裝飾裝修室內(nèi)環(huán)境中甲醛含量的預(yù)評(píng)價(jià)方法

司振超

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

目前，甲醛等污染物的主要檢測(cè)方法有干燥器法、穿孔法及環(huán)境測(cè)試艙法，其中，穿孔法主要用來檢測(cè)樣品中游離甲醛的含量，而干燥器法與環(huán)境測(cè)試艙法則可以檢測(cè)材料中游離甲醛的釋放量及釋放特性，其中，環(huán)境測(cè)試艙是人工設(shè)計(jì)和建造的能模擬室內(nèi)真實(shí)環(huán)境、具有一定體積的檢測(cè)設(shè)備。環(huán)境艙可以通過技術(shù)手段控制其溫度、濕度、換氣次數(shù)、氣流速度等環(huán)境因素，已成為目前檢測(cè)甲醛釋放特性最具權(quán)威的一種方法。

本文研究?jī)?nèi)容涉及建筑技術(shù)領(lǐng)域，運(yùn)用環(huán)境測(cè)試艙、空氣采樣儀等設(shè)備，提供一種預(yù)測(cè)裝飾裝修室內(nèi)環(huán)境中甲醛含量的方法，該方法引入承載率L（m2/m3）的概念，使預(yù)評(píng)價(jià)方法不因設(shè)計(jì)方案和室內(nèi)空間大小的不同而發(fā)生變化。此外，本方法還根據(jù)人居環(huán)境溫度和濕度的動(dòng)態(tài)變化，提出了一種裝飾材料甲醛釋放的溫濕度修正預(yù)測(cè)方法，相對(duì)于現(xiàn)有室內(nèi)環(huán)境優(yōu)化措施有著本質(zhì)上的區(qū)別。

2 預(yù)評(píng)價(jià)方法

根據(jù)材料測(cè)試結(jié)果，在設(shè)計(jì)階段提前預(yù)測(cè)裝修項(xiàng)目施工完成后的室內(nèi)污染物含量，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段調(diào)整方案和裝飾材料選用，致力于從根源避免室內(nèi)環(huán)境污染物超標(biāo)問題。通過基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，并查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，研究出一種甲醛含量的預(yù)評(píng)價(jià)體系，具體步驟如下：

1）選定設(shè)計(jì)方案，并選擇方案中所有可能釋放甲醛的材料（M1，M2，M3，…，Mn）；

2）用環(huán)境艙法測(cè)定每種裝飾材料在不同承載率L（m2/m3）下的甲醛釋放濃度C（mg/m3）；

3）用甲醛釋放濃度除以相應(yīng)的承載率得到單位面積下的甲醛釋放量Q（mg/m2），即Q=C/L；

4）針對(duì)每一種裝飾材料分別建立甲醛釋放量與承載率的關(guān)系Q=f（L）；

5）選取M1、M2兩種材料，通過兩種材料的承載率L1和L2由關(guān)系式Q=f（L）可得每種材料的甲醛釋放量Q1和Q2，預(yù)測(cè)材料M1、M2組合時(shí)的甲醛釋放濃度C0，即C0=Q1L1+Q2L2；

6）用環(huán)境艙法測(cè)試M1、M2兩種材料組合時(shí)的實(shí)際甲醛釋放濃度C1，將預(yù)測(cè)值C0和實(shí)測(cè)值C1進(jìn)行對(duì)比；

7）選取不同的材料進(jìn)行兩兩組合，重復(fù)步驟5）和步驟6），尋找預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的偏差規(guī)律；

8）根據(jù)步驟7）中的數(shù)據(jù)偏差規(guī)律，通過對(duì)材料承載率修正的方法，建立兩種材料組合時(shí)甲醛釋放濃度的預(yù)評(píng)價(jià)模型；

9）將預(yù)評(píng)價(jià)模型推廣至3種及3種以上材料組合時(shí)的情形；

10）預(yù)測(cè)該設(shè)計(jì)方案最終的甲醛釋放濃度；

11）項(xiàng)目施工完成后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣和測(cè)量，并與預(yù)測(cè)值對(duì)比；

