國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系

李家偉

室內空氣品質改善管理與控制技術

通風系統改善更新

通風與室內空氣品質

建築物之室內空氣品質(IAQ)，影響因子甚多，包括建築物、室內裝修、人員、事務設備等等，但其中主要的影響因子，就是建築的「通風換氣」，尤其在設計階段或更新改造階段時，必須加以注意。

通風換氣的目的主要在於(1)供給充分氧氣、(2)稀釋污染物質、(3)除去污染源、(4)調整空間壓力控制氣流進出、(5)削減部分熱負荷、(6)排除臭氣等功能以確保室內空氣的品質。

以台灣之氣候條件而言，如果有以當地微氣候、地形進行通風設計的建築物，一年之中通常有數個月的期間可利用自然通風的方式而不依賴空調設備，部分地區甚至達半年以上可利用自然通風。

通風不良引起之健康問題(Ⅰ)

台灣一些中央空調的辦公類建築物，為了節省初期設備經費或天花高度不足而採用完全無外氣系統的FCU空調系統，有些大樓為了減少外氣空調負荷而關閉外氣供應，造成嚴重的「病態大樓症候群」(SBS)或「建築關連症」(BRI)。

世界衛生組織對病態大樓的調查中(WHO,1989)發現，新建空調型建築物中罹患眼疾、疲勞、頭痛等一般症狀的比例約為30 ％，為一般自然通風型建築物的兩倍，這些大多是外氣量不足所造成的結果。由於這些病症所引起的請假、工作效率低落、醫療浪費，無形中造成企業莫大的負擔。

通風不良引起之健康問題(Ⅱ) 過度強調「節能」的「封閉型空調系統」，較容易引

起相關疾病或病症的發生，因此，適當的「新鮮外氣量」引入，可以維持室內空氣品質。

通風效率(Ventilation Rate)是一項重要的品質指標，通風效率越大，可以有效降低相關疾病或病症的發生，也可以提高「工作效率」(Fisk, W.J.2000)。

建築通風系統

建築通風系統以「預防控制」的方法設計，因此，在設計上不僅要兼顧建築物之節能效益，更要注意室內通風的健康品質，目前國際上推動「綠建築」的設計手法，是符合未來建築發展的形式。

通風換氣主要確保室內新鮮空氣的置換效率，無空調之建築物，以開口之通風路徑與室間深度來評斷其通風性能，而對於採用中央空調之建築物，則以外氣引入的有無來判斷其品質。

建築通風換氣環境主要分為：(1)自然通風型(2)外氣引入型

自然通風型建築

自然通風型建築，不光只是開窗，除了開窗面積符合建築技術規則的規定外，必需是真正利用自然通風，達到有效的換氣效果，故需考量其「通風路徑」及「室內深度」。

居室若是單側開窗或相鄰側開窗，室內淨深不能太長；相對側開窗及多側開窗方式也有一定的淨深限制，且皆和室內淨高有關，這也是為了確保室內無「死域地帶(dead zone)」。

通風路徑的重要

所謂通風路徑，一般來說，如圖所示可簡單分成單側開窗、相鄰側開窗、相對側開窗及多側開窗方式。

前兩者(a、b)較難使新鮮外氣進入室內遠端而排除遠端的污染物；後兩者(c、d)可以使氣流以近似活塞流的方式將室內髒空氣推擠出去，而有較佳的空氣置換效率。

(c)相對側通風 (d)多側通風路(b) 相鄰側通風(a) 單側通風

不同類型之通風路徑 (內政部建築研究所.2007)

建築自然通風優點

建築自然通風方式為最有效的通風稀釋方法，自然通風能增加換氣效益，並具備引入新鮮空氣以稀釋或移除室內的污染物質(CIBSE,1997)、減少能源消耗（空調耗能）、降溫並調節濕氣…等多重優點，而增加換氣率之優點包括：

