COVID-19 疫情徹底翻轉了建築產業對通風的態度。過去，外氣引入被視為空調負荷的「敵人」——引入越多外氣，能耗越高；但疫情讓全世界理解，充足的新風換氣不僅是舒適議題，更是攸關健康與生命的感染控制手段。如今，從 ASHRAE、WHO 到台灣法規，各方標準都在提高對通風量的要求。然而，「該引入多少外氣」並非直覺判斷，而是一套嚴謹的工程計算。本文從法規標準出發，系統解析換氣量計算方法、新風系統類型選擇、全熱交換器設計、系統整合策略，以及 IAQ 監測與需求控制通風（DCV）的完整工程實務。

一、換氣量的法規與標準

1.1 ASHRAE 62.1 — 商業建築通風的全球基準

ASHRAE Standard 62.1[1] 是全球商業建築通風設計最具權威性的參考標準，目前最新版本為 2022 年版。該標準提供兩種主要的外氣量決定方法：

  • 通風率程序法（Ventilation Rate Procedure, VRP）：依據空間類型、人員密度與樓地板面積，以查表方式計算最低外氣量需求。這是實務上最廣泛使用的方法，計算明確且便於設計審查。
  • 室內空氣品質程序法（IAQ Procedure）：直接針對特定汙染物（如 CO₂、甲醛、TVOC）設定可接受濃度上限，再反算所需通風量。此方法具備更高的設計彈性，但需要更詳盡的汙染源分析與模擬能力。

VRP 的核心概念是將外氣量需求拆分為兩個獨立成分：「人員相關」（稀釋人體產生的汙染物）與「面積相關」（稀釋建材與裝潢釋放的汙染物）。這套方法論不僅適用於新建工程的設計，也是既有建築通風改善的重要參考依據。

1.2 ASHRAE 62.2 — 住宅通風標準

相較於 62.1 針對商業建築，ASHRAE Standard 62.2[2] 專門規範低層住宅建築的機械通風與自然通風需求。該標準以「全屋通風率」為核心概念，計算公式考量居住人數與樓地板面積：

Qtot = 0.15 × Afloor + 3.5 × (Nbr + 1)

其中 Afloor 為樓地板面積（m²），Nbr 為臥室數量。此標準也規範了局部排氣需求——例如廚房排油煙機至少需 50 L/s（間歇運轉）或 12 L/s（連續運轉），浴室排氣至少需 25 L/s（間歇）或 10 L/s（連續）。

1.3 台灣建築技術規則

台灣《建築技術規則建築設備編》[3]對各類場所的機械通風量訂有明確規範。以下為部分關鍵空間的法定換氣次數要求：

  • 地下停車場：每小時換氣 6 次以上（CO 濃度管制）
  • 廚房：每小時換氣 20–30 次（依烹調型態）
  • 廁所/浴室：每小時換氣 10–15 次
  • 電氣室/機房：每小時換氣 5–10 次（散熱需求）
  • 戲院/集會堂：每人每小時 25 m³ 以上

此外，《室內空氣品質管理法》[4]對公告場所（醫院、學校、百貨公司、電影院等）的 CO₂ 八小時平均值設有 1,000 ppm 上限，PM2.5 的 24 小時平均值不得超過 35 μg/m³。這些管制指標直接反映為空調系統的通風設計需求。

1.4 WHO 室內空氣品質指引

世界衛生組織（WHO）的室內空氣品質指引[5]從公共衛生角度提出更嚴格的建議。WHO 在疫情後特別強調：公共建築的通風量應達到每人每秒 10 公升（10 L/s·person）以上，以有效降低空氣傳播感染的風險。這個數值明顯高於 ASHRAE 62.1 對一般辦公空間的最低要求（2.5 L/s·person），反映出公衛觀點與節能觀點之間的張力。

1.5 WELL 建築標準

WELL Building Standard[6] 是以使用者健康為核心的建築認證體系，其「空氣」（Air）類別對通風設計提出比 ASHRAE 62.1 更高 30% 的外氣量要求，並且要求全年持續監測 CO₂、PM2.5 與 TVOC，數據須對使用者公開。WELL v2 的 Air Concept A01 明確要求商業建築的設計外氣量至少達到 ASHRAE 62.1 通風率程序法的 130%。

