第三章 揮發性有機物逸散理論
3.1 揮發性有機物逸散機制
測試箱對室內建材料逸散物之評估所需的理論基礎是以質量傳 送（Mass Transfer）為主。VOCs 污染物從污染源逸散有下列三種基 本逸散機制[33]：(1)從材料表面蒸發至其上方空氣之汽化質量傳遞
（如：溶劑槽之溶劑蒸發）(2)被吸附的有機物質之脫附(3)在材料內 部的擴散作用。
3.1.1 蒸發質量傳遞（Evaporation Mass Transfer）
由材料表面蒸發至其上方空氣之有機物質汽化質量傳送可表示 成：
) ( s a
m
VP VP
k
E
= − （3-1）其中：
E
：逸散速率（Emission Rate）k
m：質傳係數（Mass Transfer Coefficient）VP
s：材料表面有機物之蒸汽壓VP
a：橫越物料上的空氣之蒸汽壓機物的蒸汽壓正比於有機物在材料表面及空氣之間的濃度差。因此質 傳係數是下列三者的函數：特定化合物在空氣中的擴散係數、在物料 上的邊界層之擾亂程度和邊界層的厚度。
3.1.2 脫附作用（Desorption）
吸附於材料上的有機物化合物，其脫附速率可藉由一個吸附分 子的滯留時間（或平均停留時間）來測出：
RT
e
Q/ 0=
τ
−τ
（3-2）其中：
τ ：滯留時間（Retention Time），sec
τ
0：常數，根據不同化合物取 10-12∼10-15sec 之間的一個 特定值Q
：吸附之莫耳焓變化R
：理想氣體常數，8.314 J/mole-KT
：溫度，K當滯留時間越大，則脫附時間越長。
3.1.3 物質內的擴散作用（Diffusion Within the Material）
理性質（例如：分子量、分子大小），溫度，物料內部的結構。在一 混合物中，個別化合物的擴散係數（Diffusivity）也會受到混合物組 成的影響。
3.1.4 影響質傳的變數
VOCs 排放特性與其他污染源有所不同；產品的年齡會影響排 放的速率，且隨著時間的改變排放速率會大幅度的下降，此效應尤以 液態狀之產品（如膠合劑）最為明顯。此外環境因素也會造成逸散速 率的改變，主要影響的因素有：當時環境的溫度、濕度、通風率、樣 品表面積對室內空間的比例；而且沉降現象也是因素之一。因此必須 檢查在測試箱測試過程中會影響質傳的變數。
（1）溫度（Temperature）：溫度會影響蒸汽壓、脫附速率和有機化合 物的擴散係數。因此，溫度影響著表面的質傳（無論是汽化或 脫附）和物料內部進行的擴散質傳。一般而言，對於逸散行為 之影響是屬於正面的。Tichenor 的研究報告如表 3-1[34]。
表 3-1 Moth Crystal Emission Factors（μg/m2hr）for p-Dichlorobenzene Air Exchange Rate
（ACH, h-1） T=23℃ T=35℃
0.25 1170 ± 180 4180 ± 110
由表 3-1 可看出，溫度上升，相對的逸散速率也上升。
另在 Van Der Wal 氏對溫度影響 VOCs 的研究中[35]，選用地 毯、地板舖設物及水性油漆作為目標物，發現隨著溫度的上升，初始 逸散速率、逸散速率衰減常數也都跟著上升，也有部分污染源的總逸 散量會因產生化學反應而增加逸散的總質量。由此，為減少室內污 染，而對建築物所進行的加溫烘出（Bake Out）可達到一定之效果。
但由文中另一組實驗結果顯示，維持 23℃及先保持 30℃後降至 23℃
的實驗結果，降溫後的污染物濃度和未升溫實驗同時間濃度相差無 幾，由此也顯示，短時間的 Bake Out 是不合乎經濟效應的。
（2）濕度（Humidity）－濕度對於逸散的影響於標準方法 ASTM D5116-90[4]中所提到，對於粒狀板逸散甲醛會有增加逸散之影 響，對於其他水溶性 VOCs，可能也會有相同的作用。
（3）換氣率(Air Change Rate，ACH，h-1)：換氣率被定義成在每小時 內進入室內環境的戶外空氣體積除以室內空間的體積。換氣率 顯示出發生在室內環境的稀釋量和沖洗量，換氣率愈高，稀釋 量愈大，而增加有機化合物在材料表面及空氣之間的濃度差，
的汽化質傳。氣體換氣率會影響測試箱內污染物的稀釋程度，
進而影響逸散作用。由表 3-1 可看出，隨著氣體換氣率的增加，
逸散速率也會增加。Hayter 的研究指出[36]，氣體換氣率的增 加會使逸散過程中的最高濃度降低，同時也使最高濃度發生的 時間提前。而 Chang 所提出的兩相式逸散模式[37]也顯示了，
較高的氣體換氣率會增加逸散速率衰減常數。
（4）氣體流速－質傳係數(km)受到材料表面的邊界層（Boundary Layer）速度和亂流層（the Level of Turbulence）之上氣體流速 的影響。一般而言，氣體流速越大，亂流層越厚，則邊界層的 厚度也越小，而質傳係數也會比較高；在測試箱實驗中，研究 者較喜歡使用高氣體流速，以減少表面的質傳阻力，例如：0.3
∼0.5 m/s 的空氣流速被用來測試木製品中甲醛的逸散，如此的 速度高於 Matthews et al.[38]所觀測出的一般居住環境之平均空 氣流速－0.07 m/s。而其他的研究者較喜歡將空氣速度保持在室 內環境所測得的氣體流速範圍。
（5）沉降效應－沉降性應分為兩部分，分別為吸附作用與再脫附作 用，在整個逸散過程中，這兩種作用同時進行著。沉降效應對
間。在逸散的初期，空氣中污染物的濃度較高，此時反應以吸 附作用為主；待其污染源之污染物濃度降低，逸散速率漸緩，
空氣中污染物濃度降低後，又漸漸轉變為以再脫附作用較旺 盛，從而延長污染物在室內的停留。在國內的部分，建材沉降 效應會使 VOCs 在空間中的濃度變化較無沉降效應緩和，且吸 附強度為地毯＞水泥板＞玻璃；溫度越高、通風量越大、室內 VOCs 濃度越低，建材對 VOCs 吸附力越低，且吸附及脫附的 平衡時間較短，且吸附力地毯＞天花板＞木板[39]。
3.1.5 結論
蔡氏[39]、張氏[40]及劉氏[41]分別對工廠環境室內 VOCs 逸散 模式及室內流場對逸散模式的影響有所研究。蔡氏[39]及張氏[40]的 研究中，液狀 VOCs 的逸散速率受到溫度、相對濕度及通風量的影 響，其中以溫度影響為最大；逸散速率隨溫度呈現指數函數增加，隨 相對濕度及通風量增加而上升。劉氏[41]的研究中，經由濃度場的分 析，濃度邊界層的厚度會隨著風速的改變而有所不同，風速增加時，
邊界層的厚度將略為減小；另揮發性越強之物質，其質傳係數越大，
且越容易受到流場的影響；風速不高時，在室溫範圍內，溫度的改變
本文內一再強調小試驗室的評估被用來測試逸散物來源的逸散 率，這些速率被用來決定適合的 IAQ models，以用來預期待測物料 所逸散出來的化合物之室內濃度。利用 IAQ models，需要去確保小 試驗室測試的規律性與 IAQ models 的假設是一樣的。而試驗室中所 觀測到的濃度，也不能用來當作完全尺寸的實際室內環境的期望濃 度。