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研究生: 黃琨智
Huang, Kun-Chih
論文名稱: 吸附性建材對降低室內甲醛濃度之性能測試與效益評估
Efficiency and performance tests of the sorptive building materials that reduce indoor formaldehyde concentrations
指導教授: 蔡耀賢
Tsay, Yaw-Shyan
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 136
中文關鍵詞: 甲醛吸附性建材吸、脫附性能二次污染室內健康環境
外文關鍵詞: Formaldehyde, Sorptive Building Materials, Sorption and Desorption Performance, Secondary Pollutions, Indoor Health Environment
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  • 台灣屬亞熱帶氣候地區,具高溫高溼獨特環境之特性,且國人普遍性進行室內裝修的趨勢,因此室內空氣品質的危害可能高於「外氣污染」之10~100倍。因此良好的室內健康環境應從源頭控管污染來源,並且搭配通風換氣效益,避免污染源的累積造成健康危害。現行室內建材主要以符合低逸散健康綠建材取代傳統建材達到降低健康風險之危害為主要考量,然而實際上仍可能會因大量裝修造成污染物濃度增高,因此突顯室內建材應逐漸由「被動管制」提升為「積極防範」,使之進一步管理控制將為之重要。
    目前許多相關研究顯示,建築材料表面吸、脫附物理沉降之特性,對室內污染源的影響亦不容忽視,吸附性建材可能同時包含複雜的物理及化學特性且相互關聯,為能確實掌握建材吸附特性及防範室內二次污染源之危害,本研究依據吸附性建材之相關規範及試驗條件,建置吸附性建材試驗系統(SBMTS)及試樣管試驗系統(BTCTS),進行不同建材的吸附性能之測試,加以了解建材對室內環境降低污染物的吸附特性,並根據建材之吸、脫附性能加以評估其有長期有效性。
    本研究依選定9組建材包含8組國內外乾式建材及1組濕式建材,依不同甲醛濃度值、環境干擾及長期有效性之吸、脫附性能試驗共計25組性能試驗。為了解建材吸附後產生二次污染源脫附逸散之情形,在吸附階段經歷時72hr採樣週期後,額外納入24hr脫附逸散之試驗,並藉由採樣分析及儀器監測選定可能產生二次污染源之建材,再透過升溫35℃再脫附試驗加以評估,期能透過完整試驗了解建材表面吸附後再脫附的情形,作為未來制定吸附性建材實際應用於室內環境影響之依據。
    本研究試驗結果顯示,依吸附性能設定參數(n=0.5h-1、L=0.4m2/m3),其單位面積空氣流率Qr為1.24條件下進行吸、脫附性能相關試驗,相較於一般建材為對照,各組建材皆有不同程度的吸附性。以0.2ppm甲醛濃度於穩態環境下(25℃、50% RH)相較於低濃度及高溫高濕條件下有較佳的吸附性,且濕式建材較容易受到環境干擾之影響,在高溫高濕條件下其吸附性能衰退一半。相較於一般建材容易產生脫附逸散之情形,各建材在脫附試驗中ER值皆在國內綠建材逸散基準值合理範圍內。根據BTCT試驗管法推估結果,吸附飽和量與表面密度及吸附力有正向關聯性,藉由單位面積吸附總量與飽和量之比值可有效推估其有效年限。
    經各組建材吸附性能試驗及評估顯示,吸附性能越高其換氣效益越高,且推測以產品負荷率為基準,在裝修率提升情況下單位時間內的換氣效益越好,能有效達到降低成本及節能減碳之效益,因此吸附性建材可降低室內污染源之危害也能防止二次污染源的產生,且受到表面特性不同其吸附性亦會有不同程度之影響,在使用策略上仍應以通風換氣為降低室內污染源累積之考量。依健康風險評估顯示,在吸附階段中依不同建材之吸附性可約降低1~3倍左右的風險危害,脫附階段中則可大幅降低5~45倍。顯示高吸附性建材不僅可降低風險危害且能有效防止二次污染風險造成人體健康危害之效益,對提升室內人員健康具有重要之影響。

    This study response the international community has been launched sorptive building materials, such as standards ISO, JIS, etc in recent years, and based on ISO 16000-23 through the small-scale chamber equipment system, National Performance Laboratory Center, to develop and establish domestic“Sorptive Building Material Test System, SBMTS” and have been developed “Breakthrough Capacticy Test System, BTCTS”. The adsorption of volatile organic compounds by building materials reduces the pollutant concentrations in indoor air. We collected nine interior building materials with adsorption potentials—SBMs (domestic: BC, WC, WF, MCP, LP; foreign: ET, ECC, ECT, CS.)