湿式建材中TVOC散发规律及办公建筑TVOC浓度数值模拟研究

摘要

室内空气污染以装修型污染最为常见，各种湿式建材在室内装修时被广泛应用。其在使用过程中散发的挥发性有机化合物（VOCs）严重影响室内空气品质，成为导致“建筑病态综合症”（SBS）的主要污染物。研究湿式建材的 VOCs传播机理及释放规律，为有效控制室内污染物、提高人体健康水平提供可靠依据。
　　本研究利用小型环境测试舱模拟室内的环境条件（不同温度、相对湿度等），采用 PGM-7240便携式 TVOC气体检测仪对湿式建材在不同环境条件下释放的VOCs气体进行实验测试研究。同时测定了细木工板涂刷上木器漆后的 TVOC释放速率，用一阶衰减模型对冬、夏季两种工况下的 TVOC释放速率各拟合一条衰减曲线，然后编入C++程序中，最后编译到FLUENT环境中，生成用户自定义函数（UDF），做为FLUENT中污染源的边界条件。基于此方法，本研究模拟了三种不同送风方式下室内污染物的扩散情况、冬夏两种工况下室内 TVOC浓度随密闭时间的累积情况及在不同换气次数时的预通风作用下室内的 TVOC浓度稀释情况。
　　本课题来源于“十二五”国家科技支撑计划“建筑室内健康环境控制与改善关键技术研究与示范”项目（2012BAJ02B06）中的子课题“建筑室内空气质量保障运行管理关键技术研究”，其主要研究成果如下：
　　1）木器漆、内墙乳胶漆无论在何种环境条件下的TVOC释放都呈现出一致规律，即在初期0~2 h内快速上升阶段，迅速达到最大值，然后在2~48 h内由最大值急速衰减，最后在48 h后TVOC的释放浓度趋于稳定。
　　2）温度对木器漆中 TVOC的释放速率存在影响。但 TVOC的释放速率并不是随着温度升高而呈现出一致正向促进作用，反而在较高温度时出现释放率降低的现象。与温度影响作用不同，随着相对湿度的增加，木器漆中 TVOC的释放速率依次增加。
　　3）高温高湿的夏季条件较中温中湿的过季节条件及低温低湿的冬季条件更利于木器漆中TVOC的释放。其中TVOC释放浓度峰值关系为Max（低温低湿）：Max（中温中湿）：Max（高温高湿）=1：1.63：2.02。
　　4）在送风量相同时，不同空调送回风形式对 TVOC排除有效性影响不相同。下送上回的置换通风形式具有工作区域风速低，风速范围在0.0275~0.055 m/s，形成涡流强度小，TVOC排除有效性高等优点，较上送下回、上送上回送风方式更能满足人体舒适性的要求。
　　5）不同季节特征下污染物的累积浓度不相同，冬季工况下污染物的浓度明显低于夏季工况。在房间密闭15 h后，Z=1.1m监控断面上的夏季工况平均 TVOC浓度超标6.1倍，冬季超标4.2倍。而在工况相同情况下，一般换气次数越大，TVOC浓度衰减到标准浓度限值所需要的时间就越短，但衰减速率并不是简单地和换气次数成正比。在冬季工况下最不利的预通风情况下，需要8 min后TVOC浓度才能降到标准限值；在夏季最不利的预通风情况下，需要6 min后TVOC浓度才能降到标准限值。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 总挥发性有机物（TVOC）简介

1.3 国内外室内TVOC污染研究进展

1.4 主要研究内容与技术路线

2 湿建筑材料释放VOCs的理论研究

2.1 湿建筑材料的定义、分类及用途

2.2 释放机理

2.3 释放速率

2.4 湿建材释放模型建立

2.5 小结

3 湿建筑材料中TVOC释放规律的实验研究

3.1 实验目的

3.2 实验设备与仪器

3.3 实验材料

3.4 实验方案

3.5 结果与讨论

3.6 小结

4 FLUENT模拟室内污染物浓度分布的理论基础

4.1 湍流流动及其控制方程

4.2 边界条件

4.3 控制方程的数值求解

4.4 小结

5 办公建筑TVOC浓度分布规律的模拟研究

5.1 物理模型及简化假设

5.2 边界条件

5.3 FLUENT参数设置

5.4 FLUENT模拟的步骤

5.5 不同送回风方式下室内TVOC浓度分布模拟

5.6 不同季节特征下室内TVOC浓度分布模拟

5.7 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录