Emissions of wooden interior materials
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2022-08-26
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
100 + app. 62
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 108/2022
Abstract
The use of wood in construction has increased for environmental reasons, and wood has a number of properties that are potentially beneficial for indoor environment quality and human health. However, different wood species emit a wide variety of chemical compounds, and emissions from recently dried timber in particular can be considerable. To control emissions inside buildings, some factors related to wood emissions and their relationship with human perception require deeper knowledge. This dissertation aims to provide new knowledge about the chemical emissions of wooden interior materials under specific parameters. Additionally, the performance of indoor air quality (IAQ) sensors was studied. The effects of moisture content (MC) and paints on the emissions of pinewood boards were studied in laboratory test chambers. The test specimens consisted of uncoated wood samples at two MC levels (10% and 16%), wood samples of both MCs coated with three paints, and the three paints on glass plates were used as reference samples. The emission development of the samples was studied for 28 days. Emitted compounds and their concentrations from uncoated pinewood were consistent with previous studies. Painted wood samples showed high emissions of paint-based compounds that decreased rapidly with time, while the share of wood-based compounds in the emissions increased over time. Uncoated and painted wood samples had lower emissions of wood-based compounds with higher MC (16%) resulting mainly from lower emissions of terpene compounds. Additionally, higher MC decreased emissions of paint-based compounds. The measured and perceived IAQ was studied in three low-energy wooden test buildings (TBs) with three ventilation levels. Levels of total volatile organic compounds (TVOC) were remarkably higher in test building made of pinewood timber (TB 3) than in other buildings (TB1 and TB 2) built with 'lightweight' wooden structures, and the main difference in TVOC levels was terpene concentrations. TVOC levels decreased consistently in TB 3 with higher ventilation. TVOC levels also decreased in the other test buildings, but the effect of the ventilation was less clear, especially between the two highest levels. Perceived air quality improved systematically in all test buildings with higher ventilation, and the differences between the lowest and highest ventilation levels were statistically significant. Because of the increased availability and use of sensors for monitoring TVOC levels inside buildings, performance of four metal oxide semiconductor (MOS) and one photoionization detector (PID) sensors were studied in laboratory and field experiments. Both experiments showed differences in performance between the MOS and PID sensors and between the four MOS sensors. The results suggested that current sensor technology is not capable of monitoring TVOC values precisely, but the sensors could be used to monitor temporal variations of TVOC concentrations and human-based effluents.Ympäristövaikutuksien pienentämiseksi puumateriaalien käyttö rakentamisessa on lisääntynyt ja puulla on useita ominaisuuksia, jotka voivat olla hyödyllisiä sisäympäristön laadulle ja rakennuksien käyttäjille. Puusta kuitenkin haihtuu sisäilmaan kemiallisia yhdisteitä ja etenkin tuoreen puun VOC-emissiot (Volatile Organic Compounds) voivat olla huomattavat. Sisäilman laadun kontrolloimiseksi tarvitaan lisätietoa puun emissioihin vaikuttavista tekijöistä ja niiden yhteydestä ihmisten kokemaan sisäilman laatuun. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa uutta tietoa rakennuksissa tavanomaisesti läsnä olevien tekijöiden vaikutuksesta puun emissioihin. Lisäksi tutkittiin sisäilman laadun havainnointiin käytettävien sensorien suorituskykyä. Puun kosteuspitoisuuden ja kolmen maalin vaikutusta mäntylaudan emissioihin tutkittiin koekammioissa. Koekappaleina oli maalaamattomia ja maalattuja lautoja kahdessa kosteuspitoisuudessa (10 % ja 16 %), ja maalattuja lasilevyjä käytettiin rinnakkaisnäytteinä. Emissioiden kehitystä tutkittiin 28 päivän aikavälillä. Maalaamattoman puun emissiotuotteet ja niiden pitoisuudet olivat yhteneviä aikaisempien tutkimuksien kanssa. Maalatusta puusta haihtui suuria määriä maaliperäisiä yhdisteitä, joiden pitoisuudet pienenivät nopeasti ajan kuluessa. Puuperäisten yhdisteiden osuus kasvoi tutkimuksen loppua kohti. Suuremmassa kosteuspitoisuudessa (16 %) maalaamattomien ja maalattujen puukappaleiden emissiot olivat pienempiä, joka johtui etenkin terpeeniyhdisteiden matalammista emissoista. Lisäksi korkeampi kosteuspitoisuus pienensi maaliperäisien yhdisteiden emissioita. Mitattua ja koettua sisäilman laatua tutkittiin kolmessa puurakenteisessa koerakennuksessa eri ilmanvaihtotasoilla. TVOC-pitoisuudet (Total VOC) olivat selvästi suurempia hirsirakenteissa koerakennuksessa kahteen kevyemmällä puurungolla toteutettuun rakennukseen verrattuna ja suurin ero rakennusten välillä oli terpeenipitoisuuksissa. TVOC-pitoisuudet laskivat tasaisesti ilmanvaihdon lisääntyessä hirsirakenteisessa koerakennuksessa, kun ilmanvaihdon merkitys muissa rakennuksissa oli pienempi etenkin kahden korkeimman tason välillä. Koettu sisäilman laatu parani järjestelmällisesti ilmanvaihdon lisääntyessä, ja tulokset olivat tilastollisesti merkittäviä pienimmän ja suurimman ilmanvaihdon välillä. Sisäilman laadun seurantaan tarkoitettujen TVOC-sensoreiden käyttö ja saatavuus on lisääntynyt viimeisten vuosien aikana, mutta tietoa niiden toimivuudesta on rajallisesti. Neljän MOS-sensorin (metal oxide semiconductor) ja yhden PID-sensorin (photoionization detector) toimintaa tutkittiin laboratorio- ja kenttäkokein. Toimivuudessa havaittiin eroja PID- ja MOS-sensorien välillä sekä MOS-sensorien keskuudessa molemmissa kokeissa. Tuloksien perusteella sensoreilla ei ole mahdollista mitata tarkkoja TVOC-pitoisuuksia, mutta niitä voidaan käyttää pitoisuustasojen ajallisten vaihtelujen seurantaan sekä ihmisperäisten epäpuhtauksien havainnointiin.Description
Supervising professor
Salonen, Heidi, Prof., Aalto University, Department of Civil Engineering, FinlandThesis advisor
Pasanen, Pertti, Prof., University of Eastern Finland, FinlandMikkola, Raimo, Dr., Aalto University, Finland
Keywords
indoor air quality, indoor environment, VOC emissions, wood materials, gas sensors, sisäilman laatu, sisäympäristö, VOC-emissiot, puumateriaalit, kaasusensorit
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Alapieti, Tuomas; Mikkola, Raimo; Pasanen, Pertti; Salonen, Heidi. 2020. The influence of wooden interior materials on indoor environment: a review. European Journal of Wood and Wood Products, 78, p. 617-634.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202006013492DOI: 10.1007/s00107-020-01532-x View at publisher
-
[Publication 2]: Alapieti, Tuomas; Castagnoli, Emmanuelle; Salo, Laura; Mikkola, Raimo; Pasanen, Pertti; Salonen, Heidi. 2021. The effects of paints and moisture content on indoor air emissions from pinewood (Pinus sylvestris) boards. Indoor Air, 31:5, p. 1563-1576.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2021121510736DOI: 10.1111/ina.12829 View at publisher
-
[Publication 3]: Alapieti, Tuomas; Vornanen-Winqvist, Camilla; Mikkola, Raimo; Salonen Heidi. 2022. Measured and perceived indoor air quality in three low-energy wooden test buildings. Wood Material Science & Engineering, published online 24 May 2022.
DOI: 10.1080/17480272.2022.2077657 View at publisher
- [Publication 4]: Alapieti, Tuomas; Alhonnoro, Emil; Mikkola, Raimo; Salonen, Heidi. Reliability and performance of real-time gas sensors for continuous monitoring of indoor TVOC concentrations. Indoor Air 2020, Seoul, Korea, From November 1st, 2020. Paper ID: ABS-0806