—used the sorptive building materials test (SBMT and BTCT) to determine how much they reduced indoor formaldehyde (HCHO) concentrations and used lifetimes, and then assessed the consequent reduction in human cancer risk from HCHO inhalation. Adsorption of HCHO by building materials significantly improved the effective ventilation efficiency. For example, the equivalent ventilation rate for SBM-WF (Wood Fiberboard) was 2.43~3.01 m3/(m2‧h) at 25˚C, 50% relative humidity(RH); the loading factor (L) was 0.4 m2/m3, and the HCHO concentration was 0.2 ppm; this effect is equivalent to a higher ventilation rate of approximately 1~1.2 air changes per hour in a typical Taiwanese dwelling. There was also a substantial reduction of risk in Case SBM-MCP (Emission Phase, 25˚C, 50% RH): males: down 562 × 10−6; females: down 475 × 10−6). The selection of adsorptive building materials for interior surfaces, therefore, significantly reduces human inhalation of HCHO. Our findings should encourage developing and using innovative building materials that help improve indoor air quality and thus provide building occupants with healthier working and living environments.

    摘要 I 謝誌 XI 目錄 XIII 圖目錄 XV 表目錄 XVII 符號說明 XIX 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 (1) 研究動機 1 (2) 研究目的 3 1-2 研究範圍與流程 5 (1) 研究範圍 5 (2) 研究流程 7 1-3 研究內容與方法 8 (1) 研究內容 8 (2) 研究方法 9 第二章 文獻回顧與相關理論 11 2-1 建材吸附性能國際標準規範 11 (1) 國際上性能試驗相關規範 11 (2) 性能試驗設備與條件 12 (3) 性能試驗流程範圍 19 (4) 建材降低室內污染之認定準則 20 2-2 室內空氣品質之影響 22 (1) 室內空氣污染來源 22 (2) 甲醛於室內環境之影響 23 (3) 室內環境管制策略 24 2-3 吸附原理及等溫方程式 28 (1) 吸附理論 28 (2) 等溫吸附方程式 29 (3) 孔隙分佈與等溫吸附曲線 30 2-4 建材吸附性能文獻探討 31 (1) 日本建材吸附性能趨勢 32 (2) 持續性飽和破出試驗方法 34 第三章 建材吸附性能試驗方法與系統建置 37 3-1 建立吸附性建材標準試驗系統 37 (1) 性能試驗設備系統之概況 37 (2) 性能試驗設備說明 38 (3) 實驗室採樣分析設備 43 3-2 建材吸附性能試驗方法 45 (1) 室內建材吸附甲醛作業程序 45 (2) 室內建材吸附VOCs作業程序 52 (3) 實驗室空白試驗與品質管理 55 3-3 實驗設計與建材選定 58 (1) 建材吸附性能採樣週期設定 58 (2) 吸附試驗環境參數設定 59 (3) 選定受測建材 60 3-4 數值分析與計算方法 63 (1) 吸附性能計算方法 63 (2) 健康效益評估方法 66 第四章 建材吸附性能實驗分析與效益評估 67 4-1 實驗品保與品管 67 (1) 檢量線製作與分析 67 (2) 試驗系統穩定性分析 71 (3) 氣體濃度穩定度分析 72 4-2 氣體濃度回收率分析 74 (1) 甲醛歷時濃度回收率試驗 74 (2) 前置試驗數值分析 75 4-3 建材吸附性能試驗分析 76 (1) 國內乾、濕式建材吸附試驗 76 (2) 國外吸附性建材試驗 89 (3) 建材吸附性能持續性飽和試驗 99 4-4 建材吸附性能效益評估 107 (1) 建材吸附性能綜合分析指標 107 (2) 建材吸附性能效益指標之評估 109 (3) 吸附性建材裝修應用之評估 111 (4) 吸附性建材之健康效益評估 115 第五章 結論與建議 119 5-1 結論 119 5-2 後續研究建議 121 參考文獻 123 附錄一、國內建材吸附性能歷時採樣分析表 127 附錄二、國外建材吸附性能歷時採樣分析表 133

    (一) 中文文獻(依筆劃排序)
    1. CNS 16000-23:室內空氣-第23 部:評估吸附/吸收性建築材料降低甲醛濃度之性能試驗。經濟部標準檢驗局,2011。
    2. CNS 16000-24:室內空氣-第24 部:評估吸附/吸收性建築材料降低揮發性有機化合物(甲醛除外)濃度之性能試驗。經濟部標準檢驗局,2011。
    3. 江哲銘、李俊璋,建築室內空氣品質管理機制之研究。內政部建築所研究所,2007。
    4. 江哲銘、李俊璋、林芳銘、邵文政,綠建材對甲醛及TVOC吸附性能之測試方法驗證計畫。內政部建築研究所,2010。
    5. 江哲銘、李俊璋、邵文政、林芳銘,綠建材吸附甲醛及TVOC性能評定基準驗證計畫。內政部建築研究所,2011。
    6. 李俊璋,整合生命週期及健康風險評估建構永續健康環境之研究---子計畫二 :居住環境中甲醛及揮發性有機物質逸散材質之生命週期與健康風險研究,2004。
    7. 林冠謂,室內建材中揮發性有機物及甲醛檢測標準方法之研究。國立成功大學環境醫學研究所碩士論文,2002。
    8. 施卜誠,溫熱環境變化對建材表面吸附甲醛性能之研究,國立成功大學建築研究所碩士論文,2011。
    9. 涂玉峰,室內空氣環境綜合評估指標之探討-以台灣南部工業區辦公大樓為例。國立成功大學建築研究所碩士論文,1999。
    10. 陳振誠,室內建材逸散污染物及通風換氣移除效率之研究。國立成功大學建築研究所博士論文,2012。
    11. 黃琨智、江哲銘、李俊璋、鄭元良、林霧霆,台灣綠建材降低室內甲醛濃度之吸附性能檢測系統驗證。臺灣建築學會「建築學報」第80 期,63~83頁,2012。
    12. 蔡耀賢、林芳銘、陳振誠,綠建材標章審查作業精進計畫。內政部建築研究所,2015。
    13. 蔡耀賢、陳振誠,綠建材標章審查作業精進計畫。內政部建築研究所,2020。
    14. 鄭凱文,吸附性建材對室內甲醛濃度長期降低性能之研究。國立成功大學建築研究所碩士論文,2012。
    15. 蘇慧貞,室內/室外空氣污染物之國民健康風險評估及管制成本效益分析。行政院環保署,2004。
    16. 蘇慧貞、江哲銘、李俊璋,室內空氣品質標準與管制策略之研究。行政院環保署,2001。
    17. 蘇慧貞、江哲銘、李俊璋,高雄市辦公大樓之室內空氣品質調查與健康危害之評估,高雄市政府環境保護局,1999。

    (二) 日文文獻(依筆劃排序)
    1. BCJ-CS-5新建築技術認定,BCJ-CS-5:室内空気中の揮発性有機化合物汚染低減建材認定基準。東京:日本建築センター,2003。
    2. JIS A 1901日本工業規格,JIS A 1901:建築材料の揮発性有機化合物(VOC),ホルムアルデヒド及び他のカルボニル化合物放散測定方法-小形チャンバー法。東京:日本規格協会,2009。
    3. JIS A 1905-1日本工業規格,JIS A 1905-1:小形チャンバー法による室内空気汚染濃度低減材の低減性能試験法-第1部:一定ホルムアルデヒド濃度供給法による吸着速度測定。東京:日本規格協会,2007。
    4. JIS A 1905-2日本工業規格,JIS A 1905-2:小形チャンバー法による室内空気汚染濃度低減材の低減性能試験法-第2部:ホルムアルデヒド放散建材を用いた吸着速度測定。東京:日本規格協会,2007。
    5. JIS A 1906日本工業規格,JIS A 1906:小形チャンバー法による室内空気汚染濃度低減材の低減性能試験法-一定揮発性有機化合物(VOC),及びホルムアルデヒドを除く他のカルボニル化合物濃度供給法による吸着速度測定。東京:日本規格協会,2008。
    6. JSTM H 5001日本建材試驗協會規格,JSTM H 5001:小形チャンバー法による室内空気汚染濃度低減建材の低減性能試験方法。東京:一般財団法人建材試験センター,2005。
    7. 安宅 勇二、加藤 信介、朱 清宇、徐 長厚、長谷川 あゆみ,各種建築材料および吸着材の吸着等温線の測定。空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集,名古屋,2004。
