研究方法

壹、研究採用方法

一、文獻分析法

蒐集國內、外有關建材逸散「塑化劑」與「SVOCs」試驗方法及相關技術規範之文 獻資料，研究成果及實施實例等資料，主要收集 ASTM、ISO、等標準試驗方法及國內 外研討會所應用之方法、程序，包括目前實驗分析所得知的 VOC 種類、性質等彙整以 擬定架構加以分析。

二、比較分析法

針對文獻探討與所蒐集的實驗數值數據比較分析，並彙整現有健康綠建材標章、

塑化劑整體研究及相關試驗成果，瞭解建材逸散特性之性質狀態與整體趨勢變化，比 對分析其相關性，逐步建構未來提昇發展健康綠建材標章塑化劑評定方法、建議基準 及管制策略。

三、專家諮詢法

有關建材逸散塑化劑之評定項目(管制物質、項目、基準..等)經過初步整理後，

以 2 場專家諮詢會議邀請對建材逸散、塑化劑、室內空氣品質、SVOCs 檢測、健康風 險、環境醫學、室內裝修設計..等方面學有所長之專家學者，進行研討。2 場專家會 議擬邀請邀請產、官、學、研等方面之專家學者，進行應用策略之討論。並聘請專家 學者針對評定項目及基準進行審查，提出內容修正及增刪之意見，加強本研究內容之 參考依據，並擇期辦理期中、期末簡報說明研究案執行的成效、進度及所遭遇的問題。

四、實驗分析法

本研究透過彙整通過健康綠建材標章之產品及非健康綠建材標章之產品，進行抽 樣，將產品依本研究「塑化劑」評定項目進行「小尺寸建材逸散試驗」逸散性能檢測 及驗證（內政部建築研究所性能實驗中心-小尺寸建材逸散實驗室設備與方法），與環 境檢測之塑化劑溶出試驗方法(HPLC/MS)(成功大學環境微量毒物檢測中心提供技術支

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援)，經實驗室系統儀器進行定性定量分析，進一步差異性進行比較分析，提供作為健 康綠建材「塑化劑」評定基準之建議參數值。

貳、建材逸散研究分析理論

近幾年歐盟(EU)針對「建材逸散物質之管制基準」進行跨國性整合研究，並「重 新檢討建材逸散模式」，並與室內空氣品質進行關連研究，期盼由健康風險與暴露關 係，降低建材逸散污染物濃度，以下為建材逸散理論：

一、室內污染物逸散模式

室內空氣污染物的逸散模式，可藉由污染源、污染物吸附、室內空氣混合率及室 內外換氣量等因子加以預測。空氣污染物濃度變化可以從污染物的「發生」與「移除」

兩個層面來探討。對污染物「發生」而言，其發生量變化直接受到污染物特性與其他 物理環境特性之影響，而污染物特性亦受到污染物種類及來源而有所不同；對污染物

「移除」的情形包括排出污染源、過濾吸附或稀釋等。

本研究是以小型環控箱模擬空間中建材污染源「發生」揮發性有機物質，以及藉 由新鮮外氣引入量「移除」行為模式探討室內污染物逸散情形。

(一)質量平衡模型

在室內環境中，為了瞭解室內空氣污染物的產生、擴散與衰減，常利用室內空氣 品質模型（Indoor Air Quality Models）來預測室內空氣污染物濃度，包括決定論模 型（Deterministic Models）、經驗模型（Empirical models）與前兩者的結合。「決 定論模型」藉由室內污染物質量平衡原理所推導出來的；而「經驗模型」是將測試資 料以多變數迴歸統計的方法決定之。由於污染物「質量平衡模型」（Mass Balance Model）

可提供一般性的應用，藉此模型可探討污染物濃度與其影響因子間的概略狀況。

在質量平衡模型種類上，包括(一)單室模型（One-Compartment Model）與(二) 多室模型（Multi-Compartment Model）；而本研究探討系統為全尺寸環控箱(模擬空調 型單室空間)，因此選擇單室模型作為主要探討之基礎，茲將模型原理及方程式推導描

