老人福利機構與長期照顧機構之照護空間節能環境控制及改善技術

老人福利機構與長期照顧機構之

照護空間節能環境控制及改善技術

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 105 年 12 月

老人福利機構與長期照顧機構之

照護空間節能環境控制及改善技術

研 究 主 持 人 ： 陳伯勳 協 同 主 持 人 ： 宋文沛 研 究 員 ： 林招焯、呂文弘、陳麒任、廖明誠 研 究 助 理 ： 何建緯、邱雅祺 研 究 期 程 ： 中華民國 105 年 3 月至 105 年 12 月

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 105 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)

目次 I

目次

表次...III

圖次...V

摘要...IX

第一章 緒論...1

第一節 研究緣起與背景...1

第二節 研究方法與過程...11

第二章 相關研究文獻分析...21

第一節 熱舒適度與基準...21

第二節 室內空氣品質與基準...30

第三節 高齡者身理與心理轉變...33

第四節 熱泵系統節能效益與回收年限...42

第三章 實驗建構與儀器實測...47

第一節 實驗設計...47

第二節 熱泵系統設備運作狀態...56

第三節 餐廳室內熱環境量測...65

第四節 個人居住單元室內熱環境量測...68

第五節 個人居住單元室內空氣品質量測...79

第四章 自然通風與熱舒適度軟體模擬...87

第一節 CFD 數值模擬理論...87

第二節 CFD 數值模擬參數...92

第三節 CFD 數值模擬結果...97

II

第五章 熱舒適度體感問卷調查...111

第一節 第一階段問卷調查...111

第二節 第二階段問卷調查...116

第六章 結論與建議...121

第一節 結論...121

第二節 建議...124

附錄一 期中審查意見表...125

附錄二 期末審查意見表...127

參考書目...129

表次 III

表次

表 1-1 不舒適指數與身體感覺對照表...15

表 2-1 新加坡室內溫熱環境基準...25

表 2-2 日本室內溫熱環境基準...25

表 2-3 中華人民共和國室內溫熱環境基準...26

表 2-4 香港室內溫熱環境基準...26

表 2-5 高齡者熱舒適度範圍...29

表 2-6 各國室內空氣品質基準比較...30

表 2-7 環保署室內空氣品質標準...30

表 2-8 室內空氣品質因子與室內污染源判定建議...31

表 2-9 高齡者生活行為安養需求...34

表 2-10 老年人生理機能的變化及其對環境的彌補措施...38

表 2-11 不同熱源之平均產熱熱值比較表...42

表 2-12 相同熱值(50,000 kcal)產生熱水所需之成本比較表...42

表 3-1 人體活動類型與新陳代謝量...71

表 3-2 人體衣著隔絕度...71

表 3-3 本研究室內空氣污染物量測項目與檢測儀器...79

表 3-4 室外測點空氣污染物量測值...81

表 3-5 室內測點客廳空氣污染物量測值...81

表 3-6 室內測點房間 I 空氣污染物量測值...82

表 3-7 室內測點房間 II 空氣污染物量測值...82

表 3-8 室內測點廁所 I 空氣污染物量測值...83

表 3-9 室內測點廁所 II 空氣污染物量測值...83

表 5-1 受調查居住樣本之基本資料統計分析結果(第一次) ...114

IV

表 5-2 高齡者對於環境影響體會分析...115

表 5-3 受調查居住樣本之基本資料統計分析(第二次) ...117

表 5-4 機構住民對於居住區域溫溼度等滿意度前後比較...118

圖次 V

圖次

圖 1-1 台灣預估老人人口年齡結構變化趨勢...1

圖 1-2 中華民國人口推估報告(105-150 年) ...2

圖 1-3 台灣長期照護體系規劃...3

圖 1-4 衛福部中區老人之家室內熱環境初步量...6

圖 1-5 相對濕度與舒適度之關係...7

圖 1-6 風速與室內溫度之關係...8

圖 1-7 熱泵系統運作循環圖...9

圖 1-8 衛生福利部中區老人之家現況...11

圖 1-9 衛生福利部中區老人之家熱泵系統建置...12

圖 1-10 實驗熱泵系統運作情形...12

圖 1-11 不舒適指數圖...14

圖 1-12 本研究流程圖...16

圖 2-1 ISO7730 所規範之熱舒適評估指標...23

圖 2-2 高齡者熱舒適度範圍...27

圖 2-3 高齡者的生活轉變...33

圖 3-1 衛福部中區老人之家周邊航照圖...47

圖 3-2 衛福部中區老人之家熱泵設備施工過程...49

圖 3-3 衛福部中區老人之家熱泵設備...49

圖 3-4 衛福部中區老人之家熱泵設備昇位圖...50

圖 3-5 衛福部中區老人之家熱泵設備系統圖...51

圖 3-6 戶外環境監控儀器...52

圖 3-7 室內熱環境監控儀器...52

圖 3-8 衛福部中區老人之家實驗觀測系統架構...54

VI

圖 3-9 熱泵設備監控系統 TAB 測量儀器...54

圖 3-10 熱泵設備遠端監控系統...55

圖 3-11 春季熱泵系統設備出入水溫趨勢一...57

圖 3-12 春季熱泵系統設備出入水溫趨勢二...57

圖 3-13 夏季熱泵系統設備出入水溫趨勢一...58

圖 3-14 夏季熱泵系統設備出入水溫趨勢二...58

圖 3-15 秋季熱泵系統設備出入水溫趨勢一...59

圖 3-16 秋季熱泵系統設備出入水溫趨勢二...59

圖 3-17 冬季熱泵系統設備出入水溫趨勢一...60

圖 3-18 冬季熱泵系統設備出入水溫趨勢二...60

圖 3-19 春季熱泵系統設備出入水溫趨勢三...61

圖 3-20 夏季熱泵系統設備出入水溫趨勢三...61

圖 3-21 秋季熱泵系統設備出入水溫趨勢三...62

圖 3-22 冬季熱泵系統設備出入水溫趨勢三...62

圖 3-23 春季熱泵主機耗電趨勢...63

圖 3-24 夏季熱泵主機耗電趨勢...63

圖 3-25 秋季熱泵主機耗電趨勢...64

圖 3-26 冬季熱泵主機耗電趨勢...64

圖 3-27 第一階段餐廳室內熱環境監控...65

圖 3-28 改善前室內溫度與相對濕度...66

圖 3-29 改善後室內溫度與相對濕度一...66

圖 3-30 改善後室內溫度與相對濕度二...67

圖 3-31 衛福部中區老人之家居住單元...68

圖 3-32 居室單元實驗建構...69

圖 3-33 居室單元實驗配置...70

圖 3-34 個人居住單元室內熱環境量測...70

圖次 VII

圖 3-35 全週室內溫度與綜合溫度熱指數比較...72

圖 3-36 全日室內溫度與綜合溫度熱指數比較一...72

圖 3-37 全日室內溫度與綜合溫度熱指數比較二...73

圖 3-38 全週室內相對溼度...74

圖 3-39 全日室內相對溼度一...74

圖 3-40 全日室內相對溼度二...75

圖 3-41 全週室內 PMV 值量測結果...76

圖 3-42 全日室內 PMV 值量測結果一...76

圖 3-43 全日室內 PMV 值量測結果二...77

圖 3-44 PMV 量測結果分布情形統計...77

圖 3-45 PPD 分布情形統計...78

圖 3-46 個人居住單元室內空氣品質量測...80

圖 3-47 全週室內二氧化碳濃度量測結果...84

圖 3-48 全日室內二氧化碳濃度量測結果一...85

圖 3-49 全日室內二氧化碳濃度量測結果二...85

圖 3-50 室內二氧化碳濃度量測結果分布情形統計...86

圖 4-1 CFD 數值模擬架構圖...87

圖 4-2 WindPerfect DX 2016 操作界面...92

圖 4-3 衛福部中區老人之家外部風場分析模型...93

圖 4-4 衛福部中區老人之家室內流場分析模型...95

圖 4-5 衛福部中區老人之家季節風向風速分析...96

圖 4-6 春秋季外部風場風向風速分析...97

圖 4-7 夏季外部風場風向風速分析...98

圖 4-8 冬季外部風場風向風速分析...99

圖 4-9 春秋季室內流場分析(無空調)...100

圖 4-10 春秋季室內流場分析(有空調)...101

VIII

圖 4-11 春秋季室內 PMV 值分析...102

圖 4-12 夏季室內流場分析(無空調)...103

圖 4-13 夏季室內流場分析(有空調)...104

圖 4-14 夏季室內 PMV 值分析...105

圖 4-15 冬季室內流場分析(無空調)...106

圖 4-16 冬季室內流場分析...107

圖 4-17 冬季室內 PMV 值分析...108

圖 4-18 室內流場空調風速分析...109

摘要 IX

摘要

關鍵詞：老人長期照護空間、熱泵系統、室內熱舒適度、室內空氣品質

一、研究緣起

台灣人口老齡化日趨嚴重，老齡人口將在 2017 年佔總人口之 14%，因此，如何於 相關長期照顧機構，依據高齡使用者特性，創造舒適的居室環境，並降低能耗達到節能 效益，以提供給年長者活力老化的空間，攸關高齡人口的照護品質。而台灣夏季高溫高 濕，冬季則有來自西伯利亞的大陸冷高壓影響氣候，影響到相關老人福利機構及長期照 護機構之室內環境舒適，如何運用廣泛使用於老人福利機構及長期照護機構之熱泵系 統，使之可於夏季提供冷源，冬季提供暖源，並依據高齡使用者之特性，於居室空間內 建構所需舒適的空調及換氣量，以確保該類型機構的照護空間品質，創造出優質且具節 能效益之舒適室內環境空間。

