CN111859595B - 一种基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度及其衰减的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度及其衰减预测方法。本发明建立了包括室内装修及家具所采用的各种材料的甲醛释放速率、释放衰减系数等材料特征参数、多个环境参数以及衰减时间的甲醛释及其衰减动态模型；基于对室内甲醛释放检测数据分析、筛选和拟合分析的基础上，构建了主要室内装修和家具材料在标准状态下的甲醛释放速率E和释放衰减系数b的数据库；基于所建立的模型提出了一种用于新装修居室甲醛浓度及其衰减的预测方法，该方法能够实现针对特定环境条件下的新装修居室的甲醛初始平衡浓度预测、甲醛长期释放衰减达标所需时间预测等功能。多个实测案例对预测模型和软件进行验证，证实了该方法预测结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度及其衰减的预测方法，属于室内空气污染预测与控制领域。
背景技术
甲醛是室内装修装饰产生的最主要的污染物之一，主要来源于各类脲醛树脂的板材及其他装饰材料，因此，新装修的居室往往出现甲醛超标的问题。研究表明我国许多城市新装修居甲醛超标率高达40-60％。甲醛的释放过程非常复杂，影响因素众多，释放时间长达1年甚至几年。虽然室内装修后的甲醛浓度可以请专业机构进行检测，但是费用昂贵不适合做长期多次检测，不适合对新装修室内甲醛污染尽量连续跟踪检测。一旦检测出甲醛浓度超标，除了放置通风以外，也没有什么好办法改变。而放多久室内甲醛浓度才能达标又是一个没有解决的问题。
室内装修后甲醛的释放过程非常复杂，在有一定换气条件的封闭空间中，甲醛的释放可以分成短期释放并很快达到浓度平衡的过程，以及长期释放缓慢浓度衰减的过程。这两个过程都与室内装修的材料的种类、数量、表面积，以及室内的温度、湿度、房间的大小、换气条件以及时间密切相关。因此，要模拟复杂环境条件下的居室内甲醛浓度及甲醛释放衰减过程非常困难。
目前国内关于装修居室甲醛释放的研究多集中在甲醛检测方法的比较和优化、环境因素如温度、湿度、通风条件等对甲醛释放的影响等方面。仅有少数研究尝试基于理论分析和检测数据，采用统计学或其他数学方法建立甲醛浓度预测模型，从而对甲醛释放浓度进行预测。在这些研究中，有研究只是对检测数据进行统计学分析，没有考虑到不同装修材料和家具材料的甲醛释放特性(赵江平，检测与评价，2013)，有的研究仅考虑一种材料参数(如人造板)(王琨，中国环境科学，2004；严勇，重庆大学硕士论文，2006；张浩等，过程工程学报，2014)；因而不能对真实装修房间的甲醛浓度进行预测；还有研究没有考虑温度、湿度的变化的影响，只能在标准环境条件下对甲醛浓度进行预测(潘燕伟，东北林业大学，2012)，也是无法满足实际环境条件下甲醛浓度预测的需求。此外，多数研究都没有建立带有甲醛衰减时间参数的动态模型公式，因此，无法对甲醛长期释放衰减后，甲醛浓度达标所需要的天数进行预测。
总之，根据文献检索，到目前为止，还没有同时将新装修居室中装修装饰及家具的材料性质，如不同种材料的甲醛释放速率E、甲醛释放衰减系统b、不同材料的表面积、不同材料对甲醛释放贡献率等参数，温度、湿度、通风条件、房间空气体积等环境条件参数，以及甲醛释放衰减时间等参数同时考虑，并集成在一个统一完整的模型中的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在各种复杂环境条件和居室装修装饰条件下对新装修居室甲醛浓度进行预测的方法。
本发明的另一目的是提供了一种能够在各种复杂环境和居室装修装饰条件下甲醛释放衰减后达到国家标准所需时间进行预测的方法。
本发明的解决方案如下：
基于对室内装修材料及家具甲醛释放过程的理论分析，以及新装修居室甲醛释放过程的长期检测数据拟合分析，本发明提供了模拟甲醛释放过程的多组分、多参数的甲醛释放动态模型。预测模型公式如下：
本发明所提供的基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度的预测方法，包括如下步骤：
测定室内的温度、湿度、空气体积和换气次数，根据式(1)和式(2)得到某一时间室内装修甲醛释放平衡浓度：
H表示室内的湿度，％；
T表示室内的温度，℃；
N表示换气次数，次/天；
V表示室内的空气体积，m3；
式(1)中，C(eq)表示某一时间室内甲醛释放平衡浓度，mg/m3；
式(2)中，E0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下(如温度为23℃，湿度为45％)的甲醛释放速率E0i，mg/m3；
b0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下(如温度为23℃，湿度为45％)的甲醛释放衰减系数，E0i、b0i的取值依据本发明提供主要室内装修材料及家具材料的甲醛释放速率E0和释放衰减系数b0的数据库(如表1所示)。