二、外氣量計算方法

2.1 通風率程序法（VRP）詳解

ASHRAE 62.1 的 VRP 是實務設計中使用最普遍的外氣量計算方法[1]。其計算流程如下：

Step 1：計算呼吸區外氣量（Vbz）

Vbz = Rp × Pz + Ra × Az

  • Rp = 每人外氣量需求（L/s·person），依空間類型查表
  • Pz = 設計人員數（呼吸區內的預期佔用人數）
  • Ra = 每單位面積外氣量需求（L/s·m²），依空間類型查表
  • Az = 呼吸區面積（m²）

以下為常見空間類型的 Rp 與 Ra 參考值：

  • 辦公室：Rp = 2.5 L/s·person，Ra = 0.3 L/s·m²，預設人員密度 5 人/100m²
  • 會議室：Rp = 2.5 L/s·person，Ra = 0.3 L/s·m²，預設人員密度 50 人/100m²
  • 教室：Rp = 5.0 L/s·person，Ra = 0.3 L/s·m²，預設人員密度 35 人/100m²
  • 餐廳：Rp = 3.8 L/s·person，Ra = 0.9 L/s·m²，預設人員密度 70 人/100m²
  • 健身房：Rp = 10.0 L/s·person，Ra = 0.3 L/s·m²，預設人員密度 40 人/100m²

Step 2：計算區域外氣量（Voz）

考量空氣分配效率（Ez）：Voz = Vbz / Ez

Ez 的取值取決於送風方式：天花板供氣 Ez = 1.0，地板供氣（Displacement Ventilation）Ez = 1.2，個人化通風 Ez 最高可達 2.0。

Step 3：多區域系統的系統外氣量（Vot）

對於服務多個區域的單一空調系統（如 AHU），需要透過「系統通風效率（Ev）」修正，確保每個區域都能獲得足夠的外氣：Vot = Vou / Ev。Ev 的計算涉及各區域的外氣比例與最大差異度，是多區域 VAV 系統設計中最關鍵也最容易被忽略的步驟。

2.2 計算範例：200 人辦公大樓

以一棟典型的辦公大樓為例，樓地板面積 2,000 m²，包含開放辦公區 1,400 m²（70 人）、會議室群 400 m²（含 8 間，總容量 120 人）、餐廳 200 m²（140 人尖峰）：

  • 開放辦公區：Vbz = 2.5 × 70 + 0.3 × 1,400 = 175 + 420 = 595 L/s = 2,142 CMH
  • 會議室群：Vbz = 2.5 × 120 + 0.3 × 400 = 300 + 120 = 420 L/s = 1,512 CMH
  • 餐廳：Vbz = 3.8 × 140 + 0.9 × 200 = 532 + 180 = 712 L/s = 2,563 CMH
  • 全樓合計：Vbz = 1,727 L/s ≈ 6,217 CMH

此數值為各區域同時滿載的最大需求。在實際運轉中，會議室與餐廳的同時使用率通常不會達到 100%，可透過多樣性因子（Diversity Factor, D）進行修正。一般辦公建築的 D 值約 0.7–0.85，因此系統設計外氣量可修正為約 4,350–5,280 CMH。

2.3 IAQ Procedure

IAQ Procedure 不依賴固定的查表值，而是透過質量平衡方程式，根據室內汙染物的產生速率與可接受濃度上限，反算所需通風量[1]：

Vbz = G / (Cs − Ci)

  • G = 汙染物產生速率（mg/s 或 μg/s）
  • Cs = 室內可接受濃度上限（mg/m³）
  • Ci = 室外該汙染物的背景濃度（mg/m³）

此方法適用於有明確汙染源特徵的場所——例如工廠中已知揮發性有機物的散發速率，或醫療空間需要控制特定病原體的濃度。其優勢在於可以針對最關鍵的汙染物進行精確設計，避免 VRP 查表法可能造成的過度或不足通風。

2.4 CO₂ 濃度控制法

CO₂ 是室內人員活動最直接的指標氣體。在穩態條件下，室內 CO₂ 濃度與人均外氣量之間存在明確的數學關係[7]：

V = N × G_CO₂ / (Ci − Co)

