木质集成家居室内空气甲醛浓度控制研究进展

CHINA WOOD INDUSTRY2019 年 11 |November 2019DOI:10.19455/j.mcgy.20190607木质集成家居室内空气甲醛浓度控制研究进展伍艳梅，唐召群，王瑞（中国林科院木材工业研究所，北京100091）摘要：分析了木质集成家居室内空气甲醛浓度的影响因素，及室内装饰材料承载率对室内空气甲醛浓度的影响，重

点介绍了室内空气甲醛浓度研究进展，提出在家居设计阶段控制室内空气甲醛浓度的建议。关键词：木质集成家居；甲醛浓度；室内空气；承载率；控制方法中图分类号：TS664; TS67

文献标识码：B 文章编号：1001-8654 （2019） 06-0029-04Research Progress in Indoor Formaldehyde Concentration Control for House Interior Decoration with Prefabricated Wood-based ComponentsWU Yan-men TANG Zhao-qun WANG Rui（Research Institute of Wood Industry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China）Abstract: Factors affecting indoor formaldehyde concentrations were analyzed and the methods of

controlling the concentration among relevant standards in Japan, Europe and China were compared.

Special consideration based on loading rate was given to predicting the concentrations in house interior decoration with prefabricated wood-based components. It was hoped the research progress could provide a reference to improvement of controlling indoor formaldehyde concentrations in China.Key words: house interior decoration with prefabricated wood-based components ； formaldehyde

concentration； indoor air； loading rate； control method近年来，我国木质集成家居市场蓬勃发展，衣 柜、橱柜、地板、木质室内门、墙板和木线条等， 均是木质集成家居部品的主要组成，而这些材料的

表面积（承载率）过大时，其积蓄效应仍可导致室

内空气中甲醛浓度超标。为了提升产品的使用安全性，世界主要国家及

80%

制造。饰面板制造需要使用醛类树脂，在使用过程 中，树脂内部游离甲醛缓慢释放，除此之外，树脂

国际标准化组织相继颁布了空气质量甲醛浓度限量 标准，学者们也纷纷建立人造板甲醛释放量与其影

响因素之间的预测模型。但各标准间的测试条件（如 密闭时间）不一致，以及模型的适用范围受材料种

也会因外界因素产生水解、老化而缓慢释放游离 甲醛。对于有限的室内空间，即使所用饰面板的甲 醛释放量均达标合格，但是单位空间承载的饰面板2018-11-11

术标准研究\"（2016YFF0201903）作者筒介：伍艳梅（1983—），女，工程师。Email： wuyanmeisky@类、环境条件所限，尚不能直接运用于木质集成家

居室内空气质量的预测。因此，分析室内空气甲醛 浓度的影响因素及规律，建立各类材料承载率与室

2019-10-15基金项目：国家重点研发计划课题\"新型与特种木材深加工共性技内空气甲醛平衡浓度的关系，探究基于承载率的室 内空气甲醛浓度预测及控制方法，从事后补救前移

163.com。责任作者：唐召群，男，高级工程师。Email： tzq@rzbzj.org\"到从装修设计环节加以控制，对我国集成家居标准 体系的完善和提供标准制修订依据，具有重要意义。-29 •第33卷第6期木材工业Vol. 33 No.6CHINA WOOD INDUSTRY2019年11月November 20191影响室内空气甲醛浓度的因素自1982年以来，世界主要国家先后颁布了室内 空气中甲醛浓度的限量值标准。2010年世界卫生组

织（WHO）提出，室内空气中甲醛浓度的安全标准 为0.10 mg/m3［1］，超量会损害人体健康。我国目前涉及室内空气质量控制标准有两个：GB 50325-2010 （2013版）《民用建筑工程室内环境

