第二章 文獻回顧
2.3 相關研究摘要
2.3.1 自然通風與室內環境品質之關係
近年來隨著住宅的高隔熱及高氣密趨勢，室內空氣污染引發的健 康危害儼然變成社會問題，通風換氣的重要性也日趨增加[14]。換氣的 目的是以無感氣流來更換室內空氣，而通風則是針對吹向室內人員的 體感氣流作計畫，促進身體產熱排放，使室內氣候維持在舒暢的程[7]。
建築物室內通風換氣的目的，在於使得建築空間中使用的人員或 是運轉的機器能夠得到最適宜的環境，以維護其健康或是發揮其最大 運轉效能。因此非空調型的建築物，最常運用自然通風換氣的方式，
改變室內空氣的溫、溼度、氣流分布及改善通風路徑，以確保該空間 使用時的舒適性之目的[11]。
一、通風換氣評估指標
建築物室內常運用自然通風換氣的方式或是機械設備的方式藉以
改變室內空氣品質，確保居室內使用者之健康、安全，以達到舒適的 範圍。一般而言，室內通風換氣之影響因素包括：形成的性質不同、
影響項目之不同、空間範圍不同以及控制策略不同而有所差異[15]。其 目的在於排除室內污染物以達到健康之空氣品質、改變室內空氣溫度 與溼度以達到舒適之生活環境。
評估室內通風換氣的指標包括：換氣量、換氣率、空氣齡指標以 及空氣交換率…等等[10]。GBC2000 評估手冊強調「通風」和「新鮮 外氣進入」對空氣品質的重要性，本研究以自然通風為主要切入點，
探討自然通風對建築物室內空氣品質之影響。而鄭懋雄(2000)提及居室 品質會受到空氣污染物的影響，主要的影響因子包括：1.污染物、2.通 風量(包括換氣量及換氣率)。室內污染物的種類很多，包括室內人體活 動生成的 CO2、建材等，尤其當室內沒有燃燒狀況的時候，而室內空 氣的汙染物濃度的高低可以從污染物的「產生」與「移除」來探討，
而本研究主要探討通風換氣的方式稀釋空氣污染物，因此，空氣污染 源的特性與通風效果為主要影響污染物濃度高低的因素[16]。由表 2.1 可知「人體代謝」變成為 CO2 增加量唯一的來源：
表 2.1 室內 CO2濃度之影響因子
一般污染物 指標性污染物CO2
人體代謝強度(S) 污染源強渡
人體活動強度(met)
污染源個數 人員數(n)
污染源變動性 人員流動率(DF)
資料來源：[16]
由式2.1 可得知室內污染物濃度高低的因子包括：污染源強度(S)、
人員數(n)、流動百分比(DF)、人員活動強度(met)、混合係數(k)、通風 量(Q)[16]：
0 0
ss
i, k*q
) Sn(DF)(met C
-C
C= = Δ
( 2.1)
ΔC：室內與室外CO2 濃度最大值之差值(ppm)
S：污染源強度(m3/sec)，即人體於 1met 時之 CO2 產生率 n：人員數(人)
DF：流動百分比率(%) met：人員活動強度(met)1 k：混合係數(k=0~1.0) q0：引入外氣量
而由ASHRAE 62-199 估算每人所需要的通風量值，設定人員活動 程度為 1.2met 以估算 CO2 產生量，但事實上由人體新陳代謝所產生的 CO2 發生量會因為人體特徵的差異而改變，主要變數為性別與活動行 為，一般而言，女性的代謝量為男性的0.85 倍，而站姿的代謝量(1.4met) 為坐姿(1.2met)的 1.167 倍[17]，因此污染源強度修正如式 2.2、式 2.3：
性別加權係數： 總人數
女子數
男子數 0.85)
( + ×
α =
(2.2) 活動強度加權係數：
總人數 站姿人數
坐姿人數+ ×1.167
β =
(2.3)
二、通風量
「通風量」是指「新鮮空氣交換量」的多寡，其評估可分為：換 氣量(Q)、換氣率(ACH)兩種，以下分述之：
1 又稱為「能量代謝量」，為國際性的作業強弱的標準，其計算公式為：met=作業時的能量代謝量
／安靜坐著時的能量代謝量(簡裕榮等譯，2004)，依照作業程度不同會產生不同的能量代謝率，可 參照本研究表2。
1. 換氣量(Q)
換氣量可定義為每秒置換的氣流體積，每單位樓地板面積所置換 的氣流體積，其物理單位為：m3/s；m3/h[18]。
