建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用(二)IAQ模型的應(yīng)用

1、建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用(二)IAQ模型的應(yīng)用摘要本文用第一局部所建立的通用IAQ模型來(lái)分析建筑物內(nèi)裝飾材料的物性對(duì)室內(nèi)有機(jī)物污染的影響，這些物性包括揮發(fā)性有機(jī)物Vs的擴(kuò)散系數(shù)、初始含量、平衡常數(shù)及對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)房間內(nèi)Vs濃度的影響；確定一種材料面積及通風(fēng)量不同時(shí)對(duì)室內(nèi)有機(jī)物污染的影響；建筑物內(nèi)多種裝飾材料并存且存在無(wú)機(jī)污染Vs匯的情況下房間內(nèi)Vs濃度及房間散發(fā)率。關(guān)鍵詞擴(kuò)散系數(shù)初始含量平衡常數(shù)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)通風(fēng)量多種材料揮發(fā)性有機(jī)物是建筑內(nèi)一類重要的污染物質(zhì)，它們對(duì)人體造成的影響越來(lái)越得到關(guān)注。近年來(lái)由于裝修不當(dāng)引起的爭(zhēng)議越來(lái)越多。文獻(xiàn)1中給出Vs的定義對(duì)人體造成的影響。本文用文獻(xiàn)2

2、所建立的通用IAQ模型通過(guò)三個(gè)不同例題來(lái)分析建筑物內(nèi)裝飾材料的物性、通風(fēng)量及多源多匯存在時(shí)房間內(nèi)Vs濃度的影響。1模型應(yīng)用舉例1-確定裝飾材料物性對(duì)室內(nèi)Vs的影響設(shè)某房間尺寸為5433房間內(nèi)有一個(gè)膠合板1散發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物苯。1尺寸為120.023，對(duì)表1.1所列的各種情況分別計(jì)算換氣次數(shù)為1h-1時(shí)房間內(nèi)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(kuò)散系數(shù)2/s對(duì)流傳質(zhì)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(kuò)散系數(shù)對(duì)室內(nèi)濃度和散發(fā)量的影響由圖1.1、圖1.2可知，情況1的擴(kuò)散系數(shù)是情況2的10倍，在開(kāi)場(chǎng)的1392小時(shí)內(nèi)，情況1房間內(nèi)濃度大于情況11。這是由于在開(kāi)場(chǎng)的一段時(shí)間內(nèi)情況1的散發(fā)量大于情況11，見(jiàn)圖1.3。但從圖1.4可看出，從第775小時(shí)起，情況2的散發(fā)率大于情況1，這是由于材料內(nèi)所剩余的苯含量不一樣的原因。雖然從775小時(shí)起，情況11的散發(fā)量大于情況1，但從第1393小時(shí)起，房間內(nèi)苯

4、的濃度才發(fā)生改變，原因是影響房間內(nèi)各時(shí)刻苯的濃度的因素有三個(gè)，即房間內(nèi)上一時(shí)刻的濃度、通風(fēng)量及散發(fā)量。圖1.1不同擴(kuò)散系數(shù)房間內(nèi)濃度比擬0100h圖1.2不同擴(kuò)散系數(shù)房間內(nèi)濃度比擬13401440h圖1.3不同擴(kuò)散系數(shù)房間內(nèi)散發(fā)率比擬0100h圖1.4不同擴(kuò)散系數(shù)房間內(nèi)散發(fā)率比擬740740h12材料初始濃度對(duì)室內(nèi)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(fēng)量一樣的情況下，房間內(nèi)的濃度及散發(fā)率均為10倍的關(guān)系，從表2可看出，兩種情況同一時(shí)間散發(fā)完畢。圖1.5不同材料初始濃度時(shí)房間內(nèi)濃度比擬024h圖1.6不同材料初始濃度時(shí)房間散發(fā)率比擬024h13

