CN105784929B - 一种测定室内环境中建材散发特性的系统及其环境舱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测定室内环境中建材散发特性的系统及其环境舱，能够精确测量室内建材散发特性，能够检测建材中SVOC气相和颗粒相的浓度。环境仓包括壳体，以及密封设置在壳体内的发生舱和采样舱；发生舱和采样舱与壳体之间呈间隔设置且形成夹层，夹层内设置加热装置；加热装置的控制装置设置在壳体上，发生舱和采样舱之间通过水平平行设置的两个采样通道连接；发生舱上设置有能够开启的舱盖，用于供应空气的进气口，以及用于连接外接探头的引线口；采样舱内设置有安装在采样通道上的颗粒相采集装置和/或气相采集装置，采样通道的自由端穿过采样舱后设置；发生舱和采样舱内分别设置有温度传感器，温度传感的输出端连接控制装置的输入端。

Description

一种测定室内环境中建材散发特性的系统及其环境舱

技术领域

本发明属于室内环境检测领域，涉及室内建筑材料及化学污染物的定量和定性分析检测系统，具体为一种测定室内环境中建材散发特性的系统及其环境舱。

背景技术

随着现代人生活水平的提高，人们对室内环境的美观、便利及舒适的要求也越来越高，各种建材、家具、石材、以及油漆被广泛的使用，导致室内的化学污染越来越严重且种类复杂。美国环保署的调查报告显示很多建筑内的空气污染程度比室外更严重，室内空气质量IAQ(Indoor air quality)的优劣与人体健康息息相关。现阶段全球学者主要研究的室内气相污染物包括挥发性有机物VOCs(Volatile organic compounds)和半挥发性有机物SVOCs(Semi-volatile organic compounds)，颗粒相污染物的研究对象以可吸入颗粒物PM10(颗粒物公称直径小于或等于10um的颗粒物)为主。

过去几十年，室内空气质量领域投入了大量的资金和人力对以甲醛和苯系物为代表的VOC进行了较为充分、系统的研究，且在治理VOC方面也有了较为显著的效果。我国现阶段颁布的标准和法规也规定了室内主要VOC的浓度限值和原材料的含量限值。现有研究表明我国室内环境中甲醛的浓度已经大幅度降低。然而，被忽视的另一类空气污染物SVOC的浓度却在不断增长。

SVOC是一类普遍存在与室内的沸点在240-400℃范围内的有机物，主要包括燃烧产物多环芳烃PAHs、塑料中的增塑剂邻苯二甲酸酯PAEs和电子电器产品中的阻燃剂多溴联苯醚PBDEs。其饱和蒸气压较低，吸附性极强且不易降解。虽然SVOC不会大量的从室内建材中散发，室内的气相浓度值相对与VOC来说较少，但是半挥发性有机物的特殊机理使得SVOC在室内可以停留数年甚至更长的时间，且进入人体后不易降解，会在体内累积并达到治病浓度，危害人的免疫系统、消化系统和生殖系统，导致内分泌系统紊乱，危害持久，影响深远。

与VOC不同的是，室内的SVOC除了以气相的形式存在于空气中之外，还将吸附在室内的颗粒物上形成颗粒相、吸附在壁面及室内家具表面形成吸附相以及吸附在室内降尘上形成降尘相。而现有的调查数据表明人体在室内的停留时间超过87％，摄入的空气量占总摄入量(空气、水和食物)的75％以上，人体长期通过吸入、皮肤接触及口入三种暴露途径与SVOC接触。另外由于近年来全球气候质量急转直下，雾霾以及悬浮可吸入颗粒物已经严重影响到了我们的生活。加之SVOC又具有强烈吸附的特性，SVOC与细小颗粒物之间将会凝聚。两者之间的凝聚从生理学的角度来讲携带着毒性SVOC的可吸入颗粒物对人体的危害程度远远比单方面细小颗粒物或者单方面气相SVOC对人体的程度更大。从SVOC散发的机理来说，SVOC与颗粒物之间的凝聚会破坏室内已有的气相SVOC的平衡，使得室内的气相SVOC的浓度较小，这将导致室内气相SVOC的浓度低于建材内SVOC的浓度，这种浓度的不平衡将导致更多的半挥发性有机物SVOC从建材中散发，从而加剧室内污染。