述如下：

(1)污染物質量平衡模型

由於室內空氣與污染物的混合形式相當複雜，在建立系統方程式前應定義其室內 空氣混合方式，一般可分為兩種混合模型：

(a)Plug-flow mixing model：此模型為污染物濃度隨著空氣氣流的流動路徑，以 點對點的分佈方式有不同的濃度變化。

(b)Well-mixed model：此模型為描述污染物均勻地分佈於空間中。

由於污染物濃度表現方式以時間區段進行採樣，因此無法採用第一種模式描述， (資料來源：ASTM,2006)

1.空氣質量平衡方程式（Air Mass Balance）：

外氣滲入量：q₂

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2.污染物平衡（Pollutant Mass Balance）：

V dt

SAMPLE ER

Chamber

圖 2-3-2 質量平衡系統 圖 2-9 質量平衡系統圖 (資料來源：ASTM,2006)

其中：

ACH：為氣體改變率，h^-1。

CvT,RH：溫度 T、相對濕度 RH 時的甲醛穩定濃度

C^vstd：標準狀態（T＝23℃，RH＝50％）時的甲醛穩定濃度 CBstd：標準狀態（T＝23℃，RH＝50％）下的樣本表面甲醛濃度 AREA：樣本表面積，m²

ER：甲醛排放速率，mg/m²hr K^B：甲醛的質量傳輸係數

Matthews 將對實驗住家簡化後的質量平衡系統作以下的假設：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，單一物種濃度，根據以上假設，可 AREA：樣本表面積，m²

ACH：室內外氣體交換率，h^-1 VOL：室內體積，m³

CvT,RH：穩定狀態下，溫度 T、相對濕度 RH 時，甲醛室內濃度，mg/m³

依據污染物質量平衡簡化系統的結構上，可將關鍵因子分成三種：

(一)污染物相關變數（ER,AREA）：

污染源的特性，包括負荷率、表面蒸汽壓與質傳係數等。

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(3)稀釋速率及(4)系統設計。其中以室內污染源為首要影響 IAQ 之決定因子。

根據 ASHRAE 標準 62.1-2007 針對外氣通風量提出 IAQ procedure，其主要提供空 調系統計算清淨的(cleaned)和再循環的(recirculated)空氣，可用於定風量系統(CAV) 和變風量系統(VAV)，外氣引入可設定定量或按比例進入，換氣系統如圖 2-10 所示。

圖 2-10 換氣系統示意圖 (資料來源：ASTM,2006)

其中：

(資料來源：ASHRAE,2012)

三、建材逸散經驗模型

A^LC、C^LC：線性參數（Linear Coefficients），mg-m³ BRC、DRC：速率參數（Rate Coefficients），h^-1

經由不同係數的組合，此模型可應用於兩種不同的濃度變化，一種是濃度由零開

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R^s：球表面吸附速率（The Global Sorption Rate），mgh^-1 Rd：球表面脫附速率（The Global Desorption Rate），mgh^-1 I：在球表面中特殊物種不可逆之吸附速率，mgh^-1

三、建材逸散物理模式

建材逸散物理模式最早為 James E. Dunn 及 Bruce A. Tichenor 於 1988 年所提 出（James et al.,1988），模式的中心是以測試箱內四種不同作用所構成，分別為：

污染源逸散（The Source）、測試箱內的混合（The Well-Mixed Contents of The Chamber）、測試箱排放（An Exit）及沈降效應（A Sink）。以圖 2-11 說明之：

圖 2-11 建材逸散物理模式示意圖 (資料來源：ASTM,2006)

其中：A 為污染源的初始質量，x=x(t) 為污染源逸散污染物質量對時間 t 的函數，

y=y(t) 為從測試箱流出之污染物質量對時間 t 的函數，w=w(t) 為測試箱內污染物對 測試箱之吸附質量對時間t 的函數，k¹為污染物從污染源逸散的速率常數，k²為污染 物流出測試箱的速率常數，k³為污染物吸附於測試箱的速率常數，k⁴為實驗箱上吸附 物質的在脫附速率常數，k⁵為污染物對污染源的再吸附作用速率常數。

就測試箱內污染物濃度而言其時間的函數為：

V w y t x

C ( )

)

(  

 （式 15）

V 為測試箱的容積，在某一時間間隔（t¹,t²）內，離開測試箱的污染物質量對時 間的函數為：

I（t

¹

,t

²

）=y(t

²

) - y(t

¹

)

