吸附性建材應用於室內空間數值模擬手法之開發

Abstract

各國研究顯示，現代人有80%以上的時間處在室內，所以室內空氣品質的好壞，對人體的健康有直接的影響。現代因為工業發達，室內有?多工業製品有可能會逸散出揮發性有機化合物，這些揮發性有機化合物有可能會對人體健康造成危害，像是2004年國際癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer，I A R C )就將甲醛列入Group1的致癌物質當中，證實甲醛的致癌性具有充分證據，所以有效排除這些揮發性有機化合物是室內空氣品質的重要課題。除了使用低逸散健康綠建材來進行逸散源的源頭管制、確保適當的換氣率之外，近年來採用吸附建材來吸附揮發性有機化合物的手法，也逐漸被重視。有研究表明，在住宅空間中使用低逸散建材的情況下，室內空氣中揮發性有機化合物的濃度還是有可能會超過臺灣室內空氣品質標準所規定的濃度，尤其是在空調開啟時，為了降低空調耗能而將門窗關閉，此時會有換氣率不足的問題，雖然室內揮發性有機化合物的濃度上升速度比較慢，但因為室內空氣中的揮發性有機化合物無法有效排除，在濃度累積一段時間後還是會超標，此時需要其他降低室內揮發性有機化合物濃度的方法，而吸附性建材就是方法之一，且不需消耗額外的能源就能運作。 目前國內外對於吸附建材的研究，大多是在恆定狀態下進行，其實驗過程之環境因子如溫度、濕度、濃度和換氣率等都是恆定的，但是實際情況下，室內這些環境因子都會不斷變動，且這些研究大多是探討短期的效益。所以本研究透過數值模擬的方式，探討變動的室內環境因子之吸附建材的長期效益。 本研究之目的主要有五點。第一點是確立吸附建材中熱傳與質傳之數值模型，包含熱與物質移動的暫態現象，以完整評估建材之吸附與脫附的現象。第二點是開發吸附建材暫態數值解析之模擬程式，並以臺灣本土化氣候與使用模式進行解析，以評估吸附性建材在臺灣室內空間中的長期性能。第三點是以數值模擬手法進行吸附建材使用之探討，並提出使用吸附性建材的最佳設計手法。第四點是評估吸附性建材的各種使用模式對室內人員長期健康之影響，並提出可提升室內人員健康之設計手法。第五點是探討變動環境條件下對吸附建材效益的長期影響。 目前國內外對於建材吸附揮發性有機化合物的研究，尚未能有涵?吸附與脫附現象並以空間尺度(Room Level)進行長期模擬的數值模擬手法，且市面上尚未有針對吸附建材的模擬軟體，所以本研究以Fortran語法撰寫針對建材吸附單一種揮發性有機化合物氣體之模擬程式，以建材內熱與物質同時移動為基礎建立數值模型。數值模型建立完成後，本研究透過實驗與文獻取得相關參數導入程式中；建材相關參數以水銀壓入法實驗取得孔隙性質、試樣管法實驗取得吸附等溫線、其他基本參數透過廠商取得；室內環境條件之參數以本土之文獻為依據，再導入室內熱傳與質傳方程式中。以上材料與室內環境之數值模型與參數完成設定後，就可進行建材對揮發性有機化合物吸附與脫附之模擬，並可延伸探討吸附性建材長期性能與健康風險評估。 本研究以住宅空間使用吸附建材的情況進行長期模擬，其模擬結果可歸納為以下幾點結論： (1)在本研究所設定的各種不同的模擬情況，使用吸附建材都能夠有效降低使用時段的甲醛濃度，而吸附建材設置面積越大，其降低使用時段的室內甲醛濃度的能力越高。 (2)不管是由短期的健康效益或是長期的終身致癌風險都顯示，吸附建材確實能夠降低甲醛造成的健康風險。 (3)使用吸附建材會使室內甲醛濃度的變化幅度減小，其濃度區間的比率分佈大約會集中在降低後的平均濃度附近；吸附建材設置面積越大或是逸散源的逸散速率越低，則集中的現象越明顯。 (4)在住宅室內發生甲醛相對高峰值濃度時，吸附建材就能將此情況的甲醛高峰值濃度降低，讓上升幅度不會這麼劇烈。 (5)吸附建材在本研究設定的高、中(一般)、低逸散情況下都能有效降低健康風險，且脫附時的脫附速率大部分情況都符合臺灣低逸散健康綠建材的標準。不過本研究設定的高逸散情況原本在無設置吸附建材的情況下，其室內平均甲醛濃度就已經過高，設置吸附建材後雖然濃度降低?多，但濃度還是相當高，所以控制污染源還是很重要。 (6)吸附建材的吸脫附與逸散源的逸散速率有很大的關係，逸散建材在後期因為已經逸散ㄧ段時間，其逸散速率的變化幅度較為平緩與穩定，吸附建材的吸脫附也有較穩定的趨勢。當後期逸散建材之逸散速率較穩定後，吸附建材的吸脫附通量會呈現較為平穩的吸脫附狀態，達到週期性的吸脫附。

Date of Award	2014 Dec 1
Original language	Chinese
Supervisor	Yaw-Shyan Tsay (Supervisor)