因此对室内建材及化学污染物进行定性分析及定量检测对准确判断人体在污染物中的暴露量至关重要，定性检测是测量室内建材所散发的物质包括何种成分，定量检测是检测室内各成分的污染水平。但如若针对每个房间进行室内污染状况的检测，一方面要实现现场检测会遇到诸多的问题，另一方面不同房间的尺寸、温度、相对湿度、换气率等参数使得检测数据的可比性降低，很难得到特定物质的散发特性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种测定室内环境中建材散发特性的系统及其环境舱，能够精确测量室内建材散发特性，能够检测建材中SVOC气相和颗粒相的浓度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，包括壳体，以及密封设置在壳体内的发生舱和采样舱；发生舱和采样舱与壳体之间呈间隔设置且形成夹层，夹层内设置加热装置；加热装置的控制装置设置在壳体上，发生舱和采样舱之间通过水平平行设置的两个采样通道连接；所述的发生舱上设置有能够开启的舱盖，用于供应空气的进气口，以及用于连接外接探头的引线口；所述的采样舱内设置有分别安装在两个采样通道上的颗粒相采集装置和/或气相采集装置，采样通道的自由端穿过采样舱后设置；发生舱和采样舱内分别设置有温度传感器，温度传感器的输出端连接控制装置的输入端。

优选的，加热装置间隔设置在发生舱和采样舱之间的空隙中。

优选的，夹层内设置有输出端连接控制装置输入端的温度传感器，发生舱和采样舱内分别设置有至少三个位于不同高度的温度传感器。

优选的，壳体上敷设有保温层。

优选的，发生舱为圆筒状，采用不锈钢制成，且内壁采用镜面处理。

优选的，发生舱内设置有风扇，发生舱侧面设置有2-4个均匀分布的进气口。

优选的，所述的颗粒相采集装置采用吸附管，气相采集装置的入口端设置滤膜。

一种测定室内环境中建材散发特性的系统，包括如以上技术方案所述的环境舱，连接在进气口上的供气装置和湿度控制装置。

优选的，供气装置采用在出气口依次设置减压阀、流量调节阀和气体流量计的压缩空气瓶或空气发生器。

优选的，湿度控制装置并联连通在供气装置和进气口之间的空气输送管路上；湿度控制装置包括依次连接的流量调节阀、气体流量计和用于通过蒸馏水加湿的容器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过具有一定体积的环境舱，控制空间内的温度、相对湿度及换气率来精确获得室内建材的散发特性，能够模拟真实室内环境并检测室内建材散发的特性与环境中各参数之间的变化关系，尤其对含SVOC的建材所散发的气相和颗粒相的浓度检测有重要意义。通过控制装置能够将温度变化调节范围在5～65℃，变化范围广泛，低至一般居住环境最低的室内温度，并且可高达夏季没有使用空调的房间内的最高温度40℃，甚至包括暴露在烈日下的车辆内的最高空气温度60℃，且能将发生舱内的气体温度波动较精准的控制在±0.5℃的范围内。环境舱中设置两个水平采样通道，对测定建材散发的挥发性有机物VOC而言，可以通过两个采样通道采集到数据的差异性来判断舱内散发的均匀程度；对于半挥发性有机物SVOC而言除了可以检验舱内散发的均匀性程度以外，还可以同时测量SVOC的气相和颗粒相的浓度。本发明可以检测放入发生舱的材料中各种材料散发的物质种类和散发浓度以及各类污染物质随着室内参数的变化而产生的变化，尤其对于SVOC中气相和颗粒相浓度的检测更是已有发明不能做到的。

