基于物联网技术建材中TVOC的监测和治理

邹 淼

(成都基准方中建筑设计有限公司西安分公司,陕西 西安 710054)

0 引言

随着建筑装修行业的蓬勃发展，新型材料层出不穷，新型材料具有装饰性强，灵活性好，容易清洁，造价低廉的优点。但其中所含总挥发性有机化合物TVOC(以下简称TVOC)是室内空气质量的主要污染源头之一，普遍存在于家装材料中，如刨花板、胶合板、油漆、家具、清洁剂等。TVOC是一种具有毒性、散发刺激性气味的气体，对人体有不小的危害。所以，对于环境内TVOC浓度的监测和防治去除措施的研究是刻不容缓的。

物联网技术主要是依靠传感器，通过传感器收集信息，通过互联网汇总分析，将信息交互至用户控制使用系统，经处理展现给用户。对于大气监测来说，物联网技术改善了传统的监测技术，能够对实时大气浓度进行监测监控，对信息自动化处理，大大提高了事件处理效率，可操作性强，可靠性高，还可以根据需要设置报警系统、预测系统，使人们的生产生活更加智能化、可视化。

1 建筑装饰材料释放TVOC浓度的调查与分析

调查主要取样对象为新生产的建筑板材或是新装修的民用住宅，取样点的个数和位置按照国家和行业要求的标准进行。

根据西安市环境监测站采用光离子化检测法检测污染物的总量，TVOC属于紫外光源辐射下的气体，进入检测器后除气体中的基本成分之外，大部分有机物和无机物被电离。光离子化技术作用下，离子能够重新复合为原来的气体和蒸汽，从而被检测出含量，该仪器类似于一台便携式的色谱，对污染气体敏感度高，也就是说当TVOC浓度含量很低时，亦可以检测出具体数值高。在2010年—2015年这6年内共抽查超过1 300个批次，共计8 000余个空气样本，TVOC样本1 332个，检测数量显示[1]，在这6年内新装修的住宅中，TVOC的超标率平均值为70.1%，峰值是在2014年达到78.6%；甲醛的超标倍数平均值为1.69倍，峰值是在2010年高达2.42倍。2010年的TVOC浓度超标率为60.0%，2011年为68.7%，2012年为67.4%，2013年为78.1%，2015年为67.6%，2016年为70.1%。

2 基于物联网技术的TVOC监测

传统的TVOC浓度监测主要是依靠环境舱或者是光离子化检测法、气相色谱仪进行，这些方法适用性强，灵敏度较高，但操作设备较多，检测时间较长。而利用物联网技术可以较好的解决上述问题，物联网是指通过对外界环境的感知，将信息进行收集和处理分析，从而实现环境与环境、人与环境之间的信息交互和通信。

目前，物联网技术在环境监测上的应用也取得了较大的进展，如智能建筑、智能家电、环境监测、水质监测、大气监测、水位监测、污染源监测等。而本文所提到的关于空气中TVOC浓度含量的监测可以用到物联网大气监测技术。

2012年河南师范大学相关研究人员[2]，针对物联网技术和环境监测做了较为完善的互联系统，其中包含检测系统、预测系统。由于要测量环境中的TVOC污染需要设置大量的测点，而用传统的数据处理方法进行分析速度较慢，而且只能得出浓度数值不能做出量化评价，评价污染等级。研究人员运用聚类分析的方法，从大量数据中挖掘出有效的位点，将所有要分析的有效监测点信息进行聚集汇总，推算出中心点，也就是类似于监测点浓度平均值的概念，然后设置污染等级评价指标，以平均值为该环境区域的代表，对平均值的浓度进行评价，得到该区域TVOC污染物的污染评价等级。同时还可以将历史数据进行记录留存，运用MATLAB软件对大量历史数据进行拟合，建立合理的污染浓度预测模型。根据历史数据预测未来该区域TVOC污染物在某时段的污染程度，提前做好预防措施。在系统的设置中，报警系统可采用GIS技术进行卫星定位和数据存储及管理，制作GIS地图，可将超过限值的监测点设置为警示色进行标记，并在相应位置显示该点的详细信息，如超标倍数、测点位置等。为了更好的监测污染物的浓度，还可以设置监控系统，将污染地实时情况视频上传至总服务器平台，相关技术人员可根据可视化信息更加准确及时的与污染地建立连接进行应急处理。

3 TVOC的防治措施

由上述三项调查研究显示，环境中TVOC浓度的超标率和超标倍数已经达到了一个比较严重的状态，必须及时采取措施加以防止，以保证人体的健康。

3.1 自然通风

2015年西安建筑科技大学相关研究人员[3]，对自然通风下环境内TVOC浓度的降低情况做了调查研究。实验选取西安高层住宅4户，天津高层住宅21户，对象均为装修后一个月内的住宅，楼层分布有差异，建筑装饰材料主要以板式家具和涂料涂饰。由于检测期为秋冬季节，房间已经开始供暖，处于封闭状态，也就是说房屋在测试时符合国家测试要求，可直接检测。实验显示，住宅起居室的TVOC浓度平均值为1.09 mg/m3，超标倍数2.18倍，卧室的TVOC浓度平均值为1.04 mg/m3，超标倍数为2.08倍。而起居室TVOC浓度峰值为3.9 mg/m3，超标倍数为7.8倍，卧室TVOC浓度峰值为3.8 mg/m3，超标倍数为7.6倍。检测完毕后打开门窗及排风口进行自然通风后再次进行室内TVOC浓度的检测，检测结果显示，起居室和卧室的TVOC浓度都呈现负增长，起居室浓度为0.39 mg/m3，增长-0.639倍，卧室浓度为0.37 mg/m3，增长了-0.646倍。从数据可以看出，浓度值均已达到国家环境健康安全标准，TVOC浓度降低较为显著。

3.2 基于物联网技术降低TVOC浓度

传统的降低TVOC污染物的措施主要有自然通风、活性炭、绿色植物等，虽然治理效果明显，但会影响室内居住的舒适性，如在冬季开窗通风换气。为了改善这一不足，提升居民的居住舒适度，可以运用物联网技术和空气净化器结合，降低室内TVOC的污染。

在空气净化器中布置空气质量传感器，并设置污染浓度限值，当室内TVOC浓度超过限值时，数据在互联网中汇总分析后激发控制器自动打开空气净化器，并根据污染程度自动调节去除幅度。同时住户可以设置远程操作，远程查看户内空气质量状态，随时开关空气净化器。空气净化器的净化原理有活性炭、负离子、HEPA、低温等离子体、静电原理、光催化作用等，可以单独制件也可以综合制件。

根据烟台宝源净化有限公司[4]的实验结果，在30 m3的房间内，采用HEPA技术使空气净化器进行净化，净化效率为64.51%，20 min内TVOC的去除率为97.00%,60 min内TVOC的去除率为99.32%，120 min内TVOC的去除率为99.83%，180 min内TVOC的去除率为99.89%，从实验结果来看，去除TVOC效果显著，且随着时间增长，去除率逐渐增长。

4 结语

通过调查与分析，环境中TVOC浓度的超标率和超标倍数已经达到了一个比较严重的状态，必须及时采取措施加以防治，以保证人体的健康。而采用物联网技术能够更加高效、快捷的监测实时TVOC浓度，该技术应在后续的研究中继续拓展，使得该技术的应用更加普及化和经济化。TVOC的污染可以通过传统的自然通风、活性炭、绿色植物等进行去除，同时也可运用物联网与空气净化器结合的技术降低建材中TVOC浓度，物联网技术使人们的生产生活更加的智能化。