Validation Study on Formaldehyde Release and Loading Limits of Indoor Artificial Panels

分光光度计：V-1200型，上海美谱达仪器有限公司。1m³气候箱：QP-11型，温度偏差为±0.5 ℃，相对湿度偏差为±3%，上海秦沛环保科技有限公司。60L环境测试舱：H6L60型，上海秦沛环保科技有限公司。恒流空气采样器：HL5000型（1000~5000）mL/min智能恒流，北京市科安劳保新技术公司；空气采样器：TH-110E型，武汉市天虹仪表有限责任公司。甲醛标准溶液：标准值为100mg/L，相对扩展不确定度(k=2)：3%，坛墨质检科技股份有限公司。

典型室内装修工程主要使用复合地板、细木工板、次纤维板、刨花板等各类人造板，本次研究在工程现场随机抽取满足试验数量要求的同一批次各类板材。为节省人造板用量，极限甲醛释放量验证试验采用60 L环境测试舱，每块复合地板样品大小为0.3 m×0.2 sm，其他板材样品大小为0.15 m×0.2 m。样品送回实验室后，置于室内常温保存，试验前需在温度为（23±1）℃、相对湿度为（50±5）%、空气置换率至少每小时1次的恒温恒湿条件下平衡处理（15±2）d。平衡处理完成后，用不含甲醛的铝箔胶带或石蜡对样品进行侧边密封处理，其中，复合地板为底面和侧边密封处理。

（1）不同温度条件下甲醛释放量测试：将不同种类的人造板样品各4块分别置于60L环境测试舱中，箱内温度分别设置为18℃、23℃、28℃、32℃，箱内相对湿度均始终保持为50%，第二天开始测试气候箱空气中稳定甲醛含量即为该温度下的人造板甲醛释放量。

（2）不同湿度条件下甲醛释放量测试：取上述试验相同批次样品，分别置于60 L环境测试舱中，箱内湿度分别设置为30%RH、50%RH、70%RH、90%RH，箱内温度均始终保持为23℃，测试气候箱空气中稳定甲醛含量。气候箱测试温度、相对湿度基本涵盖GB/T 39598-2021《基于极限甲醛释放量的人造板室内承载限量指南》标准中规定的最热月平均温度、最高月平均湿度区间范围，空气置换率则按人均居住面积≤10 m²进行设置为0.7次/h，样品与气候箱承载率为（1.0±0.02）m²/m³。

将恒流空气采样器与气候箱的空气出口相连接，并在2个吸收瓶中各加入25 ml蒸馏水，与其串联在一起，抽气速度控制在2 L/min，至少抽取120 L气体。将吸收液收集，使用乙酰丙酮分光光度法进行分析。

按照GB/T 18883-2022的要求对典型室内装修工程卧室进行空气甲醛含量测试，验证承载限量计算结果。

该工程位于南京市，为典型住宅装修工程，选取测试位置为主卧室，设计为2人居住。依据GB/T 39598—2021资料性附录提供的数据，南京地区最热月平均温度t为30.8℃，最高月平均湿度H为88%。该工程地面铺设复合地板，墙面部分定制家具，其他贴壁纸，顶面为乳胶漆，主要使用的人造板面积、使用部位等见表1。卧室总体空间容积为33.8 m³，实木复合门面积为1.6 m²，使用量较小。该主卧室人均居住面积≤10 m²，GB/T 39598—2021规定空气换气次数为0.70次/h。该工程主卧室使用的复合地板、细木工板、纤维板、刨花板按GB 18580—2017标准条件：温度23℃、相对湿度50%、空气置换率1.0次/h检测甲醛释放量，均符合标准规定的要求。

依据GB/T 39598-2021方法A：根据该典型工程装修房间所在地区最热月平均温度、最高月平均湿度和估算的室内空气换气次数设定气候箱测试参数，进行人造板的极限甲醛释放量测定。当多种人造板同时使用时，以使用量最大的人造板的极限甲醛释放量计算。因此对于该装修房间，以使用量最大的复合地板的极限甲醛释放量进行计算。1 m³气候箱测试条件设置为：温度30.8℃、相对湿度88%、空气置换率0.70次/h，进行复合地板甲醛释放量检测。

