降低甲醛浓度所需通风换气量的理论计算

降低甲醛浓度所需通风换气量的理论计算 刘立峰 (闯西职业技术学院化学工程系，福建 龙岩 364021) [摘 要】通风换气是降低房间内空气中甲醛浓度的最有效、最经济的。为了能确定一定空间体积、一定甲醛浓度的房间 的通风换气量的大小，用方法推导出了通风换气量的理论计算公式，并进一步探讨了计算公式中各参数的确定。 【关键词】甲醛；浓度；通风换气；理论计算；参数 室内空气污染物种类繁多，按照污染源散发污染物及典型 室内空气调查结果归纳出主要污染有四大类[1】：(1)化学污染 ： 氨、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、醚、脂、挥发性有机物(VOC)、硫、 砷、铅 、汞等可溶性重金属、粉尘颗粒物等。(2)放射性污染 ：氡、 钍、镭等放射性核素。(3)生物污染：军团菌、放线菌等细菌，曲 霉菌、葡萄状穗霉菌等真菌，病菌，花粉，虫螨等。(4)电磁辐射： 计算机、电视机、微波炉、电磁炉、广播、电视等。在这些污染物 中，甲醛来源广 ，释放期长 ，超标率高，危害大，国际癌症研究中 心( RC)将 甲醛列人人类致癌物。为此引起人们特别重视，如 何控制室内空气中甲醛浓度也就成为各方关注的焦点。室内 空气中甲醛主要来源于建筑装修材料囱，为此控制室内空气中 甲醛浓度不外乎三个方面：消除或减少室内污染源即用无污染 或少污染的材料，通风换气 ，室内空气净化技术。由于人造板 材价格相对较低，来源方便，所以一般家庭，人造板材是装修中 使用的最多的材料之一，也是造成甲醛污染的最主要的来源， 为此想只通过消除或减少室内污染源来控制室内空气中甲醛 浓度，在现阶段可能有一定困难。所以通风换气和室内空气净 化技术仍是当今应该重视的。当今市面上出现的甲醛净 化治理技术有：(1)通风换气，(2)甲醛清除剂，(3)光催化降解 技术，(4)臭氧空气净化器，(5)活性炭吸附。其中通风换气是 最有效、最经济的清除室内空气中甲醛的方法。据报道 ，通风 换气量是使室内空气中甲醛浓度降低效果的主要影响因素 。 下面通过理论计算，确定对于具有一定空间体积、一定甲醛浓 度的房间进行通风所需通风换气量。 一 、通风换气的分类 通风换气根据工作动力的差异，分为 自然通风和机械通 风。自然通风是利用室外风力造成的风压或室内外温度差产 生的热压进行通风换气，受自然条件限制较强，且有时与人的 生活习惯相矛盾，所以自然通风不受人为控制。而机械通风是 依靠机械动力(如风机风压)进行通风换气，只要有电，随时都 可以进行通风换气，易于为人控制，所以现在市面上出现的通 风换气机就是针对此而生产的。 按照通风换气涉及范围的不同，将通风换气方法分为局部 通风和全面通风，局部通风只作用于室内局部地点，对于污染 源比较集中固定的情况应优先考虑，而全面通风则是对整个控 制空间进行通风换气，使室内污染物浓度低于容许的最高浓 度。由于民用建筑室内空气污染物主要来源于室内装修，污染 源比较分散且污染物扩散面较大，所以通过通风换气控制室内 空气污染物的方法，宜采用全面通风方法。 88 二、全面通风量的理论计算 为了更快降低室内空气中污染物甲醛的浓度，采用直通式 全面通风方式。据质量守恒原理，室内空气甲醛的增加量等于 进人室内的空气的甲醛的量与室内排出的甲醛的量的差值闱。 该通风方式的通风量主要与房间体积、污染物甲醛散发速率和 允许污染物甲醛浓度有关。如图1，设房间体积为v(m’)，该房 间空间中污染物甲醛的释放速率为a(m )，通风量为 L (m3／s)，通风开始时室内空气中污染物甲醛浓度为y1(m咖 】)， 送风气流中污染物甲醛浓度为 yO(mg／m3)，则通风后室内污染 物甲醛浓度是时间 t的函数 y(1)。室内空气中甲醛的主要释放 源是木质板材，而木质板材属恒速释放源圈。所以a为常数。 现假设：①L、y1D、y1均为常数； ②a均匀散发到室内整个空间； ③送人室内的空气一进人室内立即与室内空气充 分混合，而且送风量等于排风量，室内外空气温度相同。 则在时间△t内，室内污染物甲醛改变量为： AyV=aAt+Ly0At--Ly(1)At 当At’+0时，有 dy／dt=l／V[a+LyO--Ly(c)] 解此方程得： 一 I i，V=hl【a+I 1y0一Ly(1)]+C 当通风开始 t=o时，有 yO)--yl，因而有： exp(Lt／V)=[a+L 一Lyl】／【a+L 一Ly(1)] 2．1 V ● t r卜] 圈1 房间全面通风计算示意圈 一 般情况下，送人室内的空气中甲醛浓度很低，可忽略不 计，即yO=O，通风开始时室内空气中甲醛浓度为 y1可能高也 可能低，要看通风开始时，门窗是关还是开了较长时间，若门窗 开了较长时间，则室内空气中甲醛浓度较低，机械通风较短时 间就能使室内空气中甲醛浓度降至允许浓度以下，若门窗是关 的，且关了较长时间，则室内空气中甲醛浓度较高，假设已经达 到恒定浓度，即y1= 。