室內(nèi)空氣溫度對(duì)建筑材料vocs散發(fā)率影響的與

室內(nèi)空氣溫度對(duì)建筑材料VOCs散發(fā)率影響的分析與研究摘要：介紹了2002年8月及2003年1月對(duì)長(zhǎng)沙市10戶住宅建筑開(kāi)展的VOCs現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及問(wèn)卷調(diào)查情況。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析得出溫度影響VOCs濃度的規(guī)律。用自由體積理論分析了建筑材料內(nèi)部VOCs擴(kuò)散原理，并從溫度影響聚合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度分析了其對(duì)材料內(nèi)部VOCs擴(kuò)散速率的影響。從而得出溫度影響建筑材料VOCs散發(fā)速率的原因。結(jié)果表明(1)室內(nèi)空氣溫度是影響VOCs散發(fā)的主要因素，但是其對(duì)不同材料不同VOCs的影響程度不同.(2)通過(guò)比較夏冬季測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)住宅在夏季的室內(nèi)VOCs濃度是冬季濃度的3倍多。(3)人體的個(gè)人暴露量受室內(nèi)濃度的影響程度更大。關(guān)鍵字：?jiǎn)柧碚{(diào)查自由體積VOCs1引言室內(nèi)裝修在中國(guó)始于上個(gè)世紀(jì)八十年代，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及居民生活水平的提高，逐漸形成一股裝修熱潮。但是天然有機(jī)裝修材料（如天然原木）的使用卻越來(lái)越少。而大部分人造材料（如人造板材、地毯、壁紙、膠粘劑等）是室內(nèi)VOCs的主要來(lái)源，尤其是空調(diào)的普遍使用，要求建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門(mén)、窗等有良好的密封性能，以達(dá)到節(jié)能的目的，而現(xiàn)行設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)多數(shù)新風(fēng)量不足，在這種情況下造成室內(nèi)空氣質(zhì)量的極度惡化。由于大部分人造材料均為高分子聚合材料，因此研究這些材料散發(fā)VOCs的機(jī)理及其影響散發(fā)速率的因素十分重要，基于此，本文作者在進(jìn)行理論分析研究的基礎(chǔ)上分別于2002年8月11日至15日及2003年1月8日至12日對(duì)長(zhǎng)沙市10戶住宅進(jìn)行了詳細(xì)的VOCs現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及相應(yīng)的問(wèn)卷調(diào)查。2實(shí)驗(yàn)介紹2.1問(wèn)卷調(diào)查表1問(wèn)卷調(diào)查表主要內(nèi)容主要項(xiàng)目主要內(nèi)容住宅情況住宅建成及裝修修時(shí)間個(gè)人暴露量測(cè)定定者個(gè)人年齡、職業(yè)業(yè)、是否吸吸煙、上班班交通工具具、單位裝裝修情況測(cè)試房間裝修材材料地板及墻壁材料料、有無(wú)地地毯、使用用溶劑情況況測(cè)試房間家具情情況家具材料，個(gè)數(shù)數(shù)，使用年年數(shù)、測(cè)試試1年內(nèi)有無(wú)無(wú)購(gòu)入新家家具測(cè)試間生活記錄錄有意圖換氣次數(shù)數(shù)、有無(wú)吸吸煙非測(cè)試房間情況況有無(wú)驅(qū)除白蟻、有有無(wú)使用溶溶劑（場(chǎng)所所、名稱）為使測(cè)試結(jié)果有一定的代表性，所選的10戶住宅（指定為R1,R2……R10）分別位于長(zhǎng)沙市的東、南、西、北及中心位置，住宅建成時(shí)間為1年以上，室內(nèi)裝修時(shí)間為3個(gè)月以上。每戶住宅各發(fā)一份問(wèn)卷調(diào)查表，其內(nèi)容主要包括六大部分，詳見(jiàn)表1。2.2VOCs的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采樣器利用吸附原理采集VOCs，將采樣器分別置于各住戶的客廳及窗外，另一采樣器佩帶在各戶主胸前，測(cè)試其個(gè)人暴露量。