室内空气温度对建筑材料vocs散发率影响的与

室内空气温度对建筑材料VOCs散发率影响的分析与研究摘要：介绍了2002年8月及2003年1月对长沙市10户住宅建筑开展的VOCs现场测试及问卷调查情况。通过对数据的分析得出温度影响VOCs浓度的规律。用自由体积理论分析了建筑材料内部VOCs扩散原理，并从温度影响聚合体内部结构的角度分析了其对材料内部VOCs扩散速率的影响。从而得出温度影响建筑材料VOCs散发速率的原因。结果表明(1)室内空气温度是影响VOCs散发的主要因素，但是其对不同材料不同VOCs的影响程度不同.(2)通过比较夏冬季测试数据发现,大多数住宅在夏季的室内VOCs浓度是冬季浓度的3倍多。(3)人体的个人暴露量受室内浓度的影响程度更大。关键字：问卷调查自由体积VOCs1引言室内装修在中国始于上个世纪八十年代，随着中国经济的发展及居民生活水平的提高，逐渐形成一股装修热潮。但是天然有机装修材料（如天然原木）的使用却越来越少。而大部分人造材料（如人造板材、地毯、壁纸、胶粘剂等）是室内VOCs的主要来源，尤其是空调的普遍使用，要求建筑围护结构及门、窗等有良好的密封性能，以达到节能的目的，而现行设计的空调系统多数新风量不足，在这种情况下造成室内空气质量的极度恶化。由于大部分人造材料均为高分子聚合材料，因此研究这些材料散发VOCs的机理及其影响散发速率的因素十分重要，基于此，本文作者在进行理论分析研究的基础上分别于2002年8月11日至15日及2003年1月8日至12日对长沙市10户住宅进行了详细的VOCs现场测试及相应的问卷调查。2实验介绍2.1问卷调查表1问卷调查表主要内容主要项目主要内容住宅情况住宅建成及装修修时间个人暴露量测定定者个人年龄、职业业、是否吸吸烟、上班班交通工具具、单位装装修情况测试房间装修材材料地板及墙壁材料料、有无地地毯、使用用溶剂情况况测试房间家具情情况家具材料，个数数，使用年年数、测试试1年内有无无购入新家家具测试间生活记录录有意图换气次数数、有无吸吸烟非测试房间情况况有无驱除白蚁、有有无使用溶溶剂（场所所、名称）为使测试结果有一定的代表性，所选的10户住宅（指定为R1,R2……R10）分别位于长沙市的东、南、西、北及中心位置，住宅建成时间为1年以上，室内装修时间为3个月以上。每户住宅各发一份问卷调查表，其内容主要包括六大部分，详见表1。2.2VOCs的现场测试采样器利用吸附原理采集VOCs，将采样器分别置于各住户的客厅及窗外，另一采样器佩带在各户主胸前，测试其个人暴露量。并将3个温湿度自动记录仪（TR－72S）分别置于客厅、卧室、室外北侧，测试室内、外温度及相对湿度，并记录了室外风速、风向、日照等气象参数（由长沙市气象台提供）。连续测试5天后，收回采样器，并加以密封。样品送至日本东京大学Y.Yanagisawa研究室进行分析。3理论研究国外研究结果表明VOCs的产生率通常由以下两个过程决定的：1、材料内部VOCs的扩散。2、材料表面到周围空气的蒸发。根据材料的不同，VOCs的产生率可能由上述几个或是一个因素起决定作用。温度对蒸发速度的影响是明显的，温度越高越易于蒸发。本文主要研究温度对材料内VOCs扩散速度的影响。由于大部分建筑装修材料均为人工聚合材料，自由体积理论可以很好的解释温度对VOCs散发速率的影响。通常可以将自由体积理解为：在某温度T时物质V与该物质分子的占有体积V0之差，即V－V0＝Vf。自由体积的含义是，分子不是完全紧密的堆砌，在分子之间总是有空隙存在，这部分空隙体积即为自由体积[1]。根据Sperling[2]研究，自由体积的存在是聚合材料内VOCs发生扩散的必备条件之一。在无定形聚合体如乙烯基地板材料中的聚氯乙稀中有高质量的分子链段（30000－1000000克/摩尔），这些分子链段由范德华力或是靠他们之间的互相缠绕而互相连结在一起。这些分子键之间的总空隙即为自由体积，自由体积的大小与分子或链段的构象状态有关。在低温时，分子链的运动以振动为主，因此聚合链的构象状态，进一步说，即自由体积大小受温度的影响很小。然而，当温度高于玻璃化转变温度Tg（自由体积已不能提供足够的自由活动空间供聚合物链段运动时的温度）时，聚合体分子拥有足够的能量可能会使分子链发生协同运动。