室內(nèi)裝修多污染源的甲醛濃度的模擬研究

肖玉麒，岳 鵬（上海建科檢驗(yàn)有限公司， 上海 201100）

相關(guān)室內(nèi)檢測(cè)的研究表明，室內(nèi)空氣中毒害氣體濃度要遠(yuǎn)高于室外值。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查顯示，當(dāng)前人們近七成疾病都與室內(nèi)空氣污染有關(guān)。

由于裝飾裝修材料密閉在室內(nèi)空間，會(huì)散發(fā)甲醛、苯、氨等毒害氣體。其中，甲醛對(duì)人體毒害程度很大，而且廣泛存在于裝飾裝修材料中，其釋放時(shí)間貫穿于材料使用的全過程，因此，室內(nèi)甲醛濃度往往超出標(biāo)準(zhǔn)限值，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的共同關(guān)注。

本文基于 Airpak 軟件模擬，對(duì)建筑裝飾裝飾材料散發(fā)的甲醛在一個(gè)剛經(jīng)過裝飾裝修的臥室內(nèi)的分布和散發(fā)情況進(jìn)行了模擬。通過對(duì)甲醛的模擬研究，最終達(dá)到指導(dǎo)室內(nèi)設(shè)計(jì)，優(yōu)化室內(nèi)設(shè)計(jì)方案，減少裝飾裝修中引入的甲醛氣體對(duì)人體危害的目的。

1 模型簡(jiǎn)介

在室內(nèi)裝飾裝修生產(chǎn)過程中，人造板基材因固化的樹脂降解，貼面材料（三聚氰胺浸漬紙等），貼面處理時(shí)所使用的膠粘劑（脲醛樹脂等），涂飾涂裝過程中使用的涂料、膠黏劑，除木質(zhì)材料外其它覆面材料、填充材料如織物、皮革、海綿等，均會(huì)釋放甲醛等毒害氣體。

本文選擇了一間臥室為模擬研究對(duì)象，長(zhǎng)（5.3 m）×寬（4.9 m）×高（2.9 m）。另外，還包括地板、天花板、壁紙、衣柜、床等裝飾裝修材料。

綜合裝飾裝修材料檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，臥室的各裝飾裝修材料的甲醛釋放量如表1 所示。

表1 裝飾裝修材料甲醛釋放量 單位：mg/m3

本文采用 Airpak 軟件進(jìn)行模擬研究，并選用了非均勻網(wǎng)格將整個(gè)計(jì)算區(qū)域劃分成許多單元體，將微分方程離散為代數(shù)方程，將變量代入到單元體內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，算法采用SIMPLE算法，離散格式均為一階迎風(fēng)格式。取環(huán)境溫度為 20 ℃。

本文研究自然通風(fēng)狀態(tài)給室內(nèi)甲醛擴(kuò)散和濃度帶來的影響，以及同一房間中不同位置甲醛的分布情況變化。

自然通風(fēng)條件下，自然風(fēng)從房間窗戶處進(jìn)入，風(fēng)速為0.8 m/s，從門流出到其他房間和環(huán)境中，各墻壁均設(shè)置為沒有厚度。

2 結(jié)果與討論

圖1 為室內(nèi)甲醛分別在x=2.6 m 處平面的濃度分布圖。從圖中可以看出，從z=0 m 逐漸過渡到z=4.9 m，室內(nèi)甲醛濃度呈明顯的降低狀態(tài)。在z=0 m 處室內(nèi)甲醛濃度最高（0.103 mg/m3），這是因?yàn)橐旅遍g的衣柜使用了大量的木材散發(fā)出甲醛；而在z=4.9 m 處，甲醛濃度幾乎為 0，這是因?yàn)樾嘛L(fēng)從窗戶處進(jìn)入；大部分甲醛濃度范圍在 0.050 mg/m3左右。

圖1 x=2.6 m 處的甲醛濃度分布

x=2.6 m 剖面剖到了污染源床，但在y軸方向甲醛濃度沒有明顯變化，而沿-z軸方向甲醛濃度逐漸增大。

總體而言，甲醛總是由濃度高的的地方（污染源聚集處）向濃度低的地方（靠近出風(fēng)口處）散發(fā)，而且即使在進(jìn)風(fēng)口附近存在污染源，離進(jìn)風(fēng)口越近甲醛濃度仍然越低。

2.1 面積濃度

人體躺臥休息時(shí)高度約為 0.5 m，圖2 為y=0.5 m 處甲醛的濃度云圖，此時(shí)整個(gè)房間的面積濃度為 0.061 mg/m3。在污染源床的位置，甲醛的濃度較高，約為 0.080 mg/m3。在靠近衣柜處，由于衣柜的甲醛散發(fā)量最大（0.120 mg/m3），致使此處的甲醛的濃度最高（約為 0.103 mg/m3）。而靠近外窗處，由于新風(fēng)的引入，甲醛濃度幾乎為 0。

