淺談室內空氣品質內容及發展趨勢 - 達成健康的室內環境

FOREWORD 前言

1950~1970 年代，著名的倫敦市區、紐約市區及洛杉磯市區之空氣污染所造成居民健康效應影響的遽增，引發人類對於空氣污染的探討。1976 年美國費城退伍軍人大會，因為空調系統遭受污染引發與會人員呼吸道疾病發生之群聚感染，讓世人開始關注『室內空氣品質』(indoor air quality, IAQ) 議題，隨著人類科技發展、工作及生活型態的變化，大多數族群日常活動有逾 90% 的時間在室內 ^[1-3]。室內空氣品質廣義而言，泛指建築物內的環境特徵(Environmental characteristics) 會影響人體健康、舒適度或工作效率之因子，包含室內空氣中污染或危害物質的濃度、溫度、溼度。另外，供給建築物空氣的氣體來源 (out-door air, OA) 品質及建築物內部的空調系統 (ventilation system) 也被視為影響室內空氣品質的重要因素 ^[4]，使得室內空氣品質的良窳對人類健康的效應日漸受到重視。
世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 報告指出，室內危害暴露死亡發生率是室外的 14倍，直接的健康危害包含微粒 (particle) 對呼吸系統、心血管系統及氣喘的疾病發生、揮發性有機化合物(voltaic organic compounds, VOCs) 造成癌症及氣喘誘發、生物性氣膠 (bioaerosol) 所造成的呼吸系統及氣喘疾病。另外，對於糖尿病、心血管疾病及氣喘患者，會有加成性的健康不良效應。
1970 年代能源危機發生後，因應節約能源之目的 ，各國均訂定較低之通風標準，以致建築物內密閉室內通氣量不足，污染物就容易蓄積而導致室內空氣品質惡化，造成室內空氣品質降低。1980 年代，室內空氣品質問題日益嚴重，許多人出現認為與建築物有關，但起初無法清楚界定病原之症狀出現，稱為「病態大樓症候群」(Sick Building Syndrome, SBS)。世界衛生組織於 1982 年將病態建築物症候群定義為 ^[5]: 建築大樓中有過多與工作相關皮膚、黏膜和其他症狀的刺激 (irritation)，包括眼睛、鼻子和喉嚨的刺激；黏膜與皮膚乾燥的感覺；紅斑；感覺疲勞；頭痛；經常性的氣管感染及咳嗽；打噴嚏；發癢；喘嗚 (wheezing)；非特異性的過敏；注意力無法集中；噁心；頭暈目眩等。而且這種不適的症狀，在離開此環境後或經過周末休假日後會自然消失。「病態大樓症候群」這個名詞依然廣泛的被使用，但若以『致病原』作為區分，則包含建築物相關疾病 (Specific Building-related Illnesses, BRI)^[6] 及非特異性建築物相關症狀 (Nonspecific building-related symptoms, BRS)^[7] 二種，前者可被歸列為已知病因之疾病 (illnesses)；但後者不代表是一種疾病，而是對於工作環境的一種反應，一般臨床上的檢查無法查出的輕微症狀感染，這種「擾亂行為 (nuisance)」會影響工作能力，其症狀則主要分為眼睛刺激 (eye irritation)、一 般症狀 (non specific symp-toms)、上呼吸道症狀 (upper respiratory symptoms)、下呼吸道症狀 (lower respiratory symptoms)^[8] 及較不常見的皮膚症狀 (skin irritation)，但員工很少因為這些抱怨導致嚴重疾病而請假。
室內空氣品質對於辦公室或學校人員之工作效率(performance) 及生產力 (productivity) 具有 5-10%的影響效率 ^[9]，空調系統、溫度、溼度及污染危害物質都是對於學習能力、專心程度、打字效能及錯誤率產生影響 ^[10-11]。美國研究近一步指出，每1% 的生產力增加約可節省 10% 的人事成本支出，每年影響的金額約為200~2,350億美金。另一方面，美國環保署調查顯示，室內空氣品質影響美國人口多達 3,000 萬，每年造成的經濟損失超過 400 億美金，這些數字令人感受到其嚴重程度。

