室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法与流程

[0001]
本发明涉及室内空气污染研究技术领域，尤其涉及室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法。


背景技术：

[0002]
进入新世纪以来，对生态环境的保护成为了我国在社会和经济发展中一个重要的问题。人们和社会对水环境、大气环境等问题的关注度不断升温；但是，人们在关注这些问题的同时，往往忽视了与人们生活关系最为密切的，对人体危害可能更大的一种环境问题——室内空气污染；室内空气质量状况是影响人类健康的重要因素之一，已经引起人们的高度关注，随着社会和经济的发展，当代建筑的密封性和室内装修程度越来越高，室内空气污染也越发严重，其中，甲醛是影响室内空气质量和人类健康的重要污染物，在2017年被列为一级致癌物，室内甲醛浓度可以作为反映室内空气质量状况指标之一。
[0003]
目前，对室内甲醛浓度的研究主要集中室内甲醛净化、释放速率以及对人体健康的影响；室内甲醛浓度预测与评价的研究主要考虑室内建筑及装修材料对室内甲醛浓度的影响，忽略街道中机动车排放的甲醛对室内甲醛浓度的影响，因此如何在房间装修之前，根据装修方案和室外街道中甲醛污染状况，准确地预测装修之后的室内空气品质状况，是提升室内空气质量的最佳方法之一，为此我们提出了一种室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的方法。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是为了方便人们在房间装修之前，根据装修方案和室外街道中甲醛污染状况，准确地预测装修之后的室内空气品质状况而提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0006]
室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法，包括以下步骤；
[0007]
s1、根据现有的装修材料污染物释放量的研究进展，在1m3气候箱法的基础上，改进实验过程，缩短实验周期，降低检测成本，使用乙酰丙酮法测定不同室内装修材料甲醛释放速率；
[0008]
s2、在步骤s1的基础上，通过文献搜集的方法，搜集并筛选未测定的室内装修材料甲醛释放速率；
[0009]
s3、根据固态板材和液态乳胶漆不同的甲醛释放速率特性，分别通过幂函数模型和有理数衰减模型构建不同装修板材和乳胶漆的甲醛释放速率模型，以所得的甲醛释放速率模型拟合装修材料甲醛长期释放速率；
[0010]
s4、综合考虑室内甲醛浓度的多种影响因素，构建室内甲醛浓度预测模型，考虑室内污染源、室外污染源和通风量对室内甲醛浓度的影响，将室内甲醛浓度预测模型分为甲醛释放速率模型、街道峡谷模型和通风模型；
[0011]
s5、从模型模拟的准确性以及模型参数获取的方便性出发，确定sri模型作为描述街道内污染物扩散的数学模型，以机动车甲醛排放强度作为主要研究对象，并通过实际测量实验来验证sri模型的准确性，准确地预测街道两侧甲醛的浓度，为预测室内甲醛浓度提供可信的基础数据；
[0012]
s6、选择经验模型作为预测室内通风率的方法，既要考虑风压和热压引导的自然通风，也要考虑由室内通风系统引导的机械通风，将二者结合，得出室内通风总量；
[0013]
s7、根据室内污染物的质量守恒关系，在良好混合反应器模型的基础上，耦合室内污染物释放速率模型，导出预测室内甲醛浓度的数学模型，并通过实验验证室内甲醛浓度预测模型的准确性；
[0014]
s8、对步骤s1-s7中提及的内容进行整理和总结，得出对室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法。
[0015]
优选的，装修材料的甲醛释放速率不能通过实验室直接测得，需要通过一定的计算才能够得到；装修材料的甲醛释放速率计算方式如下所示：
[0016][0017]
由公式(1)可得：
[0018][0019]
推出：
[0020]
e
·
s-c
·
q＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021][0022]
m＝s/v,n＝q/v
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023]
将公式(5)代入公式(4)，得：
[0024]
e＝c
·
n/m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0025]
式中：
[0026]
t1、t2为时间(h)，e为甲醛释放速率(mg/(m2·
h))，s为装修材料面积(m2)， c为空气中甲醛浓度(mg/m3)，q为每小时进入室内空气的量(m3/h)，m为承载率(m2/m3)：即装修材料面积与室内体积的比，n为空气交换率，即每小时室内空气置换的次数；
[0027]
根据公式(6)可得，当空气交换率与承载率的比值为1时，装修材料的甲醛释放速率与室内空气中甲醛浓度数值相同。在实验中，设置的空气交换率与承载率均为1，因此，在本发明的实验中，测定的空气中甲醛浓度即为装修材料的甲醛释放速率。
[0028]
优选的，所述s3中装修板材的甲醛释放效率的幂函数模型具体形式为：
[0029][0030]
式中，e为甲醛释放速率，a和b为常数，t为甲醛释放时间(h)；
[0031]
所述液态装修材料的甲醛释放效率的有理数衰减模型具体形式为：
