市場趨勢
◎通風效率在空氣清淨中的關鍵角色
人們在室內度過的時間可達到90%，而室內空氣的汙染程度可能是室外空氣的兩倍至五倍，甚至高達十倍。年輕人、老年人、慢性病患者以及那些患有呼吸或心血管疾病的人，通常是受不良室內空氣品質（IAQ）影響最嚴重的族群。暖通空調系統（HVAC）的主要目的，是為室內空間提供加熱和冷卻功能，值得深入探討的是HVAC系統維持健康室內空氣品質的能力，這是透過有效的空氣流通來達到的。安全的室內空氣品質是保護人類健康免受有害室內空氣顆粒物影響的關鍵，同時還能減少能源使用和二氧化碳排放。
Blueair Classic Pro是一款配備PhotonPure™光技術的空氣清淨機，能夠使細菌失活，創造潔淨環境。
室內空氣品質與通風效果的關聯
健康且安全的室內空氣品質（IAQ或室內環境品質）主要是根據對人類無害的已知汙染物濃度來認定。通風是透過機械、非機械（自然）或混合模式的方式將戶外空氣引入室內，進而稀釋空氣中的汙染物。然而，僅靠稀釋不足以解決汙染或傳染病暴露的問題，空氣的品質才是關鍵，不僅僅是關注氣流的數量或體積。
另一個重要但經常被忽視的因素是用於去除汙染物的排氣系統，例如，一項研究顯示，在傳染性氣溶膠的情況下，使用雪貂作為研究對象（雪貂常用作流感病毒傳播研究模型），與低通風率（1.3 ACH）相比，高通風率（23 ACH）僅對生物氣溶膠濃度和呼吸道疾病傳播率產生輕微影響。
ASHRAE標準62.1《可接受室內空氣品質的通風規範》提供了最低通風率以及其他措施，以確保達到對人體安全的室內空氣品質水準，從而減少對健康的不良影響。簡單的機械通風系統通常是通過安裝在窗戶或牆壁上的風扇，或是安裝在HVAC風管中的風扇來驅動通風。大多數商業HVAC系統通過使用空調或空氣處理單元來實現這一目標。這些通風系統是根據氣流量來定義的，氣流量可以數字化轉換為每小時的空氣更換率（ACH）——這是通過通風口或管道排出的空氣體積速率與室內空間體積的比率。ACH的計算方法是將每分鐘立方英尺的空氣量（CFM）乘以60（分鐘/小時），再除以房間的立方英尺體積。雖然通風要求只是IAQ的一個要素，但它是一個用來比較不同空氣淨化解決方案所提供的ACH的標準指標。
有許多因素導致典型HVAC系統的通風表現不佳，在確保室內空氣品質的情況下，最容易被忽視的因素是氣流模式，因為大多數HVAC設計僅考慮特定空間中與溫度相關的氣流速率和模式。同樣，獨立或便攜式空氣淨化器（PAC）也存在類似的問題。在工業和日常使用中，空氣淨化通常指的是對相同空氣的清潔和再循環，而通風則是將舊空氣推出物理空間，並引入過濾後的乾淨空氣。
評估PAC及類似解決方案的效能時，應考慮的不僅僅是設備的空氣淨化能力，還應考慮其在清潔戶外空氣條件下的通風有效性。目前市場上沒有任何空氣淨化器經過空間相關氣流模式的測試，而這對於實現通風效果相當重要，尤其是在大於工業測試中使用的典型空氣室的空間內。
通風有效性（VEFF）指的是空氣在一個空間中的循環程度，進而去除汙染物的效果。這是一個適合用來評估HVAC系統設計或空氣淨化系統整體有效性的指標。傳統的HVAC系統在通風有效性方面經常達不到預期效果，其原因之一是產業中絕大多數依賴ASHRAE標準62.1《通風率程序》（VRP）中的規定通風流量，這些流量是根據空間的使用類型、其平方英尺面積以及預期的最大佔用人數來估算的，從而確定HVAC設備的尺寸和通風流量，而非IAQ考量。
同樣，ASHRAE標準62.1也提供了《室內空氣品質程序》（IAQP），這一標準更加以IAQ目標為導向，但也有其不足之處。基於理想化的ACH測量比較，某些空氣淨化技術可能會更有利於改善氣流模式，從而比標準HVAC系統達到更高的通風有效性，或提供增加標準HVAC系統有效通風效率的方法。
當標準HVAC系統和空氣淨化器的通風效能不足時
傳統的HVAC系統主要設計用於溫度控制和一致性，這與更靈活和反應迅速的有效室內空氣淨化需求背道而馳。此外，HVAC系統基於「良好混合房間模型」設計，該模型假設封閉空間中的汙染物濃度應該在空間內均勻分布，這個假設適合於溫度管理的目標。然而，這個模型並沒有考慮到室內空間很少是完全均勻混合的現實情況。由於氣流模式、通風策略、汙染源位置和新鮮空氣進入等各種因素，空氣中的汙染物（如病原體）可能會滯留並且不均勻分布。此外，通風效能可能因氣流阻塞或通風口方向不當而受到負面影響，導致吸入更多受汙染的空氣。當氣流模式設置不當時，會顯著降低通風效能，使得整體HVAC空氣淨化方案失效。由於這些問題，HVAC系統可能無法創造足夠的氣流模式來提供適當的通風效能，導致其在改善IAQ方面的效能低於理論預期或模型預測。
對於獨立或便攜式空氣淨化器（也稱為空氣清淨機）來說，其一項重要指標是清潔空氣輸送率（CADR），這是由家用電器製造商協會（AHAM）定義的標準。CADR測量空氣清淨機的效能，通常使用三種不同的測試物質來代表常見的室內汙染物類別：灰塵、花粉和煙霧。CADR數值是基於去除顆粒的百分比、空間體積以及每分鐘產生的清潔空氣量來計算的。根據美國環保署（EPA）的說法，CADR是「理解便攜式空氣清淨機效能的最有用參數」。通常，CADR數值越高，清淨機過濾特定汙染物類型的能力越強。可以使用一個簡單的公式將CADR數值轉換為理論ACH（每小時空氣更換率）。然而，這些測試通常是在小體積的空氣室中進行的，且設備通常位於空間的中央，忽略了設備在現實環境中創造的氣流模式。因此，直接將CADR轉換為ACH的方式往往無法代表實際有效的ACH等效性。
測試Metalmark自我更新空氣淨化器的通風效能
哈佛大學於2018年衍生Metalmark公司，該公司開發了一種自我更新（self-renewing）的空氣淨化系統，採用Tatama自清潔技術可分解截留的顆粒並破壞過濾器上的污染物，從而延長過濾器的使用壽命並減少維護需求。在此過程中，VOCs也被分解。室內環境先進氣流系統的全球領導者3Flow公司開發了一種測試空氣淨化器通風效能的方法，並對Metalmark系統進行了測試。
(a) (b)
圖 1. 測試設置示意圖（不精確或不按比例）： a) 僅使用 HVAC 系統通風進行控制；b) 除 HVAC 系統通風外，也運行 Metalmark 空氣清淨機。在空間中心引入粒子劑量，並在空間的 5 個點進行測量。空間尺寸：750 ft2 x 11 ft.
