CN101290261A - 一种用于检测环境舱综合性能的标准散发样品及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测环境舱综合性能的标准散发样品及其检测方法，属于室内环境检验领域；该样品包括一等直径单端开口的长管及放入该管中的有机挥发性化合物液体。该方法包括：建立标准散发样品中的有机挥发性化合物液体VOC散发速率及对环境舱内浓度的影响的模型；获取模型所需的参数；将标准散发样品置于待测环境舱中；在环境舱封闭的状态下，让管中VOC液体自由扩散；用所述模型计算得到环境舱内VOC浓度；用气相色谱仪实时采集环境舱出口处的VOC浓度；将所述采集值与模型计算的VOC浓度对比，用以评价环境舱的综合性能。本发明的标准散发样品及其检测方法简便、易于操作，具有较高的精度和可信度。

Description

一种用于检测环境舱综合性能的标准散发样品及其检测方法

技术领域

本发明属于室内环境检验领域，特别涉及用于检测室内环境舱舱体密闭性、气流混合均匀性和壁面吸附性等综合性能的标准散发样品及其检测方法。

背景技术

室内空气污染显著影响人们的舒适、健康和工作效率，越来越受到人们的关注。而室内有机挥发性化合物(VOC)浓度过高是造成室内空气品质低劣，引发病态建筑综合症的主要原因之一。在室内，VOC的主要散发源是各种装修装饰材料。因此，有必要对建材、家具和家用及办公电器等物品材料的VOC散发情况进行检测。由此发展了各种小型和大型环境检测舱。衡量环境舱整体性能最重要的指标是舱体的密闭性、气流混合的均匀性，以及舱体壁面的吸附性等。目前已经提出了相关方法对这些性能进行检测，如用六氟化硫示踪气体法来检测舱体混合的均匀性，用六氟化硫气体衰减法来检测舱体的密闭性，通过将六氟化硫和某一VOC气体的衰减曲线比较来检测舱体的吸附性。但是，目前一种方法往往只针对其中一种性能进行检测，无法考虑综合性能；一些方法操作起来很不方便，比如上面提到的测量舱体壁面吸附性的方法就比较繁琐，不但需要将测试数据进行比较，还需要建立模型并结合实验数据拟合得到相关的吸附常数，然后再做评价。因此，目前迫切需要发展一种简便易行的检测方法对环境舱的综合性能进行评价。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有的检测方法对环境舱性能评价的不足，提出一种用于检测环境舱综合性能的标准散发样品及其检测方法，本发明的标准散发样品及其检测方法简便、易于操作，具有较高的精度和可信度。

为实现上述目的，本发明提出的一种用于检测室内环境舱综合性能的标准散发样品，其特征在于，该标准散发样品包括一等直径单端开口的长管及放入该管中的有机挥发性化合物(VOC)液体。

采用所述的标准散发样品检测环境舱综合性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)建立标准散发样品中的有机挥发性化合物液体VOC散发速率及对环境舱内浓度的影响的模型为：

$m=\frac{{\mathrm{pD}}_{\mathrm{AB}}}{\mathrm{RTL}}\ln \left(\frac{{1-x}_{A,L}}{1-x_{A,0}}\right)---\left(1\right)$

$V\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=A\·m+Q\·C---\left(2\right)$

该模型中，m为散发速率，单位为kg/(m²·s)；p为外界压力，单位为Pa；T为温度，单位为K；x_A，0，x_A，L分别为液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数；D_AB为VOC在常压下空气中的扩散系数，单位为m²/s，可查化学手册；R为普适气体常数；V为环境舱体积，单位为m³；C为环境舱出口处VOC浓度，单位为kg/m³；A为等直径长管的截面积，单位为m²；L为等直径长管开口处至VOC液面处的距离，单位为m；Q为通风量，单位为m³/h；

2)测量待测环境舱内的温度T，并获取待测环境舱的外界压力p、环境舱体积V、通风量Q；

3)将标准散发样品置于待测环境舱中，获取等直径长管的截面积A和液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数x_A，0，x_A，L；在环境舱封闭的状态下，让管中VOC液体自由扩散，实验时间不少于24小时；

4)用步骤1)所述模型计算得到环境舱内VOC浓度C；用气相色谱仪实时采集环境舱出口处的VOC浓度；

5)将所述采集值与模型计算的VOC浓度实时对比，通过比较计算值和采集值的相对误差，评价环境舱的综合性能。

本发明的特点及效果：

本发明的标准散发样品及其检测方法，采用纯VOC液体作为恒定速率的散发源，通过研究此散发源的散发规律及VOC在环境舱中的传输规律，通过预测值和实验值的比较来反映环境舱的综合性能，避免了之前独立检测环境舱各项性能的不足，且所用预测模型的正确性可用电子天平进行校验。此方法简便、易于操作，具有较高的精度和可信度。