进一步的，设置在发生舱和采样舱之间的空隙的加热装置能够均衡的对两个舱进行加热，保证发生环境和采用环境的一致性，同时能够简化结构设置，保证两个温度的同步调整；经空气进行热力的传递，而不是直接进行加热处理，更能够满足室内环境的要求。

进一步，室内换气率可以通过调整进气的流量值进行随意的控制，增设风扇来循环空气并加强环境舱内空气的扰动以便减少建材散发达到平衡所用的时间，室内的颗粒污染物可以通过在发生舱内放置颗粒物源并利用风扇使颗粒物悬浮的方式来模拟室内颗粒物的存在对建材散发造成的影响。

本发明所述的系统通过调节进入蒸馏水支路的气流量的大小可以改变发生舱内空气的相对湿度，舱内的相对湿度在10％～80％之间变化，并且对于特定的设定湿度，舱内的波动值在±3％的范围内。为了使测试过程更加简化，温湿度的设置都是从小到大的调节过程。能够利用系统中各控制装置改变环境舱内各参数，得到各污染物质与各个参数的变化关系，对研究VOC以及SVOC的散发机理有重要意义，并能指导后续的污染物控制方案。

附图说明

图1为本发明实例中所述环境舱的主视图。

图2为本发明实例中所述环境舱的俯视图。

图3为本发明实例中所述环境舱的三维结构示意图。

图4为本发明实例中所述系统中的湿度控制装置的结构示意图。

图5为本发明实例中所述系统中的结构示意图。

图中：1为供气装置；2为减压阀；3为流量调节阀；4为气体流量计；5为蒸馏水；6为发生舱；7为采样舱；8为进气口；9为舱盖；10为颗粒相采集装置；11为气相采集装置；12为采样通道；13为加热装置；14为温度传感器；15为引线口；16为启停控制面板；17为温度设定面板；18为保温层；19为风扇；20为颗粒物；21为双气路采样泵。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种测定室内环境中建材散发特性的系统，如图5所示，包括供气装置1、湿度控制系统、环境舱和双气路采样泵21，温度控制系统设置在环境舱内。能模拟多种室内环境工况，且能通过对多种环境参数的控制全面地模拟出室内建材所处的环境参数，可实现在不同环境条件下对室内建筑材料的污染水平的是真实检测。

如图5所示，供气装置1可以采用压缩空气瓶(分析纯>99.999％)或者有良好过滤功能的空气发生器。其出口设置减压阀2并与所述湿度控制装置连接，另外在总气路上设置流量调节阀3及气体流量计4显示流量，从而控制环境舱的进气压力及进气流量。

如图4所示，湿度控制装置与供气装置1连接，利用三通对进气进行分流，其中一部分纯净空气通过蒸馏水5，并在三通与蒸馏水5之间设置调节阀以及流量计，通过控制该支路中空气的流量来控制所述环境舱中空气的相对湿度，另一支路仍为空气。为了保证进入环境舱为湿度均匀的空气，在进入环境舱之前利用三通将两支路的气流混合，通过环境舱中发生舱的湿度传感器来调节通过蒸馏水的空气量，得到具有恒定相对湿度的空气。

温度控制装置采用基于PID闭环控制方式，即在环境舱内放置温度传感器14，当温度传感器14检测到舱内实际温度没有到达设定的温度时，通知温控器开启加热装置13对环境舱继续加热，当到达设定温度时加热装置13闭，以使环境舱内的温度保持在恒定的设计温度。

环境舱优选的为长方体形状，包括发生舱6和采样舱7。发生舱6与采样舱7之间通过两个平行不锈钢通道连接形成采样通道12，在环境舱与发生舱和采样舱的连接体中间设置一定的间隙，用于放置温度控制装置中的加热装置13，并通过空气夹层对发生舱6和采样舱7起到第一重的保温作用，在环境舱的壳体敷设保温棉作为保温层18形成第二重保温措施，减少室外环境对环境舱内部的影响，降低舱内温度变化幅度。发生舱涉及建材中VOC浓度以及SVOC各相污染水平的检测，所以发生舱的壳体、采样通道12及进气管路均使用无散发且低吸附性能的不锈钢材料。

