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坛骑鄂
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1 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善目錄第一章前言 1 頁碼第二章手冊製作目的與適用對象手冊製作目的手冊適用對象 2 第三章室內空氣品質評估方法巡查檢驗測定長時間連續監測以電腦軟體模擬污染物濃度與擴散情形 6 第四章空調與通風系統改善方法理論外氣需求量計算改善方法調整空調箱供氣量空調箱搭配變頻裝置二氧化碳自動監控系統簡易送排風設備 16 第五章結論 21 參考文獻 22

3 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善第一章前言隨著人類生活型態及習性的改變, 平均每人每日處於室內時間長達 80% 以上, 顯示室內空氣品質好壞已成為影響人體健康的重要因素之一根據世界衛生組織 2014 年最新資料統計, 2012 年全球共有 4.3 百萬人咎因室內空氣污染 (Household Air Pollution; HAP) 死亡, 平均每 8 人就有 1 人死亡, 因室內污染所造成疾病死亡以中風疾病為首約 140 萬人, 佔死亡人口數約 34%, 其次為缺血性心臟病約 26%, 其他因室內污染所造成疾病死亡包含慢性阻塞性肺疾病幼兒急性下呼吸道感染及肺癌等雖然死亡人數多集中於低收入地區, 但該數據也顯示室內空氣品質對於人體影響的重要性隨著生活品質的提升, 室內空氣品質影響身體不良反應逐漸受到重視, 越來越多研究證實室內環境品質與人體健康息息相關最常見不良反應為室內病態建築物症候群 (Sick Building Syndrome; SBS) 症狀, 因處於建築物內所引起人體不適症狀, 該症狀無法明確診斷且與處於該建築物內時間長短有關 1984 年世界衛生組織報告中發現, 約有 30% 新建建築物與新裝潢建築物中易有此症狀發生, 主要原因與不良室內空氣品質有關為保護國民健康, 我國室內空氣品質管理法已於 100 年 11 月 23 日公布, 並於 101 年 11 月 23 日公告室內空氣品質管理法施行細則室內空氣品質維護管理專責人員設置管理辦法室內空氣品質檢驗測定管理辦法及室內空氣品質標準等相關法令, 並於 103 年 1 月 23 日公告第一批列管場所, 期望各列管場所除了符合法令之要求外, 亦能落實室內空氣品質自主管理制度, 以維持良好室內空氣品質與環境 1

4 第二章手冊製作目的與適用對象 2.1 手冊製作目的室內空氣品質管理法及相關子法的公告, 代表台灣對於室內空氣品質管理, 將逐漸由自主管理方式轉變為依法管理的階段然而, 制定相關法令之用意僅為規範及約束公共場所, 對於公共場所執行室內空氣品質維護及改善, 仍需要透過各種診斷評估工作, 幫助場所以最有效率之方法解決室內空氣品質不良之問題, 以降低場所在嘗試改善的過程中所耗損之能源與成本本手冊內容主要著重於透過場所之空調與通風系統改善室內空氣品質, 由於目前室內空氣品質管理法所列管之九項室內空氣污染物, 有五項為氣狀污染物, 透過空調控制與通風換氣能有效緩解此些室內空氣污染物 ; 至於其他粒狀污染物與生物性污染物, 改善方法雖不盡相同, 亦不再本手冊之探討範圍, 但若能妥善進行通風換氣, 應能一併降低此些室內空氣污染物所造成之影響 2.2 手冊適用對象本改善技術手冊提供之室內空氣品質評估及改善方法, 著重於空調與通風系統之改善, 故手冊之適用對象, 以常態出入人數較多使用中央空調設備之場所為主此種型態之場所, 容易因室內人數過多或空調不具有換氣功能而導致室內空品不良, 例如政府機關及民營企業之辦公場所醫院圖書館賣場及電影院等類型之場所, 皆為本手冊之適用對象若非為使用中央空調之場所, 亦可參考本手冊對於空調與通風系統之改善內容, 搭配所屬場所之空調特性加以應用, 同樣能達到改善之目的 2