上述甲醛浓度预测公式中，环境条件取值范围为：温度为5-30℃，湿度为30-80％，，换气次数取值范围为0-10次。
表1主要室内装修装饰及家具材料的甲醛释放速率E和释放衰减系数b的数据库
利用本发明方法，通过输入任意待测房间的温度、湿度、换气次数等环境条件参数数值，以及房间内所有装修材料和家具材料的甲醛释放速率E0i和材料的表面积Ai的数值，以及装修完成时间t，可以获得任意时间、任意环境条件下新装修居室甲醛释放平衡浓度。
本发明所提供的基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度衰减天数的预测方法，包括如下步骤：
测定室内的湿度和温度，根据式(1)、式(2)求得C(eq)i的数值后，根据式(3)求出的t的最小值，即为甲醛释放衰减后达到国家标准所需时间；
式(3)中，bi＝max[bi，1，bi，2]；
bi，1＝0.00111×(H-45)-0.00045×(T-23)+b0i，bi，2＝0.001；
H表示室内的湿度，％；
T表示室内的温度，℃；
C(eq)i表示当前居室甲醛释放平衡浓度，mg/m3，其计算由式(1)和式(2)获得。
上述甲醛浓度预测公式中，环境条件取值范围为：温度为5-30℃，湿度为30-80％。
基于本发明提供的甲醛衰减天数预测公式，并根据国家室内空气质量标准中甲醛的控制值为0.1mg/m3，即根据Ceqe-bt＜0.1mg/m3求出的最小t值，即为甲醛衰减达到国家标准所需的时间。
本发明所提供的基于多组分多参数动态模型的已知室内甲醛浓度实测值的室内装修甲醛浓度衰减天数的预测方法，包括如下步骤：
测定室内的湿度、温度和室内甲醛浓度数值，根据式(4)求出的t的最小值，即为基于实测室内甲醛浓度数值的甲醛释放衰减后达到国家标准所需时间；
式(4)中，H表示室内的湿度，％；
T表示室内的温度，℃；
b0表示室内甲醛的表观衰减系数，其大小取决于室内所有家具的种类和不同家具对室内甲醛浓度的贡献量；
C(eq)实测表示实际测量的室内甲醛释放平衡浓度，mg/m3。
上述甲醛浓度预测公式中，环境条件取值范围为：温度为5-30℃，湿度为30-80％。
上述甲醛衰减天数预测公式中，如果已知甲醛初始浓度实测数值C(eq)实测，b0表示整个房间中甲醛的表观衰减系数，b0的大小取决于房间内所有家具的种类和不同家具对室内甲醛浓度的贡献量，在该模型中取式(5)，通过输入任意待测房间的温度、湿度、换气次数等环境条件参数数值，房间内所有装修材料和家具材料的甲醛释放速率E0i和材料的表面积Ai的数值，以及γ的合适取值，利用该预测公式，求出的最小t值，即为甲醛衰减达到国家标准所需的时间。
式(5)中，E0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下(如即温度为23℃，湿度为45％)的甲醛释放速率E0i，mg/m3；
Ai表示材料的表面积，m2；
b0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下的甲醛释放衰减系数。
γ为经验系数，其取值范围为0.95-1.21，在实际应用中，单组份体系γ取0.95，双组分体系γ取1.05；三组份(或以上)体系γ取1.21。
E0i、b0i的取值依据本发明提供主要室内装修材料及家具材料的甲醛释放速率E0和释放衰减系数b0的数据库(如表1所示)。
基于本发明提供的甲醛衰减天数预测公式，并根据国家室内空气质量标准中甲醛的控制值为0.1mg/m3，即根据Ceqe-bt＜0.1mg/m3求出的最小t值，即为甲醛衰减达到国家标准所需的时间。
综上，本发明提供了一个同时包括上述多种材料组分性质参数和多种环境、条件参数的多组分多参数动态模型，基于模型实现对甲醛释放短期平衡浓度进行预测，以及甲醛长期释放衰减并达到国家室内空气质量标准所需时间进行预测的方法。
本发明与现有方法，具有以下的创新点：
1.本发明提供了一个包括多种材料的甲醛释放速率、释放衰减系数和多个环境参数(包括温度、湿度、通风条件等)以及衰减时间的甲醛释放动态模型；2.为了配合模型的应用，提供标准条件下主要室内装修材料的甲醛释放速率E和释放衰减系数b的数据库；3.利用本发明所建立的预测模型和数据库可以实现对复杂环境条件和复杂居室条件下新装修居室甲醛短期释放达到平衡的平衡浓度预测，以及对甲醛长期释放衰减达标所需时间进行预测。4.当已知甲醛初始浓度实测值，且实测值超出国家标准时，还可以对甲醛释放达标所需时间进行预测。
附图说明
图1为京市某小区公寓卧室布局图。
图2为甲醛浓度模型预测值与实测值比较结果。
图3为甲醛释放衰减天数预测值与实测值比较结果。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、北京市某小区新装修一居室公寓甲醛浓度及释放衰减预测