5、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)室內(nèi)濃度和散發(fā)量的影響情況13的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)是情況1的10倍，但從圖1.7、圖1.8可知不同對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)散發(fā)量的影響只在開(kāi)場(chǎng)階段明顯，隨后那么不明顯。這也說(shuō)明了建筑裝飾材料苯的散發(fā)阻力在于材料內(nèi)部擴(kuò)散。從表1.2可看出，這兩種情況散發(fā)完畢的時(shí)間根本一樣。圖1.7不同對(duì)流傳質(zhì)時(shí)房間內(nèi)濃度比擬024h圖1.8不同對(duì)流傳質(zhì)時(shí)房間散發(fā)率比擬024h達(dá)以穩(wěn)定比值所需時(shí)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(dá)初始量的千分之一所需時(shí)間h2156*224221302126*對(duì)于第二種情況，經(jīng)過(guò)10000小時(shí)后散發(fā)了初始量的96.4%。2模型應(yīng)用舉例2-確定一種材料面積及通

6、風(fēng)量不同時(shí)對(duì)室內(nèi)有機(jī)物污染的影響假設(shè)上例房間內(nèi)可能會(huì)有一個(gè)膠合板1，1內(nèi)有一種揮發(fā)性有機(jī)物即苯。1尺寸為120.02(3)，1物性見(jiàn)表2.1，房間內(nèi)也可能會(huì)有十個(gè)這樣的材料，即把地板鋪滿，分成幾種情況來(lái)研究其散發(fā)量及房間濃度。各情況見(jiàn)表2.2。1的物性參數(shù)表2.1內(nèi)容1苯初濃度0g/39103苯擴(kuò)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(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1時(shí)，房間內(nèi)濃度及散發(fā)量隨時(shí)間變化情況。從圖2.1可看

7、出，對(duì)于只有一個(gè)材料1，房間苯內(nèi)的濃度隨時(shí)間下降。這是由于散發(fā)率時(shí)間下降，見(jiàn)圖2.3和圖2.5。雖然散發(fā)率隨時(shí)間下降。但由圖2.5可看出，經(jīng)過(guò)911小時(shí)后苯的散發(fā)率根本一個(gè)穩(wěn)定值散發(fā)。第一時(shí)刻的散發(fā)率為10.766g/h，第911小時(shí)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(nèi)苯濃度在某一時(shí)間后也是隨著材料面積成比例的增加。這一穩(wěn)定時(shí)間與房間內(nèi)布置的污染物面積有關(guān)。當(dāng)房間內(nèi)放置2塊材料面積成比例的增加。這一穩(wěn)定時(shí)間與房間內(nèi)布置的污染物面積有關(guān)。當(dāng)房間內(nèi)放置2塊材料時(shí)，房間內(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放置1的2倍時(shí)所時(shí)間為4小時(shí)，當(dāng)房間內(nèi)放置5塊材料時(shí)，房間內(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放

8、置1的5倍時(shí)所時(shí)間為12小時(shí)，當(dāng)房間內(nèi)放置10塊材料時(shí)，房間內(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放置1的10倍時(shí)所時(shí)間為32小時(shí)，見(jiàn)表2.3。不同面積的污染材料當(dāng)剩余量為初始量的千分之一時(shí)所到達(dá)的時(shí)間最大差263小時(shí)，見(jiàn)表2.4。圖2.1通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1情況1時(shí)房間內(nèi)苯的濃度圖2.2通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1情況1時(shí)房間內(nèi)苯無(wú)因次濃度以情況1為基準(zhǔn)圖2.3通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1情況1時(shí)散發(fā)率圖2.4通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1情況1時(shí)房間內(nèi)無(wú)因次散發(fā)率以情況1為基準(zhǔn)圖2.5通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1情況1無(wú)因次散發(fā)率以第一時(shí)刻為基準(zhǔn)圖2.6通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)情況1時(shí)房間內(nèi)苯的濃度通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1時(shí)到達(dá)穩(wěn)定比