[0032][0033]
在公式(8)中，e表示甲醛释放速率，mg/(m2·
h)；e0表示最大释放速率， mg/(m2·
h)；d为常数；t为时间，h。
[0034]
优选的，所述步骤s5中所提到的机动车甲醛排放强度计算方程如下式所示：
[0035][0036]
式中，q为机动车甲醛排放强度，mg/(m
·
s)；ef为机动车甲醛排放因子， mg/(km
·
辆)；为1小时的车流量。
[0037]
优选的，所述步骤s7中预测室内甲醛浓度的数学模型的方法为：
[0038]
假设室内气态污染物在瞬间充分混合，则室内气态污染物的质量守恒可以用下式表示：
[0039][0040]
公式(10)中，c
i
表示室内气态污染物浓度；t表示时间；q
f
表示通过过滤装置进入室内的通风量；v表示室内空气的体积，即室内的空间体积；c
o
表示室外大气中污染物的浓度；f
f
表示过滤装置对某种污染物的净化效率；q
c
表示室内空气循环通风量；f
c
表示室内空气循环系统中过滤装置对某种污染物的净化效率；q
s
表示通过自然通风进入室内的通风量；s
i
表示某种污染物室内的释放速率； r表示室内某种污染物的消失速率，包括吸附、降解以及与其他物质的化学反应等；其中，f
f
＝(c
i-c
o
)/c
i
，同理可得f
c
，对于一般建筑而言，循环系统与新风系统使用同一个过滤装置，所以有f
f
＝f
c
；
[0041]
在公式(10)的右端，第一项表示通过通风装置进入室内的该污染物在空气中的浓度；第二项表示通过室内空气循环系统又回到室内的污染物在空气中的浓度；第三项表示通过自然通风的方式进入到室内的该污染物在空气中的浓度；第四项表示该污染物从室内排出到室外的浓度；第五项表示从室内污染源进入到室内空气中的污染物的释放浓度；第六项表示该污染物在室内的消失的浓度，包括污染物的降解、化学反应以及在其他材料表面的吸附等；
[0042]
在公式(10)中，假设污染物进入到室内空气中时，与室内的空气瞬间充分混合，室内各处污染物的浓度都处于同一水平；实际情况下，污染物并不会与室内的空气完全混合；因此，在公式(10)的基础上，引入混合因子k，得到下式：
[0043][0044]
在本发明中，将不考虑通风系统和室内空气循环系统中的过滤装置，所以公式(11)变为下式：
[0045][0046]
在公式(12)中，q
f
+q
s
应表示为室内通风总量，而不是机械通风量与自然通风量的代数和，所以公式(12)变形为：
[0047][0048]
公式(13)中，q
z
表示室内通风总量，在本发明中，室内污染源的释放速率 s
i
计算公式如下：
[0049][0050]
公式(14)中，n表示室内装修中使用的装修材料的种类，e
j
表示第j中装修材料的甲醛释放速率；a
j
表示第j中装修材料的使用面积；s
i
表示室内污染物释放速率；
[0051]
在本发明中，假设甲醛在室内没有衰减，忽略甲醛在室内的吸附、化学反应和降解等因素，并将公式(14)代入公式(13)中，公式变形为：
[0052][0053]
设在初始时刻室内的气态污染物的浓度c
i
|
t＝0
＝c
s
，将室内气态污染物的初始浓度c
s
代入，得到公式(15)的解为：
[0054][0055]
与现有技术相比，本发明提供了室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法，具备以下有益效果：
[0056]
(1)通过设计实验，使用乙酰丙酮法对部分室内装修材料甲醛释放速率进行测试，并通过文献收集和筛选未测定装修材料的甲醛释放速率，分别使用和的形式建立了不同装修板材和乳胶漆的甲醛释放速率模型，并且能够较好的拟合装修材料甲醛长期释放速率。
[0057]
(2)在前人研究的基础上，确定了街道内甲醛浓度预测模型，并确定了机动车甲醛排放强度。验证结果表明，该模型预测结果的正则化标准差为5.9％，可以较为准确地预测街道两侧甲醛的浓度，为预测室内甲醛浓度提供可信的室外甲醛浓度。
[0058]
(3)根据室内污染物的质量守恒关系，在良好混合反应器模型的基础上，耦合室内污染物释放速率模型、街道峡谷模型和通风模型，导出预测室内甲醛浓度的数学模型：
[0059][0060]
(4)对不同的房间甲醛浓度预测值与实测值比较，选用不同类型的装修材料进行预测时，预测值与实测值的偏差不同，最大的正则化标准差为18.01％，最小正则化标准差为5.35％，这主要是室内实际使用的装修材料与实验室监测的装修材料类型造成的，但室内甲醛浓度预测值与实测值的正则化标准差平均为 9.88％，该模型可以较为准确的预测
室内甲醛浓度。
[0061]
本发明所提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法中最能体现创造性之处在于：
[0062]
1)、考虑了室外污染对室内甲醛浓度的影响，引入街道峡谷模型，建立了一套可以长期预测室内甲醛浓度的模型，并可以通过室内装修方案或室内通风策略，以降低室内甲醛浓度。此前大多数研究将室内污染与室外污染对室内甲醛浓度影响分别研究，并没有同时考虑这两种因素的影响。
附图说明
[0063]
图1为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的技术路线示意图；
[0064]
图2为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的北三环路模拟及实测甲醛平均浓度对比示意图；
[0065]
图3为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的学院南路模拟及实测甲醛平均浓度对比示意图；