二、研究方法與過程

1. 實驗建構與儀器實測 本研究選擇位於彰化縣田中鎮的衛福部中區老人之家為實驗操作樣本基地，運用內 政部建築研究所補助改善老舊設備之計畫，進行熱泵系統相關設備之改善。本研究之相 關設備，已通過 TAB 測試，並藉由經安裝於室內之熱源及冷源交換系統，以改善照護 空間之室內溫度與濕度環境。 2. CFD 流體力學軟體模擬 近年來由於電腦運算能力增強、電腦模擬軟體模擬真實性之加強，致使計算流體動 力學應用逐漸落實於建築空間領域，甚至擴展模擬領域至都市環境尺度。計算流體動力 學(Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD)是在經典流體力學、數值計算方法和計算 機技術的基礎上所建立起來的，它以解析流體力學行為的方程組為基礎，藉由近數十年 來電腦的快速運算速度，突破求解非線性偏微分方程等數值解法的困難，而建構起模擬 實際氣流現象的具體架構。解析出之氣流狀態經與實驗所得測值可相互驗證，預期之設 計品質可藉由數值實驗進行先期評估，其確立 CFD 數值解析於建築流場上之應用性， 大幅度縮短了設計的時間與節省了設計費用。

X 3. 熱舒適度體感問卷調查 本研究運用問卷調查方式，針對衛福部中區老人之家受照護者，其對於照護空間導 入熱泵系統之前後環境變化知覺差異，包括熱舒適度、熱感知溫度與濕度等，以探討熱 舒適知覺對於受照護者戶內外行為的影響；問卷擬定是參考國內外相關文獻，內容分二 大部份，第一部分為受訪者之人口學基本資料，第二部分問卷調查量表包含戶內外環境 變化知覺(熱舒適度、熱感知溫度與濕度)，分別採用李克特(Likert)式七點尺度計分，由 受訪者依其實際感受程度予以勾選。

三、重要發現

本研究室內環境量測部分，室內溫度維持在28.5-30.6℃之間，綜合溫度熱指數 (WBGT)在28.6-31.1℃之間，數值高於台灣老人夏季熱舒適範圍23.2-27.1℃；室內相對溼 度維持在70.4-88.5%之間，高於適宜人體的相對濕度40-60%，與其位置所在區域靠近山 區有一定關係；夏季室內PMV維持在0.12-2.17之間，屬於微暖至熱的範圍，最多分布是 在1.5-2.0與1.0-1.5區間，分別有36.01%與28.87%；PPD分布情形統計，不滿意度分布最 高為40-60%區間，佔40.77%時間。 室內空氣品質量測數據部分，依據環保署室內空氣品質標準所規定之項目，除揮發 性有機化合物(TVOC)偏高外，其餘項目均低於標準值，整體而言室內空氣品質大致良 好；至於揮發性有機化合物偏高的原因，經與中區老人之家管理單位詢問，初步判定是 由於地處山區，蚊蟲較多，定期噴灑大量殺蟲劑之緣故，建議可以酌量減少殺蟲劑噴灑 次數與劑量，噴灑過後儘量維持良好通風，以降低揮發性有機化合物的濃度；室內二氧 化碳濃度量測結果，其濃度分布範圍在 385-752ppm 區間，整體而言室內通風情形尚稱 良好，二氧化碳濃度值皆在 800ppm 以下。 在熱泵系統效能部分，經過一整年的觀察，熱泵冰水入水溫度大致維持在 7-10℃， 熱泵熱水出水溫度大致維持在 42-54℃之間；至於節能效益部分，以 95%的信賴區間來 看，全年平均每日耗電量為 32.65 千瓦小時/天，約為先前的 32.65%，可以省下 67.35% 的耗電，與一般熱泵系統節能效益大致相符，初步評估系統節能效益頗佳。 本研究針對中區老人之家，進行住民對老人之家環境熱舒適變化知覺之問卷，並依 據熱泵系統導入前後分為兩階段；第一階段問卷調查資料發現，教育程度會影響老人對 環境舒適度的要求，教育程度較高之老人，會希望相關單位透過增設設備與設施改善環

摘要 XI 境，以達到更舒適的居住環境與空間，然而教育程度較低的老人家，則對於居住現況滿 意度高；由問卷之構面分析結果，瞭解高齡居住者對於居住環境體會的差異，從不同構 面來探討分析結果：對於居住環境通風男生跟女生均顯示是滿意，其次是空氣品質及溫 度，然而對居住環境之濕度及氣候，則顯示並不滿意。 第二階段調查結果發現，在導入熱泵系統設備後，機構的居住環境通風、機構的居 住環境空氣品質與機構的舒適度，在分數值都有明顯的正向轉變，且都有達統計上的顯 著差異，總滿意度平均分數值也呈現出顯著差異的結果；但是住民在機構的居住環境氣 候、機構的居住環境溫度、機構的居住環境溼度、機構的人員服務、機構的室內外無障 礙設施等項目之統計分析上，則無顯著結果呈現。

四、主要建議事項

建議一 既有老人福利機構及長期照護機構空間實質改善-立即可行之建議 主辦機關：衛生福利部護理與健康照護司 協辦機關：衛生福利部綜合規劃司 台灣面臨人口高齡化問題，老齡人口將在 2017 年佔總人口之 14%，成為「高齡社 會」，老化速度遠比歐美國家快得多，目前政府已制訂長照服務法，以規範老人福利機 構與長期照護機構的運作，然而現今在硬體規劃上仍然跟不上老年人口成長的腳步，因 應大量長期照護空間的需求，處於較為弱勢的角色，建議先就既有老人福利機構及長期 照護機構空間進行改善計畫，以滿足日漸成長的需求。 建議二 老人長照空間與智慧社區和綠建築相結合-中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：營建署、公共工程委員會 由於老年人口大量成長，安養機構對於居住品質的要求與日俱進，如何於相關長期 照顧機構設施要求中，依據高齡使用者特性，於居室創造舒適的環境等，並降低能耗達 到節能效益，以提供給年長者活力老化的空間，攸關未來高齡人口照護品質，故建議將 智慧社區與綠建築的觀念與營造手法導入老人長期照護空間，並制訂相關配套措施。

XII

ABSTRACT

Keywords: Long-term nursing institution, Heat pump system, Indoor thermal comfort, Indoor air quality.

As the aging population in Taiwan becomes ever larger, the proportion of elderly people will have reached 14.0% of the Taiwan population by 2017. Therefore, creating space with comfortable air conditioning and good ventilation, reducing energy consumption according to the needs of elderly people in long-term nursing institutions, and providing the elderly with room for vital aging are closely related to the quality of nursing for an aging population. Taiwan features high temperature and humidity in summer, and the influence of continental cold from Siberia in winter, which has certain effects on the indoor environments of rest homes and long-term nursing institutions. Hence, it is necessary to widely adopt heat pump system in such places, and offer comfortable air conditioning and good ventilation in the nursing spaces, according to the characteristics of the elderly, to achieve the best effects of improved nursing space, in order to ensure the quality of the nursing spaces of similar institutions and create high-quality, energy-efficient, and comfortable indoor environment.