(1)降低氣喘症狀(Smedje and Norbäck, 2000）(2)減少過敏症狀（Bornehag et al., 2005）(3)提升工作效率(Bornehag et al.,2005；Tham et al., 2003 ）(4)增進兒童在閱讀及數學方面的表現（Shaughnessy et

al., 2006）

建築自然通風改善方法

如何在既有的微氣候條件及自然通風方式下，增進自然通風效率下列為幾項通風改善設計方法：

(1)開口部加裝導風板設計

(2)熱浮力換氣設計

(3)混合式通風設計-加裝局部排風扇

室內裝修與揮發性有機物質管理

室內裝修與室內空氣品質

在室內空氣污染物主要來源中，建材中揮發性有機物質（VOCs）為空氣污染的主要來源之一。一般室內的VOCs 濃度常高於室外的濃度值，尤以新建或新裝修的建築物中最為嚴重。

新建或新裝修的建築物VOCs 多半來自建材的製造或裝修過程中所使用的有機溶劑、黏著劑以及填縫劑等。室內裝修常大量使用牆板並塗刷油漆等建材，在地板部分，目前常見建材多是使用人造化學地板，而牆壁及天花板多使用高隔音、吸音之玻璃棉、尿素甲醛樹脂發泡劑材料、纖維吸音板及表面貼布織布或塑化版材料，而天花板則多使用高反射塑化板及吸音纖維板。

室內裝修與室內空氣品質

在室內裝修材料使用上，以「源頭管制」方式最為有效，採用低逸散揮發性有機化合物之建材及低逸散甲醛之建材，直接降低室內揮發性有機物質及甲醛的濃度。

目前在國內主要有「環保標章」及「綠建材標章」之「健康綠建材」管制，而在國外主要有芬蘭建材逸散分級標章、德國藍天使、美國綠標籤、綠色防護標章、日本環保標章及韓國環保標章等許多建材認證產品，在設計及改善時均可使用。

低逸散建材相關標章的使用

目前在建築材料的選擇上，主要以通過我國「綠建材標章」之「健康綠建材」及「環保標章」建材為主。

綠建材標章環保標章

低逸散建材相關標章的使用

其他國際上重要的建材標章

中央空調系統管理

1 Return Air Duct

2 Air Filter Housing

3 Air Filter 3a Rigid Frame 3b Filter Media Restrainer 3c Filter Media

4 Air-Handling Unit that contains a recirculation fan, heating element, and cooling coil.

5 5 Supply Air Duct

空調換氣型(機械通風型)

空調換氣主要以中央空調之辦公類、商業類、醫院類及旅館類等建築物為主，若要有效進行室內空氣污染物的移除，必須針對其新鮮外氣供應進行改善設計，並檢核空調設備是否有專用的新鮮外氣供應系統或其他外氣引入方式。

目前大樓空調系統採用的FCU系統或分離式空調機系統，大部分是無外氣系統的設計，甚至有些AHU空調之大樓為了減少外氣空調負荷，將許多外氣路徑完全被關閉，長期對室內人員之健康與工作效率產生嚴重傷害。

空調系統的管理

除了引入新鮮外氣的改善設計以外，空調系統的管理維護與定期查驗，可以有效預防室內空氣污染問題的產生，透過下列管理方法進行：

1. 空調設備定期保養及維護。2. HVAC或一般空調設備的查核。3. 定期更換過濾裝置。4. 風管、盤管及加濕器的清潔。5. 冷卻水塔設備的定期清洗。6. 其他空調設備的清潔維護。

空調外氣引入口位置

項目 最小距離,ft(m)

冷卻水塔進氣或水池 15(5)

冷卻水塔排氣 25(7.5)