12）修正預(yù)測(cè)模型；

13）選擇多個(gè)施工項(xiàng)目，反復(fù)進(jìn)行論證、對(duì)比。

該室內(nèi)環(huán)境中甲醛含量的預(yù)評(píng)價(jià)方法，提高了環(huán)境艙法測(cè)量甲醛濃度在室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)中的可行性，建立標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)程序，有利于提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，且隨著不同材料的測(cè)試，可以逐步建立材料甲醛釋放特性的數(shù)據(jù)庫，為以后的環(huán)境評(píng)價(jià)提供極大的便利，甚至不經(jīng)過試驗(yàn)即可計(jì)算出室內(nèi)甲醛污染物濃度[1-3]。

3 溫濕度修正方法

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，裝飾材料的甲醛釋放速率和濃度在不同溫度、濕度和通風(fēng)條件下將發(fā)生很大的改變，單一條件的測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際情況差異巨大，窮舉各種可能情況組合也是極不現(xiàn)實(shí)的。通過材料在不同溫度、濕度和通風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，建立完善裝飾材料在不同溫度、濕度和通風(fēng)條件下的濃度變化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)建立溫度、濕度和通風(fēng)預(yù)測(cè)修正方法，通過該方法可以將單一條件的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)實(shí)際環(huán)境條件下的污染物釋放數(shù)據(jù)。

本文通過裝飾材料自身表面甲醛濃度與周圍空氣中甲醛濃度之差，推導(dǎo)基于濃度差理論，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式擬合的溫濕度預(yù)測(cè)公式。首先，引入材料釋放速率（SER）、考慮換氣率n，污染物濃度變化率表達(dá)為：

式中，t為時(shí)間，s。

濃度變換率為：

考慮散發(fā)率與材料內(nèi)部表面甲醛濃度和周圍空間甲醛濃度之差成正比：

定常狀態(tài)下甲醛濃度修正為：

聯(lián)立得：

式中，SER為材料釋放速率，mg/（m2·s）；ti為第i種材料的甲醛釋放時(shí)間，s；Ci為第i種材料的甲醛釋放濃度，mg/m3；C0為材料 內(nèi) 部 表 面 甲 醛 濃 度，mg/m3；C為 甲 醛 釋 放 濃 度，mg/m3；f為函數(shù)f（x）對(duì)應(yīng)法則，無單位；ΔCi為Ci的變化量 （增量），mg/m3；Δti為 第i種 材 料 的 甲 醛 釋 放 時(shí) 間 變 化 量；H為 濕度，%；T為溫度，K；k為常數(shù)。

以上公式建立了甲醛濃度和時(shí)間、溫濕度、擴(kuò)散率系數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)合試驗(yàn)室研究規(guī)律和裝飾材料甲醛極限濃度，在居住環(huán)境的溫度變化范圍內(nèi)，甲醛濃度隨溫度和濕度呈線性變化，提出溫濕度修正公式，并進(jìn)行擬合對(duì)比如圖1所示。

圖1 溫濕度修正系數(shù)擬合

在如上所述的室內(nèi)環(huán)境預(yù)評(píng)價(jià)研究過程中，根據(jù)材料環(huán)境艙測(cè)量結(jié)果，完成對(duì)不同通風(fēng)條件下室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的預(yù)測(cè)，通過大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，形成一種新的預(yù)評(píng)價(jià)體系，本文所述的評(píng)價(jià)體系具有如下特點(diǎn)：（1）課題采用密閉環(huán)境艙，檢測(cè)效率高，可以快速完成裝修項(xiàng)目中不同材料的檢測(cè)，并不斷積累形成材料數(shù)據(jù)庫。（2）環(huán)境艙的完全密閉有利于尋求材料甲醛釋放特性的最本質(zhì)規(guī)律，預(yù)評(píng)價(jià)方法不受其他不確定性因素的干擾，提高預(yù)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。（3）理論與實(shí)踐相結(jié)合，建立溫濕度和通風(fēng)修正體系，并應(yīng)用于實(shí)際的施工項(xiàng)目中，通過實(shí)踐對(duì)已有預(yù)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整。（4）建立溫濕度修正方法，極大拓寬了預(yù)評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用范圍，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件修正預(yù)評(píng)價(jià)模型[4]。