污染控制规范》和GB/T 18883-2002《室内空气质

量》。前者规定了 I类建筑（如住宅）的甲醛浓度

限值是0.08 mg/m3； II类建筑（如办公大楼）限值是 0.10 mg/m3,其验收对象通常是未放入木质集成家居

部品的民用建筑工程用房叫要求采样前关闭门窗1

h,采样时间20 min。而后者适用于已放入木质集成

家居部品的住宅和办公室，要求采样前关闭门窗12

h,采样至少45 min （1 h平均浓度采样时间），甲

醛浓度限值是0.10 mg/m3。相比之下，GB/T 18883-

2002的密闭时间、采样时间及标准限值更为严格。除测试方法、室内装饰装修材料本身质量等因

素外，环境温/湿度、空气交换率和材料的承载率均 是影响室内甲醛浓度的重要因素。目前国内外研究 多围绕温、湿度和空气交换率展开，而承载率的影

响鲜见报道。1.1温度和湿度大量研究证实，环境温、湿度升高均会加快板

材中游离甲醛的释放速率。当环境湿度＜50%,湿度 增加，甲醛释放速率仅小幅上升；但湿度＞50%后，

甲醛释放速率则随湿度的增加而明显加大。有研究 显示，相对湿度从50%增加到85%,小气候箱中稳 态甲醛浓度增加了 1.8〜3.5倍相比湿度，环境温度影响更大，夏季室内平均

甲醛浓度值是冬季的3倍［4］。在＜30 °C时，温度每 升高1 °C,甲醛浓度变化率大约提升0.002 mg/m3； 而温度在35 °C时，室内甲醛浓度是30 °C时的2倍, 且甲醛释放浓度达到平衡的时间也大大缩短［5-7］«对

于接近热源的地采暖复合木质地板，甲醛释放量随

着温度的升高可成倍甚至成指数关系地快速增加。 地采暖强化木地板在40 °C时的甲醛释放量，相对

20 °C时的增幅达4〜30倍［8-11］。1.2空气交换率空气交换率是影响空气质量的非常重要因素，

• 30 •提高空气交换率可有效降低和控制室内甲醛浓度［1习。 研究表明，经过7天通风后，饰面板的甲醛释放量 可下降63%问。但随着人们关注节能，要求建筑物 气密性提升，室内环境和节能成为矛盾。建议室内 空气交换率较合理的区间应为0.5〜1.0次/h［14］。1.3板材放置时间和居室封闭时间延长饰面板的室内放置时间，其甲醛释放量亦 呈现下降的趋势。GB 50325-2010 （2013版）规定， 民用建筑工程及室内装修工程的室内环境质量，应

在完工至少7天后、工程交付使用前进行验收［2］„统 计分析显示，完工5个月后，室内甲醛浓度可低于

0. 1 mg/m3； 7个月后可降至0. 08 mg/m3以下但随着居室封闭时间的延长，室内的甲醛浓度 也会呈升高趋势。尤其是在封闭1〜8 h之间，甲醛

浓度递增较快，而8 h以后明显减缓；封闭12 h的

室内甲醛浓度是封闭1 h时浓度的3〜4倍，而封闭

12 h后浓度变化趋稳与密封24 h的差别仅为5%

（温、湿度条件相近的情况下）。1.4承载率室内人造板材料的承载率，对室内甲醛浓度的 影响不容忽视。调查发现，放置了家具的空间内，

甲醛浓度明显高于未放置家具时［16］。据2009-2014

年室内装饰装修情况的统计，卧室内板材的承载率 通常在1.2〜2.0 m2/m3之间［14L研究还发现，在10〜

50 °C范围内，气候箱内板材的承载率低于1 m2/m3

范围内，甲醛平衡浓度随承载率的增大而迅速升高,

但当装载比达到1 m2/m3之后，甲醛平衡浓度便不再 有大幅度变化［1戮2室内空气甲醛浓度预测模型与控制方法目前，室内空气甲醛浓度问题的研究，多是在

选定的标准条件下对人造板进行表征。主要预测室 内人造板的暴露面积、温/湿度、空气交换率等因素

变化下的甲醛释放性能。然后釆用回归分析各因子 影响下的人造板在室内的甲醛释放过程。2.1预测模型1）小气候箱模型早在1975年，有学者研究了温/湿度、空气交换

率对气候箱中刨花板甲醛浓度的影响。随着空气交 换率的增加，甲醛浓度发生双曲线降低，而甲醛平

第33卷第6期木材工业Vol. 33 No.6CHINA WOOD INDUSTRY2019年11月November 2019衡浓度与温/湿度均成正比［17］«在此基础上建立了已 知温度、空气湿度、空气交换率和刨花板承载率条