5 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善第三章室內空氣品質評估方法因二氧化碳為人體呼吸的代謝產物, 亦為目前室內空氣品質管理法管制污染物之一, 當場所室內二氧化碳濃度明顯升高時, 即顯示出室內空間換氣量不足, 其餘污染物累積於室內空間的機會也相對升高, 故一般評估室內場所空氣品質之良窳, 通常以二氧化碳濃度為指標, 而本手冊也以二氧化碳之評估結果, 作為場所空調與通風系統改善之依據欲判斷室內二氧化碳之濃度與分布情形, 可透過表 3-1 內所列之方法進行評估, 為使本手冊使用者能更快速了解各評估方法之優劣, 遂將各評估方法之執行方法概述所需配備成本與整體執行難易度彙整如表 3-1 評估方法方法概述所需配備所需成本優點執行難易度表 3-1 各項室內空氣品質評估方法比較巡查檢驗長時間監測電腦軟體模擬購置可攜式二氧化碳偵測器, 不定時進行場所內各區域濃度測定可攜式二氧化碳偵測器視儀器功能與廠牌而定, 約 5,000 元至 10 萬元可隨時了解場所各區域之二氧化碳濃度購買適合之偵測器即可擇一處濃度較高之區域進行較長時間之二氧化碳濃度監測具連續監測與儲存功能之二氧化碳偵測儀器視儀器功能與廠牌而定, 約 5,000 元至 10 萬元可了解一時段內二氧化碳之變化情形視場所是否有空間架設儀器而定關於各項評估方法之詳細介紹可見本章內容以電腦軟體模擬場所內二氧化碳之濃度與擴散情形流場模擬分析軟體視軟體內容與功能而定價格不一可直接模擬空調改善前後之污染物濃度變化需具有操作模擬軟體之技術, 可委託學術單位執行 3

6 3.1 巡查檢驗測定透過可攜帶式室內空氣污染物測定儀器 ( 如圖 3-1) 進行場所內各區域之立即測定, 透過巡查檢驗, 可瞭解場所內各項室內空氣污染物之瞬時濃度, 為一項快速且成本較低之室內空氣品質評估方法目前室內空氣品質管理法及其相關規定並無規定巡檢儀器之規格與可測定之污染物, 坊間已有許多廠牌之可攜式室內空氣污染物偵測器, 各類型場所可依照需求進行購置, 依照室內空氣品質維護管理計畫內容, 巡檢紀錄至少包含二氧化碳之偵測, 於挑選儀器時會選擇具有二氧化碳測定功能者選購二氧化碳巡檢儀器, 須審慎評估測定儀器之各項規格與功能是否合乎測定需求, 包含儀器之測定方法及原理是否與行政院環境保護署所公告之標準檢驗方法相同, 是否經過各項標準校正等皆為必須考量之條件圖 3-1 可攜帶式室內空氣品質偵測器示意圖 4

7 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善 3.2 長時間連續監測針對室內場所進行長時間連續監測, 能更有效的瞭解場所的室內空氣品質現況如連續執行監測一日, 可瞭解該日之室內污染物濃度變化及污染物濃度之高峰時段 ( 如圖 3-2), 並針對污染高峰時段進行原因探討及改善規劃 ; 若將監測時間增加至三日以上, 並調查場所內可能影響室內空氣品質之變因, 例如場所室內空間人數變化及室內空氣流動情形等資訊, 並將調查結果比對監測結果, 找出各項資訊之關聯性, 以分析可能導致室內空氣品質不良之原因某場所室內二氧化碳每小時平均濃度變化 CO2(ppm) 圖 3-2 室內空氣品質長時間監測濃度變化示意圖欲執行長時間室內空氣品質監測, 可透過購置具有長時間監測及記錄功能之室內空氣品質偵測器 ; 或委託行政院環境保護署認可之檢驗測定機構, 以公告之室內空氣污染物標準檢驗測定方法進行測定, 兩者皆有其優劣採用公告之室內空氣污染物標準檢驗測定方法進行長時間監測工作, 優點為監測結果較具有公信力, 但部分室內空氣污染物之標準檢驗測定設備體積較大 ( 如圖 3-3), 採樣位置易受影響, 且目前行政院環境保護署公告之二氧化碳標準檢測方法僅需測定八小時, 若增加測定時間將增加委託測定之成本 5