依据GB/T 39598—2021方法B：对使用量最大的复合地板进行甲醛释放量测试，1m³气候箱测试条件设置为：温度23℃、相对湿度50%、空气置换率0.70次/h。复合地板的极限甲醛释放量为该检测结果乘以最热月平均温度和最高月平均温度的修正系数。

依据GB/T 39598—2021方法B数学模型$ \alpha = {e}^{-9799\times \left(\frac{1}{t+273.15}-\frac{1}{296.15}\right)} $、β=1+0.0175×（H-50）分别计算出温度、湿度修正系数。各类人造板在最热月平均温度和最高月平均湿度时，查上述实验室试验在不同温湿度条件下所绘制的曲线所得的结果，与标准规定的通过α、β校正系数换算所得结果进行比较，验证校正系数。

按照GB/T 18883—2022的要求测定装饰装修前室内空气中甲醛浓度，即为毛坯状态下室内空气甲醛浓度。同步选取同批次该类型毛坯房间，测试空气甲醛浓度。室内空气极限甲醛本底浓度为测定的装饰装修前室内空气甲醛浓度分别乘以最热月平均温度和最高月平均湿度的校正系数。

该工程主卧室装修完工后，按GB/T 18883—2022的要求将门窗密闭12 h后，在室温为25℃、相对湿度约为50%时测试其室内空气中甲醛浓度；在室温为30℃、相对湿度约为80%时测试其室内空气中甲醛浓度。

使用GB/T 16129—1995《居住区大气中甲醛卫生检验标准方法 分光光度法》规定的吸收液，现场开启大气采样器，调节流量为0.4 L/min，采样时间45 min，将采集的样品带回实验室进行分析。

各样品管中分别加入一定量的氢氧化钾和AHMT溶液，盖上管塞，轻轻颠倒混匀三次，放置20 min。再加入高碘酸钾溶液，充分振摇，放置5 min，测定各管中样品甲醛溶液浓度。根据采样体积，计算出室内空气中甲醛含量。

根据GB/T 39598-2021人造板室内承载限量数学模型$ L=\frac{{C}_{\infty }-{C}_{{t}_{0}}\times {e}^{-N\times \left({t}_{1}-{t}_{0}\right)}}{\delta \times \left(1-{e}^{-N\times \left({t}_{1}-{t}_{0}\right)}\right)}-\frac{{C}_{0}}{\delta } $计算人造板室内承载限量，式中L为人造板承载限量，$ {C}_{\infty } $为达到GB/T 18883—2022限量要求时的室内空气中甲醛浓度，$ {C}_{{t}_{0}} $为关闭门窗$ {t}_{0} $时的室内空气中甲醛浓度，估算时设为$ {C}_{\infty } $的80%，e为指数函数，N为室内空气换气次数，$ {t}_{1} $为GB/T 18883规定的密闭测试时间，$ {t}_{0} $为关闭门窗后人造板甲醛初始稳定释放时间，估算时可设为8h，$ {C}_{0} $为室内空气中极限甲醛本底浓度，各项数值见表2。

$ \delta$为人造板极限甲醛释放量，理论计算值依据GB∕T 39600—2021《人造板及其制品甲醛释放量分级》，取E_NF、E₀、E₁三个级别限量值，换算成0.7次/h换气次数的估算值，代入数学模型求得人造板承载限量理论值L。

各类人造板在不同温度条件下甲醛释放量测试结果，见表3，各类人造板甲醛释放量随温度变化曲线见图1。

Figure 1.  Formaldehyde release curve changes with temperature for various types of wood-based panels

从以上试验数据及变化曲线图可以看出，不同类型的人造板随温度变化情况不一致。譬如，温度变化对纤维板甲醛释放量的影响较为明显，而对刨花板的影响相对较小。这主要取决于各类板材的材质、组成、加工工艺等。

各类人造板在不同湿度条件下甲醛释放量测试结果，见表4，各类人造板甲醛释放量随湿度变化曲线见图2。

Figure 2.  Formaldehyde release curve varies with humidity for various types of wood-based panels

