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 VOCs 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、CNS 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，並彙整現有低逸散健康綠 建材標章、室內化學污染物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低逸散健康綠 建材評定建議基準及發展策略。

三、專家諮詢法

有關低逸散健康綠建材標章建材中 TVOC 評定項目新增經過初步整理後，第 2 場專家工作會議將邀請對建材逸散、室內空氣品質、VOCs 檢測、室內裝修設計等 方面學有所長之專家學者，進行流研討。第 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低逸散健康綠建材標章之產品及非低逸散健康建材之產 品，進行抽樣，將產品依本研究新增評定項目進行「小尺寸建材逸散試驗」逸散 性能檢測及驗證，經實驗室系統儀器進行定性定量分析，進一步透過既有及新增

評定項目差異性進行比較分析，提供作為綠建材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

²⁵

（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」

²⁶

（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。

25 M. Maroni et al., “Indoor Air Quality”, pp. 443-444, 1995.

26 Richard A. Wadden & Peter A. Scheff, “Indoor Air Pollution”, pp. 105-107, 1982.

32

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

(資料來源：Maroni et.al.,1995)

外氣滲入量：q

₂

1.空氣質量平衡方程式（Air Mass Balance）：

2.污染物平衡（Pollutant Mass Balance）：

V

dt

terlaboratory Comparison of Formaldehyde Emission from Particle Board Underlayment in Small Scale Environment Chambers, Journal of the Air Pollution Control Association, Vol. 37, p1320, 1987.

34

其中：

ACH：為氣體改變率，h^-1。

C^vT,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 C^Bstd：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

之決定因子。根據 ASHRAE 標準 62.1-2007 針對外氣通風量提出 IAQ procedure

²⁸

， 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，

換氣系統示意如圖 2-9 所示。

圖 2-9 換氣系統示意圖 (資料來源 ASHRAE,2007)

其中：

A,B：過濾裝置安裝位置

Vo：外氣引入量；Vr：回風量；Vs：空間風量 Co：外氣濃度；Cr：回風濃度；Cs：空間濃度 e：換氣效率

E^f：過濾裝置之過濾效率 Fr：流量衰減因子 N：污染物產生率 R：回風氣流因子

28 Dols,W.S. and G.N. Walton，CONTAMW 2.0 User Manual .National Institute of Standards and Technology,NISTIR 6921

36

29 Colombo, A., De Bortoli, M., Schauenburg, H., and Vissers, H., Chamber Testing of Organic Emission from Building and Furnishing Material, The Science of the Total Environment Vol.91. P.237-249, 1990.

所需氣流循環率

成：

A^LC、C^LC：線性參數（Linear Coefficients），mg-m³ B^RC、D^RC：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

38

R^s：球表面吸附速率（The Global Sorption Rate），mgh^-1 R^d：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 and Headspace Analysis of Volatile Organic Compounds Emitted from Household Products, Indoor Air,

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 2-10 說明之：

圖 2-10 建材逸散物理模式示意圖 (資料來源：James et al.,1988)

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，k

¹

為污染物從污染源逸散的速 率常數，k

²

為污染物流出測試箱的速率常數，k

³

為污染物吸附於測試箱的速率常 數，k

⁴

為實驗箱上吸附物質的在脫附速率常數，k

⁵

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 17）

V 為測試箱的容積，在某一時間間隔（t

¹

,t

²

）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

Vol.1, p.13-21, 1991.

40

（Emission 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： 示逸散速率不受到以逸散污染物濃度增加的影響；Vapor Pressure(VP)Model (k

³

=0, k

⁵

≠0)表示測試箱表面對逸散之污染物無吸附作用；Dilution Model (k

³

=0, k

⁵

=0)為最簡單的稀釋模式。在逸散的物理模式中，由逸散源性質不同可分為兩 部份：定速率逸散源及速率遞減逸散源。而室內建材污染源大多屬於後者，故選 擇此部分加以說明。在遞減速率污染源的條件下，假設 A<∞，且式 18 中g(x,t)=

(A－x)。此假設物理意義為，污染源中污染物的逸散速率正比於殘留的污染物

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：James et al.,1988)

42

(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)

32J.C.S.Chang and Z.Guo,Characterization of Organic Emissions From a Wood Finishing Product-Wood Stain,Indoor Air,Vol.2,pp.146-153,1992

44 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，所以隨著氣體交換率的增加，逸散速率衰減係數 k

1

也會相對增加。

Diffusivity，D)可以下式表示：

0.5 G

D a



M （式 32）

D：擴散係數(cm²/s)

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

比較 k

²

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，k

²

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。EF

¹

及 EF

²

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 EF

¹

及 k

¹

大於 EF

²

及 k

²

； 而在第二階段時，EF

¹

快速衰減而使 EF

²

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 33）

J.C.S.Chang and Z.Guo,1997

³³

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：

33 JOHN C. S. CHANG, BRUCE A. TICHENOR, ZHISHI Guo AND KENNETH A. KREBS，Substrate Effects on VOC Emissions from a Latex Paint，indoor Air 1997; 7: 241-247

46

留在基材表面，因此相對的乳膠漆由濕式轉換成乾式即需要較長的時間，並且 大部份 VOCs 的蒸散一樣是相當迅速，但表面也相對的較為潮溼。針對接著劑的 衰減模式的適用性討論，在 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

EF01：第一階初始逸散因子（Emission Factor），mg/m²h 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 k¹：一階衰減常數，h^-1

k2：二階衰減常數，h^-1 Nc：換氣率(Q/V)，h^-1 Lc：負荷率，m²/m³

參、小尺寸環控箱建材逸散測試方法

小尺寸環控箱建材逸散測試方法主要依據 ASTM D5116-06、ISO 16000-9、

CNS 16000-9、歐盟新測試標準 CEN/TS 16516 等進行實驗分析，小尺寸環控箱

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所示：

圖 2-11 建材揮發性有機化合物逸散研究之系統簡圖 (資料來源：內政部建築研究所,2003)

一、實驗進行步驟

本研究建材測試方法與實驗步驟主要分為兩部分：(一)依據 ASTM D5116-06、ISO 16000-9、歐盟新測試標準 CEN/TS 16516 規範、CNS 16000-9 之小尺寸環控箱測試法進行模擬試驗；(二)參考內政部建築研究所標準試驗 方法(MOIS901014)之建材標準測試流程。其採樣分析方法係依據 ISO

16000-3,6 及 CNS 16000-3,6 標準之揮發性有機物質(VOCs)及甲醛(HCHO)檢測 程序。測試依據及方法整理如表 2-15 所示。

表 2-17 建材試驗方法

試驗名稱 系統依據 試驗項目 採樣分析方法

小尺寸建材揮發性有 機物質推估比對試驗

ASTM-D5116-06

ASTM-D5116-06

在文檔中 提升低逸散健康綠建材性能與應用計畫之研究 (頁 48-79)