8 圖 3-3 以標準檢驗測定方法測定室內空氣品質若採用室內空氣品質偵測器進行長時間監測工作, 儀器之選購基本上與巡查檢驗儀器相同, 以測定二氧化碳濃度之儀器為主並視場所需求搭配其他類型之儀器, 需注意儀器之功能是否具有長時間連續監測及紀錄測定結果, 此方法與公告之標準檢驗測定方法相比, 成本較低且較為便利快速 3.3 以電腦軟體模擬污染物濃度與擴散情形針對使用中央空調場所之室內空氣品質評估, 亦可利用現有的流體力學計算電腦軟體, 將現場測量而得的各項參數包含空調箱風量人數溫度及濕度等做為計算模擬依據, 對於受輔導場所遇到問題時將有更好的改善方法與依據欲執行模擬工作, 需調查建築及空調系統相關資料以建立基礎模型, 包含平面圖空間大小尺寸, 相關硬體設備配置圖及空間發熱體數目及數量等 ; 亦需調查環境及空調系統相關設備數據如環境溫度濕度空調系統風速風量及空調箱換氣量 ; 其他需取得資訊包含洽公人數流量關於流場模擬所需調查之相關資訊彙整如表 3-1 6

9 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善透過電腦軟體之模擬工作, 可得知各種空氣污染物於室內之濃度以及可能擴散之方式, 若模擬出之污染物濃度超過法定標準, 可直接於模擬軟體中調整可能改變室內污染物濃度之參數, 例如增加空調之出風口風速增加出風口數量調整出風口與排氣口的相對位置或對出入場所之人數加以控管, 以降低室內空氣污染物之濃度關於模擬軟體上顯示之改善前後污染物濃度與分布示意圖詳見圖 3-4 圖 3-4 室內場所有害物質於改善前後之擴散模擬結果 ( 等濃度圖 ) 7

10 表 3-2 進行流場模擬所需調查資料幾何空間建構 1 場所室內空間平面圖, 空間內長寬高尺寸 2 相關硬體設備位置配置圖, 如桌椅隔間等 3 空間發熱體數目及數量, 如電腦飲水機等可發熱性設備空調系統基本資料 1 溫度濕度 2 空調系統風速及風量 3 空調箱換氣量其他 1 場所人數尖峰及低峰評估 8

11 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善第四章空調與通風系統改善方法了解室內空氣品質之評估方法後, 即可針對室內空氣品質不良之區域執行改善工作, 本手冊提供之室內空氣品質改善方向以空調與通風系統為主, 包含空調系統之外氣引入外氣量調整以及室內空氣品質自動監測設施之應用等, 關於本手冊所提供之改善流程可參照圖計算理論外氣需求量改善方法挑選 ( 參考表 4-1) 調整空調箱空調箱送風機變頻裝置二氧化碳自動監控系統簡易送排風設備圖 4-1 空調與通風系統改善流程 9

12 4.1 理論外氣需求量計算在執行改善工作前, 首先可透過理論方法評估所需之外氣供應量, 根據基礎通風理論, 場所室內所需之通風量與污染物之濃度以及產生率有關, 假設室內空間之 CO2 濃度成均勻分布, 依據均勻混合模式 (well-mixing model) 室內有害物的濃度變化可以下列公式呈現 : Q( )= G 10 C 1 ( ) 0 C ( ) 其中 C0 為場所戶外之 CO2 平均濃度 C1 為場所理想之 CO2 濃度值 Q 為場所之外氣供給量 G 為室內之 CO2 產生率以一般公共場所來說, 大部分室內空間的二氧化碳來源為場所內的人呼吸產生, 因此 G 即與場所內的人數有關, 根據美國冷凍空調協會 (ASHRAE) 所制定之規範, 成人於辦公場所每分鐘產生之二氧化碳濃度為每分鐘 200mL, 相當於 m 3 /min( 即為 CMM), 假設場所每個人的二氧化碳產生率相同, 可將前段所推導出之理論換氣量計算公式轉換如下 : Q( )= 人數人 C 1 ( ) C 0 ( ) 透過以上之公式, 可得知場所於固定人數下所需求之外氣量, 或最大外氣量於一定時間內可負荷之理論人數, 根據此些計算結果進行評估是否需調整甚至增加空調外氣設備 10