Research methods:

The sample base for the experiment of this study is the Central Region Senior Citizens’ Home, Ministry of Health and Welfare in Tianzhong Township, Changhua County, and the improvement of relevant equipment is based on the old equipment improvement program, which is subsidized by the Architectural Building Research Institute, Ministry of Interior Affairs. The equipment of this study passed the TAB test, and an indoor thermal and cooling source exchange system was installed to improve the indoor temperature and humidity of the nursing space. Additionally, CFD stimulation is conducted in this study. In recent years, the application of CFD in the architecture industry has gradually expanded due to increasingly strong computer-based computation and software-based stimulation reality. The specific

ABSTRACT

XIII

framework to stimulate actual air flow has been established, thus, the conditions detected in the framework, as well as the values obtained from the experiments, can be mutually demonstrated. Moreover, the predicted design quality can be evaluated in numerical experiments. In this study, a questionnaire survey on indoor heat comfort is conducted among the elderly living in the base area in order to explore the effects of the cognition of heat comfort on their indoor and outdoor activities. The questionnaire, which consists of items regarding gender, age, educational level, and career, is designed to obtain information about elderly people’s cognition of indoor and outdoor heat comfort behaviors (temperature, humidity, etc.). Excel and SPSS are taken as the tools to analyze the information obtained from the questionnaire survey, and descriptive analysis is adopted as the statistical analysis method, which sorts, describes, and explains information, to present a large quantity of information.

Major outcomes:

Regarding the measurement of the indoor environment, the indoor temperature of this study ranged from 28.5°C to 30.6°C, while the WBGT stayed between 28.6°C and 31.1°C, which is higher than the heat comfort scope (23.2°C-27.1°C) for elderly Taiwanese in summer. The relative indoor humidity stayed between 70.4% and 88.5%, which is higher than the relative humidity suitable for the human body (40-60%), and is related to their location near mountainous areas. In summer, the indoor PMV stayed between 0.12 and 0.17, indicating a scope of “warm to hot”. Most indoor PMVs were in the intervals of “1.5-2.0” and “1.0-1.5”, accounting for 36.01% and 28.87%, respectively. According to the PPD distribution, the highest dissatisfaction distribution was in the interval of “40-60%”, accounting for 40.77%. In terms of the indoor air quality, all items are lower than the standards, with the exception of volatile organic compound (TVOC). According to the measurement, the indoor carbon dioxide concentration was in the interval of “385-752ppm”, which indicates good indoor ventilation. Regarding the efficacy of the thermal pumping system, the one-year observation period showed that, the temperature of the water flowing into the thermal pump stayed between 7°C and 10°C,while the water flowing

XIV

out of the thermal pump ranged from 42°C to 54°C. In terms of energy conservation, the average power consumption after the adoption of the thermal pumping system was about 32.65% of the original power consumption, which indicates great energy conservation in the preliminary evaluation.

According to the information obtained from the questionnaire survey in the first stage of this study, educational level influences the demands of elderly people for environment comfort: those with a higher educational level hope that relevant institutions would increase the equipment and facilities to create a more comfortable living environment, while those with a lower educational level are more satisfied with the current situation. According to the analysis results of the dimensions of the questionnaire, both males and females are satisfied with the ventilation of the residential environment, air quality, and temperature; however, they are unsatisfied with the humidity and climate. As is shown in the investigation results of the second stage, there are significant positive adjustments in the values regarding ventilation, air quality, and comfort of the residential environment after the adoption of the thermal pumping system, and there is significant difference in the average value of satisfaction; however, no significant difference is found in the statistical analysis of the items regarding the climate, temperature, and humidity of the residential environment.

第一章 緒論 1

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

近年來許多國家主要受到結婚率下滑、生育率降低、醫療技術進步與生活水準提升 等因素影響，導致人口結構呈現高齡化現象；台灣亦不例外，高齡人口(65 歲以上)早在 1993 年所佔比例達到 7%以上，已符合聯合國世界衛生組織所訂高齡化社會指標；相較 於其他國家，雖台灣人口高齡化程度較低，但根據行政院經濟建設委員會估計，未來台 灣高齡化速度將會加速，由 2006 年的 10%上升為 2051 年的 37%，顯示台灣地區老年人 口正快速成長(內政部統計處，2012)；根據行政院經建會於 2012 年度推估，於 2060 年 時，65 歲以上老年人口數將大幅增加為 2012 年之 2.9 倍，其中又以 85 歲以上老年人口 增加最多。推估 80 歲以上人口占老年人口比率，將由 2012 年的 25.4%，至 2060 年大 幅上升為 41.4%(如圖 1-1 所示)，此已經達到國際慣例及聯合國等國際機構所稱的高齡 社會(Aged Society)。 圖 1-1 台灣預估老人人口年齡結構變化趨勢 (資料來源：內政部統計處，2012)

2

壹、研究目的

台灣人口老齡化日趨嚴重，老齡人口將在 2017 年佔總人口之 14%，成為「高齡社 會」，老化速度遠比歐美國家快得多；因此，高齡人口之健康照護問題將因應而生，未 來社會福利之長期照護機構與醫療機構等，將負擔起照顧高齡人口之責任。 目前台灣有長期照顧與安養機構 1,047 家、護理之家 471 家以及榮民之家 16 家，負 責收容與照顧年長者；根據行政院核定「我國長期照顧十年計畫」及「友善關懷老人服 務方案第二期計畫」，強調長期照顧機構服務以及友善關懷老人服務之理念；因此，如 何於相關長期照顧機構，依據高齡使用者特性，創造舒適的居室環境，並降低能耗達到 節能效益，以提供給年長者活力老化的空間，攸關高齡人口的照護品質。 台灣夏季高溫高濕，冬季則有來自西伯利亞的大陸冷高壓影響氣候，影響到相關老 人福利機構及長期照護機構之室內環境舒適，如何運用廣泛使用於老人福利機構及長期 照護機構之熱泵系統，使之可於夏季提供冷源，冬季提供暖源，並依據高齡使用者之特 性，於居室空間內建構所需舒適的空調及換氣量，以確保該類型機構的照護空間品質， 創造出優質且具節能效益之舒適室內環境空間，提供在該類型機構內接受照護的年長者， 能有穩定而舒適健康的照護品質，是本研究關切重點與研究目的。 圖 1-2 中華民國人口推估報告(105-150 年) (資料來源：國發會，2016) 1993 2018 2025 41.0% super-aged aged ageing 65+ 80+

0

10

20

30

40

1980

2006

2040

2050

2060

65

歲以上人口

占總人口比率

(%

)

85+ 10.5% 17.7% 20.1% 14.6% 7.1% • • •

第一章 緒論 3 圖 1-3 台灣長期照護體系規劃 (資料來源：衛生福利部，2015) 基於上述，本研究選定一老人長期照顧機構為樣本基地，位於彰化縣田中鎮的衛福 部中區老人之家，進行現況實地實驗、CFD 模擬以及問卷調查，針對老舊電熱鍋爐系統 改善，引進新的熱泵系統，藉以改善照護空間內之溫濕度，以提升照護空間之生活品質， 並探究居住年長者對於居住空間環境的滿意程度與需求。 根據統計，人們在一生中將會有 90%的時間處於室內環境，因此受室內空氣污染物 影響的機率比室外高出許多，所以室內空氣污染物被認為是危害人體建康的主要來源； 室內空氣品質的好壞，不僅影響人體對環境舒適度之感受，也對人體健康造成不同層面 的影響；本研究將依據環保署室內空氣品質標準，針對中區老人之家室內空品質進行實 地量測，以了解目前照護空間實際情形，並提出改善建議。 失能失智者* (老年+非老年) 健康老人占65歲以 上老年人口80% （預防性照護） 65歲以下人口

長

照

保

險

 受 保 人、 政 府、 企 業 共 同 分 擔。  年 輕 開 始 提 撥 保 險 金 ， 以 備 不 時 之 需。 外勞 自由市場 人力 長照服務 服務網：機構、社 區、居家服務提供 者；家庭照顧者； 日照中心、多元照 顧中心… 服務提供機構：政 府、社會企業、財 團法人、社團法人 給付 社會服務 生活支持服務 提供：食衣住 行育樂服務（老 人住宅、友善餐 廳、銀髮旅遊、 穿戴照護設備租 用…） 服務提供者： 壽險業者、公司 企業、銀髮產業 社區安老服務  社區關懷據點、 安老服務站…  服務提供者： 政府、NGO 人力 規範性 市場

高齡社會

全照顧系統

長照服務法 長照保險法 保費  部 分 6 5 歲 以 下 失 能 失 智 者 一 併 納 入。 表達性的多元需求，由社會服務與自由市場回應 規範性市場，政府承擔較大責任