  • V = 所需外氣量（L/s）
  • N = 人員數
  • G_CO₂ = 每人 CO₂ 產生速率（約 0.005 L/s·person，輕度辦公活動）
  • Ci = 室內 CO₂ 目標濃度（如 800 ppm）
  • Co = 室外 CO₂ 背景濃度（約 420 ppm）

以 800 ppm 為目標：V = 0.005 / (0.000800 − 0.000420) = 13.2 L/s·person。此數值遠高於 ASHRAE 62.1 對辦公空間的最低人員外氣量 2.5 L/s·person，這是因為 VRP 同時考量了面積成分的稀釋效果。CO₂ 控制法在實務中最常被用於需求控制通風（DCV）系統的控制邏輯，而非取代 VRP 作為初始設計依據。

三、新風系統類型

3.1 全熱交換器（ERV / HRV）

全熱交換器是目前應用最廣泛的新風處理設備[8]。ERV（Energy Recovery Ventilator）同時回收排氣中的顯熱與潛熱，適合台灣高溫高濕的氣候；HRV（Heat Recovery Ventilator）僅回收顯熱，適用於寒冷乾燥氣候或需嚴格濕度隔離的場所（如泳池排氣）。

全熱交換器的優勢在於「進出平衡」——送風量與排風量相等，不影響室內正負壓狀態，且能回收 60–80% 的排氣能量，大幅降低新風處理的空調負荷。在台灣市場，全熱交換器已從高端選配品轉變為商業建築的標準配置。

3.2 正壓新風系統

正壓新風系統僅設置送風機，將經過濾與預處理的外氣強制送入室內，室內正壓使汙濁空氣從門窗縫隙、排氣口或其他洩壓路徑自然排出。此系統的優點是設備簡單、成本較低，且室內正壓可防止未經處理的外氣從建築縫隙滲入。

正壓新風特別適合需要防止外界汙染物入侵的場所，例如位於工業區旁的辦公大樓或臨街住宅。但缺點是缺乏能量回收機制，全部新風負荷須由空調系統承擔，能耗較高。

3.3 負壓排氣系統

負壓排氣系統以排風機將室內空氣抽出，室內形成微負壓，外氣從進氣口或建築開口自然補入。此系統常見於廚房、廁所、實驗室與醫院的隔離病房——這些場所需要防止室內汙染物向外擴散。

負壓系統的設計重點在於：排氣量需略大於補氣量以維持穩定負壓（通常 -2.5 至 -10 Pa），且補氣路徑必須經過控制，避免未經處理的外氣從不預期的位置滲入。在醫療場所，ASHRAE 170 明確規定隔離病房須維持相對於走廊的持續負壓[9]。

3.4 平衡式通風系統

平衡式通風系統同時設置送風機與排風機，精確控制進氣量與排氣量的比例，使室內壓力維持中性或微正/微負壓。全熱交換器本身就是一種平衡式通風設備。在大型建築中，平衡式系統可透過變頻風機動態調節送排風比例，因應不同使用情境（如會議室滿載時增加送風、廚房使用時增加排氣）。

3.5 DOAS — 獨立外氣系統

DOAS（Dedicated Outdoor Air System）是將外氣處理從室內空調系統中獨立出來的系統架構[10]。DOAS 專責處理外氣的溫度、濕度與過濾，處理後的新風以中性溫度（約 16–18°C，露點溫度約 12°C）送入室內，室內的顯熱負荷則由另一套獨立系統（如風機盤管 FCU、輻射冷暖板或 VRF）處理。

DOAS 的核心優勢包括：

  • 精確的通風量控制：外氣量不受室內空調運轉模式影響，每個區域都能獲得設計通風量
  • 獨立的除濕能力：DOAS 可將新風深度除濕至低露點（如 12°C DP），徹底解決潛熱負荷
  • 室內終端零凝結：由於 DOAS 已處理掉潛熱，室內 FCU 的冷水溫度可提高至 16–18°C（高於室內露點），消除盤管凝結水問題
  • 能效提升：冷水溫度提高意味著冰水主機可在更高蒸發溫度運轉，COP 顯著提升