4 甲醛含量預(yù)評(píng)價(jià)案例分析

為驗(yàn)證本文描述甲醛含量預(yù)評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性，選定深圳某項(xiàng)目裝配式樣板房進(jìn)行實(shí)測(cè)論證。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選擇方案中竹木纖維板、硅酸鈣板、石塑地板和免釘膠進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)材料樣板及數(shù)據(jù)分別如圖2和表1所示。

圖2 材料樣板

表1 裝配式樣板房甲醛含量預(yù)測(cè)值

項(xiàng)目完工7 d后，課題研發(fā)人員組織對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行甲醛含量實(shí)測(cè)，采用空氣采樣儀收集現(xiàn)場(chǎng)氣體樣本，經(jīng)試驗(yàn)室檢測(cè)得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 裝配式樣板房甲醛含量實(shí)測(cè)值

采用2、3部分所述甲醛預(yù)評(píng)價(jià)及溫濕度修正方法，通過某項(xiàng)目裝配式樣板房實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)值比實(shí)際值均有所偏高，介于1.3～2.0倍，其中，客餐廳2倍、主臥1.37倍、次臥1.56倍，書房1.67倍。廚房的甲醛預(yù)測(cè)偏差高達(dá)4.1倍，相對(duì)于其他房間差異巨大，可能是由于廚房使用了大量的硅酸鈣板，由于硅酸鈣板單種材料測(cè)量數(shù)據(jù)偏差所造成的。其他房間預(yù)測(cè)值大于實(shí)測(cè)值是合理的，因?yàn)槭┕み^程的持續(xù)和材料進(jìn)場(chǎng)堆放，相當(dāng)于室內(nèi)空間已經(jīng)通風(fēng)了一段時(shí)間，預(yù)測(cè)時(shí)其實(shí)是按照最保守的沒有考慮施工周期時(shí)長(zhǎng)來預(yù)測(cè)的，這種保守的結(jié)果是偏于安全可靠的。當(dāng)然，為了進(jìn)一步完善預(yù)評(píng)價(jià)方法，首先通過已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和通風(fēng)艙設(shè)備來驗(yàn)證和完善通風(fēng)預(yù)測(cè)方法。其次，根據(jù)已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估預(yù)評(píng)價(jià)方法的安全系數(shù)，為了更準(zhǔn)確地評(píng)估，更多的實(shí)測(cè)結(jié)果是必要的。再次，在未來的工作中，可以考慮材料的全生命周期污染物衰減規(guī)律，即可以更準(zhǔn)確地去區(qū)別不同施工周期項(xiàng)目的預(yù)測(cè)方法和結(jié)果。

5 結(jié)論

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算得到裝修材料甲醛散發(fā)的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：換氣率、溫濕度和極限濃度，由以上3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)及裝修材料的種類可以建立甲醛釋放特性的預(yù)測(cè)模型，用來計(jì)算材料在任意環(huán)境中的散發(fā)速率。與實(shí)際工程相結(jié)合，可選取裝飾裝修材料甲醛的釋放速率、極限濃度與散發(fā)率衰減速度作為材料性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)于裝修材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用可以提出以下幾點(diǎn)建議：

1）進(jìn)行裝修材料選擇時(shí)，應(yīng)對(duì)材料污染散發(fā)率進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)先選取污染散發(fā)率水平較低、極限濃度較小的材料；

2）根據(jù)各材料的污染散發(fā)衰減規(guī)律，合理組織裝修施工進(jìn)度，盡量將散發(fā)率衰減速度小的材料施工環(huán)節(jié)提前，確保施工后至交付使用時(shí)間污染物能充分散發(fā)衰減；

3）對(duì)于裝修方案不滿足環(huán)保要求的情況，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先替換極限濃度大、散發(fā)衰減速度小的材料；

4）環(huán)境溫度對(duì)于甲醛的釋放速率有強(qiáng)大促進(jìn)作用，提高環(huán)境溫度可以大幅度提高甲醛散發(fā)率衰減速度。