4

貳、研究內容

適合人類居住之環境為室溫 22-24℃，室內相對濕度為 50%左右較為適宜，而造成 呼吸感染的病原菌生長溫度為室溫 35-37℃，美國護理協會之機構通風空調規範護理病 房溫度為 21-24 ℃，但相關照護機構受限於經費，通常夏季溫度過高，冬季常低於合宜 值，甚至夏季室溫達易造成呼吸感染病原菌增長的生長溫度；因此，本研究考量高齡受 照護者居住之長期照護機構的優質居室內溫度與濕度環境品質，並在永續綠建築與節能 減碳科技技術指引，依據高齡使用者特性，滿足高齡受照顧者的生活需求，並達到節能 減碳與舒適環境控制之要求。 本研究內容主要包括以下三方面： 一、導入「永續綠建築」理念，檢視具代表性之老人福利機構改善後建築物，與長 期照顧機構建築物的熱負荷能力，探討適合高齡使用者特性的該類建築物，室內環境熱 舒適度、換氣量及能耗之關連性，以及高齡受照護者實際適應之空調型室內環境品質與 換氣量。 二、導入「節能減碳科技」理念，檢視老人福利與長期照護機構改善後建築物，與 長期照顧機構(醫療機構)建築物內設之熱泵系統，提出運用餘熱增加夏季供冷氣與冬天 供暖氣，以及具換氣功能之節能室內環境控制系統可行性評估。 三、檢測老人福利與長期照顧機構建築物改善後之室內空氣品質，提出運用新設之 熱泵系統，運用餘熱改善室內熱環境，及具換氣功能之節能型室內環境控制系統的可行 性評估。

叁、研究之重要性

一、氣候對高齡者影響 自古以來，人們就注意到天氣和氣候能影響人的健康；人類開始觀察天氣與健康， 早在 2000 年前我國《黃帝內經素問》就闡述了天氣、氣候對人體健康與疾病的影響及 其變化規律，當氣候變化大的時候就會引起疾病，甚至可使原有病情加重乃至死亡。 高齡者人為氣候變化的高危險群，許多高齡者慢性病症對氣象變化都非常敏感，原 因是因高齡者感受能力差，對高溫的判斷不敏感。本來中暑的最早症狀是大量出汗、心 煩、口渴、疲倦，繼之體溫升高、頭暈、嘔吐、下肢 肌肉痙攣。但是有些高齡者因感 受能力遲鈍，尚未察覺到中暑初期症狀時，就已出現了虛脫，甚至昏迷。此時體溫的升

第一章 緒論 5 高超過了人體散熱的能力，腦細胞受累並可能永久受損，短時間內可能危及生命。 二、目前老人照護空間環境問題 依據 IAQ 室內空氣品質控制程序，室內污染物必須藉由引入新鮮外氣，加以稀釋擴 散，增加通風，並調整人員對溫熱環境的不滿意度；由 Serra(1995)的研究報告得知，當 氣溫較高或較低時，其波動對人體的熱平衡和溫熱感就變得非常重要，濕度高低影響人 體皮膚表面水份蒸發速度快慢，亦關係到人體的熱量代謝和水鹽代謝的速率；當空氣所 含有的水汽量越少時，人體的水分便能釋放至空氣中，反之亦然；相對濕度在 75-80% 以上為高濕，小於 30%為低濕，最適宜人體的相對濕度為 40-60%(Lowry, 2001)；氣溫本 身也會影響空氣中的水含量，溫度越高所能含容的水汽量越多。濕度高低影響體溫散熱 的速度，而產生舒適與否的感覺。高溫時濕熱的空氣會阻礙汗水的蒸發，增加中暑的機 會。 本研究初步嘗試運用室內舒適度儀，測量衛福部中區老人之家室內溫度與濕度變化， 實測之歷時紀錄，如圖 1-4 所示；結果顯示，夏季室內相對濕度達到 92.5%，溫度自早 上十點到下午四點平均溫度為 31℃，會讓高齡者感到不舒適；且根據長期調查結果顯示， 夏季室內高溫均達 30°C 以上。由於相關經費限制以及節能之要求，無法以設備來改善 室內空間的熱環境，因此在夏季時，許多老人家選擇在室外樹蔭或廊道旁乘涼，原因是 室外比室內舒適；這樣的情景，不符合老人家對生活品質的期待。

6 圖 1-4 衛福部中區老人之家室內熱環境初步量測 (資料來源：本研究整理)

肆、相關研究領域

一、高齡者身體機能之變化 銀髮族在老化的過程中有一些主要的變化： 1. 需要花費更多的時間與體力才能恢復原來的體能與情緒狀態 2. 高血壓的情形普遍，心臟瓣膜也較缺乏彈性，血管也會縮小 3. 呼吸系統效能減低 4. 性功能的表現會受到文化與社會因素的影響 5. 感官功能會衰退 6. 平衡力會衰退 7. 記憶力會減退

在心理層面的發展以 Erikson 的發展理論為主，主要是自我統整：絕望(ego integrity vs. despair)(邱珍琬，2001)，Erikson 認為統整與絕望是老年期的發展危機。

在身體上的變化主要為各部機能之退化，包括有基礎代謝率降低、視力聽力減退、 對感覺的敏感度減低、對溫度變化的感受性增加、易引起消化排泄的問題；此外還有牙 齒脫落、頭髮變白或掉落、皮膚變乾變薄及易起皺紋、肌肉沒有彈性、骨質疏鬆導致骨

第一章 緒論

7

骼系統改變、心臟及腎臟功能減退，與大腦神經細胞喪失等(Gallo, Reichel, & Andersen, 1995)。 二、室內熱環境 相對溼度是量測空氣中之含水量，是空氣中水氣壓之含量和飽和狀況下(100%濕度) 水氣壓含量比；台灣相對濕度經常在 70-80%間，夏天讓人感覺相當的悶熱，當濕度高 時，表示空氣中已含有許多水分子，因而會減少吸收水份的能力，高濕度會限制汗水蒸 發及散熱；相反的，低濕度將有助於汗水蒸發散熱；氣溫適中時，濕度對人體的影響並 不顯著。 在 Serra(1995)的研究報告得知，當氣溫較高或較低時，其波動對人體的熱平衡和溫 熱感就變得非常重要，由於高溫高濕影響人體汗液的蒸發，身體的熱平衡受到破壞，因 此人體會感到悶熱不適，隨著溫度的升高，這種情況將更趨明顯；當相對濕度在 50%時， 感到舒適，若濕度值越高，則表示會越來越熱，反之則越來越冷，如圖 1-5 所示。 圖 1-5 相對濕度與舒適度之關係 (資料來源：Serra, 1995，本研究重繪) 根據 ASHRAE(1997)報告，以紊流強度 0%的曲線為例，在室溫 20℃的低溫環境中， 室內風速約須大於 0.22 m/s，室內有 15%人員不滿意；在室溫 26℃時，室內風速約需達 0.48 m/s 以上，方可達到相同的不滿意率，如圖 1-6 所示。鐘基強等(1998)研究，利用室

8 內空調進排氣口的配置對熱舒適性的探討，認為進排氣口設計，應力求進氣能流經大部 份人員的活動區域，避免產生短路效應，多重進氣、排氣口更有助於增進空調的改善熱 舒適性的效果，將冷氣進氣口的高度配置高於排氣口，可藉助冷空氣沉降，達到更佳的 熱舒適性效果。 圖 1-6 風速與室內溫度之關係 (資料來源：ASHRAE, 1997，本研究重繪) 三、熱泵系統應用 在自然界中，水總是由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫，但人們可以利 用水泵，從而實現水由低處向高處流動；熱泵也同樣可以把熱量由低溫傳遞到高溫，其 實質上是一種熱量提升系統，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，並把它傳遞給被加 熱的對象(溫度較高的物體)，其工作原理與制冷機相同，所不同的只是工作溫度範圍不 一樣而已(財團法人台灣綠色生產力基金會節約能源中心，2006)。 熱 泵 系 統 主 要 組 成 元 件 有 蒸 發 器 (Evaporater) 、 壓 縮 機 (Compressor) 、 冷 凝 器 (Condersor)和膨脹閥(Expansion valve)四大部分組成，通過讓冷媒不斷完成蒸發(吸取環 境中的熱量)→壓縮→冷凝(放出熱量)→膨脹→蒸發的熱力循環過程，從而將環境裡的熱 量經由熱交換器轉移到水中。 圖 1-7 為熱泵系統運作循環圖，其原理為冷凍循環的反向的應用，一般常用於欲移

