2氣體局部發(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)場(chǎng)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test425風(fēng)速溫度儀。其計(jì)算公式為：(1-1)式中：L—風(fēng)量，3/h；—管道內(nèi)空氣平均流速，/s；F—管道橫斷面面積，2。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0.8~1.7/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2濃度為352~371pp，濃度為0.3~0.7pp。酒精膏滅火后進(jìn)展通風(fēng)所記錄的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1表1不同工況和時(shí)刻的2濃度表〔pp〕工況\時(shí)刻20253035404550A10831048856725619544505B94693074662960061756813761108912812704637596工況\時(shí)刻556065707580A469447435421406398B583548554500500496554525497472468467將表1的數(shù)據(jù)繪成曲線圖，見(jiàn)圖2。圖2不同工況下2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〔3〕，室內(nèi)鋪設(shè)一人造板材N，尺寸為4.9×3.0×0.02〔3〕，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0.06g/〔2.h〕，客廳的甲醛初始濃度為0.3g/3，大氣中的甲醛濃度為0.01625g/3。根據(jù)全面通風(fēng)稀釋方程［5］：〔2-1〕—室內(nèi)的污染物濃度，(g/3)0—送入的空氣污染物濃度，(g/3)Qp—污染物的發(fā)生量，(g/s)VV—房間的通風(fēng)量，〔3/h〕Vr—房間的容積，〔3〕τ—時(shí)間，〔s〕i—室內(nèi)的污染物初始濃度，(g/3)當(dāng)τ→∞時(shí)，式〔2-1〕可寫(xiě)成：〔2-2〕上式說(shuō)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i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)展單送風(fēng)、單排風(fēng)和送風(fēng)+排風(fēng)實(shí)驗(yàn)，通風(fēng)量為1403/h，客廳的容積為4.9×3.0×2.4=353，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0.02171g/3，穩(wěn)定時(shí)間為τ=60分。表2不同工況和時(shí)刻的2濃度變化率表〔%〕工況\時(shí)刻20~2525~3030~3535~4040~4545~50A5.1228.1119.1815.5210.985.71B3.5540.8926.006.44+3.7810.8929.4821.5611.0011.887.374.51工況\時(shí)刻50~5555~6060~6565~7070~7575~80A+5.273.22+1.762.052.200.88B3.337.781.3312.000.000.894.623.193.082.750.440.11根據(jù)稀釋方程和表2中的2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(g/3)工況\時(shí)刻20253035404550A300285.58206.42152.41108.777.7861.7B300290.16176.86104.8286.9897.4567.27300217.92157.89127.2694.1873.6661.10工況\時(shí)刻556065707580A46.8637.7932.8427.0720.8718.38B76.554.9458.6325.3825.3822.9148.2439.3630.7823.1221.8921.57※注：上表中〔A〕為單送風(fēng)工況；〔B〕為單排風(fēng)工況；〔〕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)〔g/3〕［6］污染物一級(jí)二級(jí)三級(jí)備注甲醛0.040.080.128h平均圖3不同工況下甲醛濃度變化曲線在圖3中對(duì)照表4可以看出，三種工況都能使客廳到達(dá)較好的住宅空氣品質(zhì)，在10分鐘之前，送風(fēng)+排風(fēng)工況的效果最正確，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校在14分鐘時(shí)刻，單排風(fēng)最先到達(dá)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)工況分別到達(dá)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)工況分別到達(dá)二級(jí)品質(zhì)。從23分鐘時(shí)刻開(kāi)場(chǎng)，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)工況到達(dá)一級(jí)住宅空氣品質(zhì)，單排風(fēng)工況那么要在48分鐘時(shí)刻到達(dá)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，當(dāng)風(fēng)量為703/h，n=2，穩(wěn)定濃度為0.02717g/3，穩(wěn)定時(shí)間為2小時(shí)；當(dāng)風(fēng)量為353/h，n=1，穩(wěn)定濃度為0.03809g/3，穩(wěn)定時(shí)間為4小時(shí)；當(dāng)風(fēng)量為17.53/h，n=0.5，穩(wěn)定濃度為0.05993g/3，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0.03809g/3，小于甲醛一級(jí)空氣品質(zhì)指標(biāo)限值0.04g/3。所以，當(dāng)最小風(fēng)量為353/h，換氣次數(shù)為1次時(shí)，客廳可以到達(dá)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0.2123μg/s時(shí)，機(jī)械通風(fēng)的最小風(fēng)量為353/h，換氣次數(shù)為1次/時(shí)，經(jīng)過(guò)4小時(shí)的通風(fēng)，可以到達(dá)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］。假如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353/h且須保持常開(kāi)。本文選用蘇州某電訊電機(jī)制造消費(fèi)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30，電流0.15A，轉(zhuǎn)速2200r/in，風(fēng)量0.63/in，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〔如和V等〕，假如假設(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〞。假如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2作為代表性污染物，通過(guò)2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.安康與環(huán)境.1999.3.16(2)：71~732．王智偉，等．建筑