件下，室内甲醛平衡浓度的方程1。rQs_ _ —(RT+S)(aH+b)/ ］、诵葫~ 式中：Css—甲醛平衡浓度；T—温度，°C； H—湿度, g/kg； L一承载率,m2/m3； n一空气交换率，L1； a, b, c, S、R—刨花板类型和饰面常数，通过试验获

得数据。但简单通过式1不能反映所有类型饰面板甲醛

平衡浓度。2)大气候箱模型另有学者通过建立小气候箱中各类刨花板甲醛 释放率与甲醛浓度之间的关系，对式1进行升级［18］, 得到式2,用于预估大型试验室内空气交换率和承载 率对刨花板甲醛释放量的影响［1］。—Css- =—Ceq---- F —CeqK-------- L (2)式中:Ceq—室内空气交换率n为0 hT时的甲醛浓度; K—甲醛传递系数，刨花板K值0.40〜1.58 m/h之间。利用24 m3大型气候室，学者们研究了环境条件

变化下的甲醛释放量和刨花板暴露面积，并开发了

数学模型Berge方程(式3)。基于测定标准状态下

的甲醛浓度，及计算任何环境条件下的室内甲醛浓 度［19-20LBerge方程是假定刨花板甲醛释放量随着空气

相对湿度的增加而线性增加，并假设在没有空气交 换及没有室内空气浓度梯度的系统中，温度和相对 湿度对甲醛平衡浓度的影响。Cx = C(1 +Ab(H- H()))e-RB(1/T-1/To)(3)

式中：G—室内甲醛平衡浓度，ppm； C—选定标准 条件下(RH 60%、22 °C)封闭系统中的甲醛平衡浓

度，ppm； 7一实际温度,K； To一在标准条件下的温 度，K； H—实际相对湿度，％；皿―标准条件下的

相对湿度，％; Rb—温度系数(实验得出刨花板最佳

值：9 799 K)； Ab—湿度系数(刨花板最佳值：

0.0175%)。在各种环境条件下，Berge模型是一种较好的甲 醛浓度预测方式，但其数学关系具有模型特征，无

法直接用于刨花板以外的其他板种预测，且仅能预

测13〜30 °C区间内的变化值，应用范围有限［21］。此外，上述3个方程未考虑材料老化以及饰面

板结构均质与否的影响［22-24］,故尚不能适用于不同

类型板材的室内甲醛浓度预测。2.2室内空气甲醛浓度控制方法2.2.1国外1)日本日本建筑基准法实施令［25］明确限制了

室内各甲醛释放量等级人造板的使用面积，规定：

对甲醛释放量平均值W1.5 mg/L、最大值W2.1 mg/L 的板材，其暴露面积总量，不得超过地面面积和墙

面面积之和的30%；对平均值W 0.5 mg/L,最大值

W0.7 mg/L的板林则暴露面积不得超过地面面积的 2倍。但该方法设定的甲醛限量等级范围较宽，不适

于对个体甲醛释放等级饰面板的承载率进行预估。2 )欧洲 普遍采用欧洲标准房间参数(Standard Reference Room),预测材料的实际使用效果。3)国际标准 根据 ISO 16000-9 2006 “Indoor air 一 Part 9： Determination of the emission of volatile

organic compounds from building products and furnishing 一 Emission test chamber method\" 第 13 章

