行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
醫院住院病房空調通風系統與室內空氣品質的評價研究
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2212-E-039-001- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 中國醫藥大學職業安全與衛生系 計畫主持人： 黃瑞隆 共同主持人： 郭昭吟，賴俊雄 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 92 年 10 月 21 日
醫院住院病房空調系統性能與室內環境品質調查研究
Air-Conditioning Performance and Indoor Environment
Quality Investigation for a Hospital Patient Room
摘要
本研究針對一醫學中心的病房進行空調系統性能與室內環境品質進行調查 與評價。調查評價的項目包括病房內的熱舒適度、通風狀況、室內空氣品質及總 菌數。評價方法分成現場實地測量與問卷調查兩種，現場測量與問卷調查是同時 進行的。現場實測包括測量病房內的溫溼度、風量、CO2濃度、TVOC 濃度和總 菌數。問卷部分則由住院患者針對病房內的溫濕條件、通風狀況、空氣品質以及 整體空調狀況給予六到七個等級的評分。 從現場測量與問卷調查的結果比較後發現，若系統能提供符合相關建議標準 的病房環境，則病患也會對該環境表示滿意。研究也發現，即使病房的空調系統 的性能是符合規定的，但在春、夏交接的季節有可能因病患為保持室內的溫度， 調整空調系統設定，而使得其他室內環境品質參數變得不合格。 關鍵字：醫院住院病房、空調系統性能、室內環境品質Abstract
This paper studied the air-conditioning performance and indoor environment for a hospital patient room. The thermal comfort index, ventilation condition, indoor air quality and total number of bacteria are the investigation parameters in this study. Both the real site evaluation and questionnaire are undertaken simultaneously in this study. The real site measurement will record the temperature, humidity, CO2, TVOC and bacteria numbers. The questionnaire will evaluate the total indoor environment on six to seven different levels depending on different parameters such as, indoor temperature, indoor humidity, ventilation conditions and indoor air quality.
Comparison the results between real site measurement and questionnaire, the patient may satisfy the indoor environment of a patient room if the system can provide a room which can meet the requirements from authority. Also, the research results found that the patient will adjust the indoor climate conditions that result in some disqualify indoor parameter occurred in the patient room during the season change period.