    8. 徐 長厚,〝吸着材及び吸着建材を用いた室内VOCs濃度低減性能試験に関する研究〞。日本建築学会環境系論文集第73巻,2008。
    9. 徐 長厚,加藤信介,安宅勇二,千野聡子,吸着材及び吸着建材を用いた室内VOCs濃度低減性能試験に関する研究:トルエン濃度低減効果に影響を及ぼす因子の検討。日本建築学会環境系論文集,73(628),751-758,2008。
    10. 徐 長厚、加藤 信介、安宅 勇二,小形 Test Chamber 法における活性炭・吸着建材の Toluene 濃度低減性能試験。日本建築学会学術講演梗概集,2005。
    11. 徐 長厚等,〝各種吸着建材を用いた室内VOCs 濃度低減性能試験及び吸着持続性能の検討〞。空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会予稿集,2008。

    (三) 英文文獻(依筆劃排序)
    1. ASHRAE Handbook—Fundamentals (SI) Chapter 10. Indoor Environmental Health, 10, 2017.
    2. ASHRAE Standard 55, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (ANSI Approved), 2020.
    3. ASTM D 6646–01, Standard test method for determination of the accelerated hydrogen sulfide breakthrough capacity of granular and pelletized activated carbon. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 2001.
    4. ASTM D5116-06, Standard Guide for Small-Scale Environmental Chamber Determinations of Organic Emissions from Indoor Materials/Products. PA, USA: American Society for Testing and Materials, 2006.
    5. Bucakova, M., & Senitkova, I. Buil, ding material interactions and perceived air quality. Proceedings of Clima WellBeing Indoors (7 pages). Helsinki, Finland, 2007.
    6. Dab, W., Quenel, S. M. P., Moullec, Y. L., Tertre, A. L., Thelot, B., Monteil, C., Lameloise, P., Pirard, P., Momas, I., Ferry, R., and Festy, B., Short term respiratory health effects of ambient air pollution:results of the APHEA project in Paris. J Epidem Comm Health 50. suppl. 1, pp.42-46, 1996.
    7. DOH, Compilation of Exposure Factors. Department of Health, Executive Yuan, Taiwan, 2008.
    8. H. Levin, Building materials and indoor air quality. Occupational Medicine, pp.67-93,1989.
    9. Hsu YW, The Establishment and Application of Time-Activity Model for Exposure and Risk Assessment (master’s thesis). National Kaohsiung First University of Science and Technology, Taiwan, ROC, 2007.
    10. Huang, K. C., Chiang, C. M., Lee, C. C., Shao, W. C., Lin, F. M., Validation and performance test of the reduction formaldehyde concentrations for indoor environment by sorptive building materials in Taiwan. Proceeding of the Indoor air 12th International Conference (No.6: a719), Texas, 2011.
