Ozone and indoor air quality : interactions with building products
Ozone et qualité de l'air intérieur : interactions avec les produits de construction et de décoration
Résumé
The impact of ozone on indoor air quality has been studied using a double approach aimed at providing a better understanding of the ozone removal mechanisms on indoor surfaces and of ozone-induced reaction products identification, and to study the ozone outdoor-to-indoor transfer during photochemical pollution episodes.
An experimental setup has been developed to study the interactions between ozone and sixteen building materials frequently used indoors. For all tested materials, a significant ozone removal was observed: ranging between 8% on a paint and 89% on a pinewood board. Ozone deposition velocities on the different tested materials varyied from 0.003 to 0.158 cm•s-1. When materials are exposed to ozone, their emissions are modified. Some compounds are detected in lower concentrations (styrene, C12 alkene) while others compounds are detected at higher concentrations, particularly aldehydes (formaldehyde, acetaldehyde, benzaldehyde, C5 to C10 aldehydes), ketones and carboxylic acids. Tests were performed on pinewood board to characterize the relative contribution of heterogeneous and homogenous reactions on the ozone removal. Heterogeneous surface reactions prevailed since gas-phase reactions were limited to 5-20%.
The impact of photochemical pollution on indoor air quality was studied during summer of 2003 and 2004 in the CSTB experimental house MARIA. Outdoor pollution (NO, NO2 and O3) is completely transferred indoors though the ventilation system. 80% to 95% of ozone is eliminated indoors, showing the presence of important ozone sinks. Reaction by-products were identified, in particular formaldehyde hexaldehyde, benzaldehyde and nonanal. Heterogeneous reactions prevailed on gas-phase reactions, although alpha-pinene ozonolysis has been observed. Daily variations of ozone, formaldehyde and hexaldehyde indoor concentrations underlined the role of indoor chemistry and of environmental parameters (especially temperature) on the emissions of materials, and consequently on their indoor concentrations.
A simple model for predicting indoor pollution was developed. Input parameters were the corresponding outdoor pollutant concentrations. Both homogeneous and heterogeneous reactions were considered in the model. The model overestimated the indoor NO2 concentrations, presumably because NO2 surface deposition was not considered. An excellent agreement between predicted and measured indoor NO and ozone concentrations has been obtained.
An experimental setup has been developed to study the interactions between ozone and sixteen building materials frequently used indoors. For all tested materials, a significant ozone removal was observed: ranging between 8% on a paint and 89% on a pinewood board. Ozone deposition velocities on the different tested materials varyied from 0.003 to 0.158 cm•s-1. When materials are exposed to ozone, their emissions are modified. Some compounds are detected in lower concentrations (styrene, C12 alkene) while others compounds are detected at higher concentrations, particularly aldehydes (formaldehyde, acetaldehyde, benzaldehyde, C5 to C10 aldehydes), ketones and carboxylic acids. Tests were performed on pinewood board to characterize the relative contribution of heterogeneous and homogenous reactions on the ozone removal. Heterogeneous surface reactions prevailed since gas-phase reactions were limited to 5-20%.
The impact of photochemical pollution on indoor air quality was studied during summer of 2003 and 2004 in the CSTB experimental house MARIA. Outdoor pollution (NO, NO2 and O3) is completely transferred indoors though the ventilation system. 80% to 95% of ozone is eliminated indoors, showing the presence of important ozone sinks. Reaction by-products were identified, in particular formaldehyde hexaldehyde, benzaldehyde and nonanal. Heterogeneous reactions prevailed on gas-phase reactions, although alpha-pinene ozonolysis has been observed. Daily variations of ozone, formaldehyde and hexaldehyde indoor concentrations underlined the role of indoor chemistry and of environmental parameters (especially temperature) on the emissions of materials, and consequently on their indoor concentrations.
A simple model for predicting indoor pollution was developed. Input parameters were the corresponding outdoor pollutant concentrations. Both homogeneous and heterogeneous reactions were considered in the model. The model overestimated the indoor NO2 concentrations, presumably because NO2 surface deposition was not considered. An excellent agreement between predicted and measured indoor NO and ozone concentrations has been obtained.
L'impact de l'ozone sur la qualité de l'air intérieur a été étudié par une double approche permettant d'une part, de mieux comprendre les mécanismes réactionnels de disparition de l'ozone au contact des surfaces intérieures et d'identifier les produits de réactions, et d'autre part, d'étudier le transfert de l'ozone depuis l'extérieur vers l'intérieur et son comportement in situ, notamment en période de pics de pollution photochimique.