Key words: patient room, performance of air-conditioning system, indoor environment quality
一、前言及研究目的
醫院由於有感染源的存在，對病患與醫護人員可能構成感染的威脅。因此醫 院的空調通風系統較一般建築物的空調通風系統有更多需要注意之處。除了室內 環境的溫度、溼度等舒適因子控制外，更需要透過通風及過濾的方式，將臭味與 病菌等污染源的擴散加以隔絕及移除，達到室內空氣品質及感染控制等目標。 我國目前對於醫院的空調通風系統並無相關規定，且國內相關的研究較著重 在各項環境監測指標是否超過國家有關衛生檢疫標準的檢測調查 [1,2]，而較少 著墨於熱舒適性(Thermal Comfort)上的研究。因為住院病人幾乎都是長時間待在 病房內，維持病房內有良好的熱舒適性絕對有其必要性。Farhad[3]利用計算流體 力學的模擬結果也指出為了維持病房內的熱舒適性，病房的最佳總換氣量為 5到6 ACH，AIA(美國建築研究院，American Institute of Architects)新版的醫院設 計指針中也據此將病房的最低總風量要求由2ACH 修正至 6ACH[4]。另一方面， 在台灣真正需要供應暖氣的時間很短，所以一般醫院的空調系統並無提供暖氣的 功能，所以當天氣較冷時，病患可能因病房內溫度的因素，會調整空調系統的風 量，甚或關閉空調系統，如此一來便可能連帶影響病房內的空氣品質。 本研究針對病換長時間居住的病房，以現場測量與問卷方式進行室內環境熱 舒適性，通風狀況及空氣品質的調查與評價。
二、研究方法
A、室內熱環境參數的測量根 據 ASHRAE Standard 55[4] 建 議 的 舒 適 區 是 由 作 業 溫 度 (Operative temperature)與溼度所定義出來的區域。其中作業溫度、室內乾球溫度及黑球溫度 (Global temperature)的關係式為 g a r A T A T T = × +(1− )× (1) 其中 Tr：作業溫度，C Tg：黑球溫度，C A：加權係數，對一般房間而言A=0.5。 現場測量的熱環境參數包括室內空氣的溫度、溼度及黑球溫度，現場測量的 儀器，該設備是由符合 ASHRAE Standard 55 規定之測量儀器標準的乾球溫度 計、溼度計及黑球溫度計所組成。所有的溫度以及底下說明的二氧化碳濃度訊號 都直接傳至推車下方的數據紀錄器作即時的儲存及平均計算。數據紀錄器可以每 10秒掃描所有訊號一次，並算出每分鐘的平均值。 B、總風量及外氣量的測量對於各房間的循環風量的測量，本研究直接以流量計 罩住各出風口測得總風量。至於病房外氣量的測量，則藉由二氧化碳濃度計測量 出風口、回風口及室外大氣的二氧化碳濃度，以及測得之出風口風量，根據公式 (2)計算出房間的外氣量。
O R S R s o Cco Cco Cco Cco Q Q , 2 , 2 , 2 , 2 − − × = (2) 其中 QO=外氣量，m3/s Qs=出風口風量，m3/s CCO2,S=送風口之二氧化碳濃度，PPM CCO2,R=回風口之二氧化碳濃度，PPM CCO2,O=外氣之二氧化碳濃度，PPM C、生物氣膠採樣與分析方法 本研究參考NIOSH編號第0800、0801號[6,7]之方法，使用一階生物氣膠採
樣器(cascade impactor)進行生物氣膠(bio-aerosol)採樣。採樣流量為28.3 l/min，採
樣時間為10分鐘。採集完的培養基送至35C恆溫培養箱培養18~24小時，以四 分法計算培養基上所長出的總菌落數。菌落數換算濃度方式為 t Q N Cbiaerosol ∆ × = (3) 其中 Cbiaerosol=生物氣膠濃度,cfu/m3 N=總菌落生成數，cfu Q=採樣流量,28.3 x10-3 m3 /min ∆t=採樣時間,10 min D、揮發性有機物質採樣與分析方法 本研究以採樣袋採集適量的空氣樣品。採集前先以高純度氮清洗採樣袋，以 皂泡計校正採樣泵流量。採樣全程皆以黑色塑膠袋保存樣品，並於採樣二十四小 時內送回實驗室進行樣品檢樣。檢驗方法係參考行政院環境保護署公告之NIEA A723.72B[8]方法檢驗，濃度換算方式如 Methane THC TNMHC C C C = − (4) 其中 CTNMHC：非甲烷總碳氫化合物含量，PPM(as methane) CTHC：總碳氫化合物含量，PPM(as methane) CMethane：甲烷含量，PPM。 