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环境实验舱测试条件及测试性能研究

 

1 引言
据统计,一个健康成人每天呼吸的空气量约为12kg,远大于对食物和水的摄入量,故室内空气品质对人类的健康具有重要影响。目前,越来越多的空气品质实验都在自制的环境实验舱中进行。环境实验舱是测定室内材料和用品中VOC释放量以及释放和感染特性的基本设备(shèbèi),它是把被检测的物品放在舱内,在舱内模拟的环境条件下测定各种参数和释放量。相比于实际的室内环境,环境舱的舱内温湿度、换气次数更容易进行人为的控制,并且在密封条件下能够确保舱内实验过程不受室外环境污染影响[1]。因此在空气品质测试中,许多标准都规定环境舱实验为仲裁方法。然而,各种标准和实验中的环境实验舱材料不同,大小不一,参数各异,始终没有统一的标准来标准环境舱的结构和相关测试参数,我们希望通过相关文献的研究和总结,建立一个更接近现实环境、更实用的环境实验舱,作为行业标准制定的基础。
2 环境实验舱的类型
环境舱按体积大小可分为大型环境实验舱和小型环境实验舱。南京甲醛检测操作简单、使用方便的简易检测方法的产品,也是目前最适合个人家庭检测甲醛的检测方法。体积小巧方 便放置,用于家具治理前后对比甲醛浓度,判断治理效果再方便合适不过啦!甲醛自测盒的最大特点就是消费者可以自己动手检测甲醛,操作方法简单!习惯上称体积在1m³以下的为小型实验舱,体积在5m³以上的为大型实验舱。大型舱能够模拟真实生活条件,进行大件样品和设备(shèbèi)的测试,环境状态稳定,但通常不能进行平行测定,而且需要大量洁净空气供应[2]。小型舱价格便宜,温湿度易于控制,不好的地方是与真实生活条件有差别,舱内不易稳定,易受环境等因素的影响[3]。按舱体材质种类,环境舱还可分为有机玻璃环境舱和不锈钢(不锈耐酸钢)环境舱,虽然不锈钢价格高于有机玻璃,但不锈钢对化学污染物的吸附性比有机玻璃小,故性能更好。
3 环境实验舱构造
环境实验舱舱体内壁全部采用电抛光不锈钢材料,各部分是通过在结合部采用连续焊接法固定在一起以及在承重框架处采用点焊(Spot welding)焊死[4]。整个环境舱采用聚四氟(fluorine)乙烯等无吸附、低散发的密封条,并且采用聚亚胺酯泡沫绝缘保温。舱内保持正压以防止外部空气通过渗流等作用进入。环境舱的进气口和出气口均设置在顶部,空气均由一个散流器引入舱内,并且通过设置在舱内部顶上的风扇充分混合,保证采样点有害物的浓度能够实时代表舱内有害物浓度[5]。采样装置是将采样管伸进舱体中央进行采样,采样管的外层材质一般与舱体相同,大多为不锈钢,内衬聚四氟乙烯管以避免采样过程中气体样本收到污染或发生某些反应影响结果。舱外安装空调机组,其中有化学过滤器(作用:过滤杂质等)和中、高效空气过滤器净化舱内空气,空调系统控制舱内温湿度,可以模拟实际的室内空气环境。图1为环境测试(TestMeasure)舱系统的示意图:
 
