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关于“新房除甲醛”最重要的3个问题,大家的认知可能都是错的

Yesky天极新闻 2018-11-09 10:03 我要吐槽

  这是 352® 研究组在查阅 100万+ 字资料后的研究成果。

  着重研究并论证以下 3 个关于“装修除甲醛”最核心的问题:

  1、“安全”的室内甲醛标准究竟是多少?

  2、新房里,哪怕全是环保材料,甲醛依然将超标数倍,为什么?

  3、如何才能“真正”达标?

  本文将刊发于学术期刊,先在此发出,希望能更早对更多人有用。

  欢迎指正。

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  本文存在的意义

  大多数装修除甲醛攻略最大问题是:仅仅只介绍了方法,没有进行量化,除醛效果大多依据主观判断。本文则使用严谨的数据向人们尽可能客观呈现“关于装修去甲醛的一切”。时间紧凑者可直接看结论。

  1、“安全”的室内甲醛标准究竟是多少?

  美国的甲醛标准:“0.1mg/m³”≠安全

  虽然甲醛的危害已经不需要科普,但甲醛的安全限值却鲜为人知,文章[6]收集各个权威机构关于甲醛的限值:

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  ​​​​ 结论1:美帝关于甲醛浓度的限值最为严格,其中NIOSH规定甲醛平均浓度限值为0.01968mg/m³,加州环保局(OEHHA)规定甲醛平均浓度限值为0.009mg/m³(援引文章中的0.003mg/m³为2014年以前的限值,目前已经被机构上调为0.009mg/m³)。

  结论2:一直以来“甲醛浓度到达0.1mg/m³即安全”只是一个“真实的谎言”,根据美帝标准,甲醛浓度至少要到达0.020mg/m³以下才称得上安全。

  结论3:中国国家标准有些含糊,例如GB/T18883-2002关于甲醛浓度的限制要求为:房间在12小时密闭后甲醛浓度应至少维持在0.1mg/m³以下(现实存在的房间不可能一直密闭)。我们会在下一章推导“中国标准GB/T18883-2002约束下的实际室内甲醛浓度限值”。

  中国的甲醛标准:“0.1mg/m³”是个误会

  下面我们开始推导符合中国国标要求的实际甲醛浓度限值(可直接看加粗字体):首先依据国GB/T18883-2002计算室内的“甲醛释放速度”的限值是多少。

  假设“密闭空间”的换气率是0.1次/h,根据“室内甲醛的减少速度=甲醛释放速度-房间换气衰减速度”列出方程:

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  其中,V为房间体积,k为换气率,C为甲醛浓度,E为室内甲醛释放速度,假设房间甲醛初始浓度为0mg/m³,解微分方程得:

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  带入:C=0.1mg/m³,K=0.1次/h, t=12h,解出E/V,每立方米空间“甲醛释放速度”:

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  带入E/V=0.0143mg/m³·h,K=0.6,t=∞,得出在国标要求下,正常通风条件下房间的甲醛浓度: C=0.024mg/m³

  结论:在国标GB/T18883-2002约束下,每立方米空间的甲醛释放速度需低于0.0143mg/m³·h,普通房间(换气率0.6次/h)的甲醛的浓度应低于 0.024 mg/m³——远低于被误传的 0.1 mg/m³。

  2、新房里,哪怕全是环保材料,甲醛依然将超标数倍,为什么?

  计算家中甲醛实际浓度:板材合格≠安全

  一般而言家中的甲醛释放源有两类:家具地板、墙面涂料。包含但不限于:聚氯乙烯卷材料地板、地毯衬垫及地毯胶粘剂、人造板、木器涂料、胶粘剂、木家具、内墙涂料、壁纸等。

  首先我们分别计算两者在普通卧室的释放速度,然后估算卧室的甲醛浓度:根据最新国家标准GB 18580-2017《 室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》规定,人造板材(比如地板)的甲醛的释放速度需低于0.124mg/㎡·h,即所谓的E1级标准,(气箱法,基本同ISO 16893:2006所描述的1m³气箱法),尴尬的是GB 18584-2001《室内装饰装修材料—木家具中有害物质限量》并没有使用气箱法规定家具的甲醛释放速度,因此目前我们只能默认木质家具的甲醛释放速度的也低于0.124mg/㎡·h。

  根据文献数据数据[10],我们可以认为卧室板材的平均承载率为0.7㎡/m³——即包括地板以及家具在内,每立方米空间中有0.7平方米的板材暴露在外。根据文献[11]数据,市面上几款普通的内墙油漆,在承载率为1㎡/m³的情况下,甲醛浓度释放速度为0.1mg/㎡/·h(气箱法),假设卧室的尺寸为3.3m*5m*2.6m,保守估计内墙漆的承载率应低于1.39㎡/m³。

  条件收集完毕开始计算:

  每立方米卧室空间甲醛的释放速度 =(板材承载率*单位面积板材甲醛释放速度*房间体积+内墙漆承载率*单位面积内墙漆甲醛释放速度*房间体积)/房间体积=(0.7*0.124+1.39*0.1)=0.2258mg/m³·h(高达国标GB/T18883-2002中推算出来的15.8倍!)