E、問卷調查 除了各種參數的測量外，本研究還對病患及家屬作簡易問卷調查，以了解患 者對病房內的環境品質的主觀感覺。問卷與現場測量是同時進行的。為避免對病 人造成干擾，是以願意接受問卷的住院患者作為受訪對象。受訪者回答問卷時， 有研究人員在旁解說或回答其提出的相關問題，但不會誘導受訪者。問卷的內容 主要要求病患針對當時病房內的溼熱條件、通風狀況、空氣品質以及整體室內環 境品質給予評價，問卷內容如表一所示。 F、研究對象 研究採樣對象為位於中部的醫學中心，該醫院的空調系統為冰盤管式之中央
空調系統。外氣補給系統則藉由預冷空調箱集中處理引入病房的外氣，並透過風 管將其引導至各房間天花板內風機盤管機組(FCU)的風箱內，與室內的再循環空 氣混合後吹入病房。病人可自由地透過設於病房內的溫度調節器調整室內溫度， 以及三段式(高、中、低)風速切換開關調整 FCU 之風機轉速及啟停風機。本研 究共選擇10 間四人住病房作為現場測量及簡易問卷調查對象。實測調查期間為 2003年的三月及四月。
三、結果與討論
圖一是病房熱環境的實測結果，圖中的舒適區是依據ASHRAE Standard 55 的建議。實測結果顯示，室內的溼熱狀況主要分布在三個範圍內，在舒適範圍內 有40.8%，有37.5%g屬溫度過低(圖中的II區)，有20.0%屬溼度過高(圖中的III 區)，其他區域則有零星分布。在溫度過低區發生的機率偏高的原因推測為：於 實驗測量期間，三月份仍會有冷氣團來襲，且該醫院空調系統並無提供暖氣的功 能，當外氣溫度較低時室溫自然會較低。從圖中可明顯看到幾乎所有室內溫度過 低狀態都發生在三月份。 根據圖二對病患及家屬的問卷結果顯示：在有效的81 份的問卷調查中，受 訪者對病房內溼熱條件的感覺覺得適切的有44人次、微涼的有15人、微暖的有 18 人、暖及熱的各有 2 人。若以問卷結果與現場實測結果比較方面，有 27.2% 的受訪者覺得病房內過冷(答微涼、涼及冷者)，現場實測結果 37.5%。有 18.5% 的受訪者覺得病房內過熱(答微暖、暖及熱者)，現場實測則為 20.0%。覺得室內 剛好者，問卷為54.3%，現場實測為63.5%。兩者在適切與過冷部分有些差異存 在。但也必須強調，ASHRAE Standard 55所建議的舒適區是對健康的人而言， 但本研究的受測對象是屬於身體較虛弱者，基本上可能會比較怕冷些。 圖三是病房內通風狀況的測量結果。在十個受測的病房中，只有二間病房的 循環風量低於AIA建議的6 ACH[8]，其中一間為5.6ACH，另一間為4.6ACH。 其餘各病房的循環風量都超過 6ACH 的標準，甚至高達 7ACH 以上。至於外氣 量方面，在受測的房間中，一半的外氣量略低於AIA建議的2AC以上。有趣的 是，整體平均的外氣量達2.2ACH，卻符合AIA的建議標準。探究其原因，發現 這些病房(編號C、D、E、H、I及J)多位於外氣管路末端，由於外氣風量分配不 平均，造成其外氣量不足。 圖四是病房內二氧化碳濃度的測量結果。比較圖四的室內二氧化碳濃度與圖 三的風量測量結果，發現外氣量較大的病房其室內二氧化碳濃度並未明顯的較 低，這是因為除了外氣量外，病房內人數也是重要的影響因素。從測量結果發現 三月份的室內二氧化碳濃度較四月份的濃度高，各房間的高出值在100~ 300ppm 之間。這主要的原因為在三月份偶有冷氣團來襲，當冷氣團來襲時，病患因為怕 冷往往將病房內的空調系統的風速切小或關閉，使得導入的外氣量也跟著減少， 造成室內的二氧化碳濃度會偏高，這也可解釋在三月份代表室內二氧化碳濃度變 動的標準差(圖中盒狀圖)會較大。根據現場實測觀察，當病患整天將空調系統關閉時，室內的二氧化碳濃度會超過1,000ppm的建議值[9]。而在四月份因天氣熱， 病患幾乎不會將空調系統關閉(圖四中的盒狀圖明顯較小)，所以室內有較低的二 氧化碳濃度。但不管在三月份或四月份，只要空調系統正常運轉不被關閉，都能 確保室內的二氧化碳濃度遠低於建議值得1,000PPM。 圖五是通風狀況的問卷調查結果，在81 份的問卷中，有八成六的受測者對 室內通風狀況表示可接受(答很滿意、滿意及稍滿意)，而且大部分是回答滿意， 在二成六表示不滿意(答很不滿意、不滿意及稍不滿意)的受訪者中，大部分是回 答稍不滿意。進一步分析答不滿意者的發生時間，主要都是在當冷氣團來襲，室 溫偏低，病房內空調系統被關閉的時候。可見即使系統設計的風量是足夠的，但 居住者為了保持室內溫度，而調整空調系統的風量設定，連帶也會造成病房通風 狀況不良。 表二是使用一階生物氣膠採樣器所採得各病房內的菌落數比較。生物氣膠中 經 菌 種 分 析 ， 發 現 以 細 菌 類 佔 大 多 數 ， 所 鑑 定 出 的 菌 類 包 括 綠 膿 桿 菌