如图1、2和3环境舱的壳体上设置的控制装置；控制装置优选的采用包括启停控制面板16和温度设定面板17的控制面板；启停控制面板16中设置三个按钮，包括开机按钮，用于开启所有加热源及其他需要开启的元器件；停止按钮，用于关闭所有加热源及其他需要关闭的元器件；急停按钮，用于任何状况下的紧急停止。温度设定面板17能够为精确操作并控制温度，分别用于设定并控制发生舱6、采样舱7及整体环境舱的温度。在发生舱6设置3个以上温度传感器14、采样舱设置3个以上温度传感器14和环境舱夹层中设置1个以上温度传感器14。加热装置13通过加热环境舱夹层中的空气，并通过发生舱6与采样舱7的外壁，将热量传到发生舱6和采样舱7中。通过设置在发生舱和采样舱的温度传感器14来动作加热装置13，从而控制发生舱内空气的温度即建材散发时对应的温度参数。同时为了避免采样方案对污染物检测的影响，在控制采样舱内温度的同时也必须将采样舱内的温度控制在同样的变化范围内。

如图2和3所示，其中的发生舱6为圆筒形结构，内壁采用镜面处理来降低发生舱中散发源或者颗粒物的吸附。在顶部设置可开启舱盖9，舱盖开启时用于在发生舱内均匀布置建筑材料，如人造板、胶合板、石料以及油漆板等材料；以及设置合适的气流环境，如通过增加风扇19来增强发生舱6内气流的扰动、配置颗粒物20来模拟真实环境中颗粒物的分布等，在舱盖9关闭时保证良好的密封，防止室内空气侵入环境小舱而产生本地污染或者环境舱中的建材散发到室外引起室外污染并影响舱内的散发。在发生舱6的一端设置2-4个进气口8，并与湿度控制装置连接，通过分散进气口8使得空气在环境舱内分布的均匀性提高。另外在发生舱中设置引线口15便于布置包括湿度探头、风速仪探头等的外接探头和外接线路，接线连接后通过软密封螺纹来保证舱的密封性。采样舱7为长方体结构，主要包括颗粒相采集装置10，优选的采用在滤膜夹内放置滤膜来捕集和过滤悬浮颗粒物和气相采集装置11，优选的采用设置Tenax管或者其他气相采集方式来采集气相污染物。

本发明设置两个采样通道12有两个重要功能：一方面在未实际测量散发量之前可以通过在两个采样通道内配置同样的颗粒相和气相采集装置10、11，通过分析气象采集装置采集到气相污染物浓度的差值大小来判断舱内各个区域散发的均匀性，当两支路差值较小时认为舱内散发达到均匀，才可进行下一步的检测；另一方面，对于含有SVOC的建材，为了检测吸附到室内悬浮颗粒物上的颗粒相SVOC，除了在环境舱内配置与室内环境同规格的颗粒物浓度及粒径分布之外，在采样通道方面，首先对两采样通道同规格配置，等两舱内气相SVOC浓度基本相等时，在采样通道1内安装滤膜和吸附管a，而在采样通道2不安装滤膜，但仍安装与另一采样通道同规格的吸附管b，此时因为采样通道1内的颗粒物将被滤膜捕集并拦截，吸附管a采集到的是舱内的气相污染物浓度，而采样通道2内因为没有颗粒物过滤的装置，所以吸附管b将同时采集到气相和颗粒相的污染物。通过两吸附管的浓度差值可以得到各种颗粒相SVOC在舱内的污染程度。这样通过平行采样通道12可以同时获得在同种舱内工况下的气相和颗粒相的污染浓度。

