檢測原理與設備

一、測試系統概要

本 研 究 所 採 用 之 揮 發 性 有 機 化 合 物 標 準 測 試 方 法 乃 參 考 ASTM（American Society for Testing and Material）

D5116-97 所規範之小型環控箱測試法、蕭家瑜博士等人所提 出之濕式建材測試法，以及內政部建築研究所建 立之「室內 建 材 有 機 逸 散 物 質 標 準 試 驗 方 法 及 程 序 」。 其 原 理 主 要 是 將 待測建材樣品放入一容量固定之環境控制箱中，並針對溫 度

、濕度、換氣率及風速等因子加以控制，然後再以一定流量 之採樣幫浦將箱體內的待測污染物樣本抽出，經熱脫附儀 器 之吸附與熱脫附程序後，再以特定分析儀器對該污染物樣 本 進行定性及定量的分析研究。

本測試系統包括下列四大部分，分別是小型環境控制箱

（ Small Environmental Chamber ）、 清 淨 空 氣 產 生 系 統 （ Clean Air Generation System ）、 環 境 監 測 及 控 制 系 統 （ Monitoring and Control System） 以 及 即 時 採 樣 與 分 析 系 統 （ Real-time Sampling and Analyzing System） 等 。 其 系統架構概要如圖 3-1-1 所示：

圖 4-1-1 建材揮發性有機化合物逸散研究之系統簡圖

二、標準方法理論依據

ASTM 標 準 方 法 中 利 用 小 型 環 境 控 制 箱 來 評 估 污 染 源 排 放 行 為 ， 環 控 箱 的 基 本 理 論 是 以 質 量 傳 輸 （ Mass Transfer

）為主，而質量傳輸理論包含三個過程：

1.樣品表面蒸發至其上方空氣之汽化質量傳輸。

2.被吸附在樣品內部有機物質的脫附。

3.樣品內部的擴散行為。

以下分別敘述這三個主要的質傳行為：

自樣品表面蒸發至其上方空氣之汽化質 量傳輸，這項傳 輸行為主要是利用化合物濃度差的原理，我們可以用下式 做 說明：

) (V_ps V_pa Km

E= − （式 4-1）

其 中 E： 逸 散 速 率 Km： 質 量 傳 輸 係 數

Vps： 樣 品 表 面 污 染 物 蒸 汽 壓 V^{p a}： 樣 品 表 面 空 氣 中 污 染 物 蒸 汽 壓

由 4-1 式我們可以看出污染物的逸散速率是正比於樣品 表面與表面空氣中污染物的蒸汽壓差，而經由相關公式可 以 知道，污染物的蒸汽壓與本身的濃度有直接關係。式 4-1 中 的質量傳輸係數是擴散係數的函數。

樣品表面化合物的脫附過程，在樣品表面的吸附物質，

其脫附速率可由化合物的滯留時間（平均滯留時間）決定 ， 其脫附速率的數學式為：

(

^{Q /RT}

)

0 exp−

=

τ

τ

（式 4-2）

其 中 τ ： 滯 留 時 間 ， sec。

τ⁰： 常 數 ， 數 值 介 於 10-12～ 10-15sec。

Q： 脫 附 過 程 中 ， 莫 耳 熵 值 的 改 變 量 ， J/mol。

R： 理 想 氣 體 常 數 ， 8.314 J/mol-K。

T： 絕 對 溫 度 ， K。

由（式 4-2）可看出污染物的滯留時間與溫度有關，當 溫度提高時，污染物獲得較多能量使滯留時間變短，也因此 脫附反應更為快速。

樣品內部的擴散行為，擴散係數與污染物在樣品內部進 行擴散時本身的物理、化學性質（例如分子結構、分子量大 小 及 極 性 等 ）、 溫 度 有 關 ， 如 果 污 染 物 是 混 合 物 中 的 一 種 時

，其擴散行為也會受到混合物組成比例的影響。

三、相關逸散分析理論探討

針對小型環控箱的實驗分析，對於個別污染物排放速 率 的研究，主要是利用環境測試箱來進行檢測分析，然後針對 測 試 所 得 結 果 以 經 驗 式 或 理 論 模 型 預 測 的 方 式 來 進 行 研 究²¹

