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     嚴寒地區冬季室內甲醛污染與開窗習慣的實測與分析——以遼寧地區為例

    • 作者:
    • 中國暖通空調網
    • 發布時間:
    • 2019-10-30

    沈陽建筑大學     黃凱良   宋嘉森   萇群鵬   姜編   孫文   王珺

    摘   要:使用GB/T 18204.2–2014中的酚試劑分光光度法,在供暖期(2017年1月至4月)進行遼寧地區33戶住戶自然工況以及密閉工況下的甲醛濃度的測試。此外,通過安裝門窗傳感器監測8戶住戶的長期開窗習慣,發放問卷調查住戶的裝修情況、建筑情況以及住戶的生活習慣。研究顯示,所測試住戶臥室和客廳的超標率為6%,廚房超標率為3%,平均濃度分別為0.055mg/m3、0.051mg/m3和0.051mg/m3;通過小米門窗傳感器上傳到網絡的數據得出了在線監測的8戶住戶的開窗習慣,臥室的平均開窗次數為1.25次,平均開窗時長為1.01h,客廳的平均開窗次數為0.94次,平均開窗時長為0.72h。

    關鍵詞:自然通風;甲醛濃度;實地測試;開窗習慣

    基金項目:國家“十三五”重點研發計劃項目(2016YFC0700501-02),遼寧省自然科學基金(201601211)。

           0   引言

           我國人民的生活水平日益增高,人們對生活品質的要求也隨之增長,所以室內空氣品質越來越受到人們的關注。百姓對房屋的裝潢越來越華麗,但是甲醛等有害氣體和顆粒物卻也隨之而來,其中甲醛和VOC更受到人們的關注[1]。研究表明,室內甲醛的主要來源有:

         (1)室內裝修使用的板材,包括膠合板、密度板、大芯板、顆粒板以及各種膠黏狀態的人造板材;

         (2)來自于室外的大氣污染,如:現代化的工業生產造成的廢氣大量排入大氣中,汽車的日益增多造成大量汽車尾氣排人大氣中,還有就是近年來的霧霾造成大氣中各種有害氣體不能有效擴散從而使得大氣污染物濃度的增加;

         (3)室內裝修的過程中所使用的油漆、涂料中會釋放出大量的甲醛,裝修中使用人造板材生產的家具也會釋放大量的甲醛[2]。

           雖然新裝修的房子通常都會通風來減少甲醛的濃度,但是裝飾材料中的板材逐步釋放甲醛造成室內甲醛持續污染[3]。其中人造板材的甲醛釋放最為普遍和嚴重[4]。人造板材中膠黏劑的主要成分是脲醛樹脂,其在溫、濕度等環境條件改變時會不斷地向周圍環境中釋放甲醛,釋放期可長達十幾年,是造成室內空氣污染的主體[5]。裝修過程中,家具、木地板、墻紙膠是室內甲醛污染控制的關鍵環節,在合理組織施工進度的前提下,防水涂料、膩子、填縫劑的甲醛污染影響可基本忽略[6]。

           面對不容忽視的空氣問題,不同國家地區采取了不同的措施,發達國家很多住戶采取了機械通風的形式來改善室內空氣品質,而我國的大部分住宅則還是采用自然通風為主的形式,住戶依據室內溫濕度情況來自行決定開關窗時間[7],即便新建的樓盤安裝了機械通風系統,有很多住戶還是不習慣使用機械通風,堅持使用自然通風的手段來維護室內空氣品質。所以目前當人們遇到甲醛等有害氣體的時候還是會選擇這種傳統又節能的通風的手段來改善室內的空氣品質。

           關于甲醛濃度的檢測,可以使用電化學傳感器和分光光度法,電化學傳感器的方法雖然十分便捷,但是與國標中的酚試劑分光光度法相比精度還是不夠高,國標方法避免了電化學傳感器法的誤差較大、成本較高等方面的不足[8],所以本文采用了酚試劑分光光度法對遼寧地區33戶住宅進行了甲醛濃度的測試,以此較為準確地把握我國嚴寒地區的甲醛濃度水平。

           1   測試方法

           1.1   樣本信息

           以沈陽(遼寧省省會,41°48'N,123°25'E)撫順(41°52'N,123°55'E)以及營口(40°39'N,122°13'E)地區為研究目標,共選取33戶住宅對東北嚴寒地區室內甲醛濃度進測試和研究。住戶的選擇囊括了沈陽四大區以及撫順市望花區以及營口站前區,該地區氣候特點:冬天寒冷干燥,過渡季較短,夏季高溫多雨。所有住戶中約一半住戶裝修時間為1-2年,住宅戶型類型多樣,包含別墅、單間、兩居室、三居室、四居室以及躍層,住戶所在樓層基本覆蓋低、中、高位置,最高為32層,裝修方式以乳膠漆墻面+復合木地板(瓷磚)+板式家具為主。