DOAS 搭配輻射冷暖或高溫冷水 FCU，被 ASHRAE 視為高效能建築空調系統的最佳實務之一。

四、全熱交換器設計要點

4.1 顯熱效率與全熱效率

全熱交換器的核心性能指標分為顯熱效率（Sensible Effectiveness）與全熱效率（Total Effectiveness）。顯熱效率僅反映溫度交換能力，全熱效率則同時涵蓋溫度與濕度的交換效率[8]：

  • 顯熱效率 εs = (T_oa − T_sa) / (T_oa − T_ea)
  • 全熱效率 εt = (h_oa − h_sa) / (h_oa − h_ea)

其中 T 為溫度，h 為焓值，oa = 外氣（outdoor air），sa = 送風（supply air），ea = 排氣（exhaust air）。優質的全熱交換器在等風量條件下，顯熱效率應達 75–85%，全熱效率應達 65–80%。在台灣高溫高濕的氣候中，全熱效率比顯熱效率更具參考價值，因為潛熱（除濕）負荷通常佔外氣處理總負荷的 50–70%。

4.2 焓差計算與節能效益

全熱交換器的節能效益可透過焓差法精確量化。以高雄夏季設計條件為例：

  • 室外設計條件：34°C / 75% RH → h_oa ≈ 97 kJ/kg
  • 室內設計條件：26°C / 55% RH → h_ea ≈ 55 kJ/kg
  • 焓差：Δh = 97 − 55 = 42 kJ/kg
  • 全熱效率 εt = 75%
  • 全熱交換器出口送風焓值：h_sa = 97 − 0.75 × 42 = 65.5 kJ/kg
  • 每公斤外氣節省的空調負荷：97 − 65.5 = 31.5 kJ/kg

若外氣量為 5,000 CMH（約 1.67 kg/s），全熱交換器每小時回收的冷房能力為 1.67 × 31.5 ≈ 52.6 kW（約 15 冷凍噸）。以冰水主機 COP 4.5 計算，節省壓縮機功率約 11.7 kW，夏季運轉 2,000 小時計年節電 23,400 kWh。

4.3 交叉汙染防護

全熱交換器在排氣與進氣之間進行能量交換的過程中，存在排氣混入進氣的交叉汙染（Cross-contamination）風險。依交換元件型式不同，汙染防護等級差異顯著：

  • 板式全熱交換器：排氣與進氣透過固態膜片隔離，理論上無直接混合。但膜片若有破損或密封不良，仍可能發生洩漏。優質產品的排氣混入率（EATR, Exhaust Air Transfer Ratio）應低於 3%。
  • 轉輪式全熱交換器：蓄熱轉輪在排氣與進氣之間旋轉，轉輪攜帶的排氣殘留與扇形密封區的洩漏，使 EATR 通常在 3–10%。透過安裝清洗扇區（Purge Section）可降低至 1–3%。

在醫療院所、實驗室等對交叉汙染零容忍的場所，應選用板式全熱交換器，並要求廠商提供依 AHRI 1060 測試的 EATR 數據[11]。轉輪式全熱交換器不得使用於負壓隔離病房的排氣能量回收。

4.4 旁通控制（Bypass Control）

全熱交換器並非在所有氣候條件下都應運作能量回收。旁通控制（Bypass）可在特定條件下讓外氣繞過熱交換元件，直接送入室內：

  • 自然冷卻模式（Free Cooling）：當室外溫度低於室內溫度（如台灣冬季夜間或過渡季節），直接引入涼爽外氣可提供免費冷房，此時全熱交換反而會降低節能效果。
  • 除霜模式：在寒冷地區，冬季外氣溫度極低時，排氣側可能結霜堵塞。旁通控制可暫時關閉外氣引入，讓排氣的熱量融化結霜。
  • 焓值比較控制：最先進的控制策略是即時比較室內外焓值，當室外焓值低於室內焓值時啟用旁通，反之則啟用全熱交換。此策略需搭配室內外溫濕度感測器。