[0066]
图4为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的街道甲醛浓度模拟值与实测值相关性分析示意图；
[0067]
图5为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的单通风口模式简化模型示意图；
[0068]
图6为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的双面双通风口模式简化模型示意图；
[0069]
图7为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的单面双通风口模式简化模型示意图；
[0070]
图8为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的双面四通风口模式简化模型示意图；
[0071]
图9为本发明提出的室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法的室内甲醛浓度预测值与实测值相关性分析示意图。
具体实施方式
[0072]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0073]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0074]
实施例1：
[0075]
请参阅图1，室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法，包括以下步骤；
[0076]
s1、根据现有的装修材料污染物释放量的研究进展，在1m3气候箱法的基础上，改进实验过程，缩短实验周期，降低检测成本，使用乙酰丙酮法测定不同室内装修材料甲醛释
放速率；
[0077]
s2、在步骤s1的基础上，通过文献搜集的方法，搜集并筛选未测定的室内装修材料甲醛释放速率；
[0078]
s3、根据固态板材和液态乳胶漆不同的甲醛释放速率特性，分别通过幂函数模型和有理数衰减模型构建不同装修板材和乳胶漆的甲醛释放速率模型，以所得的甲醛释放速率模型拟合装修材料甲醛长期释放速率；
[0079]
s4、综合考虑室内甲醛浓度的多种影响因素，构建室内甲醛浓度预测模型，考虑室内污染源、室外污染源和通风量对室内甲醛浓度的影响，将室内甲醛浓度预测模型分为甲醛释放速率模型、街道峡谷模型和通风模型；
[0080]
s5、从模型模拟的准确性以及模型参数获取的方便性出发，确定sri模型作为描述街道内污染物扩散的数学模型，以机动车甲醛排放强度作为主要研究对象，并通过实际测量实验来验证sri模型的准确性，准确地预测街道两侧甲醛的浓度，为预测室内甲醛浓度提供可信的基础数据；
[0081]
s6、选择经验模型作为预测室内通风率的方法，既要考虑风压和热压引导的自然通风，也要考虑由室内通风系统引导的机械通风，将二者结合，得出室内通风总量；
[0082]
s7、根据室内污染物的质量守恒关系，在良好混合反应器模型的基础上，耦合室内污染物释放速率模型，导出预测室内甲醛浓度的数学模型，并通过实验验证室内甲醛浓度预测模型的准确性；
[0083]
s8、对步骤s1-s7中提及的内容进行整理和总结，得出对室内外污染叠加条件下室内甲醛浓度预测方法。
[0084]
装修材料的甲醛释放速率不能通过实验室直接测得，需要通过一定的计算才能够得到；装修材料的甲醛释放速率计算方式如下所示：
[0085][0086]
由公式(1)可得：
[0087][0088]
推出：
[0089]
e
·
s-c
·
q＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0090][0091]
m＝s/v,n＝q/v
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0092]
将公式(5)代入公式(4)，得：
[0093]
e＝c
·
n/m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0094]
式中：
[0095]
t1、t2为时间(h)，e为甲醛释放速率(mg/(m2·
h))，s为装修材料面积(m2)， c为空气中甲醛浓度(mg/m3)，q为每小时进入室内空气的量(m3/h)，m为承载率(m2/m3)：即装修材料面积与室内体积的比，n为空气交换率，即每小时室内空气置换的次数；
[0096]
根据公式(6)可得，当空气交换率与承载率的比值为1时，装修材料的甲醛释放速
率与室内空气中甲醛浓度数值相同。在实验中，设置的空气交换率与承载率均为1，因此，在本发明的实验中，测定的空气中甲醛浓度即为装修材料的甲醛释放速率。
[0097]
s3中装修板材的甲醛释放效率的幂函数模型具体形式为：
[0098][0099]
式中，e为甲醛释放速率，a和b为常数，t为甲醛释放时间(h)；
[0100]
液态装修材料的甲醛释放效率的有理数衰减模型具体形式为：
[0101][0102]
在公式(8)中，e表示甲醛释放速率，mg/(m2·
h)；e0表示最大释放速率， mg/(m2·
h)；d为常数；t为时间，h。
[0103]
步骤s5中所提到的机动车甲醛排放强度计算方程如下式所示：
[0104][0105]
式中，q为机动车甲醛排放强度，mg/(m
·
s)；ef为机动车甲醛排放因子， mg/(km
·
辆)；为1小时的车流量。
[0106]
