满足装饰建材超市空气质量要求的通风量的确定 |
火爆的商品房生意推动了的建材市场的快速化发展，全国各地的规模大小不一的建材商店或家居超市犹如雨后春笋，应运而生。人们在讨论装饰建材的环保时，更多的是从自己居住的室内环境健康角度考虑的，而忽略了高大封闭式的装饰建材超市它是否是一个健康的、舒适的购物与工作环境。
本文就在装饰建材超市里设置空调通风系统，创造一个健康、舒适的人工环境所需的通风量进行讨论，用CFD软件模拟一家庭超市在不同通风量时的代表性污染物分布情况，给出装饰建材超市通风量的计算公式。
1 装饰建材超市空气污染物及其危害
1.1 装修饰品建材超市空气污染物及其危害
对建材超市室内空气造成污染的污染源主要是悬浮颗粒物、空气微生物和气体污染物等。扬州环境检测中心是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。
悬浮颗粒物指的是空气中挟带的固体或液体的颗粒。大粒径的颗粒在短时间内可沉降，小的可较长时间的停留在空气中。其中中值直径小于10mm的颗粒可吸入并停留在呼吸道中，对人体健康影响较大，如果这些颗粒吸附某些有害物质而进入人体，对人体的危害就会更大。
空气微生物就是附着在固体或液体颗粒上悬浮于空气中的，其中以咳嗽产生的飞沫等液体颗粒挟带的微生物为最多。由于颗粒小、质量轻，在空气中滞留(释义:停留不动)时间较长，对健康影响很大。在呼吸道传染病流行时，人员较为集中的公共场所尤为突出。在湿度大，通风不良，无日照的场所，空气中的流感病毒可存活4.5h,而溶血性链球菌能存活数十日之久。
由于季节、室内通风不同，室内空气的微生物多为夏季少冬季多，夜间少白天多。
气体污染物主要是挥发性有机物如甲醛、氨气和以苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯为主的苯系物。扬州甲醛检测操作简单、使用方便的简易检测方法的产品，也是目前最适合个人家庭检测甲醛的检测方法。体积小巧方 便放置，用于家具治理前后对比甲醛浓度，判断治理效果再方便合适不过啦！甲醛自测盒的最大特点就是消费者可以自己动手检测甲醛，操作方法简单！装饰装修材料（室外材料，室内材料）对人体健康造成伤害的还有其放射性及放射性气体――氡气。
甲醛(Formaldehyde)是一种无色易溶刺激性气体，会引起流泪，其眼刺激阈值为0.01～1.9 mg/m3，人在含甲醛10ppm的空气环境里停留几分钟就会流泪不止。甲醛经呼吸道进入人体后会引起咽痛、咳嗽、胸闷、气喘、恶心、呕吐，当空气中甲醛浓度为0.06～0.07 mg/m3（0.05～0.06ppm）时，儿童易发生气喘病，甲醛的嗅阈值为0.06～1.2 mg/m3。
当甲醛浓度在0.12～1.2 mg/m3时能致使肝功能、肺功能、免疫功能异常。长期接触低剂量的甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月经紊乱、妊娠综合症，也可引起新生儿体质降低、染色体异常，甚至鼻咽癌。高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。
甲醛还有致畸、致癌作用，长期接触甲醛的人，可引起鼻腔、口腔、咽喉、皮肤和消化道癌症。当空气中达到30 mg/m3时可当即导致死亡。在，甲醛被国际癌症研究机构（IARC）确定为可疑致癌物。
氨（化学式：NH3） 是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，可感觉最低浓度为5.3ppm。氨是一种碱性(alkaline)物质，它对接触的组织都有腐化侵蚀
和刺激作用。它可以吸收组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪(fat)皂化，破坏(vandalism)细胞膜结构，减弱人体对疾病的抵抗力。浓度过高时除腐蚀作用外，还可通过(tōng guò)三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。
