知識庫｜環(huán)境實驗艙測試條件及測試性能研究
文章來源：本站 發(fā)布時間：2020-10-27 閱讀次數(shù)：次
據(jù)統(tǒng)計，一個健康成年人每天呼吸的空氣量約為12kg，遠大于對食物和水的攝入量，故室內(nèi)空氣品質(zhì)對人類的健康具有重要影響。目前，越來越多的空氣品質(zhì)實驗都在自制的環(huán)境實驗艙中進行。環(huán)境實驗艙是測定室內(nèi)材料和用品中VOC釋放量以及釋放和污染特性的基本設(shè)備，它是把被環(huán)境檢測的物品放在艙內(nèi)，在艙內(nèi)模擬的環(huán)境條件下測定各種參數(shù)和釋放量。相比于實際的室內(nèi)環(huán)境，環(huán)境艙的艙內(nèi)溫濕度、換氣次數(shù)更容易進行人為的控制，并且在密封條件下能夠確保艙內(nèi)實驗過程不受室外環(huán)境污染影響。因此在空氣品質(zhì)測試中，許多標準都規(guī)定環(huán)境艙實驗為仲裁方法。然而，各種標準和實驗中的環(huán)境實驗艙材料不同，大小不一，參數(shù)各異，始終沒有統(tǒng)一的標準來規(guī)范環(huán)境艙的結(jié)構(gòu)和相關(guān)測試參數(shù)，我們希望通過相關(guān)文獻的研究和總結(jié)，建立一個更接近現(xiàn)實環(huán)境、更實用的環(huán)境實驗艙，作為行業(yè)標準制定的基礎(chǔ)。
1、環(huán)境實驗艙的類型
環(huán)境艙按體積大小可分為大型環(huán)境實驗艙和小型環(huán)境實驗艙。習慣上稱體積在1m³以下的為小型實驗艙，體積在5m³以上的為大型實驗艙。大型艙能夠模擬真實生活條件，進行大件樣品和設(shè)備的測試，環(huán)境狀態(tài)穩(wěn)定，但通常不能進行平行測定，而且需要大量潔凈空氣供應(yīng)。小型艙價格便宜，溫濕度易于控制，缺點是與真實生活條件有差別，艙內(nèi)不易穩(wěn)定，易受環(huán)境等因素的影響[3]。按艙體材質(zhì)種類，環(huán)境艙還可分為有機玻璃環(huán)境艙和不銹鋼環(huán)境艙，雖然不銹鋼價格高于有機玻璃，但不銹鋼對化學污染物的吸附性比有機玻璃小，故性能更好。
2、環(huán)境實驗艙構(gòu)造
環(huán)境實驗艙各部分是通過在結(jié)合部采用連續(xù)焊接法固定在一起以及在承重框架處采用點焊焊死。整個環(huán)境艙采用聚四氟乙烯等無吸附、低散發(fā)的密封條，并且采用聚亞胺酯泡沫絕緣保溫。艙內(nèi)保持正壓以防止外部空氣通過滲流等作用進入。環(huán)境艙的進氣口和出氣口均設(shè)置在頂部，空氣均由一個散流器引入艙內(nèi)，并且通過設(shè)置在艙內(nèi)部頂上的風扇充分混合，保證采樣點有害物的濃度能夠?qū)崟r代表艙內(nèi)有害物濃度[5]。采樣裝置是將采樣管伸進艙體中央進行采樣，采樣管的外層材質(zhì)一般與艙體相同，大多為不銹鋼，內(nèi)襯聚四氟乙烯管以避免采樣過程中氣體樣本收到污染或發(fā)生某些反應(yīng)影響結(jié)果。艙外安裝空調(diào)機組，其中有化學過濾器和中、高效空氣過濾器凈化艙內(nèi)空氣，空調(diào)系統(tǒng)控制艙內(nèi)溫濕度，可以模擬實際的室內(nèi)空氣環(huán)境。
3、環(huán)境實驗艙性能參數(shù)及其檢測方法
3.1 環(huán)境實驗艙內(nèi)實驗條件