EXPERIMENT 實驗

汙染源

室內污染來源主要有以下幾個方面：

• 甲、燃燒：烹飪、取暖和燒水是室內最普遍的燃燒行為，所使用的燃料包括油、瓦斯、煤油、煤、木材等，燃燒所產生的污染物則包括一氧化碳、二氧化碳、懸浮微粒等。燃燒產物常利用煙图或拍油煙機排放到室外，但還是有很多燃燒的產物無法排出室外，成為室內污染物，冬天時常發生熱水器所產生的一氧化碳中毒事件就是一個例子。
• 乙、抽煙：室內燃燒煙草煙霧（environmental tobacco smoke, ETS）是燃燒後的副產物統稱，其表現型態包含粒狀物或氣體形式釋入空氣中，除了會釋放尼古丁、一氧化碳、二氧化碳、乙醛、丙酮、焦油等有害物質外，更是室內懸浮微粒（particles）的主要來源。
• 丙、建材與裝潢材料：室內裝潢時所用的膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板，使用含有甲醛樹脂接合劑，板材中殘留甲醛會逐漸向周圍環境釋放，是室內空氣中甲醛及有機溶劑的主要來源；其他含有甲醛成分亦包含牆布、貼牆紙、化纖地毯、泡沫塑料、油漆和塗料等。石材建材會含放射性（radon），會隨著時間的久遠而漸漸被釋放出來。此外，過去廣為使用的石棉也可能產生室內空氣污染。
• 丁、含揮發性的有機物品：殺蟲劑、特殊清潔劑、髮膠、油漆、立可白等用品皆利用有機溶劑作為溶液，使用時會於室內環境中揮發，皆是室內揮發性有機污染物的來源。
• 戊、事務機器：如影印機、雷射印表機等會釋放出臭氧。
• 己、生物類污染源：寵物掉落的毛髮、體垢及皮屑或呼吸所產生的二氧化碳，來自於腐敗物和寵物的代謝產物的細菌、黴菌、病毒。此外，花粉和塵蟎會引發過敏體質人群的過敏反應。
• 庚、空調設備：空調系統設備本身也易成為污染源，設備在蒸發器降溫、減濕過程中，表面凝結水積塵、滴水盤集水極易滋生細菌；過濾設備篩集灰塵和微生物，若未能定時更換，則容易成為污染源。
• 辛、室外污染源：室外的空氣可藉由自然通風或機械通風而進入室內，使室內空氣品質受到不同程度的影響，若住宅或辦公室位於空氣污濁的地區（如工業區、市中心區等）則會吸入髒的空氣，室外進入室內的污染物主要包括汽車尾氣中所含的氮氧化物，工業和民用鍋爐排除的SO₂、CO和可吸入顆粒物等。

室內汙染物質

室內空氣污染物可以分為氣狀污染物、粒狀污染物及生物性污染物三大類，氣狀污染物又可以分為有機和無機兩大類，其中常見的無機氣體污染物有一氧化碳（carbon monoxide, CO）、二氧化碳（carbon doxide, CO₂）、氮氧化物（nitrogen Oxides, NOx）、硫氧化物（Sulfur Oxides, SOx）、臭氧（Ozone, O₃）等，揮發性有機化合物氣體（volate organic cornpound, VOCs）則包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯等。粒狀物（partces）則包括懸浮空氣中的固體和液體微粒，依據粒徑可分為小＋10um（particle matter 10, PM10）2.5um（particle matter 2.5，PM2.5）的微粒族群。最後一類為生物性污染物質，包含細菌、黴菌、及其生成物等。以下針對各個物質進行說明。

懸浮微粒（particle matter, PM）：

大粒徑微粒（PM10）懸浮微粒多半來自道路揚塵、飛灰、花粉、黴菌、海鹽、營建施工、農地耕作等；細微粒PM2.5主要來自燃燒源及車輛廢氣，燃燒產生有毒物質（Dioxin, Polycyclic aromatic hydrocarborn, 重金屬）易吸附其上。燃燒產生之微粒比來自大自然的粗微粒對健康有更嚴重的傷害，且粒徑小惠的更高更遠更深入室內，更易通過呼吸道的攔截。