旁通閥（Bypass Damper）的控制邏輯應整合至建築管理系統（BMS），實現全自動切換，避免依賴手動操作導致的能源浪費或 IAQ 問題。

五、新風系統與空調的整合

5.1 MAU + FCU 系統

外氣空調箱（MAU, Make-up Air Unit）搭配風機盤管（FCU）是台灣商業建築最常見的新風整合模式。MAU 負責將外氣處理至接近室內設計條件後，經由獨立風管送至各樓層的 FCU 回風側混合，或直接送入天花板靜壓箱。

此系統的設計要點包括：

  • MAU 的處理能力：MAU 需將外氣從室外條件處理至送風溫度約 14–16°C、相對濕度 90–95%，以確保送風中的潛熱已被充分處理
  • 風管平衡：MAU 送至各 FCU 的外氣量須透過風管設計與風量調節閥確保均勻分配
  • FCU 回風側的混合空間：外氣接入 FCU 回風側時，需有足夠的混合距離，避免溫差過大造成不適

5.2 DOAS + 輻射冷暖系統

DOAS 搭配輻射冷暖板（Radiant Cooling/Heating Panel）是當代高效能建築空調系統的典範設計[10]。DOAS 負責處理全部的潛熱負荷與通風需求，輻射冷暖板則以高溫冷水（16–18°C）或低溫熱水（35–40°C）處理室內顯熱負荷。

此系統的能效優勢極為顯著：

  • 冰水主機效率提升：輻射系統使用 16–18°C 冷水（傳統 FCU 使用 7°C），主機蒸發溫度大幅提高，COP 可從 4.5 提升至 7.0 以上
  • 水泵輸送能耗降低：輻射板的換熱效率高，所需水量與泵送功率遠低於 FCU 系統
  • 零凝結風險：DOAS 已將室內露點控制在 12°C 以下，16–18°C 的冷水面不會產生凝結
  • 室內舒適度提升：輻射冷暖無氣流感、無噪音，體感舒適度優於對流式空調

5.3 新風與 VAV 系統配合

在變風量（VAV, Variable Air Volume）空調系統中，新風的引入與控制是最具挑戰性的設計議題。VAV 系統的總送風量隨負荷變化而動態調節——當部分區域低負荷時，VAV 箱關小，AHU 總送風量下降，若外氣風門維持固定開度，外氣比例（OA%）會上升；反之，若所有區域高負荷時，外氣比例會被稀釋。

ASHRAE 62.1 的附錄 A（Appendix A）提供了多區域 VAV 系統的動態外氣量計算方法。核心概念是「動態重置」（Dynamic Reset）：BMS 根據各區域 VAV 箱的實際送風量，即時計算系統通風效率（Ev），並動態調節 AHU 的外氣風門，確保每個區域在任何負荷條件下都能獲得足夠的外氣[1]。

在實務設計中，VAV 系統搭配 DOAS 是更為可靠的解決方案——DOAS 獨立提供固定的外氣量，VAV 系統僅處理室內顯熱負荷的變化，兩者互不干擾，大幅簡化控制邏輯。

5.4 新風引入對能耗的影響分析

外氣引入是空調系統中最大的單一能耗驅動因子之一。以台灣南部夏季為例，處理每 1,000 CMH 外氣的空調負荷約為：

  • 顯熱負荷：ρ × Q × Cp × ΔT = 1.2 × 0.278 × 1.005 × (34−26) = 2.68 kW
  • 潛熱負荷：ρ × Q × Δω × hfg = 1.2 × 0.278 × (0.0245−0.0116) × 2,500 = 10.74 kW
  • 總負荷：13.42 kW / 1,000 CMH ≈ 3.8 冷凍噸 / 1,000 CMH

潛熱負荷佔比高達 80%，這正是全熱交換器與 DOAS 除濕的價值所在。若系統設計外氣量為 5,000 CMH，未使用全熱交換器時外氣負荷約 19 冷凍噸；使用效率 75% 的全熱交換器後，外氣負荷降至約 4.75 冷凍噸，節省 75% 的外氣處理能耗。