苯为无色具有特殊芳香气味的液体，已经被专家确认为是严重致癌物质。轻度苯中毒会造成嗜睡、头痛、头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感等，并有轻度粘膜刺激症状。重度中毒可出现视物模糊，震颤、呼吸浅而快、心律不齐、抽搐和昏迷。少数严重病例可出现呼吸和循环系统衰竭，心室颤动。甲苯可麻醉神经致人贫血，二甲苯（dimethylbenzene）轻则对人产生麻醉和刺激影响，重则影响人的心脏、肝脏、肾脏和神经系统，苯乙烯还可致癌。
建筑材料的放射性对于人体的伤害不仅在于它本身的辐射，还在于它放出的放射性氡气在被吸入人体内部所产生的近距离辐射所伤害。氡气是一种由镭衰变而成，易扩散的无色无味气体，所以通常不可觉察。它能溶于水和脂肪，在体温条件下，极易进入人体组织。如果室内通风不好，浓度上升，吸入肺部，会破坏细胞，甚至导致癌变。有关专家认为除吸烟外，氡比其他任何物质更能引起肺癌。氡是导致肺癌的主要诱因之一，其潜伏期约为15～40。 美国估计每约有2万例肺癌患者是与室内氡的暴露有关。
1.2 装修饰品建材超市空气污染物限量
许多发达国家对室内装饰装修材料中的有害物质早有明确限定，我国在2002也颁布实施了“室内装饰装修材料有害物质限量”10项强制性国家标准（批准发布：国家标准化主管机构）。
该标准主要是针对室内装修装潢用的人造板及其制品、木家具、涂料、胶粘剂、壁纸(用途：装饰墙面)、卷材地板、地毯以及衬垫的卫生标准。在装饰建材超市经营的商品中，涂料、胶粘剂是封装在容器中的，壁纸、卷材地板、地毯及衬垫一般也有外包装，只有人造板及其制品和木家具是暴露在空气中的。所以，它们的有害物释放量才直接对建材超市的空气质量构成威胁。
而用于室内装饰装修用的木家具和人造板及其制品等材料的有害物中对建材超市室内空气品质构成影响的有毒挥发性物质主要是甲醛。
我国国标GB/T16127-规定：人们活动的公共场所的空气中甲醛浓度不能大于0.12 mg/m3，人们的居室不能大于0.08 mg/m3。根据《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）规定，居住区大气中甲醛的最高允许浓度为0.05 mg/m3。
2 装饰建材超市通风量的确定
2.1 通风量（定义：单位时间内空气的流通量）的计算
在工程实践中，根据通风房间的具体特点，常选取其中一个有代表性的污染物允许浓度标准作为确定换气量的依据。鉴于此，本文就以人造板及其制品和木家具释放的甲醛作为代表，确定建材超市内平时的机械排风量。
根据稀释有害物浓度来确定排风量（定义：单位时间内空气的流通量）的计算公式为
式中：L―通风系统(system)的排风量（定义：单位时间内空气的流通量），m3/h；
Cn―室内甲醛的允许浓度，国家卫生部门规定公共场所不得大于0.12mg/m3；
Cw―室外大气中甲醛的浓度，我国室外大气卫生标准最大值为0.05 mg/m3；
Fc―堆放建材的暴露面积，m2；
qc―堆放建材单位面积单位时间甲醛(Formaldehyde)释放量，mg/(m2.h)；
K―安全系数，K值与有害物源的分布及其散发的不均匀性、气流组织及通风的有效性等有关，根据文献选用范围一般在3～9内。
20021月1日我国已开始执行室内装饰建材有害物质限量的10项强制性标准国家标准。建材超市所经营的装饰建材应符合国家标准。平时通风量计算所需要的有关数据（data)，可取自这10项强制性国家标准中的《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛(Formaldehyde)释放限量》（GB18580-）。在该项标准中，对不同的人造板产品，采用了三种不同的甲醛释放量检测方法。其中气候箱法检测结果最接近于实际使用状况下的甲醛释放，达到气候箱法限量值的人造板产品，单位(unit)面积单位时间甲醛释放量检测不超过0.12 mg/(m2.h)。