第一章 緒論 9 除某一空間的熱量排放至大氣，在圖中說明了環境的熱能在蒸發器中被吸收，它本身消 耗一部分能量，即壓縮機消耗功率，通過冷媒循環系統在冷凝器中進行放熱，由此可以 看出，熱泵輸出的能量為壓縮機做的功和熱泵從環境中吸收的熱量，且其所吸收的熱量 遠大於壓縮機的功，這就是為何熱泵製熱性能係數(COP)大於 100%原因，故採用熱泵取 代既有電能、燃料熱能等熱水器可節省大量的能源消耗與二氧化碳的排放。現行的熱水 器實質上僅僅都是能量轉換裝置，它把電能、燃料的化學能或太陽能轉換為熱能，其系 統效率不可能超過 100 %，例如燃氣熱水器，因為有高溫廢氣的排放、不完全燃燒、強 制排煙及換熱效率方面的損失，實際制熱性能係數(COP)僅在 0.5-0.8 之間。 圖 1-7 熱泵系統運作循環圖 (資料來源：http://www.homepower.com/articles/home-efficiency/electricity/heat-pump-primer) 1. 熱泵熱水器之性能係數 COP 一般熱泵製熱效率 COP 高低，視機型、大小別有差異如下：

10 (1) 空氣對水熱泵製熱效率 COP3.5-6.3，易受外在空氣溫度影響而變化。 (2) 水對水熱泵製熱效率 COP3.8-6.0，受熱水槽及冰水溫度設定而變化。 2. 使用要點上注意操作條件 氣溫、相對濕度、性能系數(COP)、可靠度等。 3. 熱泵系統別：依熱泵機的種類及特性可分兩大類： (1) 空氣對水熱泵：其熱源是取自於空氣中的熱，熱能被冷媒吸取後，原有悶濕空 氣即變成乾冷之空氣，即是日常生活中所稱的冷氣，所吸取的熱能經壓縮機傳 輸轉換成中溫熱水。 (2) 水對水熱泵：其熱源取自於大自然的水，如：自來水、海水、山泉水、溪水、 地下井水、工業排放水、製程或空調冷卻水皆是，大自然的水資源熱能被吸取 後，原常溫的水即變成 7-12℃的冰水，原有被吸收的熱能經壓縮機傳輸轉換成 中溫熱水。 4. 熱泵系統別與應用分類：組合應用案例上主要可分： (1) 沐浴洗滌熱水：太陽能＋熱泵熱水系統、熱泵熱水系統、冷暖氣空調＋熱泵熱 水系統。 (2) 游泳池：游泳池加溫熱泵熱水系統、熱泵 SPA＋沐浴系統、太陽能＋熱泵熱水 系統、熱泵恆溫恆濕溫水游泳池。 (3) 製程：熱泵熱水系統＋除濕加熱系統。

第一章 緒論 11

第二節 研究方法與過程

壹、研究方法

一、實驗建構與儀器實測 本研究選擇位於彰化縣田中鎮的衛福部中區老人之家為實驗操作樣本基地，運用內 政部建築研究所補助改善老舊設備之計畫，進行熱泵系統相關設備之改善，其平面圖與 現場照片如圖 1-8 所示。 圖 1-8 衛生福利部中區老人之家現況 (資料來源：本研究整理與拍攝) 熱泵的工作原理是把環境中的熱空氣吸進來燒熱水，而把製熱過程所產生的冷空氣

12 排出去；冷媒原本是冷的，透過蒸發器吸收了空氣中大量的熱氣，變成高溫的冷媒，再 經過壓縮機的壓縮，變成高溫高壓的冷媒，再流過熱交換器，把熱量傳給冷水，冷水就 被燒成熱水了，高溫高壓的冷媒把熱傳給冷水後，又回復成低溫低壓的冷媒，就這樣反 覆循環的工作，把冷水加熱成熱水；因此，天氣溫度越高，燒熱水速度越快，熱泵越省 電；熱泵與冷氣的差別為原理相同，用途相反，熱泵要製熱排冷，冷氣要製冷排熱；目 前本研究之相關設備，已通過 TAB 測試，並藉由經安裝於室內之熱源及冷源交換系統， 以改善照護空間之室內溫度與濕度環境。 圖 1-9 衛生福利部中區老人之家熱泵系統建置 (資料來源：本研究拍攝) 圖 1-10 實驗熱泵系統運作情形 (資料來源：本研究整理)

第一章 緒論

13

二、CFD 流體力學軟體模擬

近年來由於電腦運算能力增強、電腦模擬軟體模擬真實性之加強，致使計算流體動 力學應用逐漸落實於建築空間領域，甚至擴展模擬領域至都市環境尺度；計算流體動力 學(Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD)是在經典流體力學、數值計算方法和計算 機技術的基礎上所建立起來的，它以解析流體力學行為的方程組為基礎，藉由近數十年 來電腦的快速運算速度，突破求解非線性偏微分方程等數值解法的困難，而建構起模擬 實際氣流現象的具體架構。解析出之氣流狀態經與實驗所得測值可相互驗證，預期之設 計品質可藉由數值實驗進行先期評估，其確立 CFD 數值解析於建築流場上之應用性， 大幅度縮短了設計的時間與節省了設計費用。 計算流體動力學應用於建築領域，肇始於 1974 年丹麥 Nielson 對於室內空調氣流的 研究，1980 年代以後的電腦應用更形普及化，運轉能力強的電腦應用與實驗數據配合模 擬上，擴增了其應用數值於工程上之可行性。台灣於此方面之應用起始於 1990 年代對 於工廠建築、無塵室、辦公大樓、煙控模擬與熱柱現象模擬等室內外空間氣流之研究。 在建築物室內分別有針對臥室、廚房、開口部等之研究，在建築物外部空間之自然通風 方面，亦有針對廣場與風洞實驗進行電腦輔助模擬研究。經由前人研究成果顯示，運用 CFD 數值方法模擬的結果與實驗結果比對，兩者的趨勢是相當符合的。 三、熱舒適度體感問卷調查 1. 熱舒適度體感 氣候是由許多要素組合而成，要了解氣候對健康的影響，不能從單一因素如氣溫來 討論對人體舒適與否，例如有時氣溫就不見得很高，但是仍然感覺氣候造成身體的不舒 適；影響人體舒適或不舒適的氣候要素相當多，主要的是輻射、氣溫、氣壓、溼度和風 速；其中輻射與氣溫有密切關係，氣壓又影響到風速，氣溫也與氣壓和溼度有關(Munn, 1970)。正因為所有要素之間關係錯綜複雜，彼此影響，所以氣候學者設計了不少氣候 感覺指數，來表示人體對氣候感覺舒適或不舒適的程度。 若實際環境溫度為 32℃(89.6℉)，相對溼度為 20%，則不舒適指數為 76；若實際環 境溫度為 25℃(77℉)，相對溼度為 90%，其不舒適指數亦為 76。不舒適指數等於 76， 是代表我們皮膚感覺到的溫度為 76℉，相當於 24.5℃。由此可知，身體感覺溫度與實際 環境溫度不一樣。不同的相對濕度下，人體感覺的溫度與環境的實際溫度有其差異性。

14

圖 1-11 不舒適指數圖

(資料來源：姜善鑫，1987，，本研究重繪)

依據美國氣象學會 1995 年出版之氣象詞彙定義：不舒適指數(Discomfort index)是以 溫度與相對濕度為因子，計算在不同溫度及相對濕度值中，皮膚感覺空氣中濕度的指數； 不舒適指數又名溫溼指數(Temperature-humidity index)、氣候壓力指數(Weather stress index)等。其公式為： D.I.＝T－0.55 (1－R.H./100) (T－58) (1-1) 其中：T 是氣溫(℉)，R.H.是相對溼度(AMS, 1995)。 根據調查研究結果，不舒適指數反應身體感覺的溫度，不舒適指數在 70 以下，沒 有人感覺不舒服；不舒適指數大於 80，大部分人感覺不舒服；若不舒適指數大於 85， 這時所有的人都會感覺到熱的壓迫應力。

第一章 緒論 15 表 1-1 不舒適指數與身體感覺對照表 不舒適指數 身體感覺 ＜70 沒有人感覺不舒服 70～75 少部分人感覺不舒服 75 50%感覺不舒服 80 大部分人感覺不舒服 ＞85 感覺熱的壓迫應力 ＞85 U.S. 停止上班上課

92 世界紀錄(Yuma, Arizona, US., 1957)