13 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善 4.2 改善方法本手冊提供空調與通風系統改善相關之方法彙整如表 4-1, 並一併分析各改善方案之適用場所類型所需成本及能源效益, 關於個別改善方法之詳細描述可見本節內容表 4-1 各項空調與通風系統改善方法比較改善方法調整空調箱供氣量空調箱搭配變頻裝置二氧化碳自動監控系統簡易送排風設備方法概述調整既有空調系統之空調箱外氣供應量設置新空調箱並搭配送風機變頻裝置以調整外氣供應量裝設二氧化碳自動監控設施與系統, 可視場所二氧化碳濃度開啟或關閉空調系統之外氣供應透過較簡易之送排風設備為場所進行通風換氣適用場所類型使用中央空調系統之場所使用中央空調系統之場所使用中央空調系統之場所任何類型空調皆適用所需成本僅需負擔增加空調箱效能之電費新設空調箱所需成本相對其餘改善方法高視監控系統內容與功能而定視場所安裝之設備種類與效能而定節能效益空調送風量增加時, 能源耗損大若變頻裝置設定得當, 可有效節省能源若空調箱外氣供應設定得當, 可有效節省能源視場所安裝之設備而定, 亦可搭配變頻裝置與二氧化碳自動監控系統來提高節能效益 11

14 4.2.1 調整空調箱供氣量以容易累積大量民眾的場所如醫院賣場及電影院等場所來說, 若使用具外氣空調箱之中央空調系統, 適時的供應新鮮外氣並將室內二氧化碳濃度較高之空氣排至戶外, 能有效的提升室內空氣品質透過前述的理論換氣量計算方法求出場所需要之外氣供應量, 並視情況增加或減少原有空調設備之外氣供應量, 唯一必須注意的是, 一般空調風機送風機馬達轉速皆有其最低限制, 若轉速過低, 將會影響空調送風之效能並減少空調設備之壽命, 因此於搭配空調箱時, 可與專業之空調設計廠商一同評估規劃透過以下原理可瞭解空調箱輸入功率與空調送風量之關係 : 流量與轉速成正比 : Q1/Q2=N1/N2 揚程與轉速平方成正比 : H1/H2=(N1/N2) 2 制動馬力與轉速三次方成正比 : BHP1/BHP2= (N1/N2) 3 將以上公式之結果彙整出各空調效能之關係 ( 如表 4-1) 表 4-2 空調送風機之風量轉速與輸入功率關係表需求風量風機轉速風機全壓輸入功率 100% 100% 100% 100% 90% 90% 81% 73% 80% 80% 64% 51% 70% 70% 49% 34% 60% 60% 36% 22% 50% 50% 25% 13% 40% 40% 16% 6% 30% 30% 9% 3% 12

15 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善調整空調箱供氣量改善範例 : 範例場所內員工及其餘人員總計約有 600 人, 假設戶外之二氧化碳濃度為 450 ppm, 如欲使室內二氧化碳濃度維持在法定標準值之 1,000 ppm 內, 透過以下計算結果, 每分鐘需 218 立方米外氣換氣量 Q= 600 人人 1,000( ) 450 ( ) = 218 而假設該場所目前配有一座最大速風量為 500 CMM( 相當於 500 m 3 /min) 冷凍能力每小時 135,000 KCAL( 相當於 157 kw) 之預冷型空調箱, 透過以上公式求出該換氣量可負荷之理論最大人數為每分鐘 1,375 人, 顯示該空調箱外氣供應量遠大於場所之需求, 可建議該場所將空調箱送風機轉速調降至 50%, 依照表 4-2 對照結果可節省約 87% 之耗能若該空調箱一日開啟 4 小時且假設電價為一度電 3 元, 使用原先設定之送風量每個月電費為 56,520 元 ; 若調降空調箱送風機轉速至 50%, 每個月電費為 7,348 元, 可節省將近 5 萬元之電費 13