步骤s7中预测室内甲醛浓度的数学模型的方法为：
[0107]
假设室内气态污染物在瞬间充分混合，则室内气态污染物的质量守恒可以用下式表示：
[0108][0109]
公式(10)中，c
i
表示室内气态污染物浓度；t表示时间；q
f
表示通过过滤装置进入室内的通风量；v表示室内空气的体积，即室内的空间体积；c
o
表示室外大气中污染物的浓度；f
f
表示过滤装置对某种污染物的净化效率；q
c
表示室内空气循环通风量；f
c
表示室内空气循环系统中过滤装置对某种污染物的净化效率；q
s
表示通过自然通风进入室内的通风量；s
i
表示某种污染物室内的释放速率； r表示室内某种污染物的消失速率，包括吸附、降解以及与其他物质的化学反应等；其中，f
f
＝(c
i-c
o
)/c
i
，同理可得f
c
，对于一般建筑而言，循环系统与新风系统使用同一个过滤装置，所以有f
f
＝f
c
；
[0110]
在公式(10)的右端，第一项表示通过通风装置进入室内的该污染物在空气中的浓度；第二项表示通过室内空气循环系统又回到室内的污染物在空气中的浓度；第三项表示通过自然通风的方式进入到室内的该污染物在空气中的浓度；第四项表示该污染物从室内排出到室外的浓度；第五项表示从室内污染源进入到室内空气中的污染物的释放浓度；第六项表示该污染物在室内的消失的浓度，包括污染物的降解、化学反应以及在其他材料表面的吸附等；
[0111]
在公式(10)中，假设污染物进入到室内空气中时，与室内的空气瞬间充分混合，室内各处污染物的浓度都处于同一水平；实际情况下，污染物并不会与室内的空气完全混合；因此，在公式(10)的基础上，引入混合因子k，得到下式：
[0112][0113]
在本发明中，将不考虑通风系统和室内空气循环系统中的过滤装置，所以公式(11)变为下式：
[0114][0115]
在公式(12)中，q
f
+q
s
应表示为室内通风总量，而不是机械通风量与自然通风量的代数和，所以公式(12)变形为：
[0116][0117]
公式(13)中，q
z
表示室内通风总量，在本发明中，室内污染源的释放速率 s
i
计算公式如下：
[0118][0119]
公式(14)中，n表示室内装修中使用的装修材料的种类，e
j
表示第j中装修材料的甲醛释放速率；a
j
表示第j中装修材料的使用面积；s
i
表示室内污染物释放速率；
[0120]
在本发明中，假设甲醛在室内没有衰减，忽略甲醛在室内的吸附、化学反应和降解等因素，并将公式(14)代入公式(13)中，公式变形为：
[0121][0122]
设在初始时刻室内的气态污染物的浓度c
i
|
t＝0
＝c
s
，将室内气态污染物的初始浓度c
s
代入，得到公式(15)的解为：
[0123][0124]
本发明考虑了室外污染对室内甲醛浓度的影响，引入街道峡谷模型，建立了一套可以长期预测室内甲醛浓度的模型，并可以通过室内装修方案或室内通风策略，以降低室内甲醛浓度。此前大多数研究将室内污染与室外污染对室内甲醛浓度影响分别研究，并没有同时考虑这两种因素的影响。
[0125]
实施例2：
[0126]
基于实施例1但有所不同之处在于：
[0127]
对装修材料甲醛释放速率数据进行收集，木地板甲醛释放速率数据为：
[0128]
在生产木地板的过程中，需要使用大量的胶粘剂，致使木地板在使用的过程中，会释放挥发性有机物，其中甲醛是重要污染物之一。东北林业大学潘燕伟等人使用利用气候箱法，检测了黑龙江、吉林和四川等不同产地的木地板在室内环境下的甲醛释放量。且在测定甲醛释放量时，承载率和空气交换率均为1。因此，测得的释放仓内的甲醛浓度即为建筑板材的甲醛释放速率。通过监测结果可以发现，随着时间不断延长，木地板甲醛释放速率逐
渐下降。具体数据如表1所示。
[0129][0130]
表1不同木地板甲醛释放速率
[0131]
木地板甲醛释放速率的数据为：
[0132]
胶合板是单层木板或者薄木片通过胶粘剂经过热压而制成的板材，通常胶合板层数为奇数，并且相邻两层的木板纤维相互垂直。在胶合板的制造过程中使用的胶粘剂，会不断释放甲醛和其他挥发性有机物。因为胶合板在制造过程中使用的胶粘剂量较大，导致胶合板在使用过程中甲醛释放量较大。前人通过气候箱法对胶合板甲醛释放速率的测定结果如表2所示.
[0133][0134]
表2胶合板甲醛释放速率
[0135]
细木工板甲醛释放速率的数据为：
[0136]
细木工板是以木板条拼接或空心板作芯板，在两面覆盖薄木板或者胶合板，通过加入胶粘剂压制而成的一种人工木板。细木工板在家具制造和室内装修中被广泛应用。但是在细木工板在使用过程中，仍然会释放甲醛和其他挥发性有机物，影响人类的身体健康。之前有学者通过气候箱法，在室温条件下测定细木工板的甲醛释放量，在测定细木工板甲醛释放量时，承载率为1m2/m3，换气率也为1。因此测得的细木工板的甲醛释放量及甲醛释放速率。具体数据如表3所示。
[0137][0138]
表3细木工板甲醛释放速率
[0139]
内墙乳胶漆甲醛释放速率的数据为：
[0140]
在现代房间中，对内墙进行粉刷是必不可少的装修过程。内墙乳胶漆是对内墙进行装饰的材料之一。且乳胶漆具有挥发性有机物释放量较少等优点。但是乳胶漆在室内装修过程中用量很大，因此也是室内甲醛重要污染源之一。南昌大学的于韵对内墙乳胶漆甲醛释放速率特征进行了研究，采用气候箱法，在承载率和空气交换率均为1的情况下，测定了内墙乳胶漆丙烯酸树脂乳胶漆的甲醛释放速率。该研究发现内墙乳胶漆的甲醛释放速率呈先增大后减小，并达到一个稳定阶段的趋势。内墙乳胶漆的甲醛释放速率具体数据如表4所示：
[0141][0142][0143]
表4内墙乳胶漆甲醛释放速率