北京市某小区新装修好的一处公寓，其卧室如图1所示，卧室面积为8m2，层高2.6m，实时温度25℃，湿度46％，房间内装修装饰材料种类、表面积、甲醛释放速率、甲醛衰减系数如下表2所示：
表2卧室内装修及家具材料表
在紧闭门窗12小时以上后，专业检测机构的工作人员对室内甲醛浓度进行了检测，检测结果显示甲醛浓度为0.130mg/m3。工作人员在评估报告中注明了该房间的门窗密闭性差，会造成实测值偏低。
利用本发明方法进行预测，按照式(1)进行计算，计算结果为：甲醛浓度为1.4mg/m3，自然通风(关窗)情况下，需要78天能够达到国家标准限值。与实测结果相比略低，误差为14％。当通风状态由关窗改为全开窗后，甲醛浓度降低达到国家标准需要的时间为50天。
实施例2、北京市23处不同类型新装修房屋甲醛浓度预测值与实测值比较
为了对所建立的模型准确性及软件的功能进行验证，在专业室内空气质量检测机构的支持下，共挑选了23处不同类型的房屋进行了甲醛浓度的实际检测，同时对房间中装修及家具材料的材质、尺寸进行了测量。
对本研究选取的51组实测值与模拟值进行回归统计分析，结果如图2所示。计算得到二者的相关系数R2＝0.9730，实测甲醛浓度范围为0.018～0.31mg/m3，预测甲醛浓度范围为0.023～0.275mg/m3。预测值与实测值的相对误差为13-17％，绝对误差平均为0.0118mg/m3。回归统计结果表明，甲醛浓度的实测值与模拟值在一定误差范围内有比较好的吻合性，说明了这个模型的预测结果具有很好的参考价值。
对其中14组实测甲醛浓度超标房间，通过改善通风条件和时间，直至房间甲醛浓度检测达到国家标准，比较验预测达标天数和实测达标天数，结果如图3所示。结果表明，二者相关系数为R2＝0.8720，实测天数范围为45-123天，预测天数范围为48-115天，绝对误差为6-13天，相对误差为14-19％。回归统计结果表明，甲醛释放衰减的实测值与模拟值在一定误差范围内有比较好的吻合性，说明了这个模型的预测结果具有很好的参考价值。
本发明提供的模型中包括新装修居室中同时存在的多种不同材质的装修材料和家具材料的甲醛释放特征参数，即甲醛释放速率E和释放衰减速率b，也包括不同环境参数，即温度T、湿度H％、通风条件N，以及不同材料对房间内甲醛浓度的贡献率，且能表征甲醛释放强度随时间不断衰减。此外，基于实测数据和数据拟合分析，本发明还建立了各种装修材料在标准条件下甲醛释放速率和释放衰减速率的数据库；通过输入任意待测房间的温度、湿度、换气次数等环境条件，以及房间内各种装修材料和家具材料的种类和表面积，利用本发明提出的多组分、多参数的甲醛释放动态模型以及数据库，可以实现对任意复杂环境条件下新装修居室甲醛短期释放达到平衡的浓度进行预测；还可以对长期释放衰减后，甲醛浓度达到国家空气质量标准甲醛控制值所需时间进行预测；而且，如果已经获得了房间中甲醛浓度的检测值，且检测值超出国家标准的控制值，则该方法对甲醛释放衰减过程进行预测，并获得甲醛浓度达标所需天数，从而通过合理安全入住或使用时间来避免甲醛污染的危害。
Claims (2)
1.一种基于多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度的预测方法，包括如下步骤：
测定室内的温度、湿度、空气体积和换气次数，根据式(1)和式(2)得到某一时间室内装修甲醛释放平衡浓度：
式(1)和式(2)中，C(eq)表示某一时间室内甲醛释放平衡浓度，mg/m3；
H表示室内的湿度，％；
T表示室内的温度，℃；
N表示换气次数，次/天；
V表示室内的空气体积，m3；
E0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下的甲醛释放速率E0i，mg/m3；
b0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下的甲醛释放衰减系数。
2.一种基于权利要求1所述的多组分多参数动态模型的室内装修甲醛浓度预测方法预测室内装修甲醛浓度衰减天数的方法，包括如下步骤：
测定室内的湿度和温度，确定C(eq)i的数值后，根据式(3)求出的t的最小值，即为甲醛释放衰减后达到国家标准所需时间；
式(3)中，bi＝max[bi，1，bi，2]；
bi，1＝0.00111×(H-45)-0.00045×(T-23)+b0i，bi，2＝0.001；
H表示室内的湿度，％；
T表示室内的温度，℃；
b0i表示室内装修及家具所使用的材料i在标准环境条件下的甲醛释放衰减系数；
C(eq)i表示室内甲醛释放平衡浓度，mg/m3，由权利要求1中的方法预测得到。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 通风条件下室内甲醛气体释放规律及其预测模型;赵江平 等;监测与评价;131-134 * |
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