Ps.aeruginosa)、金黃色葡萄球菌(S.aureus)、表皮葡萄球菌(Sta.epidermidis)、黴菌
(Mold)。從表中亦可看出在實驗期間各病房的總菌落數除 J 病房於三月超出 200~500cfu/m3 的一般建議值外[]，所有的病房都符合標準。從表中我們再次看 到，在四月份各病房的平均總菌落數較三月份的總菌落數低 99 cfu/m3，其原因 就是因為在三月份患者會將病房內的空調系統的風速切小或關閉，使得病房內外 氣及循環風量不足所致。 表三是室內總揮發性有機物質的採樣結果，從表中可看見各病房的 TVOC 濃度都相當接近 5ppm。利用 GC/MS 所鑑定出來的物種有環氧乙烷、乙烷、甲 苯、丁二醇和乙酸(醋酸)，這些物質大都是來自於病房、被服及醫療上的清潔與 消毒藥品。 圖六是利用問卷調查病患對病房內的氣味與粉塵等空氣品質的感覺。在所有 的受訪者中有八成以上的受訪者對醫院的室內空氣品質表示能夠接受(答很滿 意、滿意、稍滿意者)，僅有兩成不到的患者表示不可接受。 圖七是針對病房空調環境包括溼熱條件、室內空氣品質與通風狀況的整體評 價調查，在所有的受訪者中，有一位給予非常滿意的評價、40 位給予滿意的評 價、25位給予稍微滿意的評價、12位給予稍不滿意的評價、只有3位給予不滿 意的評價。整體而言，有超過七成以上的人對整體病房的室內環境品質給予正面 評價。
四、結論
本研究對一醫學中心的一般病房的室內環境品質進行實測與問卷調查。從實 測調查結果顯示該醫院病房的空調系統性能在正常的運轉設定下是符合相關的 標準建議值。但是由於病患可以自由調整房間內的空調設定，尤其是當外部氣溫 低時，病患常會將空調系統關閉或調低風速，而使得部分時間病房內的環境條件 會超過建議值。本文發現病患對病房內的環境品質，不論是在濕熱條件、通風狀況、空氣品 質以及整體的評價上，問卷調查的滿意度與實測結果的合格率兩者大致相同。這 也表示一個符合新的建議標準的空調系統，確實能提供滿足病患對病房內整體空 調環境的要求。
參考文獻
1. 葉錦瑩、李萬成，某醫院室內空氣品質評估，台北醫學院公共衛生研究所碩 士論文，1999 2. 吳佩芝、蘇慧貞、黃金鳳、林佳瑩、李俊璋，醫療作業環境空氣中生物性及 化學性因子暴露評估—以一大型教學醫院之調查為例，中華衛誌 1998； 17(2)：93-1023. Farhard Memarzaden, 2000, Thermal Comfort Uniformity, and Ventilation Effectiveness in Patient Rooms: Performance Assessment Using Ventilation Indices, ASHRAE Transaction Vol. 106 part 2, pp748~761
4 Paul N. and Judene B. New ventilation Guidelines for health-care facilities,
ASHRAE Journal, June 2001, 29-33
5. ANSI/ASHRAE 55, 1992, Thermal Environmental Conditions for Thermal Occupancy, Atlanta, American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc
6. Lonon, M. K, 1998, “Bio-aerosol sampling (Indoor air)”, NOISH Manual of
Analytical Methods (NMAM), 4th Edition.
7. Pendergrass, S.M., “Aerobic bacteria by GC-FAME”, NOISH Manual of
Analytical Methods (NMAM), 4th Edition.