[0144]
其他装修材料甲醛释放速率：
[0145]
加拿大研究委员会对大量的室内装修材料测定了挥发性有机物的释放量。包括含有胶粘剂的地毯、尼龙地毯(含乳胶垫)、三聚氰胺板、亚麻地板等装修材料挥发性有机物的释放量。在温度为23℃，相对湿度为50％时，含有胶粘剂地毯的甲醛释放速率为0.02137mg/(m2·
h)；尼龙地毯(含乳胶垫)的甲醛释放速率为0.01391mg/(m2·
h)，三聚氰胺板甲醛释放速率为0.0046mg/(m2·
h)，乙烯基壁纸的甲醛释放速率为0.0013mg/(m2·
h)。该研究委员会甲醛释放量的检测数据，给出了各种材料的甲醛释放率模型。
[0146]
实施例3：
[0147]
基于实施例1-2中任一个或多个，但又有所不同之处在于：
[0148]
装修板材甲醛释放速率模型：
[0149]
幂函数模型是纯拟合模型，模型参数不具有物理意义，但是其能通过短期的释放速率很好地预测长期释放速率，且其具有易于推导和便于计算等优点。
[0150]
幂函数模型如公式所示，模拟固体材料气体的释放，其中参数a和b通过最小二乘法同时进行拟合确定。
[0151]
e＝at-b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0152]
式中，e为甲醛释放速率，a和b为常数，t为甲醛释放时间(h)。
[0153]
假设在质量-传递傅里叶数fo
m
(t)＝dt/l2＝2.0时，装修材料中的甲醛已经全部释放完毕。装修材料在整个释放甲醛的时间内，平均甲醛释放速率公式为:
[0154]
[0155]
式中，为机理模型的平均甲醛释放速率，c0为装修材料内初始甲醛浓度，d为扩散系数，l为装修材料厚度。
[0156]
在装修材料整个释放甲醛的时间内，幂函数模型的平均甲醛释放速率由公式 (19)计算得出。
[0157][0158]
式中符号与前式符号意义相同。用与的比值r，比较幂函数模型与机理模型甲醛释放速率的差异性。
[0159][0160]
ye等人将d(10-13-10-9
m2/s)和k(10
2-106)按数量级分为16种不同的组合，每种组合中利用蒙特卡洛法计算r值，每种组合内计算超过1000次。通过计算 r发现，r值基本维持在1左右。这说明幂函数模型与机理模型在装修材料甲醛释放生命期内对于预测甲醛释放总量有很好地一致性。
[0161]
对于幂函数模型甲醛释放速率预测的准确性，使用分别使用28天，7天和3 天的实验数据对甲醛释放速率进行拟合，利用加拿大研究委员会数据库中的数据，对幂函数模型的预测的准确性进行验证。
[0162]
选择加拿大研究委员会数据库中的刨花板中实测数据，开发拟合幂函数模型，并利用该幂函数模型预测一年的甲醛释放速率。并采用归一化均方差表示幂函数模型的预测能力。当使用28天数据拟合开发的幂函数模型时，大多数的归一化均方误差(88.9％)低于8,这说明实验数据与实测数据处在一个数量级上，可以认为幂函数模型有足够的预测能力对装修材料的甲醛释放速率进行长期预测。当时用3天，7天，14天的数据拟合开发幂函数模型时，归一化均方误差值低于8％的比例为74.4％，83.8％和88.9％。此结果表明，使用14天实测数据拟合开发的幂函数模型，与使用28天实测数据拟合开发的幂函数模型的预测能力几乎一致，而且使用3天和7天实测数据拟合开发的幂函数模型得到的预测准确性与使用 28天实测数据得到的幂函数模型的预测的准确性并无显著差异。因此说明使用3 天的实验数据拟合开发的幂函数模型能够满足预测甲醛释放速率的要求。
[0163]
但是幂函数模型的局限性为在甲醛释放速率初期，幂函数模型的计算结果为无限大，此与实际情况不相符。本发明根据实际情况，将幂函数模型进行分段。在甲醛释放速率初期，假设甲醛释放速率不变，将某时间点之前的甲醛释放速率看作定值，在该时间点之后的甲醛释放速率使用幂函数模型表示，具体形式如公式(7)所示。
[0164][0165]
式中，e、a、b意义与前式相同，c为常数，根据实验数据确定。
[0166]
液态装修材料甲醛释放速率模型：
[0167]
液态装修材料的甲醛释放速率特征与固体板材装修材料的甲醛释放速率特征相差较大。固态装修板材的甲醛释放速率下降较为缓慢，使用幂函数模型可以较好的模拟板材的甲醛释放速率。但液态装修材料如内墙乳胶漆、油漆等，其甲醛释放速率呈短暂增加有迅速下降的态势，因此幂函数模型不适合模拟液态装修材料的甲醛释放速率。液态装修材料甲醛释放前期，甲醛释放速率增加的阶段比较短在，一般在4-6小时之间，所以本发明对液态装修材料的甲醛释放速率下降阶段进行在预测模拟。液态装修材料甲醛释放速率下降较快，因此选用有理数衰减模型，可以模拟液态装修材料甲醛释放速率状况。
[0168][0169]
在公式(8)中，e表示甲醛释放速率，mg/(m2·
h)；e0表示最大释放速率， mg/(m2·
h)；d为常数；t为时间，h。
[0170]
实施例4：
[0171]
基于实施例1-3中任一个或多个，但有所不同之处在于：
[0172]
sri街道峡谷模型是将街道看作是一个箱体，并假设该箱体内污染物在垂直方向上均匀分布。
[0173]
sri模型将街道中的污染物看作由两部分组成，一是大气中原有的污染物浓度，二是机动车导致的污染物新增的量，即如下式所示：
[0174]
c
i
＝c
b
+c
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0175]
式中，c
i
表示室外空气中的甲醛浓度(mg/m3)，c
b
表示大气中甲醛背景浓度(mg/m3)，c
s
表示机动车产生的甲醛的浓度(mg/m3).
