基于物聯(lián)網技術建材中TVOC的監(jiān)測和治理

鄒 淼

(成都基準方中建筑設計有限公司西安分公司,陜西 西安 710054)

0 引言

隨著建筑裝修行業(yè)的蓬勃發(fā)展，新型材料層出不窮，新型材料具有裝飾性強，靈活性好，容易清潔，造價低廉的優(yōu)點。但其中所含總揮發(fā)性有機化合物TVOC(以下簡稱TVOC)是室內空氣質量的主要污染源頭之一，普遍存在于家裝材料中，如刨花板、膠合板、油漆、家具、清潔劑等。TVOC是一種具有毒性、散發(fā)刺激性氣味的氣體，對人體有不小的危害。所以，對于環(huán)境內TVOC濃度的監(jiān)測和防治去除措施的研究是刻不容緩的。

物聯(lián)網技術主要是依靠傳感器，通過傳感器收集信息，通過互聯(lián)網匯總分析，將信息交互至用戶控制使用系統(tǒng)，經處理展現(xiàn)給用戶。對于大氣監(jiān)測來說，物聯(lián)網技術改善了傳統(tǒng)的監(jiān)測技術，能夠對實時大氣濃度進行監(jiān)測監(jiān)控，對信息自動化處理，大大提高了事件處理效率，可操作性強，可靠性高，還可以根據(jù)需要設置報警系統(tǒng)、預測系統(tǒng)，使人們的生產生活更加智能化、可視化。

1 建筑裝飾材料釋放TVOC濃度的調查與分析

調查主要取樣對象為新生產的建筑板材或是新裝修的民用住宅，取樣點的個數(shù)和位置按照國家和行業(yè)要求的標準進行。

根據(jù)西安市環(huán)境監(jiān)測站采用光離子化檢測法檢測污染物的總量，TVOC屬于紫外光源輻射下的氣體，進入檢測器后除氣體中的基本成分之外，大部分有機物和無機物被電離。光離子化技術作用下，離子能夠重新復合為原來的氣體和蒸汽，從而被檢測出含量，該儀器類似于一臺便攜式的色譜，對污染氣體敏感度高，也就是說當TVOC濃度含量很低時，亦可以檢測出具體數(shù)值高。在2010年—2015年這6年內共抽查超過1 300個批次，共計8 000余個空氣樣本，TVOC樣本1 332個，檢測數(shù)量顯示[1]，在這6年內新裝修的住宅中，TVOC的超標率平均值為70.1%，峰值是在2014年達到78.6%；甲醛的超標倍數(shù)平均值為1.69倍，峰值是在2010年高達2.42倍。2010年的TVOC濃度超標率為60.0%，2011年為68.7%，2012年為67.4%，2013年為78.1%，2015年為67.6%，2016年為70.1%。

2 基于物聯(lián)網技術的TVOC監(jiān)測

傳統(tǒng)的TVOC濃度監(jiān)測主要是依靠環(huán)境艙或者是光離子化檢測法、氣相色譜儀進行，這些方法適用性強，靈敏度較高，但操作設備較多，檢測時間較長。而利用物聯(lián)網技術可以較好的解決上述問題，物聯(lián)網是指通過對外界環(huán)境的感知，將信息進行收集和處理分析，從而實現(xiàn)環(huán)境與環(huán)境、人與環(huán)境之間的信息交互和通信。

目前，物聯(lián)網技術在環(huán)境監(jiān)測上的應用也取得了較大的進展，如智能建筑、智能家電、環(huán)境監(jiān)測、水質監(jiān)測、大氣監(jiān)測、水位監(jiān)測、污染源監(jiān)測等。而本文所提到的關于空氣中TVOC濃度含量的監(jiān)測可以用到物聯(lián)網大氣監(jiān)測技術。

2012年河南師范大學相關研究人員[2]，針對物聯(lián)網技術和環(huán)境監(jiān)測做了較為完善的互聯(lián)系統(tǒng)，其中包含檢測系統(tǒng)、預測系統(tǒng)。由于要測量環(huán)境中的TVOC污染需要設置大量的測點，而用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法進行分析速度較慢，而且只能得出濃度數(shù)值不能做出量化評價，評價污染等級。研究人員運用聚類分析的方法，從大量數(shù)據(jù)中挖掘出有效的位點，將所有要分析的有效監(jiān)測點信息進行聚集匯總，推算出中心點，也就是類似于監(jiān)測點濃度平均值的概念，然后設置污染等級評價指標，以平均值為該環(huán)境區(qū)域的代表，對平均值的濃度進行評價，得到該區(qū)域TVOC污染物的污染評價等級。同時還可以將歷史數(shù)據(jù)進行記錄留存，運用MATLAB軟件對大量歷史數(shù)據(jù)進行擬合，建立合理的污染濃度預測模型。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預測未來該區(qū)域TVOC污染物在某時段的污染程度，提前做好預防措施。在系統(tǒng)的設置中，報警系統(tǒng)可采用GIS技術進行衛(wèi)星定位和數(shù)據(jù)存儲及管理，制作GIS地圖，可將超過限值的監(jiān)測點設置為警示色進行標記，并在相應位置顯示該點的詳細信息，如超標倍數(shù)、測點位置等。為了更好的監(jiān)測污染物的濃度，還可以設置監(jiān)控系統(tǒng)，將污染地實時情況視頻上傳至總服務器平臺，相關技術人員可根據(jù)可視化信息更加準確及時的與污染地建立連接進行應急處理。