           1.2   測試儀器

           本文采用的儀器為:WFJ2100型可見光分光光度計、QC-2B型恒流大氣采樣儀、HOBO溫濕度記錄儀以及小米門窗傳感器(詳見圖1)。    

    (1) (2) (3) (4)

    圖1

           1.3   甲醛濃度測試
           本文采用的方法為國標GB/T 18 204.2–2014《公共場所衛生檢驗方法第2部分:化學污染物》中推薦的測試空氣中的甲醛、氨、氮氧化物含量的酚試劑分光光度法,其該測試分析方法主要分為以下四個部分:

        (1)配制吸收液、顯色液和標準儲備液(已知污染物濃度的液體)。在采樣前,用吸收液、顯色液和標準儲備液配制標準色列,測定標準色列中各個樣品在規定波長下的吸光度,根據色列中各個吸光度和污染物濃度繪制標準曲線;

        (2)采樣前將一定量吸收液裝入規定的吸收管中;

        (3)現場采樣:采樣前將一定量的吸收液裝入吸收管中,用采樣泵在一定時間內使空氣以額定流量通過吸收管。此時,空氣中的目標污染物將被吸收液吸收;

        (4)實驗室分析:將已吸收污染物的吸收液移入比色管中,并滴入一定體積的吸收液,再根據不同目標污染物進行一定處理,最后用分光光度計檢測樣品在規定波長下的吸光度,將該值與標準曲線對比,計算樣品中污染物濃度。

           1.4   開關窗測試

           本文使用了小米公司的門窗傳感器搭配多功能網關來監測住戶的開關窗行為,設備原理為:通過門窗的開合,觸發組件中的磁敏元件發出開/關信號,觸動小米智能網關,并通過智能網關將信號發送到與網關相連的移動設備終端上。使用方法:先用手機APP將智能網關聯網,接著再將門窗傳感器配對到網關上,最后將傳感器安裝在住戶經常開啟的客廳和臥室的窗戶上,聯網成功后可以在云端獲取到整個供暖期的住戶開關窗行為情況。

           2   測試結果

           2.1   影響因素

           甲醛是最簡單、最常見的醛類物質,他的物理性質為:無色、具有強烈刺激性氣味,沸點為-19.5℃,易溶于水、醇和醚,是一種溶解度很大、揮發性很強的有毒物質。室內空氣中甲醛釋放濃度的大小與溫度、濕度、裝飾材料量及通風情況等因素有關[9]。溫度的升高會導致裝修材料中的甲醛加速釋放,要想盡快釋放材料中的甲醛,在新房裝修初期可以進行加熱烘干然后通風的方法來減少室內甲醛的濃度。研究表明濕度升高會造成室內材料中潛在甲醛的含量增加,但激發效應沒有升溫的效果明顯。各種材料的甲醛釋放率是會有疊加效應的,裝修程度越復雜,室內甲醛濃度降低到國家標準范圍所需要的時間越長[10]。室內的通風條件也是影響甲醛濃度的一大關鍵因素,密閉條件下的甲醛濃度肯定會比通風條件下的濃度高。

           圖2是遼寧地區33戶住戶自然工況下室內甲醛濃度與溫度之間的關系,由圖可以清晰地看出隨著溫度的升高甲醛的濃度也隨之增高。

    圖2   甲醛濃度與溫度

           圖3橫坐標是住戶的裝修年份,縱坐標是該戶在自然工況下的甲醛濃度,對散點圖進行現行擬合發現隨著裝修年的增大,甲醛濃度也在增大。

    圖3   甲醛濃度與裝修年代

           2.2   甲醛濃度測試結果

           遼寧地區33戶住宅的臥室、客廳和廚房中甲醛濃度測試結果如圖4所示,表1列出了在密閉工況和不加干預的自然工況下,甲醛在臥室、客廳和廚房3個測點的重要統計參數。

    圖4   自然與密閉工況下甲醛濃度

    表1   甲醛濃度的關鍵統計學參數


      

           遼寧地區冬季的甲醛濃度超過國家標準0.1mg/m3的住戶并不多,主要是因為冬季溫度低,甲醛的釋放也會減緩,雖然處于供暖季,但是并不是所有的住戶家溫度都很高,而且冬季在熱壓下的開窗換氣次數比較大,導致只要少開一會窗戶就能達到換氣通風的要求,所以遼寧地區冬季的室內甲醛濃度水平并不高。在遼寧地區,廚房的甲醛濃度略低于臥室和客廳,因為部分住戶的廚房為開敞式廚房,其他大部分住戶廚房面積較小,而且廚房的換氣次數較大,在家做飯的住戶還會開啟抽油煙機,這導致廚房的甲醛濃度較小平均濃度為0.051mg/m3,超標率僅有3%。而臥室和客廳由于家具較多,且冬季開窗少,所以導致甲醛濃度略高平均濃度分別為0.055mg/m3和0.051mg/m3,超標率均為6%。