[0176]
在与屋顶风速呈相对背风一侧，机动车产生的甲醛浓度计算公式如下：
[0177]
c
il
＝c
s
＝q/(u
l
y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0178]
式中，c
il
为室外空气中背风侧甲醛浓度；q为机动车的甲醛排放强度(mg/(m ·
s))；u
l
为街道峡谷底部的风速，m/s；y为街道峡谷中甲醛混合体积的深度，m。 q机动车甲醛排放强度与车流量存在密切关系。
[0179]
y＝k1l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0180]
在街道峡谷内，甲醛混合体积深度y与污染源同监测地点之间的距离l(m) 呈比例关系；k1为常数。
[0181]
当机动车驶过后，甲醛在空气中会出现初始混合长度，该长度与机动车尺寸相当，根据前人研究中，将其看为2m，公式(23)变为
[0182]
y＝k1(l+2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0183]
屋顶风速u
t
与街道峡谷底部的风速u
l
呈线性关系。
[0184]
u
l
＝k2(u
t
+0.5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0185]
式中0.5为机动车行驶过程中，导致的街道峡谷底部风速增加的量]。
[0186]
l为甲醛浓度测定点与机动车释放点之间的实际距离。在本发明中，将机动车释放点的位置均假设在街道的中央线上，因此，甲醛浓度测定点与机动车释放点之间的实际距离变为甲醛浓度测定点与街道中央线之间的实际距离。根据勾股定理可以得出：
[0187]
[0188]
式中，x为测定点与街道中央线之间的水平距离，m；z为测定点与街道之间的垂直高度，m。
[0189]
将方程24-26代入方程22，得方程如下：
[0190][0191]
令1/k1k2＝k，则方程27变形为：
[0192][0193]
式中，k为经验值，在johnson建立sri模型时，将k值设为7。在之后的学者使用中，发现k值随着实际情况变化。该模型在应用到东京都街道内污染物浓度模拟时，k取值在1.6至39之间。本发明采用的k值是利用回归的方法，确定了我国k值在16-25之间，并最终将k值确定为22。
[0194]
在与屋顶风向呈相对顺风一侧时，街道峡谷内顺风一侧的气流自上而下运动，因为该模型假设垂直方向上甲醛浓度一致。顺风一侧的甲醛浓度模拟方程仍然使用箱模式进行计算。但甲醛混合浓度深度不再使用测定点与街道中央线直接的实际距离，而是使用街道宽度w(m)，得到方程：
[0195]
c
iw
＝kq/(u
t
+0.5)w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0196]
式中，c
iw
为室外空气中迎风侧甲醛浓度，k、q和u
t
意义均与上文相同，从方程(29)可以看出，该方程模拟的迎风侧甲醛浓度在垂直方向上一致，不存在梯度。但根据后续研究，在实际情况下迎风侧垂直方向上甲醛浓度存在一定的梯度。因此，将方程(29)继续优化，得到在垂直方向上甲醛浓度存在梯度的计算方程：
[0197][0198]
式中，h表示建筑物高度，m；z表示测定点与街道中央线之间的垂直高度， m；c
iw
、k、q和u
t
所表示的意义均与上文相同。
[0199]
当风向与街道不是垂直的时候，也就是说测定点既不处于背风侧，也不处于迎风侧时，室外空气中甲醛浓度按背风侧与迎风侧甲醛浓度的平均值计算：
[0200][0201]
将方程(28)和方程(30)代入方程(31)，得：
[0202][0203]
变形得：
[0204][0205]
实施例5：
[0206]
请参阅图2-4，基于实施例1-4中任一个或多个，但有所不同之处在于：
[0207]
在我国学者研究的基础上，对sri模型的参数进行了修正。根据修正后的 sri模型，对北京市早7:00至晚21:00的部分街道甲醛浓度进行模拟，并与实测值结果进行了比较。
[0208]
本发明中甲醛检测用到的仪器包括便携式甲醛检测仪ppm-400st，分辨率为 0.001mg/m3；分体式风速计as8836，分辨率为0.001m/s；以及激光测距仪。
[0209]
模型模拟所得结果的精度以正则化标准差e(方程(34))表示，正则化标准差在10％以内是可以接受的。
[0210][0211]
式中，q
ci
表示第i个预测值，q
mi
表示相对应的第i个测量值,n表示测量值的个数。
[0212]
通过计算正则化标准差，48组数据综合的正则化标准差为5.9％，模拟精度处于可接受的范围之内。但是单独计算学院南路模拟精度时，正则化标准差为 17.6％。模拟结果较差。
[0213]
为进一步验证模型模拟结果的准确性，做了全部实测值与模拟值比较的散点图，并做相关性分析，结果见图2-4和表5。
[0214][0215]
表5模型模拟结果可靠性检验结果
[0216]
采用sri模型模拟得到的数据结果总体上与实测数据相差不大，但仍存在一定的偏差，尤其是在学院南路的模拟值与实测值相差很大，模拟准确度小于北三环的模拟准确度。造成该模拟偏差的原因可能有以下几点：一是sri模型本身的误差，由于该模型中参数都是经验常数，并且在计算机动车甲醛排放强度过程中忽略了车辆类型等因素，以及甲醛在机动车废气中所占的比重都是通过模型计算而来，与实际情况存在一定的偏差，这是可能导致偏差的原因之一。二是实测数据的误差，由于学院南路测定点位于较低处，距离机动车较近，机动车排放的污染物可能没有完全混合，所测得的浓度可能不是一段时间内的平均浓度，从而造成模拟值与实测值偏差较大。除此之外，还有一些在模型中没有考虑到的因素对甲醛浓度的影响，如温度、湿度、降解、树木等影响，这些都是影响模拟结果的因素。
[0217]
实施例6：
[0218]
请参阅图5-8，基于实施例1-5中任一个或多个，但有所不同之处在于：
[0219]
在本发明中，将门窗开启时假设只有通过门窗的自然通风，没有渗透通风；当门窗关闭时，自然通风则只为渗透通风。