由於人體因不同的作業程度，會產生不同的工作和熱能量(如表 2.2)，這時候氧氣的消耗量便會依照作業強度而有所不同，例如在粗 重作業情況下，其氧氣之消耗量達 67(1/h‧人)，若假設氧氣濃度就 算從普通的 21%降至 19%也不會產生障礙的情況之下，在此作業情 況下所需要的換氣量(Q)為：
0.19 3.35 -0.21
0.067
Q= =
(m3/h‧人) ( 2.4)
若從 CO2 之容許限度來探討所需的換氣量，一般而言，長期滯 留用之 CO2 容許濃度為 0.07%(700ppm)，短期滯留用之 CO2 容許濃 度為0.1%(1000ppm)[14]，亦即 CO2 的容許濃度應在 1000ppm 以下，
在人數較多或停留較久的空間則應降至 700ppm 以下[19]。其換氣量 (Q)為：
K Po)
-Q(Pi = ( 2.5)
Po -Pi Q= K
( 2.6) Q：換氣量(m3/h)
K：CO2 產生量(m3/h)依照不同的作業程度不同，CO2 的產生量 也會不同；Pi：室內 CO2 容許濃度(m3/ m3*air)可分成長期或是短期 滯留用；Po：室外空氣 CO2 濃度(m3/ m3*air)。
表 2.2 不同作業程度下不同的人體 O2消耗量與CO2產生量
作業程度 適用例 能量代謝率
(Met)
O2
消耗量
CO2
產生量
躺在床上、休息 劇場中、小學 1.0 17 15
坐在椅子上、非常輕 鬆的作業
高中 1.1 20 18
辦公作業 辦公室、飯店、大學 1.2 21 20
輕鬆的站立、步行作 業
銀行、百貨公司
1.4 25 23
簡單的工作台作業 工廠 2.0 35 33
粗重作業 工廠、保齡球 3.7 67 64
資料來源：[14]
如下表 2.3 所示，換氣量依建築之種類及目的，其要求不一，如 在保健上或衛生上，有著特別需要，有著則較次要。
表 2.3 用途別換氣次數
一般通風換氣率
每小時換氣次數 換氣一次時間(分鐘) 房屋
種類 低 高 慢 快
住宅 1 6 60 10
辦公室 2 30 30 2
會議室 4 30 15 2
休息室 3 10 20 6
醫院 2 15 30 4
化驗室 6 30 10 2
餐廳廚房 10 60 6 1
走廊 1 10 60 6
浴室 10 30 6 2
資料來源：[20]
不同的通風原理亦會產生不同的換氣量與計算方式：
(1)重力(溫度差)換氣 2
空氣會流動是因為有壓力差(氣壓差)的關係，中間壓力差為 0 的地方則稱為中性帶。若假設開口部的內外壓力差為△P(kg/m2)， 通過開口部大小 A 的空氣量為 Q(m3/s)：
ρ α ρ
α = Δ
= 2
A AV
Q t
(2.7) Q：流量(m3/s)
α ：流量係數
A：開口部面積大小 Vt：理論流速(m/s)
ρ
Δ ：開口部前後之壓力差(Pa) ρ：空氣的密度(kg/m3)
如 果 室 內 空 氣 的 密 度 是 ri(kg/m3) ， 室 外 空 氣 的 密 度 為 ro(kg/m3)，室溫比外溫高(ri< ro)，與中性帶之距離 h(m)點的壓力差 為△Pg：
ri)h -(ro Pg=
Δ ( 2.8) 此時若把式2-13 帶入式 2-12，可以導出重力換氣 Q(m3/s)公式 為：
ri) -roh(ro A 2g
Qb =α
( 2.9) 而因為空氣的密度與絕對溫度呈反比，所以當室內外的氣溫為 ti( )℃ 、to( )℃ 時，其換氣量公式為：
⎟⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛
+
= +
ti 273
to -273 1 2gh A Qb α
(2.10) 亦即如果室內外的溫度差越大或是中性帶的高度差(h)越大，則
2 簡裕榮等譯，2004
自然換氣量就越大，而且會隨著開口部面積成正比的增加[7]。
(2)風力換氣