一氧化碳（carbon monoxide, CO）：

室內一氧化碳最主要來源為室內燃燒源不完全燃烧所產生，如：瓦斯爐、瓦斯熱水器、吸煙、車庫的汽機車排氣、蚊香及拜香等。當然室外空氣中也有相當含量的一氧化碳，會因為通風換氣而進入室內。一氧化碳是一種無色、無味、無臭，毒性很強，與血紅素結合後不能還原，影響血液運載氧氣。濃度低時缺氧中毒徵狀：影響知覺、思考、反射動作、量眩、昏睡，應心、疲倦、氣喘、胸口局促及神智不清等，甚至心血管疾病。濃度高時會引致死亡。

二氧化碳（carbon dioxide, CO₂）：

二氧化碳為人體代謝的產物，一般成人於辦公室作業狀態之能源消耗下，呼出氣體中二氧化碳含量一般約為3.8％，健康成人長時間處於二氧化碳濃度1.5％（15,000 ppm）的空氣中會造成輕微的代謝壓力，若濃度高達7～10％時，人體會在幾分鐘內失去知覺。吸入高濃度二氧化碳會造成血液酸鹼平衡改變，造成骨質密度降低、鈣質流失。二氧化碳濃度是室內空氣品質管理非常重要的指標，作為評估空氣清新程度，可提供通效率參考。

氮氧化物（nitrogen oxides, NOx）

室內氮氧化物的來源主要為燃燒，主要燃燒反應產生一氧化氮，隨後與空氣中氧氧化成二氧化氮。二氧化氮是一種紅棕色的氣體，其濃度為0.12 ppm時，嗅覽器官可查覺它的存在，50～150 ppm的二氧化氮可能造成慢性肺部疾病。

臭氧（Oxone, O₃）：

臭氧具強氧化能力，對呼吸系統具刺激性，影響黏膜及呼吸功能，引起咳嗽、氣喘、頭痛、疲倦、肺功能降低、呼吸道發炎、呼吸急促，減低肺部對傳染病及毒素的抵抗力，若大量吸入可導致肺部嚴重受損害。臭氧之所以會存在室內主要還是由人為放電產生，如影印機、雷射印表機、靜電式空氣清淨機等使用紫外線或離子化的機器設備空氣清淨機等設備。
連續暴露處於0.1 ppm的場所，會增加呼吸道的阻力，影響降低呼吸能力；濃度在0.3 ppm時，會刺激鼻、喉及頸肌的收縮；臭氧濃度2 ppm下，會產生嚴重的咳嗽。

揮發性有機化合物（volatile organic compounds, VOCs）：

揮發性有機化合物是含有一個或多個碳原子的化合物，在正常室溫及氣壓下容易揮發。這些化合物在室內環境下以無色氣體的形態存在。美國環境署發現，室內環境有900多種且濃度超過1 ppb的揮發性有機化合物。揮發性有機化合物可從戶外進入室內，室內所使用的建築材料、清潔劑、化粧品、蠟質、地氈、傢具、雷射印表機、影印機、黏合劑和油漆亦會散發揮發性有機化合物。若這些物質短暂或長期超越正常背景水平，可能影響室內空氣質素。台灣地狹人稠，並位處高溫濕度之亞熱帶，形成有利於VOCs逸散條件，且住宅區中常混雜各種產業如乾洗業、加油站，造成室内VOCs濃度有時可高於室外2～50倍。

甲醛（Formaldehyde, HCHO）：

甲醛是一種揮發性有機化合物，許多建築材料和纖維織物、清潔劑和黏合劑的化學成份之一，夾板製成的家具表面都塗有一層尿素甲醛樹酯，以防家具腐壞。新的家具會持續釋放微量甲醛達一年至數年之久，需經過一段時間的排放量才會逐漸衰減；而在又熱又濕的環境裡，甲醛的揮發量也愈大。逸散濃度的高低，在不同時段或不同季節中亦會有變化。甲醛會產生嚴重刺激鼻、眼睛、呼吸系統，人體過量吸入會導致引起肺水腫。同時，甲醛為ICRA（International cancer research association）歸類為已知確認的致癌物（Group1）。