8 行政院環境保護屬環境檢驗所，NIEA A723.72B, http://www.niea.gov.tw/index_Frame.htm
9. AIA, 2001,Guidelines for Design and Construction of Hospital and Health care facilities, Washington D.C., The American Institute of Architects, ISBN
1-57165-002-4
10. ANSI/ASHRAE 62, 2001, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, Atlanta, American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc
100% 80% 60% 40% 20% 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 20 21 22 23 24 25 26 27 28 操作溫度(C) 濕度比( kg/kg) 三月 四月 舒 適 區 I (40.8% ) II (37.5%) III (20.0%) 圖一 病房內之溼熱環境狀況分 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 熱 暖 微暖 適切 微涼 涼 冷 溫感等級 發生人次 圖二 病房溼熱條件問卷調查結果
AIA循環風量建議 AIA外氣量建議 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G H I J 病房編號 風 量 (AC H) 循環風量 外氣量 圖三 病房內風量測量結果 0 200 400 600 800 1000 1200 A B C D E F G H I J A B C D E F G H I J 房間編號 C O 2 濃 度 (p pm ) 三月 四月 圖四 病房內二氧化碳濃度測量結果 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 很滿意 滿意 稍滿意 稍不滿意 不滿意 很不滿意
圖五 病房內通風狀況問卷結果 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 很滿意 滿意 稍滿意 稍不滿意 不滿意 很不滿意 圖六 病房內空氣品質問卷調查結果 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 很滿意 滿意 稍滿意 稍不滿意 不滿意 很不滿意 圖七 對病房內整體空調環境評價問卷調查結果 表一 簡易現場問卷內容 底下的問題我們想了解您對病房內目前狀態的感覺 1.您對病房內的熱感覺，□冷、□涼、□有點涼、□剛好、□有點暖、 □暖、□熱 2.您對病房內的空氣流動覺得□很滿意、□滿意、□稍滿意、 □稍不滿意、□不滿意、□很不滿意 3.您對病房內的空氣品質(氣味、粉塵方面)覺得□很滿意、□滿意、 □稍滿意、□稍不滿意、□不滿意、□很不滿意 4.您對病房內的整體空調狀況覺得□很滿意、□滿意、□稍滿意、 □稍不滿意、□不滿意、□很不滿意
表二 生物氣膠採樣結果 總菌落數(cfu/m3 ) 病房編號 三月 四月 A 435 371 B 424 399 C 382 219 D 216 170 E 208 435 F 191 233 G 484 120 H 406 396 I 410 102 J 530 233 平均 369 268
表三 室內TVOC採樣分析結果 THC THC CH4 CH4 NMHC NMHC 平均濃度 病 房 編號 面積 (ppm) 面積 (ppm) (ppm as CH4) (ppm as CH4) 13147 7.1 1553 2.5 4.6 A 13243 7.2 1613 2.59 4.6 4.6 14920 8.0 1734 2.78 5.2 B 14480 7.8 1739 2.79 5.0 5.1 14123 7.6 1627 2.62 5.0 C 13074 7.1 1643 2.64 4.5 4.7 13931 7.5 1724 2.76 4.7 D 13079 7.1 1643 2.64 4.5 4.6 12231 6.6 1691 2.71 3.9 E 12875 7.0 1589 2.56 4.4 4.2 14865 8.0 1564 2.52 5.5 F 15738 8.4 1635 2.63 5.8 5.6 15826 8.5 1619 2.6 5.9 G 15794 8.4 1714 2.75 5.7 5.8 15656 8.4 1646 2.64 5.8 H 16466 8.8 1642 2.64 6.2 6.0 13851 7.5 1682 2.7 4.8 I 13404 7.2 1847 2.95 4.3 4.5 14157 7.6 1746 2.8 4.8 J 13897 7.5 1705 2.73 4.8 4.8 平 均 濃度 5.0 3.採樣流量 4L/min 4.採樣時間：10min 5.GC/MS所鑑定出物種為 Ethylene oxide 62267 000075-21-8 3 環氧乙烷 Disulfide, dimethyl 63055 000624-92-0 87 二硫化物，乙烷 Toluene 965 000108-88-3 70 甲苯 1,4-Butanediol, diacetate 16126 000628-67-1 38 1,4-丁二醇