(資料來源：姜善鑫，1987) 2. 研究對象與問卷設計 本研究運用問卷調查方式，針對衛福部中區老人之家受照護者，其對於照護空間導 入熱泵系統之前後環境變化知覺差異，包括熱舒適度、熱感知溫度與濕度等，以探討熱 舒適知覺對於受照護者戶內外行為的影響；問卷擬定是參考國內外相關文獻，內容分二 大部份，第一部分為受訪者之人口學基本資料，第二部分問卷調查量表包含戶內外環境 變化知覺(熱舒適度、熱感知溫度與濕度)，分別採用李克特(Likert)式七點尺度計分，依 「非常同意」、「同意」、「稍微同意」、「普通」、「稍不同意」、「不同意」、「非 常不同意」的七個連續選項，每題分別給予7至1分，由受訪者依其實際感受程度予以勾 選，得分越高，表示受訪者對環境變化知覺(舒適度、熱感知溫度與濕度)認同程度越高， 反之則認同程度越低。 3. 問卷執行與資料分析 本研究問卷之執行，是由研究者訓練過之訪視員，以一對一訪問方式執行此問卷內 容，每份問卷資料約需執行 15-20 分鐘之訪問；後以 excel 統計軟體進行問卷調查資料 建 檔 ，再 利用統計軟體 SPSS，運用不同方法進行資料統計分析，包含次數分配 ((Frequencies)、描述性統計分析(Descriptive statistics analysis)與無母數統計(Wilcoxon signed ranks test)等。

16

貳、研究步驟與流程

圖 1-12 本研究流程圖

第一章 緒論 17

叁、研究進度及預期完成之工作項目

月 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 備 註 熱泵系統整備與前 置作業 第一階段實驗建構 與儀器實測 第一階段流體力學 軟體模擬 第一階段熱舒適度 體感問卷調查 第一階段研究結果 統合 期中報告提出 期中報告問題檢討 第二階段觀測與調 查進行 第二階段研究結果 統合 改善方式與規範建 議研擬 結案報告提出 資料蒐集分析報告 與修正版提出 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 10% 20 % 30% 4 0% 50% 60 % 70% 8 0% 90 % 100% 說明： 1.工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖日期。 2.預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每一小格粗組線為一 分，統計求得本案之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月加總)除以總 分，即為各月份之預定進度。 3.科技計畫請註明查核點，作為每一季所預定完成工作項目之查核依據。

18

肆、預期目標

一、導入「永續綠建築」理念，檢視長期照護機構(老人福利機構與醫療機構)，探討高 齡使用者居住空間的熱負荷能力，探討與室內外環境熱舒適度、換氣量及能耗之關連性， 提出改善之道。 二、導入「節能減碳科技」理念，檢測熱泵系統之餘熱回收利用效益，提出具換氣量功 能的設備，使之具改善室內溫濕度的能力。 三、研提運用該系統於改善長期照顧機構之高齡照護空間內，具換氣功能之增進室內空 氣品質與節能室內環境控制系統。

伍、研究預期對相關施政之助益

一、對建築發展短中長期方面預期貢獻 人體舒適度是測量人體置身於大自然或在室內環境當中的舒適程度，身體熱能舒適 程度屬高度主觀的感覺，除取決於個人對冷熱的喜惡，也綜合了身體內在及外在熱能儲 存量多寡，以及現在環境條件下的溫度感受，其基本考量因素為生理狀況與外界環境的 感觀刺激。 人口高齡化是社會中擋不住的趨勢，意味著退休後的老年生活在每個人人生中所佔 的比重大幅提高，子女和老年父母相處或照顧老人的時間也延長了許多；現今社會中， 社會大眾多能關心高齡者的教養與福利，卻由於不甚了解高齡者的身心特質與特殊需求； 高齡者為氣候變化的高危險群，本研究希望透過導入熱泵系統，有效改善照護空間的熱 環境條件，主要由於高齡者感受能力逐漸退化，隨著氣候與環境變化，體內某些變化也 相對劇烈，故希望可以維持一個穩定而舒適的室內熱環境，提供老年人安心居住的居室 空間。 二、對於經濟建設或社會發展方面預期效益 1. 藉由本研究改善老人福利機構及長期照護機構之熱泵系統，夏季提供冷源，冬季提 供暖源，創造出優質的照護空間環境，並達到節能之效益。 2. 導入「永續綠建築」理念，檢視長期照護機構(老人福利機構與醫療機構)，探討高 齡使用者居住空間的熱負荷能力，探討與室內外環境熱舒適度、換氣量及能耗之關 連性，提出改善之道。

第一章 緒論 19 3. 導入「節能減碳科技」理念，檢測熱泵系統之餘熱回收利用效益，提出具換氣量功 能的設備，使之具改善室內溫濕度的能力。 4. 研提運用該系統於改善長期照顧機構之高齡照護空間內，具換氣功能之增進室內空 氣品質與節能室內環境控制系統。 三、推廣應用計畫 1. 協同主持人與團隊經由本研究之操作，能獲致熱泵系統利用相關技術經驗，以供作 其進一步進行室內熱舒適度整合設計之長期研究基礎，並得為論文發表之基礎資料； 此外，亦能轉用在相關之設計範疇之中。 2. 研究生在操作過程中，可以獲取統計學軟體、CFD 流體力學模擬軟體與現場踏勘調 查之相關經驗，研究內容亦可轉換為其碩士論文，目前暫定題目為「熱泵系統改善 室內熱環境之效益分析-以老人之家為例」與「以 CFD 模擬熱泵系統改善室內熱環 境之效能」 3. 本研究於次年提供壹篇以本案協同研究計畫主持人為第一作者排名、協同主持人為 第二作者排名之論文稿件，向中華民國建築學會建築學報或其他具有國內 TSSCI 同等水準以上之學報(刊)投稿，並納入內政部建築研究所研究產出績效統計。

第二章 相關研究文獻分析 21

第二章 相關研究文獻分析

第一節 熱舒適度與基準

壹、熱舒適度定義

熱舒適度(Thermal comfort)是一種心智狀態，對所處溫度環境展現的滿意程度，是 一種主觀的評判；影響熱舒適度的主要原因包括活動量、人體衣著絕緣值、環境氣溫、 風速、溼度及輻射溫度等；就生理與能量傳輸觀點而言，欲使人體的冷熱感覺達到舒適 程度，人體與外界的熱量傳輸關係必須達到平衡。 人對環境各種天候條件感受往往不同，對於環境的感受也不盡相同，根據國際標準 組織 ISO 7730 對熱舒適(Thermal comfort)的定義為：當人的下意識對所處之熱環境表示 滿意時的狀況；美國冷凍空調協會(ASHRAE)對舒適度(comfort)定義為：人對週遭環境 狀況感到滿足(ASHRAE, 1992)，而每個人對所處環境舒適的滿意程度，基本上會有主觀 的判斷；所謂熱舒適環境是指溫度、濕度、氣流等氣候環境因子綜合作用於人體，並處 於最佳組合狀態時，能使人體産生舒適感，通常稱爲最佳熱舒適度。就生理與能量傳輸 觀點而言，欲使人體的冷熱感覺達到舒適狀態，人體與外界的熱量傳輸關係必須達到平 衡，當此熱量傳輸關係無法達到平衡時，即會形成人體的熱負荷，造成對冷熱感覺的不 舒適感(楊靜宜，2008)。 一般人身體之生理結構會對體內產生熱之程度，依自身體表面所散失之熱量多寡而 予以調整，以經常保持一定的體溫範圍。人體藉由體內皮膚表面之血液，來調整自身體 表面所散失的熱量，以忍受外部環境變化極大的溫度範圍。通常血管在外在環境溫度較 低時產生收縮，體內供給之血液減少，皮膚表面溫度降低；反之，在外在環境溫度較高 時，血管則膨脹，自體內供給之血液增加，皮膚溫度升高。皮膚表面溫度變化受環境中 輻射與對流所損失熱氣的程度所支配。一般人皮膚平均溫度隨著外界環境的變化而改變， 感覺基本舒適的平均皮膚溫度範圍約爲 30.6-35℃，人體溫度平衡需要靠身體和環境達 到一定的熱交換，才能維持在此範圍內，而熱交換的速率與量測，受到各相關因素的支 配，所需熱交換的量則由人體總產生量與熱獲得函數。

