装饰装修室内环境中甲醛含量的预评价方法

司振超

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

目前，甲醛等污染物的主要检测方法有干燥器法、穿孔法及环境测试舱法，其中，穿孔法主要用来检测样品中游离甲醛的含量，而干燥器法与环境测试舱法则可以检测材料中游离甲醛的释放量及释放特性，其中，环境测试舱是人工设计和建造的能模拟室内真实环境、具有一定体积的检测设备。环境舱可以通过技术手段控制其温度、湿度、换气次数、气流速度等环境因素，已成为目前检测甲醛释放特性最具权威的一种方法。

本文研究内容涉及建筑技术领域，运用环境测试舱、空气采样仪等设备，提供一种预测装饰装修室内环境中甲醛含量的方法，该方法引入承载率L（m2/m3）的概念，使预评价方法不因设计方案和室内空间大小的不同而发生变化。此外，本方法还根据人居环境温度和湿度的动态变化，提出了一种装饰材料甲醛释放的温湿度修正预测方法，相对于现有室内环境优化措施有着本质上的区别。

2 预评价方法

根据材料测试结果，在设计阶段提前预测装修项目施工完成后的室内污染物含量，从而实现在设计阶段调整方案和装饰材料选用，致力于从根源避免室内环境污染物超标问题。通过基础试验研究，并查阅国内外相关文献，研究出一种甲醛含量的预评价体系，具体步骤如下：

1）选定设计方案，并选择方案中所有可能释放甲醛的材料（M1，M2，M3，…，Mn）；

2）用环境舱法测定每种装饰材料在不同承载率L（m2/m3）下的甲醛释放浓度C（mg/m3）；

3）用甲醛释放浓度除以相应的承载率得到单位面积下的甲醛释放量Q（mg/m2），即Q=C/L；

4）针对每一种装饰材料分别建立甲醛释放量与承载率的关系Q=f（L）；

5）选取M1、M2两种材料，通过两种材料的承载率L1和L2由关系式Q=f（L）可得每种材料的甲醛释放量Q1和Q2，预测材料M1、M2组合时的甲醛释放浓度C0，即C0=Q1L1+Q2L2；

6）用环境舱法测试M1、M2两种材料组合时的实际甲醛释放浓度C1，将预测值C0和实测值C1进行对比；

7）选取不同的材料进行两两组合，重复步骤5）和步骤6），寻找预测值和实测值的偏差规律；

8）根据步骤7）中的数据偏差规律，通过对材料承载率修正的方法，建立两种材料组合时甲醛释放浓度的预评价模型；

9）将预评价模型推广至3种及3种以上材料组合时的情形；

10）预测该设计方案最终的甲醛释放浓度；

11）项目施工完成后，进行现场采样和测量，并与预测值对比；

12）修正预测模型；

13）选择多个施工项目，反复进行论证、对比。

该室内环境中甲醛含量的预评价方法，提高了环境舱法测量甲醛浓度在室内环境评价中的可行性，建立标准化的试验程序，有利于提高测试结果的准确性，且随着不同材料的测试，可以逐步建立材料甲醛释放特性的数据库，为以后的环境评价提供极大的便利，甚至不经过试验即可计算出室内甲醛污染物浓度[1-3]。

3 温湿度修正方法

经过试验验证，装饰材料的甲醛释放速率和浓度在不同温度、湿度和通风条件下将发生很大的改变，单一条件的测量数据与实际情况差异巨大，穷举各种可能情况组合也是极不现实的。通过材料在不同温度、湿度和通风状态下进行测量，建立完善装饰材料在不同温度、湿度和通风条件下的浓度变化规律，并以此为基础建立温度、湿度和通风预测修正方法，通过该方法可以将单一条件的数据预测实际环境条件下的污染物释放数据。

本文通过装饰材料自身表面甲醛浓度与周围空气中甲醛浓度之差，推导基于浓度差理论，结合经验公式拟合的温湿度预测公式。首先，引入材料释放速率（SER）、考虑换气率n，污染物浓度变化率表达为：