推导，得到式4,主要用于确定特定暴露面积饰面板

VOC的释放率，并可用于计算室内VOC浓度。该方

法也适用于确定甲醛释放率，并运用ISO 16000-3：

2001 \"Indoor air - Part 3 ： Determination of formaldehyde and other carbonyl compounds - Active sampling method\"甲醛释放率的测量程序进行评估。qA = (C EV / S (4)式中：qA一材料的甲醛释放速率，mg/(m2・h)； Cx一 标准状态下环境舱内甲醛浓度，mg/m3； N—环境舱

空气交换率，『；S—饰面板暴露表面积，m2； 1 环境舱体积，m3。2.2.2国内我国主要通过室内空气甲醛浓度增量值倒推出 承载率。2018 年新出台的 T/310101002-C011-2018

《全屋定制木(制)家具》［26］提出，根据材料的甲 醛释放速率来描述室内甲醛浓度增量的计算模型，

见式5。通过设定增量值，达到控制材料使用面积的

目的。AC= (qAxS) / (Vx0.68) (5)式中:AC一室内甲醛浓度模拟增量值,mg/m3； 0.68一-31 •第33卷第6期木材工业Vol. 33 No.6CHINA WOOD INDUSTRY2019年11月November 2019室内空气模型的空气交换率，hT。也有学者尝试运用式4,将人造板甲醛释放速率

折算成欧洲标准房间法，预测室内空气甲醛浓度0〕。3建议结合我国实际装修和相关标准规定，建立木质

集成家居室内甲醛浓度控制方法，需考虑如下因素:1) 建筑工程本身甲醛浓度的影响拟定室内留给木质集成家居部品使用材料甲醛 浓度增量值为AC，可用式6描述：△C = Cs— C0

(6)式中：Cs—木质集成家居室内甲醛浓度设计目标， 以GB/T 18883-2002的限量值0.10 mg/m3作为最大 值；C—建筑工程完成7天后，未放入集成家居部 品前的室内甲醛浓度实测值，mg/m3。2) 材料种类、温湿度和空气交换率的影响若木质集成家居部品使用单一材料，可根据式4 推导出式7,即满足木质集成家居室内甲醛浓度设计

目标的前提下，室内可用饰面板最大暴露面积S。S= x N xV / qA (7)在夏季，材料的qA值建议选取28 9、RH 50%[25]

下的实测值；地采暖地板的qA值，则应选取更为严 格环境条件下的实测值。按照最新版JGJ 134-2010《夏热冬冷地区居住建 筑节能设计标准》的规定，夏、冬季室内热环境设

计中，空气交换率应符合1.0次/hP8],同时考虑空气

交换率对于室内甲醛浓度的影响，建议式7中空气 交换率N取1.0次/h, V为房间实际体积，m3。若木质集成家居部品由多种材料组成时，可依 据式8计算室内可使用的第n种材料最大暴露面积， 并控制每种材料的实际暴露面积WS”即可。S1/S10+ S2/S2q+……+ S”/S”° = 1 (8)式中：S”一第n种材料的最大暴露面积，S”o—只用 这种材料时的最大暴露面积，由式7计算得出。4结语室内甲醛浓度影响因素复杂性，制约了木质集

成家居室内空气质量预估，影响家居设计环节中材 料承载率的有效控制，目前尚未形成适用于我国集

成家居室内空气质量的控制方法。• 32 •今后有待从控制材料承载率入手，根据产品使 用环境，选择温、湿度参数，同时规避建筑本身甲 醛释放源的影响，建立室内甲醛浓度预估公式，为 木质集成家居室内空气质量控制提供参考。高温、

高湿叠加作用、板材叠加等对于室内空气甲醛浓度 的综合影响，也有待深入研究和实验验证。建议尽

早出台相关标准，以指导我国集成家居室内空气甲

醛浓度的精准预测。参考文献：[1] Salthammer T, Mentese S, Marutzky R. Formaldehyde in the indoor

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