从以上试验数据及变化曲线图可以看出，不同类型的人造板随湿度变化情况与随温度变化情况极为类似。湿度变化对纤维板甲醛释放量的影响较为明显，而对刨花板的影响相对较小。

依据数学模型$ \alpha ={e}^{-9799\times \left(\frac{1}{t+273.15}-\frac{1}{296.15}\right)} $、β=1+0.0175×（H-50），其中t=30.8（℃），H=88（%），可得α=2.34，β=1.665。各类人造板在最热月平均温度和最高月平均湿度时，查实验室试验所绘制的曲线的结果，与标准规定数学模型换算所得结果验证分析见表5。

从表4中可以看出，温度、湿度校正系数验证偏差均在−25.7%~29.2%以内，查试验曲线与通过校正系数换算结果相关性基本保持一致。在国内前期研究中，李志生等发现^[4]，相对湿度升高30%，不同样品甲醛浓度上升到原来的1.5~2.6倍；王小恒等研究发现^[5]，板材中甲醛释放量随环境相对湿度增加而增大，二者呈正相关，相对湿度每增加12%，甲醛释放量增加15%~20%；程伟等研究发现^[6]，从温度23℃、湿度50%升高至温度28℃、湿度65%，人造板甲醛释放浓度增加21.4%~62.0%。以上所述结论与研究结果基本保持一致。

依据GB/T 39598-2021方法A，及前述1 m³气候箱测试条件，对使用量最大的复合地板进行甲醛释放量检测，检测结果为0.476 mg/m³。依据方法B结果分析，及前述1 m³气候箱测试条件，进行甲醛释放量检测，检测结果为0.118 mg/m³。乘以最热月平均温度和最高月平均温度的修正系数，结果为0.460 mg/m³。

方法A和方法B检测结果较为接近，GB/T 39598-2021标准中6.3条规定根据装修房间所在地区最热月平均温度、最高月平均湿度和室内空气换气次数测定人造板的极限甲醛释放量。按该要求，需设定气候箱参数为较高温度、湿度、较低的换气次数，导致舱内环境条件恶劣，人造板甲醛释放量急剧增加，舱内空气中甲醛含量检测结果也大幅度升高。甲醛含量过高，舱内空气难以达到稳定状态，检测结果的误差也相对较大。因此，建议按方法B中的修正系数进行换算，可以减小测试误差。

测定装饰装修前室内空气中甲醛浓度，即为毛坯状态下室内空气甲醛浓度为0.010 mg/m³。室内空气极限甲醛本底浓度为该结果乘以最热月平均温度和最高月平均湿度的校正系数，结果为0.039 mg/m³。该工程主卧室装修完工后，门窗密闭12 h后，在室温为25℃、相对湿度约为50%时测试其室内空气中甲醛浓度结果为0.078 mg/m³；在室温为30℃、相对湿度约为80%时测试其室内空气中甲醛浓度结果为0.168 mg/m³。

该工程主卧室复合地板、细木工板、纤维板、刨花板换算成0.7次/h换气次数室内空间甲醛贡献量分别为0.042 mg/m³、0.009 mg/m³、0.012 mg/m³、0.006 mg/m³，总的人造板贡献甲醛释放量为0.069 mg/m³。该房间在室温25℃、相对湿度约50%时实际检测结果为0.078 mg/m³，考虑其他因素如墙纸、乳胶漆、实木复合门、胶粘剂等对甲醛释放量加成影响，该检测结果较为合理。而在室温为30℃、相对湿度约为80%时测试其室内空气中甲醛浓度，检测结果为0.168 mg/m³，与人造板极限甲醛释放量最热月平均温度、最高月平均湿度校正系数修正结果偏差较大。其主要原因有：校正系数均为实验室内获得的多次重复统计结果，试验设备环境测试舱，温湿度能设定为标准规定的条件，而在现场工程中，实际室内装修情况较为复杂，墙面也非环境舱的不锈钢内壁，顶面、墙面、内饰材料等均能吸附分解甲醛，温度湿度、换气次数等也非恒定不变，且实际使用过程中极限温湿度情况时间较短且不稳定，实际检测时人造板已在空气中暴露了较长时间。因此，在实际工程中，情况较为复杂，校正系数不宜直接应用，而应以实际检测结果为准。