16 4.2.2 空調箱搭配變頻裝置使用中央空調系統之場所, 若以理論供氣量計算方法或其於評估方法後顯示, 其原有設備之外氣引入量已明顯不足以負荷場所內二氧化碳發生量, 則可考慮新增外氣空調箱來增加場所之外氣最大引入量中央空調系統主要是利用送風機來驅動空氣的流動, 其中空氣風量大小的控制主要可以分為風門控制與變頻控制兩種, 風門控制主要是利用調整風門開啟角度改變風管阻力的方式達到風量的控制功能 ; 空調風機變頻控制則是透過改變風機葉輪轉速的方式調整出風量, 關於空調風量與空調風機轉速之關係可參照前節之表 4-2 然而在空調設備中搭載變頻裝置, 最初設計是為了減少耗能, 因此多半會搭配於室內場所安裝溫度感知器, 若以維護室內空氣品質的角度來設置變頻裝置, 可以將溫度感知器更換為二氧化碳偵測器當室內二氧化碳濃度較高時, 透過變頻裝置加大空調外氣供應量 ; 當室內二氧化碳下降至一定濃度後可降低空調風機轉速減少風量新設置之空調箱若妥善搭配變頻裝置, 可達到節能效果空調箱搭配變頻裝置改善範例 : 範例場所透過理論換氣量計算方法求得最大外氣需求量為 150 m 3 /min( 即為 150 CMM), 而場所內已有一座送風量為 100 CMM 之預冷型空調箱, 建議場所將舊有空調箱以 100% 全載方式運作, 並增加一座最大送風量為 70 CMM 之變頻式空調箱, 並將新設空調箱之送風量調整至 71% 之風量 ( 即為 50 CMM), 依照前述章節之制動馬力與轉速三次方成正比公式推算出調整後之輸入功率為原先之 36%, 如此一來變節省了 64% 的能源, 除能降低空調箱長時間運轉之設備耗損, 亦能達到節能與降低成本的效果, 以利場所永續經營二氧化碳自動監控系統在前節所提到之二氧化碳偵測器, 除可搭配空調箱變頻裝置調整外氣供應量外, 亦可以升級為更全面之空調管理系統, 在場所內 14

17 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善可能累積二氧化碳之區域設置二氧化碳偵測器, 並透過空調控制系統視各區域之二氧化碳濃度調節空調箱或送風機之送風量 ( 如圖 4-1) 目前坊間已有許多固定式二氧化碳偵測器與空調監控系統, 而近幾年因應室內空氣品質管理法, 二氧化碳偵測器可搭配顯示面板, 將場所最即時之室內空氣品質現況公布於明顯處, 亦有許多室內空氣品質顯示面板本身配有二氧化碳偵測器, 透過完善的系統規劃與設計, 可更加了解並有效控管場所內各區域之室內空氣品質圖片來源 :Google 搜尋引擎圖 4-2 透過室內空氣自動監控系統調整空調箱之開關 15

18 4.2.4 簡易送排風設備前三節所描述之改善方法, 適用於使用中央空調系統之大型場所, 但對於部分規模較小且非使用中央空調系統的場所, 或者是大型公共場所中僅有少部分區域有空氣品質不良情形的場所, 可考慮使用送排風設備進行改善, 利用風管搭配送風或排風設備, 可將新鮮空氣引入至室內人數大量聚集之處, 或將通風不良區域之空氣直接排出室外以空調設計之角度來看, 使用送風設備將室外之新鮮空氣送入室內空氣品質不良區域, 可使該區域之氣壓大於室外氣壓, 此狀態稱為正壓狀態, 可使室內空氣污染物經由壓力差自然排至室外 ; 相反的, 若使用排氣設備將場所內部之空氣抽出, 便可使場所處於負壓狀態, 此時室外之新鮮空氣將會自場所其餘入口自然進入室內, 達到換氣的效果關於場所進行進排氣與室內壓力之關係可參考圖 4-2 圖 4-2 室內場所進排氣與場所氣壓改變之關係 16

19 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善利用送排風裝置進行改善, 可應用於使用各類型空調設備之場所, 因此場所可依自身使用之空調種類或場所建築特性, 安裝適切之送排風設備, 例如使用分離式冷氣之小型辦公室, 由於長時間門窗緊閉缺乏新鮮空氣, 可於氣窗裝設進風扇引入外氣, 如圖 4-3 所示 ; 使用箱型冷氣者, 可於箱型冷氣側邊開口處安裝風管並連接至外氣引入設備, 如圖 4-4 所示圖 4-3 辦公場所使用簡易抽風扇引入外氣 17

