人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型及釋放特性參數(shù)分析

林玉瑤

（中山市環(huán)境保護(hù)局神灣分局廣東中山528462）

人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型及釋放特性參數(shù)分析

林玉瑤

（中山市環(huán)境保護(hù)局神灣分局廣東中山528462）

近年來(lái)，人們的生活水平不斷提高，在居室裝修中大量使用人造板，而人造板會(huì)釋放出揮發(fā)性的有機(jī)化合物，嚴(yán)重影響著室內(nèi)空氣的質(zhì)量。為了治理室內(nèi)揮發(fā)性的有機(jī)化合物，對(duì)室內(nèi)空氣的質(zhì)量進(jìn)行改造，需要對(duì)人造板進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型，并分析溫度、濕度等因素對(duì)人造板TVOC釋放特性參數(shù)的影響，進(jìn)而有效改善室內(nèi)空氣的質(zhì)量。本文對(duì)人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型及釋放特性參數(shù)進(jìn)行研究，以期能夠有效改善室內(nèi)空氣的質(zhì)量。

人造板；TVOC釋放；多相傳質(zhì)模型；釋放特性參數(shù)

1前言

當(dāng)前，社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)步，人們生活水平不斷提高，對(duì)空氣質(zhì)量提出了更高的要求，為了追求生活、辦公環(huán)境的舒適性和優(yōu)美性，人們?cè)诜课菅b修中大量使用人造板，而人造板會(huì)釋放出揮發(fā)性的有機(jī)化合物，對(duì)室內(nèi)環(huán)境造成一定的污染，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。而人們一天中有90%以上的時(shí)間需要在室內(nèi)度過(guò)，為了有效控制人造板釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物，保障人們的生活質(zhì)量，必須對(duì)人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型及釋放特性參數(shù)進(jìn)行分析，才能有效對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性化合物進(jìn)行有效的治理，為人們營(yíng)造良好的辦公和生活環(huán)境。

2分析人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型的建立

用于室內(nèi)裝修的人造板是很常見(jiàn)的多孔材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是固體骨架與流體的多相混合體，其本身的密度差會(huì)引發(fā)質(zhì)擴(kuò)散，進(jìn)而釋放出揮發(fā)性的有機(jī)化合物[1]。人造板釋放TVOC有以下三個(gè)過(guò)程:板材內(nèi)部的釋放、板材界面的釋放、小室內(nèi)的釋放，因此，人造板TVOC模型的建立需要從三個(gè)方面進(jìn)行。

2.1建立人造板板材內(nèi)部的多相傳質(zhì)模型

可以從以下四個(gè)方面對(duì)模型建立進(jìn)行假設(shè)：（1）在人造板內(nèi)部，有機(jī)污染物的濃度在時(shí)間和空間上具有連續(xù)性，因此，此模型的建立應(yīng)該采取連續(xù)介質(zhì)化的方法。（2）人造板結(jié)構(gòu)比較均勻，因此模型建立中的彎曲率和擴(kuò)散系數(shù)應(yīng)該是標(biāo)量。（3）在板材的內(nèi)部，孔隙具有連通性，有著相同的體積與面積孔隙率。（4）人造板的濃度梯度是其質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力，在建立模型時(shí)可以把溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)等作用忽視[2]。根據(jù)Fick第一定律對(duì)人造板有機(jī)污染物釋放的機(jī)理競(jìng)爭(zhēng)研究，建立起多項(xiàng)相有機(jī)污染物釋放的模型，通過(guò)一系列的推導(dǎo)，可以得到關(guān)于人造板板材孔隙與固相中TVOC濃度關(guān)系的方程式：

2.2建立人造板界面層TVOC釋放模型

相較于平面面積而言，人造板板材的四個(gè)側(cè)面面積較小，不能起到很大的釋放作用，在建立模型中，可以假設(shè)四個(gè)側(cè)面都沒(méi)有揮發(fā)性有機(jī)污染物的釋放，并把人造板板材的釋放看成雙面板材的釋放。其次根據(jù)假設(shè)進(jìn)行推導(dǎo)，可以得到以下方程式：

2.3對(duì)板材小室空氣層TVOC的擴(kuò)散進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