3 TVOC的防治措施

由上述三項調查研究顯示，環(huán)境中TVOC濃度的超標率和超標倍數(shù)已經達到了一個比較嚴重的狀態(tài)，必須及時采取措施加以防止，以保證人體的健康。

3.1 自然通風

2015年西安建筑科技大學相關研究人員[3]，對自然通風下環(huán)境內TVOC濃度的降低情況做了調查研究。實驗選取西安高層住宅4戶，天津高層住宅21戶，對象均為裝修后一個月內的住宅，樓層分布有差異，建筑裝飾材料主要以板式家具和涂料涂飾。由于檢測期為秋冬季節(jié)，房間已經開始供暖，處于封閉狀態(tài)，也就是說房屋在測試時符合國家測試要求，可直接檢測。實驗顯示，住宅起居室的TVOC濃度平均值為1.09 mg/m3，超標倍數(shù)2.18倍，臥室的TVOC濃度平均值為1.04 mg/m3，超標倍數(shù)為2.08倍。而起居室TVOC濃度峰值為3.9 mg/m3，超標倍數(shù)為7.8倍，臥室TVOC濃度峰值為3.8 mg/m3，超標倍數(shù)為7.6倍。檢測完畢后打開門窗及排風口進行自然通風后再次進行室內TVOC濃度的檢測，檢測結果顯示，起居室和臥室的TVOC濃度都呈現(xiàn)負增長，起居室濃度為0.39 mg/m3，增長-0.639倍，臥室濃度為0.37 mg/m3，增長了-0.646倍。從數(shù)據(jù)可以看出，濃度值均已達到國家環(huán)境健康安全標準，TVOC濃度降低較為顯著。

3.2 基于物聯(lián)網技術降低TVOC濃度

傳統(tǒng)的降低TVOC污染物的措施主要有自然通風、活性炭、綠色植物等，雖然治理效果明顯，但會影響室內居住的舒適性，如在冬季開窗通風換氣。為了改善這一不足，提升居民的居住舒適度，可以運用物聯(lián)網技術和空氣凈化器結合，降低室內TVOC的污染。

在空氣凈化器中布置空氣質量傳感器，并設置污染濃度限值，當室內TVOC濃度超過限值時，數(shù)據(jù)在互聯(lián)網中匯總分析后激發(fā)控制器自動打開空氣凈化器，并根據(jù)污染程度自動調節(jié)去除幅度。同時住戶可以設置遠程操作，遠程查看戶內空氣質量狀態(tài)，隨時開關空氣凈化器。空氣凈化器的凈化原理有活性炭、負離子、HEPA、低溫等離子體、靜電原理、光催化作用等，可以單獨制件也可以綜合制件。

根據(jù)煙臺寶源凈化有限公司[4]的實驗結果，在30 m3的房間內，采用HEPA技術使空氣凈化器進行凈化，凈化效率為64.51%，20 min內TVOC的去除率為97.00%,60 min內TVOC的去除率為99.32%，120 min內TVOC的去除率為99.83%，180 min內TVOC的去除率為99.89%，從實驗結果來看，去除TVOC效果顯著，且隨著時間增長，去除率逐漸增長。

4 結語

通過調查與分析，環(huán)境中TVOC濃度的超標率和超標倍數(shù)已經達到了一個比較嚴重的狀態(tài)，必須及時采取措施加以防治，以保證人體的健康。而采用物聯(lián)網技術能夠更加高效、快捷的監(jiān)測實時TVOC濃度，該技術應在后續(xù)的研究中繼續(xù)拓展，使得該技術的應用更加普及化和經濟化。TVOC的污染可以通過傳統(tǒng)的自然通風、活性炭、綠色植物等進行去除，同時也可運用物聯(lián)網與空氣凈化器結合的技術降低建材中TVOC濃度，物聯(lián)網技術使人們的生產生活更加的智能化。