9、值所需時(shí)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(dá)穩(wěn)定比值所需時(shí)間h-41232通風(fēng)換氣次數(shù)為1h-1時(shí)散發(fā)完畢所需時(shí)間表2.4工程情況1情況2情況3情況4剩余量到達(dá)初始量的1所需時(shí)間h1719191519701982圖2.6到圖2.10是房間內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)，房間內(nèi)濃度及散發(fā)量隨時(shí)間變化情況。從圖2.6可看出，對(duì)于只有一個(gè)材料1，房間苯內(nèi)的濃度同樣也是隨時(shí)間下降。由圖2.10可看出，經(jīng)過(guò)910小時(shí)后苯的散發(fā)率根本一穩(wěn)定值散發(fā)。第一時(shí)刻的散發(fā)率為10.795g/h，第910小時(shí)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(nèi)苯

10、濃度在某時(shí)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(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放置1的2倍時(shí)所時(shí)間為1小時(shí)，當(dāng)房間內(nèi)放置5塊材料時(shí)，房間內(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放置1的5倍時(shí)所時(shí)間為4小時(shí)，當(dāng)房間內(nèi)放置10塊材料時(shí)，房間內(nèi)濃度或散發(fā)率到達(dá)放置1的10時(shí)所時(shí)間為7小時(shí)，見(jiàn)表2.5。不同面積的污染材料當(dāng)剩余量為初始量的千分之一時(shí)所到達(dá)的時(shí)間最大差263小時(shí)，見(jiàn)表2.6。圖2.7圖2.7通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)房間內(nèi)苯無(wú)因次濃度以情況11為基準(zhǔn)圖2.8通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)情況11散發(fā)率圖2.9通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)房間內(nèi)苯無(wú)因次散發(fā)率以情況11為基準(zhǔn)圖2.10通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)情況因次

11、散發(fā)率以第一時(shí)刻為基準(zhǔn)通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)散發(fā)完畢所需時(shí)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(dá)穩(wěn)定比值所需時(shí)間h-147通風(fēng)換氣次數(shù)為5h-1時(shí)到達(dá)穩(wěn)定比值所需時(shí)間表2.6工程情況1情況2情況3情況4剩余量到達(dá)初始量的千分之一所需時(shí)間h1718191319641971從圖2.11和圖2.12可看出，當(dāng)房間內(nèi)換氣次數(shù)從1h-1增加到5h-1時(shí)，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(lái)自于材料內(nèi)部。但由于換氣次數(shù)的增加，房間內(nèi)的濃度下降。在21小時(shí)后可近似認(rèn)為房間內(nèi)濃度與換氣次數(shù)成正比。圖2.11兩種通風(fēng)時(shí)情況時(shí)同一塊毯子的無(wú)因次濃度以情

12、況1為基準(zhǔn)圖2.12兩種通風(fēng)時(shí)情況時(shí)同一塊毯子的無(wú)因次散發(fā)率以情況1為基準(zhǔn)3模型應(yīng)用舉例3-確定多種材料對(duì)室內(nèi)有機(jī)物污染的影響假設(shè)上例房間內(nèi)可能會(huì)有一個(gè)膠合板1、一個(gè)粒子板2和一窗簾3組成。1內(nèi)有一種揮發(fā)性有機(jī)物即苯。1尺寸為520.023，2為一塊不含苯，但對(duì)于苯有擴(kuò)散和吸收作用。窗簾作為外表材料，它的吸會(huì)外表積即BET面積為10002。1和2的物性如表3.1所示。窗簾對(duì)苯的吸附常數(shù)Ka為0.25/h，對(duì)苯的解吸附常數(shù)為Kd為0.41h-1。對(duì)表3.2所列的各種情況均假定空氣渡過(guò)材料時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)同上例均為1.65/h。分別計(jì)算換氣次數(shù)為1h-1時(shí)表10所示不同情況下房間內(nèi)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(nèi)容11苯初濃度0g/391030103苯擴(kuò)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(wú)無(wú)情況2有面積102無(wú)情況21有面積為502無(wú)情況3有無(wú)有圖3.1到圖3.6為房間內(nèi)濃度及散發(fā)率隨時(shí)間變化情況。從圖中可看出，對(duì)于只有一個(gè)材料1，房間苯內(nèi)的濃度隨時(shí)間下降。對(duì)第一種情況而言，第一時(shí)刻的散發(fā)率為52.956g/h，濃度為0.441g/3。從第919小時(shí)起，房間內(nèi)濃度和散發(fā)率那么根本穩(wěn)定，第919小時(shí)散發(fā)率為0.261g/h，濃度為0.004g/3。當(dāng)幾種材料并存時(shí)，雖然它們之間的影響可以在

