室内装修多污染源的甲醛浓度的模拟研究

肖玉麒，岳 鹏（上海建科检验有限公司， 上海 201100）

相关室内检测的研究表明，室内空气中毒害气体浓度要远高于室外值。据世界卫生组织调查显示，当前人们近七成疾病都与室内空气污染有关。

由于装饰装修材料密闭在室内空间，会散发甲醛、苯、氨等毒害气体。其中，甲醛对人体毒害程度很大，而且广泛存在于装饰装修材料中，其释放时间贯穿于材料使用的全过程，因此，室内甲醛浓度往往超出标准限值，引起了国内外研究者的共同关注。

本文基于 Airpak 软件模拟，对建筑装饰装饰材料散发的甲醛在一个刚经过装饰装修的卧室内的分布和散发情况进行了模拟。通过对甲醛的模拟研究，最终达到指导室内设计，优化室内设计方案，减少装饰装修中引入的甲醛气体对人体危害的目的。

1 模型简介

在室内装饰装修生产过程中，人造板基材因固化的树脂降解，贴面材料（三聚氰胺浸渍纸等），贴面处理时所使用的胶粘剂（脲醛树脂等），涂饰涂装过程中使用的涂料、胶黏剂，除木质材料外其它覆面材料、填充材料如织物、皮革、海绵等，均会释放甲醛等毒害气体。

本文选择了一间卧室为模拟研究对象，长（5.3 m）×宽（4.9 m）×高（2.9 m）。另外，还包括地板、天花板、壁纸、衣柜、床等装饰装修材料。

综合装饰装修材料检测数据计算，卧室的各装饰装修材料的甲醛释放量如表1 所示。

表1 装饰装修材料甲醛释放量 单位：mg/m3

本文采用 Airpak 软件进行模拟研究，并选用了非均匀网格将整个计算区域划分成许多单元体，将微分方程离散为代数方程，将变量代入到单元体内进行计算，算法采用SIMPLE算法，离散格式均为一阶迎风格式。取环境温度为 20 ℃。

本文研究自然通风状态给室内甲醛扩散和浓度带来的影响，以及同一房间中不同位置甲醛的分布情况变化。

自然通风条件下，自然风从房间窗户处进入，风速为0.8 m/s，从门流出到其他房间和环境中，各墙壁均设置为没有厚度。

2 结果与讨论

图1 为室内甲醛分别在x=2.6 m 处平面的浓度分布图。从图中可以看出，从z=0 m 逐渐过渡到z=4.9 m，室内甲醛浓度呈明显的降低状态。在z=0 m 处室内甲醛浓度最高（0.103 mg/m3），这是因为衣帽间的衣柜使用了大量的木材散发出甲醛；而在z=4.9 m 处，甲醛浓度几乎为 0，这是因为新风从窗户处进入；大部分甲醛浓度范围在 0.050 mg/m3左右。

图1 x=2.6 m 处的甲醛浓度分布

x=2.6 m 剖面剖到了污染源床，但在y轴方向甲醛浓度没有明显变化，而沿-z轴方向甲醛浓度逐渐增大。

总体而言，甲醛总是由浓度高的的地方（污染源聚集处）向浓度低的地方（靠近出风口处）散发，而且即使在进风口附近存在污染源，离进风口越近甲醛浓度仍然越低。

2.1 面积浓度

人体躺卧休息时高度约为 0.5 m，图2 为y=0.5 m 处甲醛的浓度云图，此时整个房间的面积浓度为 0.061 mg/m3。在污染源床的位置，甲醛的浓度较高，约为 0.080 mg/m3。在靠近衣柜处，由于衣柜的甲醛散发量最大（0.120 mg/m3），致使此处的甲醛的浓度最高（约为 0.103 mg/m3）。而靠近外窗处，由于新风的引入，甲醛浓度几乎为 0。

图2 Y=0.5 m 甲醛的面积浓度

人体站立呼吸时高度约为 1.5 m，此时整个房间的面积浓度为 0.053mg/m3，甲醛沿着空气流动方向浓度逐渐增高，在污染源衣柜处达到最高（0.100 mg/m3）。y=1.5 m比y=0.5 m 处的面积浓度略低，这是因为甲醛从污染源散发后，随气流扩散并从门处逸出。

y=2.5 m 处整个房间的面积浓度为 0.057 mg/m3，y=2.5 m 平面区域的甲醛浓度比y=0.5 m 较低，但比y=1.5 m 平面区域的甲醛浓度高，这是因为其距离污染源床的距离较远，距离污染源石膏天花板的距离较近，故其甲醛浓度随着 y 值的增大先增加后减小；而在y=0.5 m 处，因为其距离污染源距离较近，而且空气流动经过上部的循环在往下运动时由于受到的下部家具的阻碍向上提升，刚好把上部污染物聚集在这个区域内。

以上分析可知，甲醛在污染源床附近散发最厉害，而且浓度最高，随着距离污染源距离的增大其浓度迅速降低，在很小的距离内便能达到和非污染源附近相应的浓度。

2.2 区域浓度

由前述面积浓度分析可知，房间整体甲醛浓度均低于GB 50325－2020《民用建筑工程室内环境污染控制标准》0.070 mg/m3的要求，但由于污染物在整个房间内散发并不均匀，房间整体甲醛浓度随满足国标要求，但区域浓度不一定满足要求。

衣柜处y=1.5 m 的甲醛浓度云图如图3 所示，该区域甲醛的平均浓度为 0.072 mg/m3，超过了国家标准规定的限值，这是由于衣柜大量使用了甲醛释放量较大的木质板材。

图3 衣柜处 y=1.5 m 甲醛的浓度云图

另外对衣柜处y=1.5 m 的速度矢量进行分析，如图3 所示。从图3 可以看出，衣柜处y=1.5 m 的区域仅在左下角入口处有较小的风速，约为 0.8 m/s；而在其他区域，风速几乎为 0，空气处于滞留状态，因此衣柜处释放的甲醛很难通过空气流动从大门处逸出，而在局部聚集，致使该区域甲醛浓度超标。

3 结 语

在室内装饰装修过程中，污染物（本文指人造板及其制品）使用量越高，整个房间的甲醛浓度就越高。甲醛在一个房间内的分布并不是均匀的，它受到污染物的数量，距离污染源的距离以及气流流动状态等多方面因素的影响；从大体上来说，一般遵循以下规律：污染物数量多的区域甲醛浓度高，距离污染源近的区域甲醛浓度高，气体在室内流动形成漩涡且风速较小的区域甲醛浓度高；甲醛大致是由气流入口的地方向气流出口的地方散发，离进风口越近甲醛浓度越低。

在地板、天花板、壁纸、衣柜和床均使用了含甲醛装修材料的情况下，房间整体甲醛浓度满足国标要求，人体躺卧（y=0.5 m）和站立（y=1.5 m）时的面积浓度分别为 0.061 mg/m3和 0.053 mg/m3。但衣柜区域y=1.5 m 处的甲醛区域浓度为 0.072 mg/m3，超过了国标的限制。

即使甲醛污染源散发状态不变，室内进行有效的通风换气仍然可以显著的降低室内甲醛的浓度水平。室内引入自然通风后对甲醛气体空间分布的改变，是可以通过室内设计来达到，反之，这种研究也为室内设计提供了参考和指导。