从而在自由空间形成更大的三维网状结构，由于额外自由体积的产生，使得VOCs在温度高于Tg材料内的扩散速度大于在低于Tg材料内的扩散速度。少量非聚合体分子的存在会降低聚合材料的Tg，因为这些少量的非聚合体分子使聚合体分子链分离从而使其更容易运动，此过程称为塑化。非塑化聚氯乙稀（PVC）的Tg为～80℃，而塑化后PVC的Tg为～20℃甚至更低。因此我们可以看出：（1）不同材料在相同温度下散发同一种VOC的速率是不同的。与材料的Tg有关，Tg越低的材料散发VOC的速率越大。（2）同一材料在相同温度下，即自由体积一定时，由于不同VOCs的分子体积不同其散发速率也不同，分子体积越小，散发速率越大。(3)同一种材料在不同温度下散发同一种VOCs的速率也不相同，温度越高散发速率越大。4实验数据分析4.1温度对VOCs散发率的影响研究表明环境因素对材料VOCs的散发特性有一定影响，其中温度是最重要的因素，随着温度的升高VOCs散发率也增大，但一些研究员则认为温度的影响取决于VOCs种类[3]。图1住宅R9室内冬夏季VOC浓度比较图2住宅R9室外冬夏季VOC浓度比较从图1、图2可以看出无论是在室内还是在室外，夏季乙醛、甲醛等物质浓度高于冬季相应物质浓度。特别是在室内，乙醛夏季浓度达41.3ug/m3，而冬季浓度仅6.4ug/m3，夏季是冬季的6倍多，甲醛夏季浓度也有冬季浓度的3倍多。尽管夏季室内换气时间较长，但甲醛、乙醛等物质夏季浓度值还是高于冬季浓度值，因此可以认为夏季温度高于以散发乙醛、甲醛等为主的材料的Tg，而冬季温度低于其Tg。但对于丁醇、m,p-二甲苯等物质而言，夏季浓度反而低于冬季浓度，丁醇室外冬季浓度甚至是夏季的2倍多。这可能是由于以散发此类VOCs为主的材料Tg甚至高于夏季温度，因此温度对其散发率影响较小，在室内由于冬季通风换气效果差，因而使这些物质的冬季浓度反而高于夏季。通过以上分析可以看出温度对VOCs散发率的影响程度与VOCs种类有关。这也进一步说明不同材料散发的VOCs不完全相同，且不同材料由于Tg不同其散发VOCs的速率也有很大的差别。4.2VOCs分子量对VOCs散发速率的影响图3分子量与物质平均浓度的关系理论分析表明在材料一定时，VOCs分子量越小，散发速率越大。从图中我们可以看出这些VOCs来源相近，但是分子量越小，VOCs的室内、外浓度越高，除乙苯可能由于有一种特殊来源外。由于人体个人暴露量不但与室内、外浓度有关，还与个人生活习惯有关，所以二氯苯的个人暴露量浓度与所得规律有很大差距。通过分析测试数据发现，主要是由于第7户户主二氯苯个人暴露浓度高达56.1ug/m3,从而使平均个人暴露浓度过高。4.3长沙市I/O，P/I，P/O的平均值表2长沙市I/O，P/I，P/O的平均值种类物质名I/OP/IP/O挥发性有机化合合物（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－所测住户冬、夏季室内VOCs浓度与室外VOCs浓度比的平均值。P/I－所测住户冬、夏季个人暴露的VOCs浓度与室内VOCs浓度比的平均值。P/O－所测住户冬、夏季个人暴露的VOCs浓度与室外VOCs浓度比的平均值。从表2中可以看出，各物质I/O的平均值在0.87－5.27之间，这些数据说明室内是丙酮、甲醛、乙醛、α-蒎烯等物质的主要来源，而其他物质如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等物质的主要污染源在室外，这说明长沙地区室外环境污染相对来说比较严重。另外，从P/I及P/O的值可以看出个人暴露量与室内、外浓度均有关，但由于绝大多数P/I值在1.00附近，因此可以肯定个人暴露量与室内浓度的关系更密切。这主要是由于人们至少有80％时间是在室内度过。5结论室内建筑材料散发VOCs速率受温度的影响很大，但是不同材料受温度影响的程度不同，而且同一种材料即使在相同的温度下散发不同VOCs的速率也存在很大差异。一般来说，材料Tg越低，散发VOCs的速率越大。同一种材料，散发分子量小的VOCs速率大于散发分子量大的VOCs速率。人体个人暴露量与室内外VOCs浓度有关，但是由于人们大部分时间在室内度过，因此受室内VOCs浓度影响更大。因此在日常生活中，人们一定要注意养成良好的生