14、一定時(shí)間內(nèi)消除，但它們對(duì)整個(gè)房間內(nèi)的濃度及總的散發(fā)率隨時(shí)間的變化關(guān)系卻發(fā)生了改變，此題房間內(nèi)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(duì)于一個(gè)厚材料以擴(kuò)散形式散發(fā)苯，另一個(gè)厚材料以擴(kuò)散形式影響苯的情況而言，影響時(shí)間較短，情況2影響的時(shí)間為32小時(shí)，此時(shí)無(wú)因次濃度即任一時(shí)刻和情況濃度與同一時(shí)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(shí)間為44小時(shí)，無(wú)因次濃度穩(wěn)定在1.02。假如是一個(gè)厚材料以擴(kuò)散形式散發(fā)，另一個(gè)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(duì)房間內(nèi)濃度的影響時(shí)間較長(zhǎng)，本例為216小時(shí)，無(wú)因次濃度穩(wěn)定在1.03。詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表3.3。圖3.7和圖3

15、.8為房間內(nèi)總的無(wú)因次凈散發(fā)率，由此可知，雖然材料間的影響在幾天內(nèi)可以到達(dá)穩(wěn)定值，但不同材料一起放入房間時(shí)，由于它們的互相作用，使得房間內(nèi)的穩(wěn)定散發(fā)率及濃度也不一樣。對(duì)四種情況而言，當(dāng)材料1及整個(gè)房間剩余量為初始量的千分之一時(shí)所到達(dá)的時(shí)間均為2205小時(shí)。圖3.1情況1時(shí)房間內(nèi)苯的濃度圖3.2房間內(nèi)苯無(wú)因次濃度以情況1為基準(zhǔn)圖3.3房間內(nèi)苯無(wú)因次濃度以情況1為基準(zhǔn)圖3.4情況1散發(fā)率圖3.5房間內(nèi)無(wú)因次散發(fā)率以情況1為基準(zhǔn)圖3.6情況1無(wú)因次散發(fā)率以第一時(shí)刻為基準(zhǔn)到達(dá)穩(wěn)定比值所需時(shí)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(shí)刻比值11.01.021.03到達(dá)穩(wěn)定比

16、值所需時(shí)間h-32442164結(jié)論本文通過(guò)對(duì)一個(gè)房間內(nèi)可以放置各種材料情況及通風(fēng)情況的研究可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：41建筑裝飾材料V擴(kuò)散系數(shù)越大，開(kāi)場(chǎng)一段時(shí)間的散發(fā)率越大，后來(lái)的散發(fā)率那么越校選擇建筑材料進(jìn)假如選擇擴(kuò)散系數(shù)大的材料，其帶來(lái)的好處是在初期可以散發(fā)更多的V，在將來(lái)建筑使用中所剩的V量減少。但這要求初期過(guò)程處理V的才能要強(qiáng)，同時(shí)擴(kuò)散系數(shù)大材料對(duì)環(huán)境中的V的吸收作用也越大，選擇材料時(shí)應(yīng)綜合考慮。圖3.7房間內(nèi)無(wú)因次散發(fā)率以情況1為基準(zhǔn)圖3.8房間內(nèi)無(wú)因次散發(fā)率以第一時(shí)刻為基準(zhǔn)42應(yīng)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(nèi)濃度降低。43對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)建筑材料V的散發(fā)速率影響較好，有些情況下當(dāng)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)沒(méi)有得到時(shí)，可以用一個(gè)經(jīng)歷值來(lái)代替，或者在模擬分析中就把重點(diǎn)放在建筑材料本身的研究上。44平衡常數(shù)對(duì)建筑材料V的散發(fā)率影響較小，對(duì)于沒(méi)有平衡常數(shù)的建筑材料，作為近似計(jì)算可取1。45通風(fēng)換氣量只對(duì)房間內(nèi)濃度有較大影響，