。 在 逸 散 濃 度 相 關 衰 減 模 式 主 要 有 ：「 一 階 衰 減 環 控 箱 模 式

」； 而 逸 散 因 子 (E.F.) 相 關 衰 減 模 式 主 要 有 ：「 一 階 衰 減 模 式」、「Power Law 模式」或「雙指數衰減模式」，其相關逸散 分析模式如下：

(一) Chamber model 計算逸散濃度及逸散因子：

(1)計算逸散濃度

以簡化後的質量平衡系統作逸散濃度計算，因此須假設 系統內部為均勻混合系統，物種濃度並無損失，無沉降、過 濾效應，根據以上假設，可以得到測試箱中，在穩定狀態下 的單一物種濃度，因此由質量平衡模型（Mass Balance Model

）計算健康綠建材的性能水準。

( )

VOL ACH

AREA HCHO

Cv_TRH ER ^TRHCv

×

= ^{, ,} ×

, （式 4-3）

其 中 ， ER（ HCHO）： 溫 度 T、 相 對 濕 度 RH、 甲 醛 濃 度 C_vT,RH時 ， 甲 醛 逸 散 因 子 ，mg/m²h^-1

AREA： 合 板 表 面 積 ， m² ACH： 室 內 外 氣 體 交 換 率 ，h^-1

VOL： 室 內 體 積 ， m³

Cv T, R H： 穩 定 狀 態 下 ， 溫 度 T、 相 對 濕 度 RH 時 ， 甲 醛 室 內 濃 度 ， mg/m³

(2)逸散因子計算方法：(ASTM D5116-97)

„ 個別濃度數據點直接計算法：

假如排放速率(Emisson Rate)幾乎為「定值」，且不考慮 時間變化關係，環控箱達到穩定狀態(Steady Statae)則 排放因子(E.F.)可以單一數據，藉下式計算：

(

^/

)

EF =Cs N L （式 4-4）

EF： 逸 散 因 子 （ Emission Factor）， mg m^{- 2} h^-1 Cs： 測 試 箱 穩 定 狀 態 之 濃 度 ， mg/m³

N： 換 氣 率 ， h^-1 L： 負 荷 率 ， m²/m³

„ 時間-濃度關係直接計算法：

單點數據必須有 10 點以上，同時數據變化相當平滑無 跳動差異，則可以下式來計算隨「時間」改變之排放因 子：

( )_i ⁱ _i /

i

EF

t

C NC L

t

⎛∆ ⎞

=⎜⎝ ∆ + ⎟⎠ （式 4-5）

( ) ( ) ( ) ( )

[ ₁ / _{1 1} / ₁ ]/2

i

i i i i i i i i

i

C C C t t C C t t

t

^{− − + +}

∆ = − − + − −

∆ （式 4-6）

EF(ti)： t 時 間 之 逸 散 因 子 （ Emission Factor）， mg m^{- 2} h^-1 Ci： t 時 間 之 測 試 箱 濃 度 ， mg/m³

(3)排 放 因 子 呈 「 一 階 衰 減 模 式 」 (First Order Decay Model) (ASTM D5116-97)

„ 一階衰減排放因子計算法：

( EF ) e

^kt

EF =

₀ ⁻

（ 式 4-7）

EF0： 初 始 逸 散 因 子 （Emission Factor）， mgm-²h^-1 k： 一 階 衰 減 常 數 ， h^-1

其逸散速率模型可表示為：

(

^EF

)

^{e NC}

L dt

dC = ₀ ^−kt − （ 式 4-8）

(4)在設定邊界條件為 t＝0，C＝0 的情況下，上式可轉換 為：(ASTM D5116-97)

„ 一階衰減環控箱模式排放濃度計算法：

(

EF

) (

e e

) (

N k

)

L

C = ₀ ^−kt − ^−Nt − （式 4-9）

最後以環控箱中量測所得之時間-濃度數據，進行模型 回歸分析，計算 EF0。

其中 k 之初始值可以下式計算並檢驗數值迴歸之 EF0：

( ) ^{N e}

^{(k N)tmax}

k =

⁻ （ 式 4-10）

tmax： 最 大 濃 度 （Cmax） 的 時 間

在文檔中 子計畫1：建材有機逸散物資料庫之建立—接著劑類建材 (頁 71-76)