附图说明

图1为本发明的标准散发样品在环境舱中检测的总体示意图。

图2是用天平的称重值和本发明的模型预测值的对比实验效果图。

具体实施方式

本发明提出的用于检测环境舱综合性能的标准散发样品及其检测方法结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的标准散发样品在环境舱中检测的总体示意图，如图1所示，图中，单端开口的等直径长管2中放入VOC液体1组成的标准散发样品置于待测环境舱3中，待测环境舱内设置有搅拌用的风扇4、进口6和舱体出口5，以及与舱体出口5相连通的采样用的气相色谱仪7，并设有温度采样仪8和压力采样仪9。

针对不同体积的环境舱，等直径长管3的长度和直径需要进行选择匹配。对于体积为30m³的大型环境舱为Φ40mm×100mm，对于体积为0.03m³的小型环境舱为Φ4mm×40mm，而对于其他规模的环境舱则根据相应的舱体积对上述尺寸进行插值选取。以保证散发出的VOC在环境舱出口处能被气相色谱仪检测到。

盛放于等直径长管中的VOC液体可为化学纯或者分析纯的甲醛(HCHO)、苯(C₆H₆)、甲苯(C₇H₈)、辛烷(C₈H₁₈)或癸烷(C₁₀H₂₂)之中的任意一种产品。VOC液体的初始充入体积可在等直径长管体积的1/4至1/2之间。

本发明的检测方法包括以下步骤：

1)建立标准散发样品中的有机挥发性化合物液体VOC散发速率及对环境舱内浓度的影响的模型：VOC在等直径长管中实现散发速率恒定的扩散传质过程，类似于恒流源，因此本发明其散发速率及对舱内浓度的影响由下面的模型来描述：

$m=\frac{{\mathrm{pD}}_{\mathrm{AB}}}{\mathrm{RTL}}\ln \left(\frac{1-x_{A,L}}{1-x_{A,0}}\right)---\left(1\right)$

$V\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=A\·m+Q\·C---\left(2\right)$

该模型中，m为散发速率，单位为kg/(m²·s)；p为外界压力，单位为Pa；T为温度，单位为K；x_A，0，x_A，L分别为液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数；D_AB为VOC在常压下空气中的扩散系数，单位为m²/s，可查化学手册；R为普适气体常数；V为环境舱体积，单位为m³；C为环境舱出口处VOC浓度，单位为kg/m³；A为等直径长管的截面积，单位为m²；L为等直径长管开口处至VOC液面处的距离，单位为m；Q为通风量，单位为m³/h；

上述模型的正确性可由电子天平校验，即通过对比在理想环境舱中模型计算的VOC液体的质量变化及标准散发样品中VOC液体自由扩散前后的天平称量的质量变化来校验。图2是天平的称重值和模型预测值的对比实验效果图，横坐标是时间，纵坐标是等直径长管中VOC液体的质量，圆圈是电子天平的测量值，直线是模型将浓度变化转化为质量变化的预测值，从图中可见，在实验的24小时内两者很好的吻合，显示本发明检测方法所提的散发模型能够很好的反应环境舱中VOC散发规律。

2)测量待测环境舱内的温度T，并获取待测环境舱的外界压力p、环境舱体积V、通风量Q；

3)将标准散发样品置于待测环境舱中，获取等直径长管的截面积A和液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数x_A，0，x_A，L；在环境舱封闭的状态下，让管中VOC液体自由扩散，实验时间不少于24小时；

4)首先打开环境舱的空调系统和搅拌风机，控制舱内的温度和风速达到工作条件，测量待测环境舱内的温度T，并获取待测环境舱的外界压力p、环境舱体积V、通风量O；

5)然后将未盛放VOC液体的等直径长管的标准散发样品置于环境舱中(其放置位置最好选择在风速小于0.05m/s处，以尽量减小对流传质对VOC散发的影响)，然后选择实验用的VOC液体，并向等直径长管中充入预定的体积，获取等直径长管的截面积A、液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数x_A，0，x_A，L；在环境舱封闭的状态下，让管中VOC液体自由扩散，实验时间不少于24小时。