圖2 Y=0.5 m 甲醛的面積濃度

人體站立呼吸時(shí)高度約為 1.5 m，此時(shí)整個(gè)房間的面積濃度為 0.053mg/m3，甲醛沿著空氣流動(dòng)方向濃度逐漸增高，在污染源衣柜處達(dá)到最高（0.100 mg/m3）。y=1.5 m比y=0.5 m 處的面積濃度略低，這是因?yàn)榧兹奈廴驹瓷l(fā)后，隨氣流擴(kuò)散并從門處逸出。

y=2.5 m 處整個(gè)房間的面積濃度為 0.057 mg/m3，y=2.5 m 平面區(qū)域的甲醛濃度比y=0.5 m 較低，但比y=1.5 m 平面區(qū)域的甲醛濃度高，這是因?yàn)槠渚嚯x污染源床的距離較遠(yuǎn)，距離污染源石膏天花板的距離較近，故其甲醛濃度隨著 y 值的增大先增加后減小；而在y=0.5 m 處，因?yàn)槠渚嚯x污染源距離較近，而且空氣流動(dòng)經(jīng)過上部的循環(huán)在往下運(yùn)動(dòng)時(shí)由于受到的下部家具的阻礙向上提升，剛好把上部污染物聚集在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。

以上分析可知，甲醛在污染源床附近散發(fā)最厲害，而且濃度最高，隨著距離污染源距離的增大其濃度迅速降低，在很小的距離內(nèi)便能達(dá)到和非污染源附近相應(yīng)的濃度。

2.2 區(qū)域濃度

由前述面積濃度分析可知，房間整體甲醛濃度均低于GB 50325－2020《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)》0.070 mg/m3的要求，但由于污染物在整個(gè)房間內(nèi)散發(fā)并不均勻，房間整體甲醛濃度隨滿足國(guó)標(biāo)要求，但區(qū)域濃度不一定滿足要求。

衣柜處y=1.5 m 的甲醛濃度云圖如圖3 所示，該區(qū)域甲醛的平均濃度為 0.072 mg/m3，超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，這是由于衣柜大量使用了甲醛釋放量較大的木質(zhì)板材。

圖3 衣柜處 y=1.5 m 甲醛的濃度云圖

另外對(duì)衣柜處y=1.5 m 的速度矢量進(jìn)行分析，如圖3 所示。從圖3 可以看出，衣柜處y=1.5 m 的區(qū)域僅在左下角入口處有較小的風(fēng)速，約為 0.8 m/s；而在其他區(qū)域，風(fēng)速幾乎為 0，空氣處于滯留狀態(tài)，因此衣柜處釋放的甲醛很難通過空氣流動(dòng)從大門處逸出，而在局部聚集，致使該區(qū)域甲醛濃度超標(biāo)。

3 結(jié) 語

在室內(nèi)裝飾裝修過程中，污染物（本文指人造板及其制品）使用量越高，整個(gè)房間的甲醛濃度就越高。甲醛在一個(gè)房間內(nèi)的分布并不是均勻的，它受到污染物的數(shù)量，距離污染源的距離以及氣流流動(dòng)狀態(tài)等多方面因素的影響；從大體上來說，一般遵循以下規(guī)律：污染物數(shù)量多的區(qū)域甲醛濃度高，距離污染源近的區(qū)域甲醛濃度高，氣體在室內(nèi)流動(dòng)形成漩渦且風(fēng)速較小的區(qū)域甲醛濃度高；甲醛大致是由氣流入口的地方向氣流出口的地方散發(fā)，離進(jìn)風(fēng)口越近甲醛濃度越低。

在地板、天花板、壁紙、衣柜和床均使用了含甲醛裝修材料的情況下，房間整體甲醛濃度滿足國(guó)標(biāo)要求，人體躺臥（y=0.5 m）和站立（y=1.5 m）時(shí)的面積濃度分別為 0.061 mg/m3和 0.053 mg/m3。但衣柜區(qū)域y=1.5 m 處的甲醛區(qū)域濃度為 0.072 mg/m3，超過了國(guó)標(biāo)的限制。

即使甲醛污染源散發(fā)狀態(tài)不變，室內(nèi)進(jìn)行有效的通風(fēng)換氣仍然可以顯著的降低室內(nèi)甲醛的濃度水平。室內(nèi)引入自然通風(fēng)后對(duì)甲醛氣體空間分布的改變，是可以通過室內(nèi)設(shè)計(jì)來達(dá)到，反之，這種研究也為室內(nèi)設(shè)計(jì)提供了參考和指導(dǎo)。