國內潛藏問題: 設計不良與維護不佳根據環保署96年度100動公共建築之調查，約有

20％建築物冷卻水塔明顯維護不良

冷卻水塔之清洗及消毒方法：冷卻水塔在下列情況下應實施清洗及消毒：

1. 在建築時，被灰塵或有機物等污染。

2. 曾被停止使用超過一個月（或醫院的冷卻水塔停止使用超過五天）。

3. 曾被機械性的改造或分解，而導致污染。

4. 在定期間隔使用時，若周圍環境是多灰塵的或當地水之品質無法被控制。

5. 鄰近的冷卻水塔與「退伍軍人病」之流行曾是有關連的來源。

清淨設備效能評估與選用標準

室內空氣清淨原理

背景 近來居住空間空氣品質問題越來越受到重視，尤其是

近年來有越來越多因為室內空氣不良而引起不舒適或病症案例的發生，因此民眾對於室內空氣品質的重視程度亦隨日遽增，以致於對空調的要求已經不再止於冷、暖空氣的提供而已，乾淨、安全的空氣品質才是真正的訴求。

空氣清淨原理

各種空氣清淨技術簡要原理如下： 機械式過濾集塵：利用各種濾材以達過濾微粒的目的。

靜電集塵：如靜電集塵器及靜電式濾網捕集帶電的微粒

離子產生器：釋放離子於環境中，當其與微粒結合後，該帶電的微粒隨即會被一些表面如地板、牆壁、窗簾等所吸附。

吸附：利用各種吸附濾材以達吸附揮發性有機物(VOCs)之目的。目前活性碳纖維（Activated Carbon Fibers, ACF）由於體積小且置換容易，因此常被使用做空氣清淨機吸附濾材。

空氣清淨原理（續）

UV+光催化：光觸媒是利用光線能量作為空氣淨化機制的原動力。光線照射激發二氧化鈦（TiO2）表層的電子（e-）脫離，留下電洞（positive holes h+），電洞吸引水中的氫氧離子，變成極不穩定的氫氧根（Hydroxyl Radicals）。為轉變成穩定狀況，氫氧根會與有機化合物反應變成無害之CO2、H2O釋放至空氣中。

臭氧產生機：臭氧有極強的氧化性，當遇到細菌、臭味或有機物時能產生氧化反應，達到清淨空氣之效果。

奈米銀：將奈米銀粒子鍍於空調系統濾網材質表面，當奈米銀與細菌體接觸時，奈米銀粒子可造成細菌無法代謝而衰竭死亡。

表5-1空氣清淨技術室內污染物去除功能【劉、江, 2000a】

清淨 懸浮微粒 污染氣體 微生物

備註技術

花粉

塵螨

粉塵

香煙

煙臭

尿臭

有機氣體

燃燒產物

真菌

細菌

病毒

初級○ ○ ▽ ▽

僅能過濾可以目視

濾網 大小之微粒

中級◎ ○ ○ ▽ ○ 懸浮微粒過濾效率80％

濾網

HEPA◎ ◎ ◎ ○ ◎ ▽

可過濾0.3mm懸浮微粒效率達99.97％濾網

ULPA◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ▽

可過濾0.1mm懸浮微粒效率達99.99997％濾網

說明：◎非常有效○有效▽可能有效

表5-1(續) 空氣清淨技術室內污染物去除功能【劉、江, 2000a】

清淨技術

懸浮微粒 污染氣體 微生物

備註花粉

塵螨

粉塵

香煙

煙臭

尿臭

有機氣體

燃燒產物

真菌

細菌

病毒

靜電○ ○ ○ ○ ○ ▽

壓損小，對細微粒初期清淨效果佳，但濾網壽命短濾網

靜電○ ○ ○ ○ ○ ▽

對細微粒特別有效，效果隨集塵板積塵而降低集塵

負離子

○ ○ ○ ○ ▽ ▽ ▽ ▽ ▽作用範圍有限制，有

污損機體和表面之可能

臭氧 ▽ ○ ○ ○ ○ ○作用範圍有限制，濃度

太高時對身體有害

活性碳

◎ ◎ ◎ ▽可吸附臭味，但要定期

更換已飽和之濾網

光觸媒濾網

◎ ◎ ◎ ○ ▽ ◎ ○

具同時除臭和滅菌

功能，更換期限較長

化學▽ ○ ○ ▽ ▽ ▽ ▽

具特定功能（如醫院消毒藥水）而製造的濾網濾網

說明：◎非常有效○有效▽可能有效

過濾捕集機制

慣性衝擊(Inertial Impaction) 直接攔截(Interception) 布朗運動 (Brownian Motion)或擴散作用(Diffusion)