在该典型装修工程中，复合地板为使用量最大的人造板，其极限甲醛释放量为0.476 mg/m³，室内空气极限甲醛本底浓度为0.039 mg/m³，可用标准数学模型计算得到该工程人造板室内承载限量为0.09 m²/m³，根据室内空间容积换算得人造板最大使用量为3.04 m²，而实际使用量达到29.4 m²，可推断该房间在极限环境条件下室内空气甲醛含量结果超标，与实际检测结论基本相符。

依据数学模型$ L=\dfrac{{C}_{\infty }-{C}_{{t}_{0}}\times {e}^{-N\times \left({t}_{1}-{t}_{0}\right)}}{\delta \times \left(1-{e}^{-N\times \left({t}_{1}-{t}_{0}\right)}\right)}-\dfrac{{C}_{0}}{\delta } $，计算得E_NF、E₀、E₁三个级别人造板承载限量理论值L，计算结果见表6。

通过以上试验及数学模型估算分析，可以得出室内在使用E_NF、E₀、E₁级人造板时室内承载理论限量分别为0.34 m²/m³、0.17 m²/m³、0.07 m²/m³。在卧室容积通常为30 m³的空间内，E_NF、E₀、E₁级人造板的承载极限用量分别仅为10.2 m²、5.1 m²、2.1 m²，可想而知，该标准的相关规定是极其严格。通常30 m³的房间装修，地面需要10 m²左右的实木或复合地板，家具、门板、墙板等各类人造板至少也需要10 m²左右，若要符合该标准承载极限要求，必须使用E_NF级别的人造板，且其甲醛释放量要控制在E_NF级限量一半左右，即为0.012 mg/m³，对使用的人造板甲醛释放量要求极高。且标准规定室内其他人造板的极限甲醛释放量不能超过该人造板的极限甲醛释放量，即是室内所有人造板甲醛释放量均需控制在0.012 mg/m³以内，如此严格的要求，对于控制室内人造板甲醛释量放起到了极好的推动作用，但实施的可行性有待进一步验证。

通过实验及理论计算相结合，可以得出以下结论：（1）人造板的甲醛释放量随温度、湿度升高而逐渐增加，基本符合最热月平均温度和最高月平均湿度校正系数的换算数学模型。但不同类型板材因密度、使用材料、表面处理等各方面情况不同，其检测结果与校正系数的换算数学模型结果符合性也不一致。（2）建议按GB/T 39598—2021方法B中的修正系数进行换算人造板极限甲醛释放量，可以减小测试误差。（3）典型装修工程现场情况较为复杂，室内空气中甲醛含量温湿度校正系数不宜直接应用，应以实际检测结果为准。（4）通过人造板室内承载限量理论值的确定，可知该标准对于承载限量要求极为严格，在后期实施的可行性还需要进一步验证探讨。关于该标准，仍有以下几点需要探讨：

1）当多种人造板同时使用时，不宜仅依据使用量最大人造板的极限甲醛释放量进行计算。典型住宅室内装修，地面会使用实木地板或复合地板，面积较大，按要求基本都是以地板极限甲醛释放量进行计算，而其他人造板极限甲醛释放量不能超过该人造板的极限甲醛释放量，导致人造板室内承载限量结果会明显偏小。多种人造板使用时的室内承载限量计算方法需进一步探讨。

2）强调了室内空气甲醛浓度会随室内空气温度、湿度等变化而产生一定变化，且相关文献对此也有论证^[7]，然而该标准中并未对室内空气采样环境条件进行规定，因此对甲醛承载限量的计算结果验证存在一定的偏差，上述实际工程验证结果已经证明这一论点。

人造板室内承载限量理论值的确定对于室内环境的控制起到了极好的推动作用，了解人造板室内承载限量对于室内环境的改善和人体健康具有极其重要的意义。在实际工程应用中，应选择甲醛释放量较低的人造板材，预先计算室内人造板甲醛释放承载限量，并采取相应措施减少甲醛的释放，以保障室内空气质量和人体健康。