[0220]
当门窗开启时，根据门窗的分布方式，将通过门窗的自然通风量的计算模型分为4种，这四种模式分别为：1、室内只有一个与室外相通的通风口(单通风口模式)；2、室内平行
的两面墙上各有一个与室外相通的通风口(双面双通风口模式)；3、室内单面墙上有二个与室外相通的通风口(单面双通风口模式)；4、室内平行的两面墙上各有两个与室外相通的通风口(双面四通风口模式)。这四种模式通风量的计算模型由英国标准方法给出，具体如下所示：
[0221]
1、单通风口模式：(请参阅图5)
[0222]
q
n
＝0.025au
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)
[0223][0224][0225]
式中，q
n
表示通过门窗的由风压差引起的通风量；a表示通风口面积；u
t
表示房顶处的风速；q
t
表示由热压引起的自然通风量；c
d
表示常量置换因子；g 表示重力加速度常数；t
i
表示室外空气温度；t
o
表示室内空气温度。
[0226]
2、双面双通风口模式(请参阅图6)
[0227]
q
n
＝c
d
a
w
u
t
δp
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(38)
[0228][0229]
δk
p
＝|δk
p1-δk
p2
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(40)
[0230][0231]
δk
p
＝|δk
p1-δk
p2
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(42)
[0232]
δh＝|h
1-h2|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(43)
[0233]
公式(42)-(47)中，q
n
、u
t
、q
t
、c
d
、g、ti和t0表示的物理意义与之前相同；a1表示通风口1的面积，m2；a2表示通风口2的面积，m2；k
p1
表示通风口 1处的室外风压因子，k
p2
表示通风口2处的室外风压因子；h1表示通风口1 的高度，h2表示通风口2的高度。
[0234]
3、单面双通风口模式(请参阅图7)
[0235]
q
n
＝0.025au
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(44)
[0236]
a＝a1+a2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(45)
[0237][0238]
a＝a1/a2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(57)
[0239]
δh＝|h
1-h2|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(58)
[0240]
公式(44)～(48)中，q
n
、u
t
、a1、a2、c
d
、g、ti、t0、h1和h2表示的物理意义与之前相同。
[0241]
4、双面四通风口模式(请参阅图8)
[0242]
q
n
＝c
d
a
w
u
t
δk
p0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(49)
[0243][0244]
δk
p
＝|δk
p1-δk
p2
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(51)
[0245][0246][0247]
δh＝|h
1-h2|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(54)
[0248]
公式(49)～(54)中，q
n
、u
t
、c
d
、g、ti和t0表示的物理意义与之前相同；k
p1
表示通风口1处的室外风压因子，k
p2
表示通风口2处的室外风压因子； a1、a2、a3、a4分别表示通风口1、通风口2、通风口3和通风口4的面积；h1和 h2分别表示通风口1和通风口2的高度。
[0249]
以上为四种不同的通风模式下通过门窗的由自然压力差引起的通风量。在本发明中，所有的门窗都视为标准的通风口，根据前人研究成果，将其中的c
d
定为0.78。
[0250]
在四种不同模式下，介绍了风压引导的自然通风量的计算方法和热压引导的自然通风量的计算方法。在实际情况下，室内的自然通风量是在风压和热压的共同作用下产生的。但是总的自然通风量并不是风压引导的自然通风量与热压引导的自然通风量的简单相加，而是存在着一定的关系。根据之前学者的研究结果，当存在风压通风和热压通风时，取较大值为总的自然通风量，即如下式所示：
[0251]
q
s
＝max(q
w
,q
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(55)
[0252]
公式(55)中，q
n
和q
t
表示的物理意义与之前相同；q
s
表示自然通风总量。
[0253]
当门窗关闭时，自然通风则为渗透通风。渗透通风量的计算方法有很多种，根据各种方法的优缺点和本发明的需要，本发明使用计算较为简单的换气次数法。换气次数法渗透通风量的计算如公式(56)所示：
[0254]
q
u
＝nv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(56)
[0255]
式中：q
u
表示渗透通风量，m3/h；n表示房间每小时换气次数，次/h；v表示室内空间体积，m3。
[0256]
室内空间体积可以通过测量获得，换气次数与风速、门窗材质、门窗位置等因素密切相关，是一个经验系数。本发明采用美国ashrae手册和我国暖通设计手册的数据(如表6)计算渗透通风量。
[0257][0258]
表6美国ashrae手册和我国暖通设计手册中换气次数
[0259]
换气次数法是对渗透通风量的一个大体估算，只考虑实际情况下外窗数量对通风