(source: U.S. EPA/600/R-08/053)

濾網參數對顆粒貫穿與氣流阻力之影響

參數 顆粒貫穿能力 氣流阻力

濾材纖維直徑直徑愈小，貫穿愈少

直徑愈小，阻力愈大

濾材厚度厚度愈厚，貫穿愈少

厚度愈厚，阻力愈大

濾材充填密度密度愈高，貫穿愈少

密度愈高，阻力愈大

吸附法

吸附（adsorption）是一種發生在氣-固相或液-固相間之界面化學現象。固體利用本身之表面力，對流體中之物質產生親和力作用，使其附著於固體表面上，具此種表面力之固體稱為吸附劑（，被吸附的物質則稱為吸附質。

吸附為放熱程序；而吸附的逆程序稱為脫附（desorption），為吸熱程序。

目前商業化之活性碳的形態有粉狀、粒狀、球狀或圓柱狀及纖維狀四種，其中活性碳纖維（Activated Carbon Fibers, ACF）由於體積小且置換容易，因此常被使用做空氣清淨機吸附濾材 。

影響吸附的因素

吸附劑種類 吸附劑特性: 影響吸附量極大，包含有比表面積、孔隙大小分佈、吸附劑的化學特性等。

吸附質之特性: 如分子大小、沸點、官能基及極性等。

其他影響因子: 溫度、相對溼度、吸附質濃度、壓力損失、其他氣體之競爭效應及氣體通過吸附劑流速等。

使用吸附法應注意事項

設計容量須經適當評估，且其使用有效期限一般不長，常需更換濾網。

活性碳是使用最普遍之吸附劑，其吸附一般揮發性有機物效果不錯，但對於較低分子量之醛類(如甲醛)、硫氧化物、硫化氫、氮氧化物、一氧化碳及氨氣之吸附效果不佳。

在揮發性有機物濃度高時，吸附效果較佳，若濃度低時，去除效率較不顯著。

吸附型濾網均有一定吸附容量，若超過其吸附容量，不但無法去除污染物，反有形成二次污染之虞。

負離子

負離子是利用放電而產生，當原子或原子團得到電子而帶負電荷即成為負離子，負離子附著於空氣中之微粒使其帶負電，而此帶電之微粒可與空氣中帶正電之污染物質如灰塵、病毒、細菌等中和後沈降，進而達到清淨空氣的效果。

由於一般常見的負離子機是採用高壓放電的技術，不僅釋放出的負離子有限，同時也會伴隨產生臭氧、氮氧化物等副產物的產生，因此可能反而造成健康的影響。

靜電集塵器及負離子空氣清淨機可能會產生臭氧，於有芳香劑存在條件下，負離子空氣清淨機使用造成超細微粒之產生，並產生甲醛等副產物。

光觸媒氧化

光觸媒氧化 (photocatalytic oxidation, PCO) 是利用光線能量作為空氣淨化機制的原動力。光線照射激發二氧化鈦（TiO2）表層的電子（e-）脫離，留下電洞（positive holes h+），電洞吸引水中的氫氧離子，變成極不穩定的氫氧根自由基（Hydroxyl Radicals）。為轉變成穩定狀況，氫氧根會與有機化合物反應變成無害之CO2、H2O釋放至空氣中。

目前光觸媒氧化空氣清淨機並無檢驗標準，光觸媒氧化之耗能相對較高，且若無法將氣態污染物完全氧化成無害之CO2、H2O，則有二次污染之虞，可能產生對眼、喉及鼻腔有刺激性之副產品。