式中，t为时间，s。

浓度变换率为：

考虑散发率与材料内部表面甲醛浓度和周围空间甲醛浓度之差成正比：

定常状态下甲醛浓度修正为：

联立得：

式中，SER为材料释放速率，mg/（m2·s）；ti为第i种材料的甲醛释放时间，s；Ci为第i种材料的甲醛释放浓度，mg/m3；C0为材料 内 部 表 面 甲 醛 浓 度，mg/m3；C为 甲 醛 释 放 浓 度，mg/m3；f为函数f（x）对应法则，无单位；ΔCi为Ci的变化量 （增量），mg/m3；Δti为 第i种 材 料 的 甲 醛 释 放 时 间 变 化 量；H为 湿度，%；T为温度，K；k为常数。

以上公式建立了甲醛浓度和时间、温湿度、扩散率系数之间的关系。结合试验室研究规律和装饰材料甲醛极限浓度，在居住环境的温度变化范围内，甲醛浓度随温度和湿度呈线性变化，提出温湿度修正公式，并进行拟合对比如图1所示。

图1 温湿度修正系数拟合

在如上所述的室内环境预评价研究过程中，根据材料环境舱测量结果，完成对不同通风条件下室内环境质量的预测，通过大量的基础实验，形成一种新的预评价体系，本文所述的评价体系具有如下特点：（1）课题采用密闭环境舱，检测效率高，可以快速完成装修项目中不同材料的检测，并不断积累形成材料数据库。（2）环境舱的完全密闭有利于寻求材料甲醛释放特性的最本质规律，预评价方法不受其他不确定性因素的干扰，提高预评价的准确性。（3）理论与实践相结合，建立温湿度和通风修正体系，并应用于实际的施工项目中，通过实践对已有预评价体系进行验证和调整。（4）建立温湿度修正方法，极大拓宽了预评价体系的应用范围，可以根据当地气候条件修正预评价模型[4]。

4 甲醛含量预评价案例分析

为验证本文描述甲醛含量预评价方法的准确性，选定深圳某项目装配式样板房进行实测论证。根据设计方案，选择方案中竹木纤维板、硅酸钙板、石塑地板和免钉胶进行检测。检测材料样板及数据分别如图2和表1所示。

图2 材料样板

表1 装配式样板房甲醛含量预测值

项目完工7 d后，课题研发人员组织对现场进行甲醛含量实测，采用空气采样仪收集现场气体样本，经试验室检测得到的实测数据见表2。

表2 装配式样板房甲醛含量实测值

采用2、3部分所述甲醛预评价及温湿度修正方法，通过某项目装配式样板房实测发现，预测值比实际值均有所偏高，介于1.3～2.0倍，其中，客餐厅2倍、主卧1.37倍、次卧1.56倍，书房1.67倍。厨房的甲醛预测偏差高达4.1倍，相对于其他房间差异巨大，可能是由于厨房使用了大量的硅酸钙板，由于硅酸钙板单种材料测量数据偏差所造成的。其他房间预测值大于实测值是合理的，因为施工过程的持续和材料进场堆放，相当于室内空间已经通风了一段时间，预测时其实是按照最保守的没有考虑施工周期时长来预测的，这种保守的结果是偏于安全可靠的。当然，为了进一步完善预评价方法，首先通过已有实测数据和通风舱设备来验证和完善通风预测方法。其次，根据已有实测数据评估预评价方法的安全系数，为了更准确地评估，更多的实测结果是必要的。再次，在未来的工作中，可以考虑材料的全生命周期污染物衰减规律，即可以更准确地去区别不同施工周期项目的预测方法和结果。

5 结论

通过对试验数据的分析，计算得到装修材料甲醛散发的3个关键参数：换气率、温湿度和极限浓度，由以上3个关键参数及装修材料的种类可以建立甲醛释放特性的预测模型，用来计算材料在任意环境中的散发速率。与实际工程相结合，可选取装饰装修材料甲醛的释放速率、极限浓度与散发率衰减速度作为材料性能的评价指标。在试验研究的基础上，对于装修材料在实际工程中的应用可以提出以下几点建议：

1）进行装修材料选择时，应对材料污染散发率进行评估，优先选取污染散发率水平较低、极限浓度较小的材料；

2）根据各材料的污染散发衰减规律，合理组织装修施工进度，尽量将散发率衰减速度小的材料施工环节提前，确保施工后至交付使用时间污染物能充分散发衰减；

3）对于装修方案不满足环保要求的情况，应当优先替换极限浓度大、散发衰减速度小的材料；

4）环境温度对于甲醛的释放速率有强大促进作用，提高环境温度可以大幅度提高甲醛散发率衰减速度。