細菌及真菌：

台灣處亞熱帶海島型氣候，年平均相對濕度高達180％以上，造成室外環境部分便形成易滋生生物性污染物之溫床。細菌的組成頗為複雜，多易造成細菌感染及引起一些毒性效應。真菌是一種相當廣泛的環境過敏原，可誘發過敏反應，亦有伺機性感染的問題。

室內空氣品質標準

台灣環保署於 2005 年 12 月公告室內空氣品質建議值 ( 如表1)，總計公告十種管制項目，包含二氧化碳 (CO₂)、一氧化碳 (CO)、甲醛 (HCHO)、總揮發性有機化合物 (TVOC)、細菌、黴菌、臭氧 (O₃)、粒徑小於 10um (PM10) 及 2.5um (PM2.5) 之微粒，以及溫度。並將公告場所區分成二類，第一類為對室內空氣品質有特別需求場所，包含學校及教育場所、兒童遊樂場所、醫療場所、老人或殘障照護場所等，主要因應幼童及老人二個較易感族群，規範較嚴格標準的要求。相較於國際間世界各國所訂定之室內空氣品質標準的建議值或標準值 ( 表2 ^[12])，化學性及物理性因子建議各種不同時量平均暴露濃度，分為長期與短期之暴露限值，其考量之出發點以維護國民之健康為主，標準訂定根據各化合物之劑量反應關係來建議相關之暴露閾值；至於生物性污染物則因目前並未建立適當之劑量反應關係，所以現在生物性污染物濃度之標準主要是考量其對健康潛在之效應，如感染性疾病、過敏性反應等。以新加坡為例，他們在訂定室內空氣中總細菌與總真菌濃度建議值時，即是基於可能潛在之健康影響，並考量新加坡當地高溫高濕之環境條件，建議一個可供一般參考遵循之濃度值。

美國綠建築 (Leadership Energy & Environment De-velopment, LEED) 之 new construction (LEED NC) 的類別，在 Indoor Environment Quality 的章節中 (EQ-C3.2: Construction IAQ Management Plan, Before Occu-pancy)，要求施工或更新作業所造成的空氣品質降低情形，以及維持施工及進駐人員的舒適與健康目的下，須在人員進駐前對環境進行空氣品質確認，其中要求甲醛 (50 ppb)、TVOC (50mg/m³)、PM10 (500 mg/m³) 及 CO(9 ppm or 不超過外部濃度 2 ppm) 四個項目，並且針對 SBR (styrene butadiene rubber) 使用環境，要求4-phenylcyclohexene 需小於 6.5 mg/m³ 以下，相較於各國的標準 LEED 的較為嚴格。而在日常室內空氣品質的要求上，LEED 僅要求外氣供應風速及 CO₂須符合美國空調冷凍協會 (American society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engi-neers, ASHRAE) 的標準，CO₂ 濃度需控制在 1,000 ppm 以下。除此之外，LEED 針對清潔作業進行規範，其中即包含清潔劑的選擇、使用及管理進行要求。

RESULT / DICUSSION 結果與討論

TSMC廠區橫跨台灣、中國大陸及美國，辦公室更遍及世界主要地區，若就台灣地區共計11個廠區(包含LED, Solar, Fab 15)，包含12棟以上的建築物，如何擬定一個管理及監督量測計畫就顯的非常重要。圖一說明TSMC室內空氣品質管理架構，包含對新建或更新裝潢部份(new construction or renovation)、既有建築物(existing building)及特殊環境或對象三個部份。

新建或更新裝潢部份可劃分成二大部分，第一部分為新建的辦公大樓，這部份可包含建設過程的管理及人員進駐前的品質確認。辦公室興建包含空、水及機電等系統，重點在於如何在過程中確保空調系統不被污染或損壞；第二部份為人員進駐前的品質確認，以Fab12 P4 辦公大樓八~十樓為例 圖二，在人員進駐前，依據每個樓層有二台空調系統的架構，針對開放區域的辦公環境及會議室進行空氣品質量測規劃，量測項目包含台灣室內空氣品質及美國 LEED NC 要求內容，表3 所呈現的結果發現，平均值均在二個規範要求之下，而 TVOC 在八樓開放式辦公區域及會議室有部分監測點接近且超過 LEED要求 0.5 ppm 標準，但符合台灣室內空氣品質建議值 (3 ppm)，其餘各項物質的量測資料都在標準之內。而 CO₂ 濃度介於 485~698 ppm 提供一個需要注意的訊息，這些數值亦可代表該區域的背景濃度 ( 在人員尚未進駐前 )，相較於一般區域的 CO₂ 濃度(300~400 ppm) 似乎高出許多，這是否為科學工業園區特殊現象，則需要進一步確認，因為這將對空調系統管理者成為一個重大的挑戰。