臭氧

臭氧由三個氧分子所組成，因此有極強的氧化性，當遇到細菌、臭味或有機物時能產生氧化反應，達到清淨空氣之效果。

室內臭氧濃度如果過高，亦會對人體健康造成危害。

室內臭氧易與與萜烯類化合物(為精油及芳香劑之主要化學成分)產生室內化學作用，形成具刺激性的醛酮類產物及超細微粒，對健康亦可能造成影響。

臭氧空氣清淨機之使用應避免人員之暴露，若使用後亦應加強通風以減少反應副產品暴露之機會。

紫外線殺菌照射法

紫外線光是電磁輻射，它比可見光的波長還短。UV光被區分成不同的範圍，短波紫外線(UVC)，波長280～200nm被視為滅菌UV紫外線。

紫 外 線 殺 菌 照 射 法 （ Ultraviolet GermicidalIrradiation, UVGI）係以高能量UV-C破壞微生物的方法。空間中UVC紫外線光殺菌的效能，取決於一些因素：微生物曝照紫外光的時間、UVC光能量的強度、微粒之存在(有可能保護著微生物避免UVC光的照射)和微生物本身耐紫外光照射的能力。

室內空氣清淨機效能評估

目前國際間常採用的空氣清淨機檢測標準方法有AHAM AC-1、ASHRAE 52.2、JIS C 9615及JEM 1467法等。

國內空氣清淨機之相關標準為民國70年公布之國家標準－CNS 7619『空氣清潔機檢驗法』，98年7月16日修訂(主要根據為 AHAM AC-1 )。

ASHRAE 52.2（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Condition Engineers）

為控制條件下的實驗室測試方法，使用固態懸浮試粒(solid phase aerosol) KCl測試其濾除效率及壓降，它可量測自0.3~10μm間特定大小塵粒的濾除效率，測試完成後，不同粒徑大小塵粒的最低濾除效率進一步結合成總最低效率值(Minimum Efficiency Reporting Value，MERV)，使不同濾網間的比較方便簡單。

濾網最低效率值(MERV值)分級與應用

資料來源: EPA 402-F-09-002

ASHRAE standard 52.2 ASHRAE standard 52.1

應用

MERV 粒狀物粒徑範圍(μm) 與去除效率 Dust-Spot Efficiency Percent

顆粒大小/代表性用途 代表性場所

0.3~1.0 μm 1.0~3.0 μm 3.0~10.0 μm

20 ≧99.999 (0.1-0.2 μm） - 95 >95 > 95 - 0.3-1μm細菌、烹飪油煙、大部份煙塵、殺蟲劑粉塵、大部分塗料顆粒

高級商業建築醫院照護病房手術室

15 85-95 >90 > 90 > 95

14 75-85 >90 > 90 90-95

13 < 75 > 90 > 90 80-90

12 - > 80 > 85 70-75 1-3 μm退伍軍人菌、鉛粉塵、汽車排放顆粒、香料粉

高級住宅、商業建築、醫院實驗室

11 - 65-80 > 85 60-65

10 - 50-65 > 85 50-55

9 - 85 40-45

8 - - > 70 30-35 3-10 μm 黴菌孢子、塵螨碎片及排泄物、動物皮屑髮膠噴霧、奶粉

一般住宅商業建築、工業作業場所

7 - - 50-70 25-30

6 - - 3-50 < 20

5 - - 20-35

移動式空氣清淨機檢測標準方法

AHAM AC-1（Association of Home Appliance Manufacturers）

AHAM AC-1為美國家電製造協會所制定，且通過美國國家標準（ANSI）之可移動式空氣清淨機檢測標準方法。

其針對空氣清淨機進行對於粉塵、香煙及花粉三種粒子之清淨效能測試，並將測試結果以CADR值（Clean Air Delivery Rate, m3/min）表示，使消費者可辨別空氣清淨機之清淨能力，並可作為選購時之指標。