Un banc d'exposition contrôlée a été mis au point pour étudier les interactions entre l'ozone et seize produits de construction et de décoration fréquemment rencontrés dans les environnements intérieurs. Pour tous les matériaux testés, une disparition d'ozone significative, comprise entre 8% pour une peinture glycérophtalique et 89% pour un lambris en pin brut, a été observée. Des vitesses apparentes de dépôt de l'ozone sur les matériaux variant de 0,003 à 0,158 cm•s-1 ont été calculées. Les émissions des matériaux sont modifiées en présence d'ozone. Certains composés sont détectés en concentrations inférieures (styrène, alcènes C12) tandis que d'autres sont retrouvés en concentrations nettement supérieures, notamment des aldéhydes (formaldéhyde, acétaldéhyde, benzaldéhyde, C5 à C10), des cétones et des acides carboxyliques. Lors d'essais conduits sur un lambris en pin, la prédominance des mécanismes hétérogènes dans la disparition d'ozone a été mise en évidence, la contribution des réactions en phase homogène étant estimée entre 5 et 20 %.
L'impact de la pollution photochimique sur la qualité de l'air intérieur a été étudié durant les étés 2003 et 2004 dans la maison expérimentale MARIA du CSTB. Il apparaît que la pollution extérieure (NO, NO2 et O3) est complètement transférée dans la pièce par le système de ventilation. Près de 80% à 95% de l'ozone est éliminé à l'intérieur de la pièce, témoignant ainsi de la présence d'importants puits d'ozone. Des sous-produits réactionnels ont été identifiés, en particulier le formaldéhyde, l'hexaldéhyde, le benzaldéhyde et le nonanal. Il apparaît que la réactivité en phase hétérogène prédomine sur les réactions en phase gazeuse, bien que des réactions d'ozonolyse d'alpha-pinène aient été observées dans la pièce. Les variations quotidiennes des concentrations intérieures de l'ozone et de certains composés (formaldéhyde, hexaldéhyde) soulignent le rôle de la réactivité chimique et des paramètres environnementaux (surtout la température) sur les émissions de certains matériaux, et donc sur leurs concentrations dans l'air intérieur.
Un modèle simple de prédiction des concentrations intérieures de polluants a été mis au point. Les prévisions sont réalisées d'après les concentrations extérieures des polluants et intègrent la réactivité en phase homogène et en phase hétérogène. Pour NO, les données simulées et réelles sont quasiment identiques tandis que le modèle surestime les concentrations intérieures de NO2, probablement du fait de l'absence de prise en compte du dépôt de NO2 sur les surfaces intérieures. Les prévisions des concentrations intérieures d'ozone sont très satisfaisantes.
Un banc d'exposition contrôlée a été mis au point pour étudier les interactions entre l'ozone et seize produits de construction et de décoration fréquemment rencontrés dans les environnements intérieurs. Pour tous les matériaux testés, une disparition d'ozone significative, comprise entre 8% pour une peinture glycérophtalique et 89% pour un lambris en pin brut, a été observée. Des vitesses apparentes de dépôt de l'ozone sur les matériaux variant de 0,003 à 0,158 cm•s-1 ont été calculées. Les émissions des matériaux sont modifiées en présence d'ozone. Certains composés sont détectés en concentrations inférieures (styrène, alcènes C12) tandis que d'autres sont retrouvés en concentrations nettement supérieures, notamment des aldéhydes (formaldéhyde, acétaldéhyde, benzaldéhyde, C5 à C10), des cétones et des acides carboxyliques. Lors d'essais conduits sur un lambris en pin, la prédominance des mécanismes hétérogènes dans la disparition d'ozone a été mise en évidence, la contribution des réactions en phase homogène étant estimée entre 5 et 20 %.
L'impact de la pollution photochimique sur la qualité de l'air intérieur a été étudié durant les étés 2003 et 2004 dans la maison expérimentale MARIA du CSTB. Il apparaît que la pollution extérieure (NO, NO2 et O3) est complètement transférée dans la pièce par le système de ventilation. Près de 80% à 95% de l'ozone est éliminé à l'intérieur de la pièce, témoignant ainsi de la présence d'importants puits d'ozone. Des sous-produits réactionnels ont été identifiés, en particulier le formaldéhyde, l'hexaldéhyde, le benzaldéhyde et le nonanal. Il apparaît que la réactivité en phase hétérogène prédomine sur les réactions en phase gazeuse, bien que des réactions d'ozonolyse d'alpha-pinène aient été observées dans la pièce. Les variations quotidiennes des concentrations intérieures de l'ozone et de certains composés (formaldéhyde, hexaldéhyde) soulignent le rôle de la réactivité chimique et des paramètres environnementaux (surtout la température) sur les émissions de certains matériaux, et donc sur leurs concentrations dans l'air intérieur.
Un modèle simple de prédiction des concentrations intérieures de polluants a été mis au point. Les prévisions sont réalisées d'après les concentrations extérieures des polluants et intègrent la réactivité en phase homogène et en phase hétérogène. Pour NO, les données simulées et réelles sont quasiment identiques tandis que le modèle surestime les concentrations intérieures de NO2, probablement du fait de l'absence de prise en compte du dépôt de NO2 sur les surfaces intérieures. Les prévisions des concentrations intérieures d'ozone sont très satisfaisantes.