無論大型環(huán)境實驗艙還是小型環(huán)境實驗艙，艙內(nèi)實驗條件通常為：空氣溫度設(shè)定在23℃±2℃，空氣相對濕度為50%±10%，空氣交換率為0.03次/h左右，空氣流速為0.1～0.3m/s[6]。對于小型環(huán)境實驗艙，打開空氣壓縮機，通過調(diào)節(jié)空氣流量控制空氣交換率，通過空調(diào)和加溫裝置調(diào)節(jié)環(huán)境艙溫度，通過調(diào)節(jié)進入起泡瓶的空氣流量調(diào)節(jié)艙內(nèi)相對濕度，使環(huán)境艙內(nèi)各參數(shù)達到實驗要求。對于大型環(huán)境實驗艙，利用空調(diào)盤管控制送入艙內(nèi)空氣的溫度，通過向空氣系統(tǒng)加入一定溫度的去離子水蒸氣來控制相對濕度，并且在艙內(nèi)放置一臺溫濕度測試儀以監(jiān)測保證在實驗期間的溫濕度在設(shè)定的范圍內(nèi)；換氣次數(shù)的控制是通過調(diào)節(jié)送風風機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，并且利用示蹤氣體法核對校準。
3.2 環(huán)境實驗艙的清洗
小型環(huán)境實驗艙由于體積小巧，故通常采用溶液洗滌。清洗洗方法如下：用堿性清洗劑清洗內(nèi)壁,再用去離子水或蒸餾水擦洗兩次，然后進行干燥凈化。在試驗條件下向艙內(nèi)通入凈化處理后的清潔空氣，清除艙內(nèi)本底濃度[7]。大型環(huán)境實驗艙由于體積較大，故應(yīng)采用空氣法洗滌。清洗方法如下：在實驗之前，先用送風機把通過了化學過濾器和中、高效空氣過濾器的空氣送入環(huán)境艙內(nèi)，空氣量約為艙體積的六倍為止，直至單個氣體污染物濃度降低至5 ug/m3，揮發(fā)性有機物總濃度低于25ug/m3。
3.3 環(huán)境艙密閉性驗證
環(huán)境實驗艙密閉性對于艙內(nèi)的實驗研究影響重大，因此進行密封性驗證至關(guān)重要。檢測氣密性，最直接的是打壓試驗或抽壓試驗，漏氣量應(yīng)小于0.9 m3/h[8]。另外，還可在試驗艙的進氣口和出氣口處分別連接流量計，關(guān)閉艙門同時測量出口和入口空氣流量，在穩(wěn)定情況下測得出氣口的空氣流量都等于入口設(shè)定流量時，表明系統(tǒng)沒有漏氣、密閉性良好。此外，為避免通過環(huán)境空氣侵入，而無法控制空氣交換，測試艙宜保持在內(nèi)外壓差為10Pa左右的情況下進行操作。
3.4 環(huán)境艙吸附性檢測
雖然艙體內(nèi)壁均選用無吸附性或吸附性很小的材料制成，但由于其上可能粘附雜質(zhì)，故應(yīng)對其吸附性進行檢測。以甲醛作為代表性污染物，用甲醛發(fā)生器發(fā)生一定量甲醛，待濃度穩(wěn)定后多次測定艙內(nèi)的甲醛濃度，按照甲醛回收率來驗證試驗艙有無吸附性和穩(wěn)定性，若濃度無明顯變化，證明艙體無吸附性或吸附性很小[9]。若濃度變化很大，則實驗時，應(yīng)排設(shè)法除吸附性的干擾。
3.5 本底濃度
環(huán)境試驗艙由于吸附性可能會粘附一些雜質(zhì)，故在測試前，應(yīng)測定被測污染物的本底濃度，以排除其吸附性的影響。測量時，將艙門關(guān)閉，使艙內(nèi)氣體穩(wěn)定1～2h，然后采樣測定。
3.6 自衰減效應(yīng)
在環(huán)境試驗艙內(nèi)，由于自然發(fā)生的沉降、附聚、表面沉積、吸附、聚合、分解和泄漏等現(xiàn)象，會導致空氣中污染物濃度的降低，即自衰減效應(yīng)[10]。在評價某種空氣凈化設(shè)備時，需排除自衰減效率的影響，因此，環(huán)境艙在投入使用前，要進行自衰減效應(yīng)的測試。在艙中用一定量分析純化學試劑（液體或氣體）發(fā)生污染物濃度為10S±1S，S為標準規(guī)定的限值[11]。封閉艙門，用風扇使艙內(nèi)污染物濃度分布均勻。當污染物濃度相對穩(wěn)定后（濃度相對變化小于5%，可通過在線監(jiān)測儀器觀察），即可開始衰減試驗，測定艙內(nèi)空氣污染物濃度的變化。每個時間點的濃度同時重復測定2次，取平均值。最后計算此時間段內(nèi)，某一種污染物在實驗艙內(nèi)的自然衰減η。