2.2 CFD软件模拟
本文对武汉一家居超市的建材区域进行不同通风量的数值计算，建材超市平面图如下：
图2.1 家装建材超市平面图
做出整个计算域的总占地面积为5820m2，计算域的总体积为31827.85m3。计算域中上列摆放有18个18m×2m×5m的货架，下列摆放有19个24m×2m×5m的货架，共37个，每个货架分上下两层，货架上堆放1m高的建材，暴露面积是：上列2736m2，下列3800m2，合计6536m2, 假设所有材料的甲醛(Formaldehyde)产生速度为0.12 mg/(m2.h)，刚好符合标准，于是每小时的总挥发量是784.32mg/h。通风量的改变通过k值的变化来实现，于是当取k=1时，每小时的总通风量为11204.56m3/h；k=5时，每小时的总通风量为56022.86m3/h；k=9时，每小时的总通风量为100841.14m3/h；k=12时，每小时的总通风量为134454.86m3/h。
下面图2.2、图2.3、图2.4和图2.5分别就是k=1，k=5，k=9，k=12时，距地高度z=2米处的甲醛(Formaldehyde)浓度分布图。扬州环境检测中心是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。
图2.2 K=1 Z=2甲醛(aldehyde)浓度分布图 图2.3 K=5 Z=2甲醛浓度分布图
图2.4 K=9 Z=2甲醛浓度分布图 图2.5 K=12 Z=2甲醛浓度分布图
从以上四幅图可见，在风口位置图示颜色最淡，说明风口附近甲醛浓度最低；中间的通道及图右侧图示颜色最深，说明无风口布置处甲醛浓度最高，风口布置的均匀性严重影响着气流组织分布的均匀性。图2.2显示，当不考虑有害物源的分布及其散发的不均匀性、气流组织及通风的有效性时，通风量取K=1，则全场中甲醛浓度都大于0.12mg/m3；图2.3显示当取K=5时，超市内仍有大部分区域甲醛浓度在0.12mg/m3以上；图2.4中当取K=9时，超市内大部分区域满足甲醛浓度低于0.12mg/m3的标准，但最高值仍较高。根据超市布置现场知，较高值出现在中间通道以及超市出入口，这与送风口的布置有关，由于建筑结构的缘故，此处风口布置较稀少；图2.5显示当取K=12时，超市内甲醛浓度基本都在0.12mg/m3以下。
因此可得出结论，利用式（2-1）计算装饰建材超市通风量是可行的。式中K取值在9～12，风口布置均匀性越好，K的取值就可越小，通风量减少可降低风机（Draught Fan）能耗有利于节能。
3 结束语
从数值模拟的结果可以得出如下结论：
1）有害物源的分布及其散发的不均匀性、风口布置的不均匀性及通风的有效性影响着气流组织分布的均匀性，也就影响着通风量的大小，特别风口布置均匀性越好，通风量可越小；
2）用数值计算的方法来模拟室内的气流组织，对分析室内流场浓度分布是一条方便而有效的途径，对于保证良好的房间空调系统气流组织设计方案、提高室内空气品质以及最大化减少建筑物(building)的能耗都有重要意义；
3）对于室内有污染物挥发的建筑，定风量系统有其突出的缺点，当污染物挥发量增加时将造成严重淤积，完全难保证空气品质，变风量系统不仅能实现节能，而且采用变风量工作对于排除室内污染物实现室内良好空气质量有一定效果，这也只能解决时变问题，但同一时间的不同区域的问题没最终解决，若采用分区设计通风系统，效果会更好；
4）模拟的是定态情况，室内外气流的相互干扰，活动人员及出入建筑空调区域的设备材料等对气流组织的干扰是复杂多变的，难以描述，如果对本次的模拟结果能进行现场实测验证，对通风空调的数值计算会有很强的指导意义。
室内空气检测
噪声检测
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