則

y(t)=I(0,t)，y(0)=0

而在一個完全理想混和的測試箱內，整個系統可以下列三個微分方程式來描述：

36 Rate,ER），此逸散速率和函數 g(x,t)成正比，且受到初始污染物量、時間、以逸散污 染物量的影響，另可嚴格定義為：

Emission





 （式 19）

上式表示污染物在穩定狀態（Steady State）下，由污染源至測試箱中的真實速 率。式 19 則表示污染物流出速率，此速率正比於測試箱中污染物的質量，且由於測試 Pressure(VP)Model (k³=0, k⁵≠0)表示測試箱表面對逸散之污染物無吸附作用；

Dilution Model (k³=0, k⁵=0)為最簡單的稀釋模式。在逸散的物理模式中，由逸散源

表 2-14 速率遞減污染源模式次模式之數值模式方程式

and r1、r2、r3 are roots of

0

Sink model (k3≠0, k5=0)

)]

Vapor Pressure(VP)Model (k3=0, k5≠0) ]

Dilution Model (k3=0, k5=0) ]

(資料來源：ASTM,2006)

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四、 環控箱物理模式

以往的建材 VOCS 試驗中，對於個別污染物逸散速率的研究，經常是利用環控箱來 進行檢測分析，針對測試結果以經驗式或理論模型預測方式來進行研究。本研究的逸 散衰減模式主要為「一階衰減模式」與「二階衰減模式」，其模式內容分述如下：

(一)一階衰減模式

(First Order Decay source Model)

由於一般濕式建材具有初期逸散率高之逸散特性，因此在研究當中，最被常被用 於描述濕式建材的逸散行為及預測濕式建材的逸散速率模型即為一階衰減模式。

(1^st-Order-Decay source model)，其濃度的預測方式及理論的推導如下所示：(逸散 因子呈「一階衰減」First Order Decay Model)

一階衰減逸散因子計算法：

(二)

二階衰減模式

(Double Exponent)

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P：壓力（Torrs）

Av：單位莫耳汽化熱（cal/g-mole）

T：溫度（ｋ）

B：係數

同樣的，將其他物質的蒸汽壓做使用，以葵烷 Decance 為基準的相對數值來表示，

並與所得衰減速率係數作比較，發現其相關性很高，亦即表示排放速率可能受制於揮 發的過程。由於揮發的污染物要通過氣相邊界層（Gas Phase Boundary Layer），進行 氣相質量傳輸，且在測試箱實驗中氣相質傳受到氣體交換率的影響，所以隨著氣體交 擴散度上。則氣相物質在多孔物質中的擴散係數(knudse Diffusivity，D)可以下式表 示：

a：與孔隙直徑及溫度相關的變數(cm²/s)(mole/g)^0.5 MG：氣體的莫耳數質量(g/mole)

比較 k²及 kundsen diffusivity 發現，由於與其他化合物的莫耳重量相近，所以 kundsen diffusivity 皆接近於 1.0，k²也出現相同的情況，顯示第二階段逸散速率受 到擴散行為控制，而受換氣率的影響程度較小。EF¹及 EF²分別代第一階段及第二階段

的逸散速率，在第一階段時，由於 EF¹及 k¹大於 EF²及 k²；而在第二階段時，EF¹快速 衰減而使 EF²佔優勢，所以可以將兩項的排放速率式結合起來成為雙指數模式

(Double-exponential Model)

1 2

1 2 10 20

( )   ^{k t}  ^{k t}

EF t EF EF EF e EF （式 31）

J.C.S.Chang and Z.Guo,1997 雙指數函數描述能力的研究上，對清漆與著色劑具 有較佳的描述能力，以下就二階段的逸散特性作比較： J.C.S.Chang and Z.Guo (1992)及 J.C.S.Chang and Z.Guo(1997)的研究，二階衰減 模式適合描述濕式建材結合不同底材的逸散行為，如清漆與著色劑。

因此在呈現「兩階段」逸散特性適用於逸散因子(EF)及濃度值(Conc.)計算。此逸 散模式在濕式建材(Wet Materials)逸散推估上具有較佳的描述能力，如接著劑等建 材，其計算方法如下：

1 2

1 2 10 20

( )   ^{k t}  ^{k t}

EF t EF EF EF e EF （式 32）

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EF02：第二階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h k1：一階衰減常數，h^-1

EF10：第一階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h EF20：第二階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h

EF10：第一階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h EF20：第二階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h

在文檔中 建材塑化劑逸散量評估方法之研究 (頁 45-67)