既有建築物 (EX building) 部分則包含外部供應氣體的空氣品質量測、室內環境空氣品質及空調系統查核三個部份，以下針對這三部份進行說明：

外部供應氣體 (outdoor air)：

當室內環境無污染源時，室內的汙染物濃度大致與室外濃度相近，但不同污染物 ( 如 CO, CO₂, PM10, PM2.5) 之間的濃度比 (indoor/outdoor ratio)可能不相同。而自然季節變化及地形環境條件產生變化性空氣品質，如何選擇優良的外部供給氣體，更是讓身處於高科技公司密佈工業園區的我們要思考的議題，藉由連續性監測獲得穩定的數值，建立四季外氣變化的基本資料成為這部份的首要工作。所獲得的資料，可以了解各項物質的濃度分布及時序變化，更可以提供空調系統管理者在外氣空氣品質選擇或是系統改善上，得到可貴的資訊。

室內環境空氣品質：

定期監測室內空氣品質計畫包含監測數量、空間選擇、時間、時段與頻率、採樣設備、檢測方法及品質管制均需做一初步規劃，以為執行時之依據採樣點的選擇以空調系統、隔間及辦公人數做為依據，在同一空調系統的條件下，台灣室內空氣品質的要求為每 500 m2 一個採樣點，而 LEED 則規範25 人以上在 1,000 平方英尺區域，定義為高密度環境需要至少一個採樣點。基於自主管理精神，TSMC規劃二階段的量測，第一階段以直讀式溫度、溼度、 CO₂ 及 TVOC 儀器進行基線量測，並選擇0900-1100 及 1500-1700 二個時段進行同一區域點的量測，一方面評估空氣品質狀況，另一方面，藉由二次量測的差異評估空調系統效能。第二階段，針對基線濃度異常或空調系統能力較差區域，進行第二階段檢測，如溼度過高區域應監測生物性樣本、 TVOC過高區域，應檢測甲醛或其他有機物質的組成，或進一步做長時序量測，釐清發生的變化及特性，以利找出發生源。除此之外，亦應針對已知的污染源進行評估，如辦公室事務機、清潔打蠟對空氣品質影響。這個階段主要目的是為了確認空氣品質水平及找出可能的污染源。

空調系統查核：

評估空調系統的管理計畫，包含定期保養、濾網更換、清潔等程序的確認，空調系統可分成供氣式或供水式二種，供水式系統會有漏水的風險，容易造成生物性質的孳生。

室內空氣品質管理除了空氣品質的量測及空調系統的管理之外，另一個重點在於辦公室人員的反應，包含滿意度或舒適度的評估 (comfort survey) 及抱怨的回覆與處理，美國加州柏克萊大學建築環境研究 中 心 (Center for Building Environment) 發 展 出Occupant Indoor Envi-ronmental Quality (IEQ) Sur-veyTM 線上系統 圖三，定期讓建築物內的人員可以特過網路系統評估對室內環境的滿意程度，並且建立抱怨或申訴管道，讓辦公室管理人員及時與使用者溝通，進而迅速解決問題。

CONCLUSION 結論

『Healthy Building』是世界著名的室內環境品質研討會，這個研討會每三年舉辦一次，2003 年的主題是『indoor air quality』、2006 年 為『indoor envi-ronment quality』，到 了 2009 年 則 為『indoor environment health』，由這一系列演進可以讓我們發現，國際間的潮流已經由對於品質 (quality) 的關注轉移到與人類直接相關的健康 (health)，越來越多的研究顯示室內環境的重要性，TSMC 面對室內空氣環境品質的挑戰也越加嚴重。除了既有室內環境的挑戰之外，封閉式全機械空調環境、位處高密度高科技製造工廠區域及長時間的工作條件，都是策進、創造、管理及維護室內工作環境的挑戰。