六、IAQ 監測與 DCV

6.1 室內空氣品質感測技術

精確的 IAQ 監測是需求控制通風與智慧建築管理的基礎。目前常用的室內空氣品質感測器包括：

  • CO₂ 感測器：最常用的通風充足性指標。商用 NDIR（非色散紅外線）感測器精度約 ±50 ppm，壽命 10–15 年，成本合理。安裝位置應在呼吸區高度（距地面 1.2–1.5 m），遠離送風口、門口與人員密集停留點。
  • PM2.5 感測器：採用雷射散射原理，可即時量測顆粒物濃度。商用感測器精度約 ±10 μg/m³，壽命 3–5 年。適合安裝在外氣進入室內的路徑上，監測過濾系統的效能。
  • TVOC 感測器：量測揮發性有機化合物的總濃度。PID（光離子化）感測器精度較高但成本高，金屬氧化物（MOX）感測器成本低但選擇性差。適用於新裝修空間或有特定揮發物源的場所。
  • 溫濕度感測器：基本的室內環境監測指標，也是焓值計算與旁通控制的必要輸入。

6.2 需求控制通風（DCV）

需求控制通風（Demand-Controlled Ventilation, DCV）是依據即時 IAQ 監測數據，動態調節外氣引入量的控制策略[7]。DCV 的核心理念是：不以「設計最大佔用率」作為常態通風量，而是根據「實際佔用率」調節外氣量，在確保 IAQ 的前提下避免過度通風造成的能源浪費。

最常見的 DCV 策略是基於 CO₂ 濃度的比例控制：

  • CO₂ ≤ 600 ppm：維持最低外氣量（面積成分 Ra × Az）
  • 600 < CO₂ < 800 ppm：線性增加外氣量
  • CO₂ ≥ 800 ppm：全量外氣引入
  • CO₂ ≥ 1,000 ppm：發出警報，啟動緊急通風模式

DCV 在人員密度變化大的場所節能效果最為顯著。以會議室為例：設計人數 50 人，但實際佔用率平均僅 30%。若無 DCV，空調系統全時提供 50 人的外氣量；有 DCV 後，70% 的時間外氣量可降至設計值的 30–50%，年節能效益達 20–35%[12]。

6.3 多參數 DCV 策略

進階的 DCV 系統不僅監測 CO₂，還整合 PM2.5 與 TVOC 感測，實現多參數協同控制：

  • CO₂ 主導：控制外氣引入量，確保通風充足性
  • PM2.5 聯動：當室外 PM2.5 濃度偏高時，降低外氣引入比例，同時提升室內循環過濾的風量與過濾等級
  • TVOC 告警：當室內 TVOC 超標時，增加外氣量沖洗室內汙染物

這套多參數策略需要 BMS 整合所有感測器數據，並以加權優先邏輯做出最終的風門開度決策。WELL v2 的 Air Concept A06 明確要求建築提供多參數 IAQ 監測並將數據即時呈現給使用者[6]。

6.4 能效與空品的平衡

新風換氣與空調節能之間的張力是空調工程師必須面對的核心矛盾。過度追求節能而壓縮外氣量，會導致 CO₂ 超標、空氣品質惡化、人員健康風險上升；反之，不計成本地增加通風量，則造成能源浪費與碳排增加。

工程實務中的平衡策略包括：

  • 全熱交換器：回收 60–80% 的排氣能量，使增加外氣量的能耗代價降至最低
  • DCV 系統：根據實際需求動態調節，避免「設計滿載、全時運轉」的浪費模式
  • 高效過濾：在 PM2.5 濃度高的日子減少外氣引入，改以高效循環過濾維持室內空品
  • 經濟器控制（Economizer）：在室外條件適宜時最大化免費外氣冷房，替代機械冷房
  • DOAS 架構：將通風與空調解耦，各自獨立最佳化，避免相互妥協

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結語

換氣量計算與新風系統設計，是空調工程中技術含量最高、也最容易被輕忽的領域。從 ASHRAE 62.1 的通風率程序法到台灣建築技術規則的法定換氣次數，每一個數字背後都是對人體健康的科學保障。而新風系統的選型——全熱交換器、DOAS、正壓新風或 DCV 控制——則決定了這些設計數值能否在真實運轉中被實現。

後疫情時代，「通風」已不再是工程師的專業術語，而是公眾的健康訴求。合格的換氣量設計、高效的能量回收、智慧的需求控制——三者整合，才能打造出兼顧健康與節能的現代建築環境。