量的影响，并不考虑风速，门窗材质、类型、大小等因素的影响。使用换气次数法想得到较为准确地结果，需要准确地预测室内的换气次数。而换气次数的确定需要丰富的建筑设计经验和专业的判断能力。在本发明中，为了该模型能够具有普遍适用性，在室内换气次数的选择上的原则是：1、我国暖通设计手册新版标准优先；2、当我国暖通设计手册中没有对应的值是按美国ashrae手册提供的值；3、当换气次数参考值是一个范围时，使用该范围的中位数作为室内的换气次数。通过此原则，使模型更符合我国建筑的通风量，并可以让普通人在使用模型时，可以降低模型参数取值造成的误差，提升模型的准确性。
[0260]
自然通风量和机械通风量这两种通风方式共同组成了室内通风总量。但是这两种通风机制之间，并不是完全独立的，是相互影响的。所以室内通风总量不是两者的简单相加，这种情况只有在送风扇的送风量与排风扇的排风量相等时才会出现。当送风量与排风量不等时，室内通风总量为平衡风量加非平衡风量。平衡风量是指送风量和排风量中的较小值。对于室内通风总量的计算方式，本发明根据参考文献中提供的方法进行计算，计算过程如下式所示：
[0261]
q
b
＝min(q
g
,q
p
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(57)
[0262]
q
ub
＝|q
g-q
p
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(58)
[0263]
当门窗开启时，室内通风总量为：
[0264]
q
z
＝q
b
+q
s
+q
ub2
ꢀꢀꢀꢀ
(59)
[0265]
当门窗全部关闭时，室内通风总量为：
[0266]
q
z
＝q
b
+q
u
+q
ub2
ꢀꢀꢀꢀ
(60)
[0267]
公式(57)～(60)中，q
s
、q
u
表示的物理意义与之前相同；q
b
表示为室内通风的平衡风量；q
ub
为室内通风的非平衡风量；q
g
表示通过送风扇的送风量； q
p
表示通过排风扇的排风量；q
z
表示室内通风总量。
[0268]
实施例7：
[0269]
请参阅图9，基于实施例1-6中任一或多个，但有所不同在于：
[0270]
本发明中甲醛检测用到的仪器包括便携式甲醛检测仪ppm-400st，分辨率为 0.001mg/m3，用于检测室内甲醛浓度；激光测距仪，测量精度
±
2mm，用于测定房间的面积和体积，以及各种装修材料的使用面积。
[0271]
室内甲醛浓度实测值与预测值的结果以及相关数据如下表所示：
[0272][0273]
表7室内甲醛浓度实测值与预测值比较
[0274]
在现有装修材料甲醛释放速率数据库的基础上，根据本发明建立的室内甲醛浓度预测模型，选取北京市内的不同房屋类型，对室内甲醛浓度进行预测模拟与验证。选取的房
屋类型有办公室、卧室和学生宿舍等。选取的房间包括装修完成时间5个月之内，也包括装修完成时间3年以上，从而验证室内甲醛浓度预测模型的准确性。
[0275]
在本次验证中，室内乳胶漆使用的类型和地板类型处于未知状态，所以在预测室内甲醛浓度时，应用不同的乳胶漆类型和地板类型对室内甲醛浓度进行预测，因此得出室内甲醛浓度为一个范围，并将选用不同室内乳胶漆和地板类型模拟得到的预测值与实际值进行比较，对模型的准确性进行验证。
[0276]
模型预测得到的结果精度以正则化标准差e(方程61)表示，正则化标准差在10％以内是可以接受的。
[0277][0278]
式中，q
c
表示第i个预测值，q
m
表示相对应的第i个测量值,n表示测量值的个数。
[0279]
通过计算正则化标准差，室内甲醛预测模型得到的预测结果的均值与实际值的正则化标准差e为9.88％，说明该模型的预测结果处于可接受的误差范围之内。但当时用不同类型乳胶漆和地板的甲醛释放速率模型对室内甲醛浓度进行预测时，得到的预测结果有较大差距。当使用乳胶漆1和乳胶漆2的甲醛释放速率对室内甲醛浓度进行预测时，预测结果与实测值相差较大，正则化标准差e＞10％。当使用乳胶漆3的甲醛释放速率模型对室内甲醛浓度进行预测时，预测值与实测值的偏差较小，正则化标准差e＜10％，处于可接受的范围之内。
[0280]
因此，为了准确预测室内甲醛浓度，需要根据室内装修方案对室内装修材料的甲醛释放速率进行测定，并建立各种装修材料的甲醛释放速率预测模型，并将代入室内甲醛浓度预测模型之中。
[0281]
为进一步检测室内甲醛浓度的准确性，以实测值为横坐标，模拟值为纵坐标，对室内甲醛浓度的实测值与预测值做散点图，并做相关性分析。结果如表8和图 9所示。
[0282][0283]
表8模拟结果可靠性检验结果
[0284]
通过对实测与实测值的相关性分析，室内甲醛浓度的预测结果总体上与实测值上相差不大，但还存在一定程度的偏差。但是在使用乳胶漆1和乳胶漆2得到的预测值与实测值相差较大，这可能是由于室内乳胶漆使用的类型与乳胶漆1 和乳胶漆2的甲醛释放速率
相差较大导致的。通过对室内甲醛浓度预测值与实测值进行相关性分析，发现室内甲醛浓度的预测值总体上小于室内甲醛浓度的实测值，造成该结果的原因可能为如下两点：一是甲醛便携式检测仪检测结果存在一定的偏差，室内酚醛等物质的存在可能会导致实测的室内甲醛浓度偏高；二是室内相对湿度较低的影响。在对室内甲醛浓度进行测定时，室内相对湿度为25％左右，而装修材料甲醛释放速率模型模拟的是在相对湿度为50％左右时甲醛释放速率，根据其他学者的研究，装修材料的甲醛释放速率与相对湿度呈反比关系，随着相对湿度的不断降低，装修材料的甲醛释放速率会随之上升。所以在相对湿度为25％时，装修材料实际甲醛释放速率高于甲醛释放速率模型计算的结果，进而导致室内甲醛浓度预测值低于实测值。
[0285]
根据预测结果可以看出，该模型在选用合适的装修材料的甲醛释放速率时，可以得到较为准确的预测结果。在该模型的实际使用过程中，根据室内装修方案对装修材料甲醛释放速率进行测定，并进一步得到装修材料的甲醛释放速率模型，从而对装修后的室内甲醛浓度进行预测。
[0286]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。