 
4 环境实验舱性能参数及其检测方法
4.1 环境实验舱内实验条件
无论大型环境实验舱还是小型环境实验舱,舱内实验条件通常为:空气温度设定在23℃±2℃,空气相对湿度为50%±10%,空气交换率为0.03次/h左右,空气流速为0.1~0.3m/s[6]。对于小型环境实验舱,打开空气压缩机,通过调节空气流量控制空气交换率,通过空调和加温装置调节环境舱温度,通过调节进入起泡瓶的空气流量调节舱内相对湿度,使环境舱内各参数达到实验要求。对于大型环境实验舱,利用空调盘管控制送入舱内空气的温度,通过向空气系统加入一定温度的去离子水蒸气来控制相对湿度,并且在舱内放置一台温湿度测试仪以监测保证在实验期间的温湿度在设定的范围内;换气次数的控制是通过调节送风风机转速来实现的,并且利用示踪气体法核对校准。
4.2 环境实验舱的清洗
小型环境实验舱由于体积小巧,故通常采用溶液洗涤。清洗洗方法如下:用碱性清洗剂清洗内壁,再用去离子水或蒸馏水擦洗两次,然后进行干燥净化。在试验条件下向舱内通入净化处理后的清洁空气,清除舱内本底浓度[7]。大型环境实验舱由于体积较大,故应采用空气法洗涤。清洗方法如下:在实验之前,先用送风机把通过(tōng guò)了化学过滤器和中、高效空气过滤器的空气送入环境舱内,空气量约为舱体积的六倍为止,直至单个气体污染物浓度降低(reduce)至5 ug/m3,挥发性有机物总浓度低于25ug/m3。
 4.3 环境舱密闭性验证
环境实验舱密闭性对于舱内的实验研究影响(influence)重大,因此进行密封性验证至关重要。南京空气检测是指对空气的组成成分的检测。狭义的空气检测,主要是从应用的角度,重点研究的是室内空气检测。它是指室内指装饰材料、家具等含有的对人体有害的物质,释放到家居、办公环境中造成的装修污染,来检测空气质量。检测气密性,最直接的是打压试验或抽压试验,漏气量应小于0.9 m3/h[8]。另外,还可在试验舱的进气口和出气口处分别连接流量计,关闭舱门同时测量出口和入口空气流量,在稳定情况下测得出气口的空气流量都等于入口设定流量时,表明系统没有漏气、密闭性良好。此外,为避免通过环境空气侵入,而没有办法控制空气交换,测试舱宜保持在内外压差为10Pa左右的情况下进行操作。
4.4 环境舱吸附性检测
虽然舱体内壁均选用无吸附性或吸附性很小的材料制成,但由于其上可能粘附杂质,故应对其吸附性进行检测。以甲醛作为代表性污染物,用甲醛发生器发生一定量甲醛,待浓度稳定(解释:稳固安定;没有变动)后多次测定舱内的甲醛浓度,按照甲醛回收率来验证试验舱有无吸附性和稳定性(The stability of),若浓度无明显变化,证明舱体无吸附性或吸附性很小[9]。若浓度变化很大,则实验时,应排设法除吸附性的干扰。
4.5 本底浓度
    环境试验舱由于吸附性可能会粘附一些杂质,故在测试前,应测定被测污染物的本底浓度,以排除其吸附性的影响。测量时,将舱门关闭,使舱内气体稳定1~2h,然后采样测定。
4.6 自衰减效应
在环境试验舱内,由于自然发生的沉降、附聚、表面沉积、吸附、聚合、分解和泄漏等现象,会导致(cause)空气中污染物浓度的降低(reduce),即自衰减效应[10]。在评价某种空气净化设备时,需排除自衰减效率(efficiency)的影响,因此,环境舱在投入使用前,要进行自衰减效应的测试。在舱中用一定量分析纯化学试剂(液体或气体)发生污染物浓度为10S±1S,S为标准规定的限值[11]。封闭舱门,用风扇使舱内污染物浓度分布均匀。当污染物浓度相对稳定后(浓度相对变化小于5%,可通过(tōng guò)在线监测仪器观察),即可开始衰减试验,测定舱内空气污染物浓度的变化。每个时间点的浓度同时重复测定2次,取平均值。最后计算此时间段内,某一种污染物在实验舱内的自然衰减η。
式中 ――在t=0时,某一种气体污染物在试验舱内的浓度,mg/m3;
――在时间t时,某一种气体污染物在试验舱内的浓度,mg/m3;
t――时间,h。                                    
5 自制环境舱的实验结果
本环境实验舱是结合《欧盟环境测试舱方法标准》和《美国千毫安AMAC-1-2006标准》建立,具体结构、测试参数以及性能测试方法均如前面所写,这里不再赘述。下面介绍一下以甲醛(aldehyde)、氨和TVOC为测试气体,测定该实验舱的本底浓度和自衰减效应的实验结果。
实验仪器:升降式甲醛发生器;大气恒流采样仪;便携式甲醛测试仪;分光光度计;温湿度自记仪;气泡吸收管;比色管; Tenax采样管
在刚刚完工的30m3大型环境舱中进行本底浓度测试。测试前,先不用清洁空气对舱内进行清洗,在30m3环境舱不同位置放入三个温湿度自记仪,编号1、2、3(1号放在风扇旁的地面上;2号挂在墙壁上;3号放在舱门旁的地面上);关上舱门,保持密闭1h;用TVOC采样管在30m3环境试验舱中采样;采样完毕后,用大气恒流采样仪和含有甲醛(Formaldehyde)吸收液的吸收管吸收舱内气体,采样10min,气体流速为1L/min;用大气恒流采样仪和含有氨吸收液的吸收管吸收舱内气体,采样10min,气体流速为1L/min;采样完毕后,将吸收管中的液体倒入比色管中。采样结束后,再对环境舱按照标准用大量洁净空气进行清洗,控制实验(experiment)条件不变,重复采样。将两次采得样品带回实验室分别用分光光度计分析,对比两次采样数据,见表1:
表1  30m3环境舱各污染物本底浓度值
    物质名称
浓度/(ug/m3)
甲醛