根据《室内空气质量标准>阎规定，室内 空气中甲醛浓度为小于0．1m#m ，即要使得室内空气质量符合 《室内空气质量标准》规定，则y(1)=0．1m~m3。 则公式2．1可写成： expO I^ a—L) a一0．1 L] 2．2 维普资讯 http://www.cqvip.com 式2．2就是通过通风换气降低室内空气中甲醛浓度需要的换 气次数的理论计算公式。 该理论计算公式是通过假设送入室内的空气一进入室内 立即与室内空气充分混合，且室内甲醛均匀散发成立的条件下 推导出来的 但实际室内甲醛不可能完全均匀散发，室内送风 也不可能与室内空气充分混合，所以实际所需的通风量要比式 2．2计算结果大的多，即应在计算结果的基础上把通风量乘以 安全系数k，即实际所需通风量 L‘=kL。 三、通风换气公式中各参数的确定 (一)房间空间中污染物甲醛的释放速率 a 图 2 房间中甲醛释放、扩散示意圈 房间空间中污染物甲醛的释放速率较难确定，现通过一定 简化进行测定。室内空气中甲醛的主要释放源是木质板材，而 木质板材属恒速释放源。所以a为常数。房间中甲醛释放、扩散 过程如图2。由理论推导和实际测定明，房间空气中甲醛浓 度随着房间门窗关闭时间的增加，刚开始甲醛浓度迅速增加， 约4h后，室内空气中甲醛浓度达到恒定僵7I 。设房间中人造 板材单位时间内释放甲醛的量为 a，房间空间体积为V，房间 门窗关闭期间单位时间内室内外空气交换量为q，房间空气中 甲醛浓度恒定时为 ，房间空气中甲醛浓度从门窗关闭到恒 定值所需时间设为 。假设通过各种措施，使得房间门窗关闭 前空间中甲醛浓度相对很小，则房间空气中甲醛主要来源于人 造板材。由此可知，门窗关闭初期，材料表面甲醛迅速扩散到室 内空气中，而室内外空气交换量q很小，初期室内空气中甲醛 浓度C也很小，所以可忽略房间空气中甲醛随室内外空气交换 而向房间外扩散损失量，则有： Cq：at吖V—一(1) 确定出房间空间体积V；用甲醛快速测定仪测定门窗关闭开始 室内空气中甲醛浓度，每隔半个小时测定一次室内空气中甲醛 浓度，并及时做好记录，直至室内空气中甲醛浓度随着时间变 化很小为止，从记录中确定室内空气中甲醛浓度恒定时门窗关 闭的时间teq和此时室内空气中甲醛浓度ceq，就可确定该房 间装修用人造板材中甲醛的释放速率a。 (二)甲醛浓度达标所需通风时问t的确定 人进入房间，希望房间空气中甲醛浓度尽量低，甲醛浓度 越低，对人体伤害越小，所以通风时间越短越好。据报道，风速 和风量是使室内空气中甲醛浓度降低效果的主要影响因素。在 一 定范围内，风量越大，室内空气中甲醛浓度降低越明显，但要 使室内空气中甲醛浓度降低到一定程度，时间越短，风量就必 须越大，但从实际出发，风量不可能无限制增大，而且随着通风 量的增加，通风降低甲醛浓度的作用减弱 ，所以甲醛浓度达 标所需通风时间确定在 10分钟为宜。 (三)房间体积 v的确定 通过测量，测定房间实际面积和实际高度，通过计算确定 房间体积V。 (四)安全系数k的确定 对于精心设计的小型试验室可取 k为 1，对于一般通风房 间可根据实际情况，据经验在3～10范围内选用。如果室内送 风口设置合理，能使得室内送风与室内空气较充分混合，则安 全系数k可取小一些。 四、小结 通风换气是降低室内空气中甲醛浓度最有效、最经济的方 法。通过理论计算可确定把房间内空气中甲醛浓度降低到《=室 内空气质量标准》规定要求所需理论通风换气量的大小。理论 计算式的建立及各参数的确定，对于如何确定实际通风换气量 的大小有一定的指导意义。 [参考文献] 【1]1李启东，扬鸿．室内环境空气质量研究进展Ⅱ1．上海环境科学， 2001，20(10)：463～466． 【2]2徐轶，张琳琳等．室内空气中甲醛的监测研究Ⅱ1．辽宁城 乡环 境科技，2004(6)：36～37． 【3]3 PAWEL W、Air quality in a mrmlated office environment as resultOfreducing po~ufion$0UI'C~5 and increasing ventilation[~]．Energy and Bui1d 。2002，34：775～783． 【4】孙一坚．工业通风【M】．北京：中国建筑工业出版社，1985． 【5]朱天乐．室内空气污染控制【M】．北京；化学工业出版社．2003． 【6]国家质量监督检验检疫总局，卫生部，国家环境保护总局． GB／T18883--2002，室内空气质量标准【s】．中国标准出版社 ，2003，1： 1～13． 迟卫军．1m3气候葙内空气中甲醛浓度的变化规律Ⅱ】．承德石 油高等专科学校学报，2006(2)：22～24． 【8】刘立峰．室内空气中甲醛浓度的变化规律初探Ⅱ】_闽西职业技 术学院学报．2007(2)：89～91． [作者简介】刘．9-,q~(1970--)，男，福建武平人，讲师，主要从事高校环境 工程专业教学研究。 89 维普资讯 http://www.cqvip.com