20 圖 4-4 使用箱型冷氣可於側邊加裝風管連接外氣入口簡易送排風設備改善範例範例場所透過電腦軟體模擬出場所之二氧化碳濃度分布 ( 如圖 4-5), 由圖 4-5 可看出場所內僅有部分區域二氧化碳濃度較高, 因此規劃於該區域設置一風速為 0.1 m/s 面積為 1 平方公尺之抽風設備, 將室內二氧化碳排至室外 ( 如圖 4-6), 重新以電腦軟體模擬改善結果之污染物濃度分布 ( 如圖 4-7), 可看出該區域之二氧化碳濃度已明顯下降, 達到改善成效 18

21 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善圖 4-5 場所改善前二氧化碳濃度模擬 ( 等濃度圖 ) 圖 4-6 場所改善設備位置圖 19

22 圖 4-7 場所改善後二氧化碳濃度模擬 ( 等濃度圖 ) 20

23 室內通風量評估計算暨空調與通風系統改善第五章結論室內空氣品質改善工作, 與一般之戶外空氣污染較為不同, 部分污染物較難以透過源頭減量的方式進行防制, 因此, 在污染物的去除工作上, 須透過各種物理化學及生物性方法, 相較之下, 透過各類型公共場所本身以具有的空調與通風系統進行改善, 要比使用其他方法進行室內空氣品質改善來的有效率, 若場所妥善運用各類空調與通風設備, 將能有效降低室內空氣品質不良的機率隨著節能減碳的觀念日漸抬頭, 為避免持續開啟外氣空調箱造成能源浪費, 可透過管理措施進行時段性開啟外氣空調設備, 或安裝變頻裝置視情況調整空調負載量 ; 甚至可裝設室內空氣品質自動監測設備持續監控場所內二氧化碳濃度, 配合自動控制系統調整外氣空調箱之效能, 減少不必要之能源消耗並同時達到室內空氣品質改善, 雖然執行各項設備改善皆需耗費成本, 但透過適當管理及操作可降低能源成本之耗損, 進而達到場所永續經營之成效由於室內空氣品質法為較新興之法令, 且目前公告列管之場所數並不多, 相關主管機關對於各類型公共場所之輔導工作, 也具有數量與能量上的限制, 故希望藉由本手冊, 以目前較通用可行之空調與通風改善技術, 供各類型公共場所參考, 望能提升本縣整體室內空氣品質維護改善意識, 並維護各類型公共場所良好之室內空氣品質 21

24 參考文獻 1. 行政院環境保護署, 室內空氣品質管理法, 行政院環境保護署, 室內空氣品質管理法施行細則, 行政院環境保護署, 室內空氣品質自主管理專責人員設置管理辦法, 行政院環境保護署, 室內空氣品質標準, 行政院環境保護署, 室內空氣品質檢驗測定管理辦法, 行政院環境保護署室內空氣品質資訊網, 7. ASHRAE/IES Standard ,Energy Efficient Design of New Buildings Except Low-rise Residential Buildings,American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers (2013) 8. ASHRAE HANDBOOK Applications (1999) 9. 行政院環境保護署, 公共場所室內空氣品質自主管理手冊, Menzies, D., Popa, J., Hanley, J. A., Rand, T., and D. K. Milton, Effect of ultraviolet germicidal lights installed in office ventilation systems on workers health and wellbeing: double-blind multiple crossover trial, THE LANCET, Vol.362, No.29, pp (2003). 11. 內政部建築研究所, 室內環境品質診斷及改善技術指引, 內政部建築研究所, 室中央空調系統節能改善工程應用與實例分析, 林延彥, 國立台北科技大學研究所碩士論文, 冰水系統運轉模式節能分析, CDC, Guidelines for Environmental Infection Control in Health- Care Facilities, MMWR 52(RR-10) (2003). 15. CDC, Guidelines for preventing the Transmission of Mycobacterium Tuberculosis in Healthcare Facilities, In: CDC, Editor. Federal Register. Washington: US Govt. Printing Office (2005). 22

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