濕建筑材料中VOC釋放規(guī)律
摘要:濕建筑材料中揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compound,VOC)釋放過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過(guò)程,其中包括材料本身的干燥過(guò)程以及質(zhì)量傳遞過(guò)程。為探討濕建筑材料中VOC的釋放機(jī)理,本文建立了描述濕建筑材料中VOC釋放過(guò)程的物理模型,模型考慮了濕建筑材料中VOC釋放過(guò)程中的干燥過(guò)程,并用該模型分析了VOC的飽和蒸氣壓在整個(gè)VOC釋放過(guò)程中的作用機(jī)理。把該模型的計(jì)算結(jié)果與VB模型求解結(jié)果、Yang等建立的模型求解結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,得出干燥模型計(jì)算結(jié)果與Yang等建立的模型計(jì)算結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,較VB模型能更準(zhǔn)確地描述VOC的擴(kuò)散過(guò)程。通過(guò)不同工況下環(huán)境小室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)溫度與相對(duì)濕度對(duì)濕建筑材料中VOC釋放過(guò)程的影響規(guī)律進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:干燥過(guò)程,VOC釋放,溫濕度,濕建筑材料
引 言
近年來(lái)室內(nèi)空氣污染問(wèn)題引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在暴露在室內(nèi)空氣中的人數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)[ 1 ]。室內(nèi)空氣污染也直接導(dǎo)致了許多與之相關(guān)的問(wèn)題,最主要的是健康問(wèn)題[ 225 ],它可以引發(fā)頭暈、惡心、眼花、困倦、注意力不集
建筑材料中VOC釋放規(guī)律的研究方法目前主要采用的是實(shí)驗(yàn)研究[ 11213 ]及理論研究[ 14215 ]。
實(shí)驗(yàn)研究雖然可以直接獲得材料中VOC的釋放規(guī)律,但代價(jià)較高,且需要控制一定的實(shí)驗(yàn)條件,并且其結(jié)果難以應(yīng)用到其他條件下。為便于研究分析,許多學(xué)者用數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)VOC的釋放規(guī)律,目前采用的數(shù)學(xué)模型主要有兩類:經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c物理模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菍⒁欢l件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到經(jīng)驗(yàn)公式,如一階模型[ 16 ]等,雖然經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)單易用,但其基于一定條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立,很難得到廣泛應(yīng)用。
物理模型是基于基本的傳質(zhì)理論 (擴(kuò)散傳質(zhì),對(duì)流傳質(zhì),蒸發(fā)過(guò)程) 所建立的,其中每個(gè)參數(shù)都有其固定的物理意義,對(duì)于研究建材中VOC的釋放機(jī)理具有重要的意義。Guo等[ 17218 ]建立的VB模型以及VB X模型是一個(gè)描述VOC擴(kuò)散過(guò)程經(jīng)典的物理模型,但由于其沒(méi)有考慮VOC在材料內(nèi)部的擴(kuò)散阻力,因而在應(yīng)用上有局限性。Yang等[ 19 ]建立的VOC在濕材料中以及空氣中擴(kuò)散的模型,考慮了VOC在材料內(nèi)部的擴(kuò)散,以及VOC向承載底層的擴(kuò)散,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。溫度、濕度是影響材料中VOC釋放速率的重要環(huán)境參數(shù)[ 20 ], Yang[ 21 ]指出材料中VOC的釋放規(guī)律會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生變化,且對(duì)不同的VOC有不同影響規(guī)律。Sollinger等[ 22 ]指出溫度的變化對(duì)低沸點(diǎn)的VOC釋放沒(méi)有明顯的影響,而對(duì)高沸點(diǎn)的VOC釋放則有顯著的影響。Haghighat等[ 12 ]研究了濕材料中VOC的釋放受溫度和濕度的影響規(guī)律,認(rèn)為溫 度和濕度的變化 對(duì)TVOC( total volatile o rganic co mpo unds)和單種VOC有不同的影響規(guī)律,研究結(jié)果認(rèn)為濕度和溫度對(duì)VOC的影響沒(méi)有一個(gè)普遍的規(guī)律。Zhang等[ 23 ]研究了板材中甲醛釋放受溫度的影響規(guī)律,給出了溫度對(duì)甲醛在板材中的擴(kuò)散系數(shù)D以及分離系數(shù)K的影響規(guī)律。然而,多孔材料中VOC的釋放受溫度和濕度的影響規(guī)律仍然不十分清晰,主要是因?yàn)槟壳皩?duì)VOC的釋放機(jī)理尚不明確。作者基于干燥過(guò)程建立了預(yù)測(cè)VOC釋放過(guò)程的物理模型[ 24 ],形式簡(jiǎn)單,且根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及與Yang等建立的模型的比較,比VB模型更能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)VOC的釋放過(guò)程。本文選用一種涂料為研究對(duì)象,通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件中的溫度和濕度,獲得了各種工況下的小室內(nèi)VOC濃度曲線,得出溫度與相對(duì)濕度對(duì)涂料中VOC釋放的影響規(guī)律。
1 模型的建立
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