6)用步骤1)所述模型计算得到环境舱内VOC浓度C；用气相色谱仪实时采集环境舱出口处的VOC浓度；

7)将所述采集值与模型计算的VOC浓度对比，用各时间点浓度实测值和模型计算值的相对误差的平均值来评价环境舱的综合性能。

本发明的原理：求解模型中的方程(1)和(2)可求得环境舱出口浓度，此为环境舱的密闭性、均匀性和壁面吸附性等综合性能良好、处于理想状况下的出口浓度；同时，用气相色谱仪(GC)实时采集环境舱的出口浓度，此为环境舱的密闭性、均匀性和壁面吸附性处于实际情形下的出口浓度，通过比较计算值和实测值的相对误差，就可以评价环境舱的综合性能。

本发明的实施例的标准散发样品及其检测方法如图1所示，本实施例的标准散发样品选取分析纯的癸烷(C₁₀H₂₂)作为VOC液体1、采用等直径长管2的尺寸为Φ40mm×100mm，初始癸烷的充入体积为50ml。待检测的环境舱3的体积为30m³，环境舱中安装有搅拌风扇4，舱体设置有进口6、出口5、舱外设置有气相色谱仪(GC)7与出口5相连通，并设有温度采样仪8和压力采样仪9。

本实施例的检测方法包括以下步骤：

首先打开30m³环境舱的空调系统和搅拌风扇，控制舱中的温度和风速。将尚未盛放癸烷液体的等直径长管置于环境舱中风速小于0.05m/s处。

然后向等直径长管中充入癸烷液体，关好环境舱的舱门，让其在管内和环境舱中自由扩散。整个实验过程持续24小时。用模型计算得到舱体内癸烷气体浓度。

同时，用气相色谱仪(GC)实时采集环境舱出口处的癸烷气体浓度。

将此采集值与模型的计算结果对比，以评价环境舱的综合性能。如果各时间点浓度采集值和模型计算值的相对误差的平均值在15％以内，则说明环境舱的综合性能达标。

Claims (4)

1、一种用于检测环境舱综合性能的标准散发样品，其特征在于，该样品包括一等直径单端开口的长管及放入该管中的有机挥发性化合物液体。

2、如权利要求1所述的标准散发样品，其特征在于，所述的等直径长管的尺寸，对于体积为30m³的大型环境舱为Φ40mm×100mm，对于体积为0.03m³的小型环境舱为Φ4mm×40mm，而对于其它规模的环境舱则根据相应的舱体积对上述尺寸进行插值选取。

3、如权利要求1所述的标准散发样品，其特征在于，盛放于等直径长管中的有机挥发性化合物液体为化学纯或者分析纯的甲醛HCHO、苯C₆H₆、甲苯C₇H₈、辛烷C₈H₁₈或癸烷C₁₀H₂₂之中的任意一种，有机挥发性化合物液体的初始充入体积在等直径长管体积的1/4至1/2之间。

4、采用如权利要求1所述的标准散发样品检测环境舱综合性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)建立标准散发样品中的有机挥发性化合物液体VOC散发速率及对环境舱内浓度的影响的模型为：

$m=\frac{p{D}_{\mathrm{AB}}}{\mathrm{RTL}}\ln \left(\frac{1-x_{A,L}}{1-x_{A,0}}\right)---\left(1\right)$

$V\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=A\·m-Q\·C---\left(2\right)$

该模型中，m为散发速率，单位为kg/(m²·s)；p为外界压力，单位为Pa；T为温度，单位为K；x_A，0，x_A，L分别为液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数；D_AB为VOC在常压下空气中的扩散系数，单位为m²/s；R为普适气体常数；V为环境舱体积，单位为m³；C为环境舱出口处VOC浓度，单位为kg/m³；A为等直径长管的截面积，单位为m²；L为等直径长管开口处至VOC液面处的距离，单位为m；Q为通风量，单位为m³/h；

2)测量待测环境舱内的温度T，并获取待测环境舱的外界压力p、环境舱体积V、通风量Q；

3)将标准散发样品置于待测环境舱中，获取等直径长管的截面积A和液面处和等直径长管出口处的VOC摩尔分数x_A，0，x_A，L；在环境舱封闭的状态下，让管中VOC液体自由扩散，实验时间不少于24小时；

4)用步骤1)所述模型计算得到环境舱内VOC浓度C；用气相色谱仪实时采集环境舱出口处的VOC浓度；

5)将所述采集值与模型计算的VOC浓度实时对比，通过比较计算值和采集值的相对误差，评价环境舱的综合性能。

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