歸鄉: 新風風量、室內人數與室內二氧化碳或氧氣濃度之關係

在組建室內通風系統時，最根本的問題是需要多少換氣量。換氣量不足時，室內二氧化碳濃度會上升造成不適。

在張大媽的文章上看到一個公式：

室內二氧化碳濃度＝進氣二氧化碳濃度+（室內二氧化碳生成速度÷新風風量）

另外在法規換氣率要求下二氧化碳累積情形探討一文中也有一個公式：

當室內污染物達到平衡時，上述公式可簡化為：

上式與張大媽的公式一模一樣。那麼這個公式與實際情況會差很多嗎？同篇論文據此公式使用電腦模擬出來的估計值與實測值非常接近：

雖然實測值總是會比估計值多一些，但兩者差異不大，因此這個公式對於估算室內二氧化碳濃度有很高的參考價值。接著就用這個公式來估算不同新風風量下，室內二氧化碳濃度達到平衡時的數值。

Dougan and Damiano 2004. CO₂-based demand control ventilation. Do risks outweigh potential rewards? ASHRAE Journal. 一文中整理了人在不同情況下二氧化碳的產生速率：

由上表可得知人在室內不睡覺時，二氧化碳產生速度應該低於走路時但高於睡覺時，採用每分鐘0.3L的生成速度應該是合理的。假設室外二氧化碳濃度是400 ppm，氧氣濃度21%，室內每人每分鐘產生二氧化碳0.3L，每小時產生二氧化碳18 L，也就是0.018 CMH的生成速度。

人類呼吸作用的淨反應式：

C₆H₁₂O₆＋6O₂＋36ADP＋36Pi → 6CO₂＋6H₂O＋36ATP

再根據理想氣體公式PV=nRT得知，每人每小時產生二氧化碳18 L的同時，每小時也消耗相同體積的氧氣（18 L）。因此用同樣公式也可以推導出室內氧氣濃度，只是公式要稍微改寫成：

根據公式，推導出新風風量與室內二氧化碳濃度、氧氣濃度的關係圖如下：

由上圖可以得知：

1. 只要新風風量超過30 CMH，室內二氧化碳濃度就可以控制在1000 ppm以內。因此30 CMH可以當成每人所需最小新風量或通風量。

2. 即使新風風量只有5 CMH，室內氧氣濃度仍可維持在20.64%，不會有缺氧的情況。會有這種情況是因為大氣氧含量佔21%，人體消耗量佔比相對來說太少；但大氣二氧化碳濃度很低，人體生成量雖然只有一點點，但佔比相對來說卻很高。

3. 只要能維持室內二氧化碳不超標，不可能發生室內缺氧的情況（依行政院勞工委員會訂定之缺氧預防規則，當空氣中氧氣含量未滿18％稱為缺氧空氣），原因是兩者是連動的。因此幾乎所有建築通風系統，都只監控二氧化碳濃度，因為監控氧氣濃度是多此一舉。

由於新風風量對氧氣濃度的影響很小，因此接下來的探討就直接忽略氧氣濃度。

如果室內人數超過1人，二氧化碳濃度與新風風量的關係如下圖：

由上圖可知，只要新風風量超過150 CMH，室內在5人以內，二氧化碳濃度都不會超過標準 1000 ppm（前提是不能在室內運動）。

一般小家庭多在5人以內，市面上新風機或全熱交換器風量多在50~ 500 CMH之間，因此針對此區間放大，方便讀者對照：

以敝宅為例，說明上圖的使用方式。敝宅家中2人，新風機風量268 CMH，從圖可以對照出室內二氧化碳濃度最高大概是530 ppm：

而早晨在臥室的實測值是553 ppm，與估值差不多：

前面已經有提到實測值會比估值高一些，用在敝宅時也確實如此，可見公式相當準。

最後一個想探討的是室內人數與最小新風量的關係，假設室內人數是P，每人的二氧化碳生成速度是0.018 CMH (0.3 L/min)，室內二氧化碳濃度上限是 1000 ppm，帶入公式簡化後，可得等式：

最小新風風量(CMH)＝30*P

因此室內人數與最小新風量的關係如下表，兩者為線性，不須再畫圖表示。

假設使用每人30 CMH新風量，室內二氧化碳最終平衡濃度約1000 ppm，室內空氣不算新鮮，如果想再降低室內二氧化碳濃度，追求更優良的室內空氣品質，那麼就需要更大的新風量。依據不同目標，每人需要的新風量如下表：

新風量越大，室內空氣越好，二氧化碳濃度越低，但也越耗電、耗濾材，同時風機噪音也更大。那麼二氧化碳目標濃度應該設為多少，比較合理呢？

世界上許多國家都把1000 ppm設為室內空氣品質「基準」：

來源：江哲銘等2009。中華民國建築學會建築學報 70 期增刊，99頁。

其中臺灣除了室內空氣品質標準訂定的1000 ppm上限外，還針對第 1 類場所，包括學校及教育場所、兒童遊樂場所、醫療場所、老人或殘障照護場所等訂定建議值為600 ppm（中華民國 94 年 12 月 30 日行政院環境保護署環署空字第0940106804號文），我不知道這個建議值有沒有醫學根據，但這應該是目前對於室內二氧化碳濃度能找到的最高標準。

因此如果想追求室內優質空氣品質，或許能以600 ppm為目標來設定風量，例如家中有4人，那麼至少應該有4*90=360 CMH的進氣量。如果想節約成本，或可降低標準，將二氧化碳濃度目標設定為700 ppm，最小進氣量為4*60=240 CMH，則至少可以節省33%的濾材成本（(360-240)÷360=33%）。目前自宅因S大與J大的介紹取得了非常便宜的濾材，所以用600 ppm為目標，在夏天為了節約空調電費，則改為700 ppm，算是一種在效果與成本間取得平衡的作法。

以上是針對抑制室內二氧化碳濃度的功能來探討，如果還要加上清除 pm 2.5，買濾網展開面積大、濾網等級高、濾網容塵量高的機器就對了。這也是本人目前完全不考慮全熱交換器的主因之一：濾網太小、太貴、又沒H13（可能連E11都沒有）...買濾網的錢可能遠高過機器省下的電費。以下是全熱苦主分享：

大金全熱交換機前置過濾器濾芯延壽分享

後記：

2023/8/26在知乎上找到一篇很類似的文章，會使用數學的人都能導出相同結論。

新風風量與二氧化碳濃度存在怎樣的關係？

如何分辨真假二氧化碳CO2檢測儀、偵測器？

DIY新風機優化（9）優化效果檢驗—連續5夜監測臥室PM 2.5及二氧化碳濃度

有氧運動時，新風機風量與空調對室內局部二氧化碳濃度的影響