22

貳、熱舒適度基準

目前各國熱舒適度標準主要參照 ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria，ISO 14415(2005)主要是針對殘障、老 人與有特殊需求人士補充現有 ISO 熱舒適標準(包括冷熱與中度環境)在應用時所需之必 要考量與原則(工業技術研究院，2011)。 一、ISO 7730 1. 提供室內環境下將人的熱感覺與不舒適感受量化的模型，進而作為評估室內環境舒 適度的參考依據。 2. 人的熱感覺主要受到活動量、衣著量與環境參數影響。就環境參數而言，包含空氣 溫度、平均輻射溫度、風速以及溼度，並將這些參數綜整為一個 PMV 指數，進而 預估人在某環境下所會感受到的知覺。 3. PMV 指數可視為人對冷熱感受的平均值，範圍由 3、2、1、0、-1、-2 到-3 並分別 表示由熱到冷的程度。 4. PPD 指數為人對熱環境感受到不滿意程度的百分比。 5. 人體局部位置的冷或熱可能會造成人體的不舒適感受，因此需在會在腳踝、腹部及 頸部的高度進行溫度、風速還有紊流強度(Turbulence intensity)的量測。 空調環境中，人員舒適度的計算標準一直為近年來學者不斷研究的方向，由於牽涉 的變數眾多，而且舒適的標準又因人而異，故要找出正確、通用的舒適計算標準，實在 相當困難。所謂熱舒適環境是指溫度、濕度、氣流等微小氣候適宜，當這些因素綜合作 用於人體，並處於最佳組合狀態時，能使人體産生舒適感，通常稱爲最佳熱舒適度。Fanger (1997)將環境及個人身心等變數，組合成穩態熱平衡公式，認為人體在空調環境的影響 下，造成熱流與最佳穩定狀態不平衡時，就會產生感覺，因此發展出平均預測票數 (Predicted mean vote, PMV)來作為大多數人，對所處空調環境感覺反應的標準。PMV 提 供一個參考平均值，用來衡量人體在一個環境中的舒適度；PMV 指標的產生是來自許 多受測試者，在特定的測量環境裡，對一些環境條件所做出的主觀評估，共分為 7 個階 段，範圍由-3(極冷)延伸至+3(極熱)，中立點 0 代表熱感適中的狀況。

人體與外界所維持的熱平衡狀態，會因人體活動量、衣著量、氣溫、相對溼度、平 均輻射溫度及風速等六個參數任何一個的改變，而影響此平衡狀態，進而促使人體去調

第二章 相關研究文獻分析 23 節以維持與環境之間的熱平衡。當 PMV 指標為 0 時，亦有少數的人覺得不舒服，儘管 他們的衣著絕緣值與活動量幾乎相等，為了考量不同個體主觀上的差異，PPD 指標也常 被採用，用來評估人體對環境的不滿意程度；「不滿意度」可視為 PMV 指標的延伸，PMV 數據值小於-1 或大於+1 之區間視為不滿意，而介於-1 與+1 之間則被視為感到滿意(ISO, 1995)。 ISO 7730 建議的環境熱舒適參數，活動量在 46-232 W/m2(0.8-4 Met)範圍內，衣著 絕緣值在 0-0.310m℃/W(0-2Clo)，室內空氣溫度 10-30℃，平均輻射溫度在 10-40℃，平 均風速在 0-1 m/s，大氣壓力在 0-2,700 Pa間，相對溼度(RH％)在 30-70％範圍內。 圖 2-1 ISO7730 所規範之熱舒適評估指標 (資料來源：ISO, 1995) 二、ISO 9920 1. 在不同溫度環境下，穿著的衣物會不同，絕熱效果亦不同，藉此來評估不同的穩態 熱平衡狀態。 2. 在此標準中所提供的資料，是利用人體模型進行實驗，其狀況可能會與真實人體有 出入。 3. 本標準包含項目：

(1) 以熱阻估計乾熱損失(Dry heat loss)。

(2) 服飾面積係數(clothing area factor)=衣服總面積/人裸體面積。

4. 本標準不包含項目:

(1) 不考慮衣服可能會發生的其他因素，如水的吸附、觸感等。 (2) 雨水和雪對衣服造成的影響。

24 (3) 特別的衣服，如附有通風功能的衣服等。 (4) 溫度不平均所造成的身體不適等。 5. 附錄 A：衣物在人體模型的熱阻。 6. 附錄 B：各種服飾的熱阻。 7. 附錄 C：量測衣物在人體模型上熱阻實驗步驟。 8. 附錄 D：量測衣物在人體上熱阻實驗步驟，依據人體熱平衡作計算。 9. 附錄 E：衣物熱阻的不同表達方法。 10. 附錄 F：計算蒸發阻抗的步驟(依據熱阻和服飾面積係數)。 另一方面，ISO 9920 針對處於坐著辦公的人體舒適工作條件為： 1. 舒適指標在-0.5<PMV<+0.5 內是活動人員可接受的舒適範圍。 2. 在頸部與腳部的冷流效應(Draught or Draft)為人體因周遭氣流運動所造成人體局部 過冷的現象，舒適條件<15%。 3. 頭部與腳踝的垂直溫差範圍<3℃。 4. 由寒冷窗戶所造成的不對稱熱輻射溫差<10℃。 5. 由暖和窗戶所造成的不對稱熱輻射溫差<15℃。 6. 由暖和天花板所造成的不對稱熱輻射溫差<5℃。 7. 相對濕度(RH)：30-70%。 三、ASHRAE 55 1. 整合所有會影響熱環境的所有參數(包含環境參數與人為參數)，並建構一個舒適環 境標準，以滿足室內 80 %以上的居住者。 2. 環境參數由溫度、平均輻射溫度、溼度及風速所組成。 3. 人為參數則是由活動程度與穿著的服飾所影響。 4. 此標準並不將空氣品質、聲音或光照等與熱無關的環境因素考量在內。 5. 附錄中提供局部熱不舒適的相關資料，包含冷流效應以及在任意空間裡利用表面溫 度和方位角計算平均輻射溫度等等，並提供計算步驟與範例。 根據 ASHRAE (1992)指出，在人體新陳代謝率 1.2 Met 及典型衣著量(夏天衣服絕緣 值為 0.5Clo，冬天為 0.9Clo)，平均風速≦0.15m/s 及相對溼度 50%等條件下，夏季舒適 溫度為 24.5℃(R.H.=50%，10%不滿意度下)，舒適溫度範圍 23-26℃；冬季舒適溫度為

第二章 相關研究文獻分析 25 22℃(R.H.=50%，10%不滿意度下)，舒適溫度範圍 20-23.5℃，夏季與冬季重疊區域為 23-24℃。

叁、熱舒適溫度範圍研究

一、各國溫熱環境相關規範建議(內政部建築研究所，2011) 1. 新加坡 新加坡環境部室內空氣品質技術顧問委員會於 1996 年出版的辦公室優良空氣品質 指南(Guidelines for Good Indoor Air Quality in Office Premises)，內容物包括室內空氣污染 物之最高濃度限值以及溫度、溼度與風速等相關物理因子之建議範圍。 表 2-1 新加坡室內溫熱環境基準 溫度 22.5-25.5℃ 相對溼度 70% 風速 0.25m/s (資料來源：內政部建築研究所，2011) 2. 日本建築衛生管理法施行令 考量室內空氣污染物對人體健康的影響，日本建築衛生管理法施行令第 2 條第 1 項 依據建築衛生管理法第 4 條第 1 項針對浮游粉塵等七項污染物訂定室內空氣品質基準 值。 表 2-2 日本室內溫熱環境基準 溫度 17-28℃ 相對溼度 40-70% 風速 0.5m/s (資料來源：內政部建築研究所，2011) 3. 中華人民共和國(室內空氣質量標準) 中國國家環境保護局對於室內空氣品質管理起始於 2002 年，同年 11 月發布室內空 氣質量標準(中華人民共和國國家標準 GB/T1883-2002)，隔年 3 月正式施行。

26 表 2-3 中華人民共和國室內溫熱環境基準 溫度 22-28℃ 夏季冷房 16-24℃ 冬季暖房 相對溼度 40-80% 夏季冷房 30-60% 冬季暖房 風速 0.3m/s 夏季冷房 0.2m/s 冬季暖房 新風量 30 m3/(h.人) (資料來源：內政部建築研究所，2011) 4. 香港辦公室及公眾場所室內空氣質素管理指引 經歷過 2003 年 SARS 風暴，香港行政區目前在室內空氣品質推動管理上表現得非 常積極，目前雖然尚未針對室內空氣品質訂定專法，但不斷透過專屬網站增進一般民眾 對於室內空氣品質的認識，並印製相關文宣手冊宣導室內空氣品質的重要性，其中在名 為辦公室及公眾場所室內空氣質素管理指引的手冊中對於室內溫熱環境品質標準的建 議如下表所示。 表 2-4 香港室內溫熱環境基準 參數 卓越級 良好級 溫度 20-25.5℃ <25.5℃ 相對溼度 40-70% <70% 風速 <0.2m/s <0.3m/s (資料來源：內政部建築研究所，2011) 二、國內熱舒適溫度範圍研究 國內舒適溫度研究，有莊振賢(2000)以台灣地區北部、南部 13 棟大樓內的 275 位人 員作問卷調查，所調查的數據得知，國人感覺舒適的溫度夏季為 24.7℃，冬季為 20.9℃； 洪增淵(2004)以台中自然科學博物館演講廳進行室內物理環境因子-溫度、相對溼度及風 速量測，並對室內人員問卷調查，研究歸納出演講廳夏季舒適溫度為 25℃，冬季舒適溫 度為 21.4℃；林琨閎(2004)以南投縣國小學生為對象進行調查，求得舒適溫度範圍為 21.0 -27.0℃；陳銘雄(2005)以大學普通教室上課學生為對象進行調查，求得在冷氣空調狀態 下主觀舒適溫度 25.8℃，無空調狀態下，主觀舒適溫度為 27.5℃；黃教誠(2005)以大學