甲苯
乙苯
乙酸丁酯
对(间)二甲苯
苯乙烯

清洗前
17
/
10
/
/
26
/
9
清洗后
2
/
2
/
/
6
/
3
由表1可知,未进行空气清洗时,舱内的甲醛、甲苯、对(间)二甲苯和氨的本底浓度偏高,其他污染物本底浓度很低。南京环境检测中心是指通过对影响环境质量因素的代表值的测定,确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势。环境监测的主要手段包括物理手段、化学手段、生物手段。开启空调机组,用空气清洗完毕后,本底浓度基本可以达到测试(TestMeasure)要求。说明环境舱的清洗工作是十分必要的。
进行自衰减测试时,在环境舱不同位置(position )放入三个温湿度自记仪,分布同上;向甲醛发生器的挥发盒中移入0.5ml甲醛溶液,将发生器放入舱内,开启风扇后关闭舱门;遥控发生器使甲醛开始挥发;期间用便携式甲醛测试仪不断测量舱内甲醛浓度;当舱内甲醛的浓度稳定后,关闭甲醛发生器。保持风扇开启状态,约20min后,关闭风扇,稳定5min后,开始测量,此时的浓度即为自衰减实验的初始浓度。此后每隔30min采样一次,持续3h,实验数据如表2所示,自衰减趋势如图2所示。
表2 甲醛自衰减测试(TestMeasure)
采样时间
0h
0.5h
1h
1.5h
2h
2.5h
3h
自衰减
ppm读数
0.33
0.34
0.32
0.32
0.31
0.30
0.30
9.09%
 
   
    由表2及图2可知,舱内自衰减效应与预测值接近,说明此环境实验(experiment)舱各项指标运行良好,可以满足实验室研究要求。
6 结语
近来,环境实验舱被广泛应用着,对于实验台的实际测试效果,专业人士一直都在密切关注。但是,环境舱应用性能的好坏始终缺乏统一的衡量标准。目前所控制(control)的舱体材料、温湿度、空气流速、换气次数是否科学,还有待进一步的实验论证。严密的检测方法也急需确定。所以我们在前人经验(experience)的基础上,建立了一座30m3的实验舱进行进一步实验研究,从初步运行结果看,实验舱的各项运行指标与标准中一致,我们还将继续对环境实验舱的实验条件进行大量测试工作,努力制定出更为科学、合理、实用的环境试验舱及其性能检测方法。
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