并將3個(gè)溫濕度自動(dòng)記錄儀（TR－72S）分別置于客廳、臥室、室外北側(cè)，測(cè)試室內(nèi)、外溫度及相對(duì)濕度，并記錄了室外風(fēng)速、風(fēng)向、日照等氣象參數(shù)（由長(zhǎng)沙市氣象臺(tái)提供）。連續(xù)測(cè)試5天后，收回采樣器，并加以密封。樣品送至日本東京大學(xué)Y.Yanagisawa研究室進(jìn)行分析。3理論研究國(guó)外研究結(jié)果表明VOCs的產(chǎn)生率通常由以下兩個(gè)過(guò)程決定的：1、材料內(nèi)部VOCs的擴(kuò)散。2、材料表面到周圍空氣的蒸發(fā)。根據(jù)材料的不同，VOCs的產(chǎn)生率可能由上述幾個(gè)或是一個(gè)因素起決定作用。溫度對(duì)蒸發(fā)速度的影響是明顯的，溫度越高越易于蒸發(fā)。本文主要研究溫度對(duì)材料內(nèi)VOCs擴(kuò)散速度的影響。由于大部分建筑裝修材料均為人工聚合材料，自由體積理論可以很好的解釋溫度對(duì)VOCs散發(fā)速率的影響。通?？梢詫⒆杂审w積理解為：在某溫度T時(shí)物質(zhì)V與該物質(zhì)分子的占有體積V0之差，即V－V0＝Vf。自由體積的含義是，分子不是完全緊密的堆砌，在分子之間總是有空隙存在，這部分空隙體積即為自由體積[1]。根據(jù)Sperling[2]研究，自由體積的存在是聚合材料內(nèi)VOCs發(fā)生擴(kuò)散的必備條件之一。在無(wú)定形聚合體如乙烯基地板材料中的聚氯乙稀中有高質(zhì)量的分子鏈段（30000－1000000克/摩爾），這些分子鏈段由范德華力或是靠他們之間的互相纏繞而互相連結(jié)在一起。這些分子鍵之間的總空隙即為自由體積，自由體積的大小與分子或鏈段的構(gòu)象狀態(tài)有關(guān)。在低溫時(shí)，分子鏈的運(yùn)動(dòng)以振動(dòng)為主，因此聚合鏈的構(gòu)象狀態(tài)，進(jìn)一步說(shuō)，即自由體積大小受溫度的影響很小。然而，當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg（自由體積已不能提供足夠的自由活動(dòng)空間供聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度）時(shí)，聚合體分子擁有足夠的能量可能會(huì)使分子鏈發(fā)生協(xié)同運(yùn)動(dòng)。從而在自由空間形成更大的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于額外自由體積的產(chǎn)生，使得VOCs在溫度高于Tg材料內(nèi)的擴(kuò)散速度大于在低于Tg材料內(nèi)的擴(kuò)散速度。少量非聚合體分子的存在會(huì)降低聚合材料的Tg，因?yàn)檫@些少量的非聚合體分子使聚合體分子鏈分離從而使其更容易運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程稱為塑化。非塑化聚氯乙?。≒VC）的Tg為～80℃，而塑化后PVC的Tg為～20℃甚至更低。因此我們可以看出：（1）不同材料在相同溫度下散發(fā)同一種VOC的速率是不同的。與材料的Tg有關(guān)，Tg越低的材料散發(fā)VOC的速率越大。（2）同一材料在相同溫度下，即自由體積一定時(shí)，由于不同VOCs的分子體積不同其散發(fā)速率也不同，分子體積越小，散發(fā)速率越大。(3)同一種材料在不同溫度下散發(fā)同一種VOCs的速率也不相同，溫度越高散發(fā)速率越大。4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析4.1溫度對(duì)VOCs散發(fā)率的影響研究表明環(huán)境因素對(duì)材料VOCs的散發(fā)特性有一定影響，其中溫度是最重要的因素，隨著溫度的升高VOCs散發(fā)率也增大，但一些研究員則認(rèn)為溫度的影響取決于VOCs種類[3]。圖1住宅R9室內(nèi)冬夏季VOC濃度比較圖2住宅R9室外冬夏季VOC濃度比較從圖1、圖2可以看出無(wú)論是在室內(nèi)還是在室外，夏季乙醛、甲醛等物質(zhì)濃度高于冬季相應(yīng)物質(zhì)濃度。特別是在室內(nèi)，乙醛夏季濃度達(dá)41.3ug/m3，而冬季濃度僅6.4ug/m3，夏季是冬季的6倍多，甲醛夏季濃度也有冬季濃度的3倍多。