  卧室甲醛浓度=(板材甲醛释放速度+内墙漆甲醛释放速度)/(房间换气次数*房间体积) = (板材承载率*板材气箱法甲醛释放速度+内墙漆承载率*内墙漆气箱法甲醛释放速度)/房间换气次数

  假设房间换气率为1次/h,带入数据求得:卧室甲醛浓度=(0.7*0.124+1.39*0.1)=0.2258mg/m³

  假设房间换气率为2次/h,带入数据求得:卧室甲醛浓度=(0.7*0.124+1.39*0.1)/2=0.1129mg/m³

  结论1:哪怕采用E1板材以及市面上可以购买到的合格油漆,整个卧室的甲醛释放速度仍是国标GB/T18883-2002默许值的15.8倍(0.2258/0.0143≈15.8),因此即使购买合格的装修材料根本无法保证最终家中甲醛浓度达标。

  结论2:内墙漆的承载率更高,对于甲醛贡献比例大,因此预算如果有限,一定至少保证内墙漆合格。

  结论3:哪怕内墙漆、板材(家具+地板)均符合国家标准,同时保证极佳的通风(1次/h),最终室内的甲醛浓度仍会高达0.2258mg/m³,是美国标准0.019mg/m³的11.4倍,是国标B/T18883-2002推算值的9.4倍,在这里贴出参考文献[12]的抽样调查的结果佐证我们估算的准确性:

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  结论4:除了通风,无论是冬天还是夏天,我们必须寻找其他的除甲醛工具。因为为北方城市冬季换气率低,甲醛平均浓度并不低于夏季,文献[3]的数据也同样佐证了这一点。

  3、如何才能“真正”达标?

  除甲醛方法及注意事项

  统一度量衡

  为了对比各种除甲醛工具,我们必须采用同一把标尺——甲醛CADR,即甲醛洁净空气输出率(单位m³/h)。简单来说甲醛CADR就是在一个充满甲醛的环境中制造洁净空气的速度,使用这个值的好处是可以对比不同实验场景下各种除醛工具的去除效果,如果他们的甲醛CADR值相同,那么去除甲醛的能力完全相同的,如果谁的甲醛CADR高,那么去除甲醛的能力就强。此外CADR值具备叠加原理:两台甲醛CADR值50m³/h净化器等于一台CADR值等于100m³/h的净化器。

  下面从计算上来层面证明甲醛CADR的重要性根据CADR的定义,在室内甲醛到达平衡时可得:

  室内甲醛的平衡浓度=室内甲醛释放速度/(房间体积*换气频率+甲醛CADR)

  结论:甲醛CADR越高越好,它不仅仅决定甲醛去除速度快慢,同时还决定甲醛浓度的高低。

  (1)植物除醛

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  绿萝

  有研究曾测量过植物对于甲醛的去除能力[1],在甲醛浓度超过国标2.87倍到15倍的空间中,分别计算五种植物的甲醛CADR得到以下结论:

  一株橡皮树的甲醛CADR为0.142-0.198m³/h,一株虎尾兰的甲醛CADR为0.169-0.237m³/h,一株吊萝的甲醛CADR为0.141-0.229m³/h,一株芦荟的甲醛CADR为0.114-0.177m³/h,一株吊兰的甲醛CADR为0.128-0.203m³/h。文中还发现,植物在甲醛环境中会产生不同程度的伤斑,并存在饱和现象。目前市场上,普通空气净化器,甲醛CADR一般都在100m³/h以上,因此至少相当于492株-781株吊兰。一台甲醛CADR高达500+m³/h,那么大约相当于2400盆吊兰(或者更多)。

  结论:除非您家住植物园,否则别考虑盆栽除醛这档子事了,一定要买的话,虎尾兰名字比较威武,就它吧!