第二章 相關研究文獻分析 27 普通教室上課之學生實施舒適度感覺的調查，求得在空調狀態下感覺舒適溫度為 26.2 ℃，無空調狀態下，感覺舒適溫度為 26.5℃；張慧君(2010)根據田口方法之 S/N 比得到 在室溫 22℃、25℃、28℃；溼度 60%、80%；風速 0.5m/s、1.5m/s 實驗模組設定中， 青年組最滿意模組為室溫 25℃、溼度 60%R.H.、風速 0.5m/s，可接受模組為室溫 25℃、 溼度 60%R.H.、風速 1.5m/s 及室溫 28℃、溼度 60%R.H.、風速 1.5m/s；中年組最滿意 模組為室溫 25℃、溼度 60%R.H.、風速 0.5m/s 及室溫 28℃、溼度 60%R.H.、風速 0.5m/s， 可接受模組為室溫 25℃、溼度 60%R.H.、風速 1.5m/s 及室溫 28℃、溼度 60%R.H.、風 速 1.5m/s。

肆、高齡者熱舒適度範圍研究

根據 Sumavalee Chindapol(2015)等人的研究，高齡者的熱舒適度範圍會隨地區緯度 的不同而有所改變，例如印尼熱舒適範圍在 29.2-29.9℃之間，新加坡則在 28.2-28.8℃， 馬來西亞在 27-32.6℃，泰國在 25.6-31.5℃。 圖 2-2 高齡者熱舒適度範圍

28

黃瑞隆(Hwang RL & Chen CP, 2010)等人對台灣 60 歲以上老年人進行調查，老年人 夏季與冬季的中性溫度分別為 25.2℃與 23.2℃，舒適溫度範圍分別為 23.2-27.1℃與 20.5-25.9℃。 姚新玲(2011)針對中國上海市 8 所養老機構 109 名老人進行調查，在室內空調普及 率 100%情形下，室內濕熱環境不理想，只有 44.9%的老人居室溫度滿足《夏熱冬冷地 區居住建築節能設計標準》，75%的老人對於熱感覺為中性；冬季上海老年人的中性溫 度為 16.63℃，可接受溫度範圍為 18.32-22.08℃；至於老人在冬天採用適應性措施部分， 89%的老年人透過曬太陽，81%的老年人採用添加衣物，77%的老年人會關緊門窗，68% 的老年人會開空調設備，只有 17%的老年人會作運動與 11%的老年人會採用喝熱湯熱水 的方式。 劉紅等人(2015)為探究自然通風住宅中老年人適應性熱舒適的特殊性，在重慶市對 6 家養老機構和 14 個居民小區進行了現場研究。結果顯示，在夏季熱環境中，老年人的 熱感覺投票值偏低，不滿意率也較低，可接受上限溫度值偏高。採用預計適應性平均熱 感覺指數 APMV 模型預測老年人的熱舒適投票值，得到老年人的自適應係數λ=0.55。 建議老年公寓採用Ⅰ級指標(0<APMV<0.5)進行熱舒適評價，得到對應的老年人可接受 溫度範圍為 22.70-27.78℃。 周連等(2007)對於老年人耐受溫度進行探討，得知人體在高溫和低溫情況下採取干 預措施的臨界溫度，分別夏天為 31-32℃、冬天 3-4℃；根據研究，高溼度對生理產生不 良影響的臨界溫度為 35℃，在高溼度時，環境溫度達 30℃，即可使安靜狀態下的人體 溫升高，脈搏加快，汗蒸發率下降，35℃時這種影響更為顯著。 張恆(2015)於重慶之住宅建築夏季老年人熱舒適問卷調查，研究於熱感覺投票中， 夏季老年人的服裝熱阻高於青年人的服裝熱阻，在溫度低於 30℃時，老年人可以改變服 裝來適應環境；相比青年人，老年人對溫度的敏感性更低，對環境的滿意率高，老年人 熱中性溫度為 26.5℃，要比青年人的熱中性溫度高 0.9℃；老年人期望溫度降低的比例 要低於青年人，熱中性並不是人們最期望的，無論是青年人還老年人期望都要低於熱中 性的溫度，分別為 25.5℃和 25.0℃；且老年人的熱可接受率明顯高於青年人，老年人和 青年人的可接受溫度上限分別為 30.9℃和 29.2℃；老年人期望風速增大的程度要小於青 年人期望風速增大的程度，老年人在夏季偏向於較小的風速；與對溫度的敏感性相反， 老年人較青年人而言對風速更為敏感；隨著溫度的升高老年人對風速的敏感性降低，不

第二章 相關研究文獻分析 29 同溫度下老年人的期望風速(0.05-0.5m/s)要低於青年人的期望風速(0.10-0.84m/s)，隨著 溫度升高期望風速的增加量也越來越大，老年人和青年人的期望風速值也越來越大。夏 季老年人對心理和生理調節的依賴性高於青年人，對行為調節的依賴性要低於年人。 曾子銘(2007)指出綜合分析發現高齡者生理上可能之最適溫度為 28℃。在兩種溫熱 環境設定下的環境中發現，高齡老人在開空調與未開空調之下的溫熱感覺皆表現有一定 程度的適應能力，經過一段時間發生適應後，對溫度刺激的敏感度皆有降低情形。就人 體生理學理論而言，人體皮膚冷熱感覺適應期是非常迅速的；但在心理感受問卷分析中 發現，人體熱感受器的適應在短時間即可判斷現況環境舒適品質；但在長時間的狀態下 人體感知鈍化。且人體在生理上對於環境溫度變冷的反應比心裡上的感知有較快的趨勢； 人體在心理感知上，對於環境溫度變熱比環境變冷有更快的感知；但是人體在生理反應 上，對於環境溫度變熱比環境變冷在剛開始時有較慢的反應。 表 2-5 高齡者熱舒適度範圍 研究者 熱舒適範圍 熱中性溫度 Sumavalee Chindapol 等人(2015) 印尼 29.2-29.9℃ 新加坡 28.2-28.8℃ 馬來西亞 27-32.6℃ 泰國 25.6-31.5℃ -

Hwang RL & Chen CP(2010) 夏季 23.2-27.1℃ 冬季 20.5-25.9℃ 夏季 25.2℃ 冬季 23.2℃ 姚新玲(2011) 冬季 18.32-22.08℃ 冬季 16.63℃ 劉紅等人(2015) 夏季 22.70-27.78℃ - 周連等人(2007) 耐受臨界溫度 夏天 31-32℃ 冬天 3-4℃ - 張恆(2015) 25.5-30.9℃ 26.5℃ 曾子銘(2007) - 28.0℃ (資料來源：本研究整理)

30

第二節 室內空氣品質與基準

壹、各國室內空氣品質基準比較

表 2-6 各國室內空氣品質基準比較 項目 台灣 日本 新加坡 美國 WHO 一氧化碳(ppm) 9 10 9 9 10 二氧化碳(ppm) 1,000 1,000 1,000 - - PM10(μg/m3) 75 150 150 150 50 PM2.5(μg/m3) 35 - - 65 25 TVOC(ppm) 0.56 400(μg/m3) 3 - - 甲醛(ppm) 0.08 0.08 0.1 - 0.1(mg/m3) 真菌(CFU/m3 ) 1,000 - 500 - - 細菌(CFU/m3) 1,500 - 500 - - 臭氧(ppm) 0.06 - 0.05 0.08 100(μg/m3) (資料來源：內政部建築研究所，2011)

貳、台灣現行室內空氣品質基準

表 2-7 環保署室內空氣品質標準 項目 標準值 一氧化碳 9ppm(8 小時值) 二氧化碳 1,000ppm(8 小時值) 懸浮微粒PM2.5 35μg/m3 (24 小時值) 懸浮微粒PM10 75μg/m3 (24 小時值) TVOC 0.56ppm(1 小時值) 甲醛 0.08ppm(1 小時值) 細菌 1,500CFU/m3(最高值) 真菌 1,000CFU/m3(最高值) 臭氧 0.06ppm(8 小時值) (資料來源：環保署室內空氣品質資訊網，http://iaq.epa.gov.tw/indoorair/index.aspx)