在測試中，3Flow比較了Metalmark空氣淨化器與HVAC通風系統的氣體和顆粒物去除效率以及通風效能。這些測試在一間750平方英呎、11英呎天花板高度（總體積8,250立方英呎）的房間內進行，這個空間大小代表Metalmark系統預期應用的體積。經過一系列60分鐘的測試來比較Metalmark系統的各種運行模式下達到的指標。在測試期間，使用TSI 9306霧化器在壓縮空氣條件下生成0.1％的鹽水異丙醇（IPA）溶液以產生顆粒和示踪氣體。一組傳感器被安裝來收集示踪氣體和顆粒的生成和衰減行為的數據。測試過程中房間氣流通過HVAC系統維持在每小時4次換氣（ACH）。研究中測量的變量包括：
◆ Metalmark空氣淨化器在最低、中等和最高運行模式下的氣流。
◆ 顆粒物去除效率，以每立方英尺顆粒數表示，針對以下顆粒尺寸：0.3μm、1.0μm 和 5.0μm。
◆ IPA的通風效能（VEFF）評級 = 實測劑量/理論劑量。
◆ 有效換氣次數（ACH），定義為房間ACH與VEFF評級的比率。
◆ IPA/示踪氣體的平均濃度。
基於上述數據，確定了Metalmark空氣淨化器的有效ACH。
圖 2. Metalmark 過濾條件和對照條件下的有效換氣率比較：觀察到提高了 104%。測試空間保持在 4 ACH 的 HVAC 設定點。
測試結果顯示，相較於僅操作HVAC通風系統的控制組，使用Metalmark空氣淨化器顯著降低了顆粒物濃度。當Metalmark系統在最大模式下運行時，將顆粒物從生成點掃向進氣口，這比最低模式下顆粒物的去除潛力更高。不同的裝置方向、擴散器設計以及系統的空氣淨化水平都影響了汙染物的去除效率。綜合來看，Metalmark系統將通風效能提高了51%，相較於基線條件，顆粒物去除率更高，空氣淨化效果更佳。
這項研究揭示了空氣淨化系統在房間內創造的氣流模式與空氣淨化效果之間存在直接相關性。如圖2所示，即使HVAC系統理論上可以根據其流量每小時換氣四次，但實際上的空氣淨化效率遠低於理論值，這是由於空間內氣流混合不均勻所致。換句話說，僅僅向空間內輸送更多的室外空氣並不意味著更高的效率或更佳的空氣淨化效果。
事實證明，氣流模式在實現預期的空氣淨化目標方面相當重要。考慮到測試空間的通風效能評級（VEFF），Metalmark系統將該空間的有效換氣次數（ACH）從2.48（控制條件）提高到5.06（Metalmark），增強了HVAC設置的4次換氣效果。簡單來說，它可以在最高空氣淨化水準下為房間空間增加2.6次有效換氣次數，作為現有通風水平的補充或部分替代。這在達成ASHRAE標準241所要求的足夠空氣中病原體去除水準時特別具有相關性，尤其是在考慮到室外空氣品質差以及能源和氣候足跡減少需求的情況下。
保護人體健康
室內空氣品質對人體健康和福祉有著深遠的影響，隨著來自室外如野火煙霧以及室內如空氣中病毒等來源的空氣品質威脅日益增長，商業建築配備適當的通風和空氣淨化系統極為重要。大多數使用傳統HVAC系統的商業建築空間，如學校、醫院和辦公室，其運行效果並未達到最佳水準，尤其是在對更高室內空氣品質需求不斷增加的情況下，如果能將空氣淨化系統升級為具備更高通風效能的系統，將會大有裨益。這意味著，空氣淨化技術不僅需要過濾進入核心單元的汙染物，還需提高通風效能。
資料來源：
1.https://www.filtnews.com/the-crucial-role-of-ventilation-effectiveness-in-air-cleaning/
2.https://metalmark.xyz/how-it-works/
3.https://3flow.com/
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