式中 ——在t=0時，某一種氣體污染物在試驗艙內(nèi)的濃度，mg/m3； ——在時間t時，某一種氣體污染物在試驗艙內(nèi)的濃度，mg/m3； t——時間，h。
4、自制環(huán)境艙的實驗結(jié)果
本環(huán)境實驗艙是結(jié)合《歐盟環(huán)境測試艙方法標準》和《美國AHAMAC-1-2006標準》建立，具體結(jié)構(gòu)、測試參數(shù)以及性能測試方法均如前面所寫，這里不再贅述。下面介紹一下以甲醛、氨和TVOC為測試氣體，測定該實驗艙的本底濃度和自衰減效應(yīng)的實驗結(jié)果。
實驗儀器：升降式甲醛發(fā)生器；大氣恒流采樣儀；便攜式甲醛測試儀；分光光度計；溫濕度自記儀；氣泡吸收管；比色管； Tenax采樣管 。
在剛剛完工的30m3大型環(huán)境艙中進行本底濃度測試。測試前，先不用清潔空氣對艙內(nèi)進行清洗，在30m3環(huán)境艙不同位置放入三個溫濕度自記儀，編號1、2、3（1號放在風扇旁的地面上；2號掛在墻壁上；3號放在艙門旁的地面上）；關(guān)上艙門，保持密閉1h；用TVOC采樣管在30m3環(huán)境試驗艙中采樣；采樣完畢后，用大氣恒流采樣儀和含有甲醛吸收液的吸收管吸收艙內(nèi)氣體，采樣10min，氣體流速為1L/min；用大氣恒流采樣儀和含有氨吸收液的吸收管吸收艙內(nèi)氣體，采樣10min，氣體流速為1L/min；采樣完畢后，將吸收管中的液體倒入比色管中。采樣結(jié)束后，再對環(huán)境艙按照標準用大量潔凈空氣進行清洗，控制實驗條件不變，重復采樣。將兩次采得樣品帶回實驗室分別用分光光度計分析，對比兩次采樣數(shù)據(jù)，見表1：
表1 30m3環(huán)境艙各污染物本底濃度值
由表1可知，未進行空氣清洗時，艙內(nèi)的甲醛、甲苯、對（間）二甲苯和氨的本底濃度偏高，其他污染物本底濃度很低。開啟空調(diào)機組，用空氣清洗完畢后，本底濃度基本可以達到測試要求。說明環(huán)境艙的清洗工作是十分必要的。
進行自衰減測試時，在環(huán)境艙不同位置放入三個溫濕度自記儀，分布同上；向甲醛發(fā)生器的揮發(fā)盒中移入0.5ml甲醛溶液，將發(fā)生器放入艙內(nèi)，開啟風扇后關(guān)閉艙門；遙控發(fā)生器使甲醛開始揮發(fā)；期間用便攜式甲醛測試儀不斷測量艙內(nèi)甲醛濃度；當艙內(nèi)甲醛的濃度穩(wěn)定后，關(guān)閉甲醛發(fā)生器。保持風扇開啟狀態(tài)，約20min后，關(guān)閉風扇，穩(wěn)定5min后，開始測量，此時的濃度即為自衰減實驗的初始濃度。此后每隔30min采樣一次，持續(xù)3h，實驗數(shù)據(jù)如表2所示，自衰減趨勢如圖2所示。
由表2及圖2可知，艙內(nèi)自衰減效應(yīng)與預測值接近，說明此環(huán)境實驗艙各項指標運行良好，可以滿足實驗室研究要求。
近年來，環(huán)境實驗艙被廣泛應(yīng)用著，對于實驗臺的實際測試效果，專業(yè)人士一直都在密切關(guān)注。但是，環(huán)境艙應(yīng)用性能的好壞始終缺乏統(tǒng)一的衡量標準。目前所控制的艙體材料、溫濕度、空氣流速、換氣次數(shù)是否科學，還有待進一步的實驗論證。嚴密的檢測方法也急需確定。所以我們在前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，建立了一座30m3的實驗艙進行進一步實驗研究，從初步運行結(jié)果看，實驗艙的各項運行指標與標準中一致，我們還將繼續(xù)對環(huán)境實驗艙的實驗條件進行大量測試工作，努力制定出更為科學、合理、實用的環(huán)境試驗艙及其性能檢測方法。