在僅考慮風力為自然通風的驅動力時，室內外壓力差(ΔP)受到 外氣風速(UE)、風向以及建築量體幾何形狀之影響，對於已知的建 築環境與風向條件下，ΔP與 UE2 具有比例關係，一般常以ΔCp來 表示[4]：
2 E EU
P Cp 2
ρ
≡ Δ Δ
( 2.11) ΔCp：風壓係數
ΔP：室內外平均壓力差 ρ ：外氣空氣密度 E
UE：外氣風速
其換氣量可由式求得：
Cp
* U
*
*A C
QW = D W E Δ (2.12) QW：風力換氣量
CD：開口部的流量係數 AW：實際通風開口面積 UE：外氣風速
ΔCp：風壓係數
(3)混合(重力與風力)換氣[4]
建築物在正常的狀態下，會同時受到風力與重力(溫度差)之影 響，因此，開口部的氣流流向受到迎風面與背風面以及高度位置之 室內外壓力差的影響，當迎風面開口高度(Z1)低於背風面開口高度
(Z2)時，其風力換氣量(Qw)與重力換氣量(Qb)會產生疊加的效果，
其整體通風量(Qt)為：
2 b 2 W
t Q Q
Q = + (2.13) 當迎風面開口高度(Z1)高於背風面開口高度(Z2)時，其風力換 氣量(Qw)與重力換氣量(Qb)會產生抵銷的效果，其整體通風量(Qt) 為：
2 b 2 W
t Q -Q
Q = ( 2.14) 2. 換氣率(Air Change Rate ACH)
換氣率為存在於室內的空氣如何有效的被通風系統所供應的新 鮮外氣加以取代的量測，亦即每小時外氣量置換於該空間容積量的次 數，其物理單位為：m3 h‧ -1[16]。
換氣量除以室內容積所得的值叫做換氣次數(換氣率)，所謂換氣 次數可表示室內空氣於單位時間內置換的量，其定義為每小時置換相 當多少室內體積的空氣量，亦即每小時外氣量置換相當於該空間容積 量的次數，若採用自然換氣時，其換氣量大略與房間的大小成正比 [7]。
V n= Q
( 2.15) n：換氣次數(次/h)
Q：換氣量(m3/h)
V：室內體積/容積(m3)
因自然通風之通風量測較難掌握，因此，常利用「追蹤氣體量測 技術」即可測得整體建築於日常使用之換氣狀況，可將室內氣流與通 風狀況描述清晰，一般應用的氣體包括：CO2、C2H4、SF6 等。
t f) lnC(
-s) N lnC(
= τ Δ τ
( 2.16)
N：換氣次數(次/h)
s)
C(τ ：時間為τs時的追蹤氣體初始濃度(m3/m3) f)
C(τ ：時間為τf 時的追蹤氣體濃度(m3/m3)
Δt：實測初始時間~實測結束時間
由追蹤氣體量測技術可以測得室內的總換氣率，而將換氣率 (ACH)與室內有效體積(Veff)的乘積，便是通風量總值[16]：
Veff
ACH= Q
( 2.17) 4. 有效通風量(EACH)
通風也能降低有毒物質的累積。由於許多室內建材與家具都會揮 發甲醛、甲苯等化學有毒物質，長期吸入有害身體健康，勢必要讓空 氣維持暢通，才能讓有毒物質不至於持續在室內累積。而其標準也因 空間、季節而不同，通常以每一分鐘的室內體積交換次數為標準，但 因目前設施工程還未定出共通的通風量，被使用的單位有三種：通風 量、通風率與通風次數，其相互關係如下[15]：
(1)通風量(m3/min):每分鐘的空氣交換量(m3) 通風量=通風率(m3/m2 -min)* 室內地面面積
=通風次數(次數/min)* 室內體積(m3)
(2)通風率(m3/m2-min):每分鐘每平方公尺室內面積的空氣交換量 通風率=通風量/室內地面面積
=通風次數*室內高度
(3)通風次數(次/分鐘):每分鐘室內部空氣量交換的次數 通風次數=通風量/室內體積
=通風率/室內高度
以台灣的夏季氣候下，每分鐘為1.2-1.5 次的室內體積交換率。
美國室內施工標準原來為 0.7-1.0 次/分鐘的交換率，而由於其南部 地區室內面積日增，因此室內通風交換率也調整為 0.8-1.6 次/分鐘。
探討有效通風量與室內 CO2 濃度之關係，將有助於釐清室內 整體通風效果：
AEE
* ACH
EACH= ( 2.18) EACH：有效通風量
ACH：換氣率 AEE：空氣交換率