           2.3   開窗行為監測結果

           圖5為遼寧地區8戶典型住宅的冬季開窗次數,臥室的平均開窗次數為1.25次,客廳的平均開窗次數為0.94次,相比于客廳,臥室的平均開窗次數更多一些,個別住戶的平均開窗次數有4.73次,通過圖6可以看到冬季臥室和客廳的開窗時長,相比于客廳,臥室的開窗時長更長一些,臥室的平均開窗時長為1.01h,客廳的平均開窗時長為0.72h,這說明遼寧地區的住戶對臥室的通風換氣更加重視。圖7展示的是臥室和客廳各時段的開窗概率,通過該圖可以清楚地看出住戶在冬季的開窗習慣,住戶會在早中晚三個時段大概率開啟窗戶進行通風換氣,由于供暖期中包含春節長假,所以住戶休息中午在家時也會進行開窗換氣,而且中午室外溫度相對較高,住戶更愿意在這個時段打開窗戶進行通風換氣。

    圖5   開窗次數 圖6   開窗時長 圖7   開窗時段

           2.4   相關性分析

           圖8為利用SPSS軟件進行的冬季開窗時長與甲醛濃度的相關性分析,皮爾森系數為-0.025,成負相關,說明在冬季隨著開窗時長的增加甲醛濃度隨之下降。但是相關性并不是很高,這是因為在冬季甲醛濃度本來就處于較低的水平,而且開啟窗戶后的換氣次數高,可以使室內的甲醛濃度很快處于平衡狀態,所以即使隨著時間的增長,甲醛濃度的濃度也并沒有變得更低。

    圖8   開關窗時長與甲醛濃度的相關性分析

           3   結論

           本文通過利用國標方法實際測試了遼寧地區的甲醛濃度和傳感器監測了該地區住戶的開窗行為習慣,得到如下結論:遼寧地區冬季甲醛的超標現象并不嚴重,三個測點超過國家標準0.1mg/m3的概率分別為臥室和客廳是6%,廚房是3%。密閉工況下與自然工況下的甲醛濃度相近,這與該地區的室內外溫度有很大的關系,對比住戶裝修年代,也可以發現隨著裝修年的增大甲醛濃度也隨之增大;遼寧地區33戶住宅的三個測點在自然工況下的甲醛濃度中廚房是最低的,平均濃度為0.37mg/m3,而臥室和客廳的平均濃度均為0.42mg/m3,在密閉工況下廚房和客廳的平均甲醛濃度基本一致,都是0.51mg/m3,而臥室的平均濃度最高為0.55mg/m3;冬季該地區住戶的開窗行為較少,平均整個供暖期臥室的每天開窗次數只有1.25次,客廳更少一些有0.94次,而且住戶的開窗時長也都很短,臥室的平均每天的開窗時長為1.01h,客廳還要稍短一些為0.72h。住戶在冬季的開窗習慣多為,早中晚三個時段開啟窗戶進行通風換氣,其中中午由于室外溫度較其他時間高一些,而導致窗戶開啟概率也要更高;通過SPSS軟件將甲醛濃度與開窗時長進行相關性分析,皮爾森系數為-0.025,成負相關,說明在冬季隨著開窗時長的增加甲醛濃度隨之下降。

    參考文獻

           [1] Tunga S, Sibel M, Rainer M. Formaldehyde in the Indoor Environment[J]. Chemical Reviews, 2010, 110(4):2536.

           [2] 吳丹. 室內甲醛的來源危害及檢測甲醛方法比對分析[J].化工管理2016,(2):149.

           [3] 舒愛霞. 室內裝飾材料甲醛釋放規律的模擬及防治技術研究[D].中南大學,2010.

           [4] 齊叢亮. 人造板甲醛釋放規律、機理及處理方法研究[D].廣西師范大學,2015.

           [5] 汪涌波. 人造板在模擬室內環境甲醛釋放規律的研究[D].廣東:中山大學,2010.

           [6] 陳鳳娜,楊旭東. 裝修材料和家具對室內甲醛污染影響的研究[J].暖通空調2016,46(3)42–45.

           [7] 符顥, 梁衛輝, 秦孟昊. 華東地區不同通風形式下住宅室內揮發性有機化合物濃度及暴露量模擬分析[J].建筑科學.2016,(8):20–26.

           [8] 王麗麗. 甲醛濃度標準測定方法與現場測定方法的對比分析[J]工程質量2016,(7):70–73.

           [9] 王德寶, 胡瑩. 我國生活垃圾組成成分及處理方法分析[J].環境衛生工程,2010(1):40–41.

           [10] 吳昊, 薛丹, 侯琳. 室內甲醛含量變化影響因素分析[J]環境保護與循環經濟. 2011(10):43–45.

    注:本文收錄于《建筑環境與能源》2019年10月刊總第26期。
           版權歸論文作者所有,任何形式轉載請聯系作者。

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