JIS C 9615 JIS C 9615(Japanese Standards Association)包含噪

音測試、風量測試、氣體排除率測試、粉塵捕集率及粉塵保持容量測試。

JIS氣體排除率測試設備 【劉、江，2000b】

JEM 1467

JEM 1467(The Japan Electrical Manufacturers‘ Association)測試項目包含脫臭性能試驗、集塵能力試驗及耐久性測試。

1. 1m3 測試箱(1m x 1m x 1m) 2. 空氣清淨機3. 香煙煙霧產生器

4. 混合風扇5. 氣體採樣/注入孔6 . 氣體檢知器及檢知管

空氣清淨機使用注意要項(I) 電子式空氣清淨機與離子產生器通常會伴隨著臭氧的產生，特別是在不當的使用或保養時，可能會使空氣清淨機釋放出較高濃度的臭氧。

細小微粒之去除：現行檢測方式，只要能去除質量大的粒狀物即可達到良好去除效率或CADR，但質量大的粒狀物卻不易經呼吸進入人體，反而質量及粒徑較小的粒狀物，較易被吸入至肺部而形成健康危害，對於小於0.1µm之超細微粒(健康危害較大，且空氣停留時間久)之粒狀物之去除反而無法評估。

空氣清淨機使用注意要項(II) 長期使用之材質劣化：吸附型濾材之飽合會造成效能下降或無效，甚至污染物脫附而形成另一污染源。光催化濾材也可能在使用一段時間後失去效能。

二次污染物之產生：如光催化可能產生毒性更強之污染物，臭氧之產生可能與空氣中之不飽合碳氫化合物形成危害性更大之醛類及細微粒。

微生物之去除，現行國際常用空氣清淨機檢驗標準無嚴格規範。

空氣清淨機使用注意要項(III)

放置地點: 注意進、出風口的暢通，需注意以越靠近污染產生源為佳 ，避免放置在潮濕的地方以及距離其他電子產品太靠近的地方

雖然氣狀污染物也可能造成健康的危害，但是在文獻與法規標準上，對於這些清除設備的效能並無太多的探討與規範。

部分的空氣清淨機產品會宣稱其能夠有效地預防一些如花粉、室塵、霉菌、以及動物皮屑等所引起的過敏反應，上述這些微粒由於其粒徑較大，因此無法長時間懸浮於空氣中，實際效果可能不如預期。

總結

利用空氣清淨設備去除室內污染物，應先了解欲去除之污染物特性，室內空間之大小，以利評估選用之處理技術及機種。

一般小型空氣清淨機使用時，以置於污染源附近以減少污染擴散為原則。

選擇清淨設備時，應注意檢測項目及結果，清淨設備使用之限制應事先評估，避免二次污染之產生。

操作使用時應注意放置地點，並實施定期的維修保養，以維持空氣清淨設備之正常功能。

48

Thanks !

� �通風系統改善更新通風與室內空氣品質通風不良引起之健康問題(Ⅰ)通風不良引起之健康問題(Ⅱ)建築通風系統自然通風型建築通風路徑的重要建築自然通風優點建築自然通風改善方法室內裝修與揮發性有機物質管理室內裝修與室內空氣品質室內裝修與室內空氣品質低逸散建材相關標章的使用低逸散建材相關標章的使用中央空調系統管理投影片編號 17空調換氣型(機械通風型)空調系統的管理投影片編號 20冷卻水塔之清洗及消毒方法： 投影片編號 22�清淨設備效能評估與選用標準室內空氣清淨原理空氣清淨原理空氣清淨原理（續）投影片編號 27投影片編號 28過濾捕集機制投影片編號 30吸附法�影響吸附的因素使用吸附法應注意事項負離子光觸媒氧化�臭氧�紫外線殺菌照射法�室內空氣清淨機效能評估投影片編號 39投影片編號 40移動式空氣清淨機檢測標準方法�AHAM AC-1�（Association of Home Appliance Manufacturers） JIS C 9615 JEM 1467 空氣清淨機使用注意要項(I)空氣清淨機使用注意要項(II)空氣清淨機使用注意要項(III)總結�投影片編號 48