使用时，以对室内建材散发SVOC特性的检测为例，如图5所示，将供气装置、湿度控制装置、环境舱、风扇以及气相采集装置连接；气相采集装置优选的采用双气路采样泵21。利用水和有机溶剂清洗发生舱6内部并鼓风烘干；对即将进行采集气相污染物或同时采集气相和颗粒相的Tenax或者其他采集装置进行空白污染分析；分别对两个气路进行气密性检查，保证采样气路密封性良好(漏气率<3％)；在发生舱内均匀布置需要检测的建材并按照已有文献配置室内颗粒物的浓度和粒径分布，使用风扇19使小粒径颗粒物悬浮；在两个采样通道12内均添加玻璃纤维滤膜或聚四氟乙烯滤膜，在滤膜之后设置气相采集装置；对采集到的气相进行浓度分析，当两通道内的检测物质的浓度值基本相等时认为此时环境舱内的散发均匀；等舱内散发均匀后，启动温度控制装置，通过温度设定面板17设置检测时材料所处的温度，同样通过改变通过蒸馏水5的空气量来设置环境舱内的相对湿度以及通过改变进气量来设置环境舱的换气率等各种参数，此时在一个采样通道内安装滤膜和吸附管a，而在另一个采样通道不安装滤膜，但仍安装与另一采样通道同规格的吸附管b，吸附管a采集到的是舱内的气相污染物的浓度，而吸附管b将同时采集到气相和颗粒相的污染物。通过两吸附管的浓度差值可以得到颗粒相污染物的浓度。通过上述步骤可以准确的检测建材内散发的SVOC的气相和颗粒相浓度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，包括壳体，以及密封设置在壳体内的发生舱(6)和采样舱(7)；发生舱(6)和采样舱(7)与壳体之间呈间隔设置且形成夹层，夹层内设置加热装置(13)；加热装置(13)的控制装置设置在壳体上，发生舱(6)和采样舱(7)之间通过水平平行设置的两个采样通道(12)连接；

所述的发生舱(6)上设置有能够开启的舱盖(9)，用于供应空气的进气口(8)，以及用于连接外接探头的引线口(15)；

所述的采样舱(7)内的一个采样通道(12)上安装颗粒相采集装置(10)和气相采集装置(11)；另一个采样通道(12)上安装颗粒相采集装置(10)和气相采集装置(11)，或者只安装气相采集装置(11)；采样通道(12)的自由端穿过采样舱(7)后设置；

发生舱(6)和采样舱(7)内分别设置有温度传感器(14)，温度传感器(14)的输出端连接控制装置的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，加热装置(13)间隔设置在发生舱(6)和采样舱(7)之间的空隙中。

3.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，夹层内设置有输出端连接控制装置输入端的温度传感器(14)，发生舱(6)和采样舱(7)内分别设置有至少三个位于不同高度的温度传感器(14)。

4.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，壳体上敷设有保温层(18)。

5.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，发生舱(6)为圆筒状，采用不锈钢制成，且内壁采用镜面处理。

6.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，发生舱(6)内设置有风扇(19)，发生舱(6)侧面设置有2-4个均匀分布的进气口(8)。

7.根据权利要求1所述的一种测定室内环境中建材散发特性的环境舱，其特征在于，所述的颗粒相采集装置(10)采用吸附管，气相采集装置(11)的入口端设置滤膜。

8.一种测定室内环境中建材散发特性的系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的环境舱，连接在进气口(8)上的供气装置(1)和湿度控制装置，以及连接在采样通道(12)的自由端的气相采集装置。

9.根据权利要求8所述的一种测定室内环境中建材散发特性的系统，其特征在于，供气装置(1)采用在出气口依次设置减压阀(2)、流量调节阀(3)和气体流量计(4)的压缩空气瓶或空气发生器。

10.根据权利要求8所述的一种测定室内环境中建材散发特性的系统，其特征在于，湿度控制装置并联连通在供气装置(1)和进气口(8)之间的空气输送管路上；湿度控制装置包括依次连接的流量调节阀、气体流量计和用于通过蒸馏水(5)加湿的容器。