  (2)各种“炭包类”除醛

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  活性炭包

  广州工业微生物检测中心曾经测试过市售八种炭包类产品[2],每包重量约为400g,分别为:椰壳炭,纳米孔炭材料+特种球状炭,高效复合活性炭,改性活性炭,改性活性炭+除醛因子,改性活性炭+催化剂,硅藻纯(硅藻土+电气石),竹炭+活性炭+催化剂。在1.5m³舱内的进行2小时持续测试,其中甲醛去除率最高的约为60%(纳米孔炭材料+特种球状炭),如果换算成甲醛CADR约为0.687m³/h.比起盆栽效果明显强了不少(大约相当于3盆吊兰)。如果仅使用这种“炭包”来实现甲醛CADR值500m³/h,则至少需要727包,重量大约为291公斤-大约5个成年人那么重,目前市面上一公斤普通炭包的价格大约是16元-20元,291公斤炭包的总成本约为4656元-5820元,很多甲醛CADR值高于500m³/h的空气净化器都没有那么昂贵,况且空气净化器不止过滤有害气体,还可以过滤细菌,花粉,孢子,PM2.5,这些都是所炭包不具备的。

  结论1:请脑补网购 1/3 吨炭包,并将其均匀布置在你家每个角落的场景,你可以不怕累,但请给快递小哥留条活路。

  结论2:花钱多见效慢,典型的贪小便宜吃大亏。

  (3)空气净化器除醛

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  352空气净化器

  实际上看到这里几乎可以结束了,因为“空气净化器除醛”依然无非是对比不同机器的甲醛CADR值。不过,这里依然有几个值得注意的地方:

  当我们过分关注甲醛时,往往忘记了:甲醛仅仅是室内气态污染物的冰山一角,在我国,室内常见 VOCs 的浓度范围见下表[3,4]所示:

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  某些空气净化器为了增加宣传卖点,常使用非碳类过滤器作为甲醛过滤介质(如凝胶类,沸石类,氧化铝,硅藻土,纳米矿晶等等),这些过滤介质通过负载除甲醛配方往往可以获得较强的甲醛去除能力,但是对于其他有害气体的过滤能力非常有限,比如,常见的气相吸附材料对于甲苯与甲醛的吸附效果如下[5](K值代越大,饱和平衡时,吸附材料表面被吸附物质浓度越高):

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  结论:目前而言,活性炭仍旧是整个民用市场过滤各种有害气体广谱性最强的气相吸附材料,这个地位仍旧无可替代,除非能够确定甲醛是房间中的唯一污染源,否则不建议使用完全不含活性炭的空气净化器。

  (4)通风/新风机除醛

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  通风换气能够去除甲醛是人尽皆知的道理。新风的风量和空气净化器的甲醛CADR到底是什么关系?了解到CADR的本质实际上是:风量*单次过滤效率,如果将新风机等效成一台空气净化器,那么‘风量’就是新风机的风量而‘单次过滤效率’实际上100%,因为室外甲醛浓度可近似为0,最终得到一个简单到不敢相信的结论:

  新风量=甲醛CADR

  GB18883-2002关于新风的要求是:每人每小时30m³新风,也就是说一个三口之家,如果保持正常通风(穿堂风除外),相当于拥有一台甲醛CADR值为90m3/h的空气净化器,连滤芯都省了。不过,实际上,室外还有PM2.5,冬天冷夏天热,希望通过大幅增加新风量除醛在现实中会阻力很大。如果安装新风机,比如全热交换新风,需要在装修前规划,选错通风管道材质或者使用劣质胶黏剂连接管道反而会带来新的污染。如果选择壁挂新风机同样会令室内制冷和制热负担加重,而新风机本身的加热功能也会花费更多的电费。因此我一直推崇的概念是:小新风,大净化。即使用小风量的新风机解决室内二氧化碳超标同时解决部分甲醛污染,用大CADR值空气净化器解其余甲醛污染。

  结论:只要电费、PM2.5、温度允许,能通风自然好,能装新风尽量装新风,但新房甲醛释放量大,依然需要空气净化器。

  (5)寿命/二次污染/副产物/酸味

  商家宣传一克250目的优质竹炭可以过滤68mg甲醛就如同宣传一块放在水里边的海绵吸水性很强一样荒唐。实际68mg/g是将竹炭放入甲醛饱和蒸汽中测得的数值,如将此竹炭放回到正常环境,1天后吸附量会衰减至1.6mg/g(多余的甲醛显然都释放到空气中去了)[8]. 因此,活性炭的物理吸附(范德华力)是不牢靠的,一旦外界环境改变,饱和平衡点移动,活性炭上的甲醛总量就有可能减少,即发生消费者担心的反释放。不过“反释放”问题也不难解决,只要在活性炭上负载足够的除醛成份,令甲醛分子以新的化学键形式连接到除醛成分中,可实现比物理吸附更加稳固的化学键连接,关于化学吸附有害气体的优势如下表所示[5]:

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  关于净化器去除甲醛的寿命请参照空气净化器国标(GB/T 18801-2015)中的甲醛CCM值(累积净化量),分为F1-F4级,等级越高则代表寿命越长(表格中的M甲醛即为实测CCM值):