根據(jù)小室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)污染物TVOC質(zhì)量守恒定律進(jìn)行推導(dǎo)，可以得到小室內(nèi)有機(jī)污染物TVOC質(zhì)量守恒的等式：

因此可以建立小室內(nèi)TVOC質(zhì)量守恒的方式：

由此，小室內(nèi)初始濃度為：

2.4建立人造板有機(jī)污染物釋放多相傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)以上的（1）和（4），可以得出以下人造板有機(jī)污染物釋放多相傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型：

3分析人造板有TVOC釋放參數(shù)

3.1 TVOC釋放參數(shù)模型的假設(shè)

為了研究人造板中TVOC的釋放參數(shù)特性，可以根據(jù)其釋放特點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行假設(shè)：（1）人造板的材料都是均質(zhì)的。（2）人造板材料內(nèi)部和空氣中有機(jī)污染物擴(kuò)散的動(dòng)力主要是濃度差，根據(jù)Fick第二定律，可以把電場(chǎng)、磁場(chǎng)等對(duì)質(zhì)的影響忽略。（3）因?yàn)槿嗽彀逯蠺VOC的釋放是一個(gè)物理過(guò)程，因此忽略不計(jì)其中的化學(xué)作用。（4）有機(jī)污染物之間不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（5）在固定條件之下，人造板內(nèi)部擴(kuò)散的系數(shù)、界面分離系數(shù)、空氣層中對(duì)流質(zhì)的系數(shù)是恒定的，而且是一個(gè)常數(shù)。（6）把人造板多孔的特性忽略，有上文中的人造板TVOC多相傳質(zhì)模型，可以把人造板多孔的特性融合到有效擴(kuò)散的系數(shù)之中。根據(jù)推導(dǎo)，可以得出模型：

這里符號(hào)

其中μn基本滿足

3.2對(duì)人造板TVOC釋放參數(shù)進(jìn)行估算

由以上的公式（6）可以發(fā)現(xiàn)，人造板內(nèi)部的TVOC濃度與板材初始的濃度、釋放特性的參數(shù)、小室內(nèi)部TVOC的濃度、板材的厚度、小室內(nèi)最初的濃度都有一定的關(guān)系，同時(shí)，人造板內(nèi)部濃度的大小決定著小室內(nèi)TVOC的濃度，其中有比較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，對(duì)板材釋放TVOC參數(shù)的估計(jì)有一定的難度。為了更加準(zhǔn)確地對(duì)板材釋放TVOC參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，可以采用兩步估計(jì)的方法，分兩個(gè)步驟對(duì)其進(jìn)行估計(jì)。首先，可以利用積分近似的方法把模型簡(jiǎn)化，獲得其中的對(duì)流質(zhì)系數(shù)、離散系數(shù)，并對(duì)人造板內(nèi)部最初的濃度進(jìn)行量級(jí)估計(jì)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)TVOC的方程式進(jìn)行離散化處理，反演出板材中有機(jī)污染物中的流傳質(zhì)系數(shù)、離散系數(shù)、板材最初濃度、擴(kuò)散系數(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，人造板作為較為常用的裝修材料，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝修中，可以為人們營(yíng)造出優(yōu)美、舒適的生活和工作環(huán)境，但是在使用的過(guò)程中，人造板會(huì)釋放出有TVOC，不僅對(duì)室內(nèi)空氣造成污染，而且嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。本文對(duì)人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)模型及釋放特性的參數(shù)進(jìn)行分析，探討如何建立人造板TVOC釋放多相傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，并提出了人造板TVOC釋放特性參數(shù)的估算方法，希望能夠控制人造板中TVOC的釋放，進(jìn)而改善室內(nèi)空氣狀況，為人們提高健康、舒適的生活、工作環(huán)境。

[1]徐海霞,陶文銓.我國(guó)室內(nèi)空氣中半揮發(fā)性有機(jī)化合物的來(lái)源和污染現(xiàn)狀[J].環(huán)境與健康雜志,2013,3(11):137-138.

[2]張文超,沈雋.裝飾刨花板總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)釋放特性的研究[J].林產(chǎn)工業(yè),2014,5(01):45-46.