盡管夏季室內(nèi)換氣時(shí)間較長(zhǎng)，但甲醛、乙醛等物質(zhì)夏季濃度值還是高于冬季濃度值，因此可以認(rèn)為夏季溫度高于以散發(fā)乙醛、甲醛等為主的材料的Tg，而冬季溫度低于其Tg。但對(duì)于丁醇、m,p-二甲苯等物質(zhì)而言，夏季濃度反而低于冬季濃度，丁醇室外冬季濃度甚至是夏季的2倍多。這可能是由于以散發(fā)此類VOCs為主的材料Tg甚至高于夏季溫度，因此溫度對(duì)其散發(fā)率影響較小，在室內(nèi)由于冬季通風(fēng)換氣效果差，因而使這些物質(zhì)的冬季濃度反而高于夏季。通過(guò)以上分析可以看出溫度對(duì)VOCs散發(fā)率的影響程度與VOCs種類有關(guān)。這也進(jìn)一步說(shuō)明不同材料散發(fā)的VOCs不完全相同，且不同材料由于Tg不同其散發(fā)VOCs的速率也有很大的差別。4.2VOCs分子量對(duì)VOCs散發(fā)速率的影響圖3分子量與物質(zhì)平均濃度的關(guān)系理論分析表明在材料一定時(shí)，VOCs分子量越小，散發(fā)速率越大。從圖中我們可以看出這些VOCs來(lái)源相近，但是分子量越小，VOCs的室內(nèi)、外濃度越高，除乙苯可能由于有一種特殊來(lái)源外。由于人體個(gè)人暴露量不但與室內(nèi)、外濃度有關(guān)，還與個(gè)人生活習(xí)慣有關(guān)，所以二氯苯的個(gè)人暴露量濃度與所得規(guī)律有很大差距。通過(guò)分析測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，主要是由于第7戶戶主二氯苯個(gè)人暴露濃度高達(dá)56.1ug/m3,從而使平均個(gè)人暴露濃度過(guò)高。4.3長(zhǎng)沙市I/O，P/I，P/O的平均值表2長(zhǎng)沙市I/O，P/I，P/O的平均值種類物質(zhì)名I/OP/IP/O揮發(fā)性有機(jī)化合合物（VOCs）苯0.881.151.03丁醇10.960.96庚烷12.532.53甲苯0.931.101.02乙苯0.871.181.06m,p二甲苯0.871.070.96苯乙烯0.951.311.25o-二甲苯0.921.821.67壬烷1.041.581.17α-蒎烯5.271.046.271,3,5-三三甲基苯0.912.101.861,2,4-三三甲基苯0.961.761.42二氯苯14.574.57羰基化合物甲醛1.581.222.12乙醛1.821.331.93丙酮1.491.282.42I/O－所測(cè)住戶冬、夏季室內(nèi)VOCs濃度與室外VOCs濃度比的平均值。P/I－所測(cè)住戶冬、夏季個(gè)人暴露的VOCs濃度與室內(nèi)VOCs濃度比的平均值。P/O－所測(cè)住戶冬、夏季個(gè)人暴露的VOCs濃度與室外VOCs濃度比的平均值。從表2中可以看出，各物質(zhì)I/O的平均值在0.87－5.27之間，這些數(shù)據(jù)說(shuō)明室內(nèi)是丙酮、甲醛、乙醛、α-蒎烯等物質(zhì)的主要來(lái)源，而其他物質(zhì)如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等物質(zhì)的主要污染源在室外，這說(shuō)明長(zhǎng)沙地區(qū)室外環(huán)境污染相對(duì)來(lái)說(shuō)比較嚴(yán)重。另外，從P/I及P/O的值可以看出個(gè)人暴露量與室內(nèi)、外濃度均有關(guān)，但由于絕大多數(shù)P/I值在1.00附近，因此可以肯定個(gè)人暴露量與室內(nèi)濃度的關(guān)系更密切。這主要是由于人們至少有80％時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)。5結(jié)論室內(nèi)建筑材料散發(fā)VOCs速率受溫度的影響很大，但是不同材料受溫度影響的程度不同，而且同一種材料即使在相同的溫度下散發(fā)不同VOCs的速率也存在很大差異。一般來(lái)說(shuō)，材料Tg越低，散發(fā)VOCs的速率越大。同一種材料，散發(fā)分子量小的VOCs速率大于散發(fā)分子量大的VOCs速率。人體個(gè)人暴露量與室內(nèi)外VOCs濃度有關(guān)，但是由于人們大部分時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，因此受室內(nèi)VOCs濃度影響更大。因此在日常生活中，人們一定要注意養(yǎng)成良好的生