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  值得注意的是,达到国标中 F4 等级并不是什么难事,对于专业除醛的机器可以认为闭着眼睛也能通过,如果一款空气净化器去除甲醛的 CCM 值连 F4 都达到不了,那简直寿命太短了。另外,如果一个台机器的甲醛CCM值恰好为1500mg,也并不意味着吸入1500mg甲醛后会罢工,而仅仅是甲醛CADR值衰减为平时的一半。比如一台甲醛CADR值为400m³/h的空气净化器标称CCM大于F4,实测值为1600mg,那么当它吸附1600mg甲醛后,他的甲醛CADR值仍然为200m³/h,即仍具备一定的甲醛去除能力。因此,如果CCM值相同,甲醛CADR高仍然是王道。如果使用光催化净化器,应当需要注意有害副产物问题,例如,甲苯被光催化分解会检测出丙酮、乙酸、丁醛、苯、戊醛、苯 甲醛和苯甲酸等副产物[6],甲醛被光催化分解会检测出一氧化碳[7]。在空气流速减缓的条件下,副产物的产生概率会降低,但同时也意味着过滤速度下降。由于新装家庭VOCs浓度普遍偏高,需要高速度,大流量净化,因此光催化净化器并不适合新装房间。

  目前市面上,很多机型使用夹炭布类过滤器,如下图所示:

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  采用夹炭布工艺的净化器滤芯

  夹碳布是一种使用无纺布滤纸包裹30-60目碎裂椰壳炭的工艺,使用这种材料的过滤器往往可获得较为不错的甲醛CADR以及颗粒物CADR,但是,经历短暂使用后(连续使用大约2周),发酸风险会显著大于传统过滤器,如果突发雨季,这种风险会被再次放大。关于夹碳布酸味发酸问题有如下几种解释理论:细菌污染理论,有机酸理论,工艺污染理论。目前,有机酸理论逐步在业内达成共识。

  结论:空气净化器除甲醛寿命(CCM)到达F4只是业界达标水准,如果CCM值仅为F1、F2或F3则太差了。带触媒的空气净化器注意副产物,带夹炭布的净化器容易发酸。

  (6)除甲醛适用面积

  研究文献建议房间的面积与甲醛CADR应具备如下关系[9]:

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  其中CADRg为甲醛CADR,H为房间高度(文中默认2.4米),ACH为换气率(文中采用最保守的夏季数据0.6),Cg为室内的甲醛的安全值,本文中取0.024mg /m³,Cgn为家中不开净化器时的甲醛浓度,带入0.288mg/m3(取自第四章统计数据),最终,一个比较安全的结果如下:

  除甲醛适用面积=0.063*甲醛CADR(注:如果房高是2.4米的n倍,那么常数0.063需除以n)

  一个例子:“如果您家刚装修完,不开空气净化器室内甲醛浓度0.288mg/m3,卧室面积10平米,高度2.4米,卧室与外界换气率为0.6次/h(通风带来的甲醛CADR=10m2*2.4m*0.6次/h=14.4m3/h),那么至少需要一台甲醛CADR值高达159 m3/h的空气净化器与通风共同工作才有可能使甲醛维持在0.024mg/m3以下”

  结论:记住公式“除甲醛适用面积=0.063*甲醛CADR(注:如果房高是2.4米的n倍,那么常数0.063需除以n)”

  ​

  [参考文献]

  [1]赵明珠,几种常见室内观赏植物降醛能力的研究,南京:南京林业大学,2007.

  [2]刘 露,杨永强,张增峰,万分龙.市售净化产品对空气中甲醛去除效果的研究.广州化学,2016,(3):57-61

  [3]周中平, 赵寿堂, 周立. 室内空气污染检测与控制(第一版). 北京: 化学工业出版社, 2001.

  [4]张寅平, 张立志, 刘晓华, 莫金汉. 建筑环境传质学(第一版). 北京:中国建筑工业 出版社, 2006, pp. 268-338.

  [5]徐秋建.室内 VOC 净化材料吸附与反应 机理、特性及评价研究 :[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2011.

  [6]莫金汉. 光催化降解室内有机化学污染物的若干重要机理问题研究: [博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2009.

  [7]Liu H M,Ye X J, Lian Z W, et al. Experimental study of photocatalytic oxidation of formaldehyde and its by-products. Res Chem Intermed, 2006, 32: 9-16.

  [8]杨磊等.竹炭对甲醛的吸附性能研究。林产化学与工业,2005,第25卷第1期

  [9]李睦.我国室内空气净化及新风换气 产品性能评价标准研究:[硕士学位论文]. 北京: 清华大学, 2014

  [10]姚远.家具化学污染物释放标识若干关键问题研究:[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2011.

  [11]王高超.室内装饰材料甲醛、 释放与检测分析:[硕士学位论文].哈尔滨:东北林业大学,2014

  [12]Xiaojiang Tang, Yang Bai, Anh Duong, et al. Formaldehyde in China: Production, consumption, exposure levels, and health effects [J]. Environmental International, 2009, 35: 1210-1224.

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