    11. Huang, K. C., Chiang, C. M., Liao, H. Y., Lee, C. C., Shao W. C., Lin, F. M., Decoration design and performance validation of sorptive building materials for HCHO efficiency. Proceeding of the 6th International Conference on Planning and Design (No. 86), Taiwan, 2011.
    12. Huang, K. C., Tsay, Y. S, Lin, F. M., Lee, C. C., Chang, J. W., Efficiency and performance tests of the sorptive building materials that reduce indoor formaldehyde concentrations, PLOS(Public Library of Science) ONE 14(1): e0210416, 2019.
    13. IARC, Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to human. Vol 88 Summary of Data Reported and Evaluation, 2004.
    14. ISO 16000-23, Indoor air Part 23: Performance test for evaluating the reduction of formaldehyde concentrations by sorptive building materials. Switzerland: International Organization for Standardization, 2009.
    15. ISO 16000-24, Indoor air Part 24: Performance test for evaluating the reduction of volatile organic compound (except formaldehyde) concentrations by sorptive building materials. Switzerland: International Organization for Standardization, 2009
    16. IUPAC. Reporting physisorption data for Gas/Solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Prepared for publication by K. S. W. SING, 1982.
    17. Kato S, Murakami S, Zhu Q, Ito K., Physical modeling and numerical analysis of VOCs emission from building materials (Part 26), measuring method of pollutant decreasing effect of absorptive building material and its field test and CFD analysis. Annual Meeting J. Archit., D-2, 809–810, 2011.
    18. Kato S, Zhu Q, Ito K, Ataka Y, Murakami S., Measuring method of reducing effect of pollutant concentration with absorptive building material. Proc. Indoor Air 2002, 9th Int. Conf Indoor Air Quality Climate, Monterey, 2: 658–663, 2002.
    19. M.S. Zuraimi, K.W. Tham, S.C. Sekhar, The effects of ventilation operations in determining contributions of VOCs sources in air-conditioned tropical buildings. Building and Environment 38 pp. 23-32, 2003.
    20. OEHHA, Hot Spots Unit Risk and Cancer Potency Values, Available at https://oehha.ca.gov/media/CPFs042909.pdf (accessed October 2019).
    21. Seo J, Kato S, Ataka Y, Chino S. Performance test for evaluating the reduction of VOCs in rooms and evaluating the lifetime of sorptive building materials. Build Environ.44: 207–215, 2009.
    22. Seo J, Kato S, Ataka Y, Chino S. Study on indoor vocs concentration reduction performance of the activatedcarbon and sorptive building materials: Evaluation on parameters influencing to the toluene concentration reduction performance. J Environ Eng. 628: 751–758, 2008.
    23. Shyng JH, A Study on the Optimal Dimensional Scale in Apartment (doctoral thesis). National Cheng Kung University, Taiwan, ROC, 2005.
    24. USEPA Air Pollution Training Institute (APTI) 415-Control of Gaseous Emissions: Chapter 4, 2008.
    25. USEPA, Exposure factors handbook. EPA/600/8-89/043. EPA Press, Washington, DC, 1989.
    26. Wadden RA, Scheff PA, Indoor air pollution: Characterization, prediction, and control: 105–107, John Wiley & Sons, 1998.
    27. WHO, Indoor air quality: organic pollutants. WHO Regional Office for Europe (EURO Report and Studies I 111). Copenhagen, 1989.
    28. Won D, Sander DM, Shaw CY, Corsi RL. Validation of the surface sink model for sorptive interactions between VOCs and indoor materials. Atmos Environ. 35: 4479–4488, 2001.
    29. Won, D., Sander, D. M., Shaw, C. Y., & Corsi, R. L., Validation of the surface sink model for sorptive interactions between VOCs and indoor materials. Atmospheric Environment, 35, 4479-4488, 2011.
    30. Yang X, Chen Q, Zhang JS. An Y, Zeng J, Shaw CY. A mass transfer model for simulating VOC sorption on building materials. Atmos Environ.; 35: 1291–1299, 2001.

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