หลักการตรวจประเมินคุณภาพอากาศ ภายในอาคาร (Indoor Air Quality) Building Ventilation & Indoor Air Quality ผศ.ดร.อารุญ เกตุสาคร คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

หัวข้อการบรรยาย บทนำ หลักการระบายอากาศ ประเภทของสิ่งคุกคามและวิธีการควบคุมทั่วไป คุณภาพอากาศภายในอาคาร และระบบการระบายอากาศ เทคนิค/แนวทางการแก้ปัญหาการระบายอากาศ สรุป

บทนำ ความต้องการประหยัดพลังงานของอาคาร บางอาคารที่มีแต่ให้อากาศหมุนเวียนภายในแต่เพียงอย่างเดียว ชีววัตถุ สารเคมี ฝุ่นละออง คุณภาพอากาศภายในอาคารลดลง การวัดเพื่อประเมินคุณภาพอากาศ มาตรฐาน/กฎหมาย เช่น มาตรฐานระบบปรับอากาศและระบายอากาศภายในอาคาร มาตรฐานคุณภาพอากาศภายในอาคาร มาตรฐาน ASHRAE62.1 หรือ US EPA ภาวะการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใจ ความสบายของคนที่อาศัยอยู่ในอาคาร Sick Building Syndrome / Building Related Illness / Multiple Chemical Sensitivity People are spending more than 90 percent of the time indoors. การระบายอากาศ Monitor

เพื่อความปลอดโรค ปลอดภัย และรู้สึกสบายของผู้ที่อยู่ในบริเวณนั้น หลักการระบายอากาศ การระบายอากาศคือ การนำอากาศที่ร้อนหรือที่มีสารปนเปื้อนออกจากสิ่งแวดล้อมการทำงาน นำอากาศที่เย็นกว่าหรือสะอาดกว่าเข้ามาแทนที่ เพื่อความปลอดโรค ปลอดภัย และรู้สึกสบายของผู้ที่อยู่ในบริเวณนั้น

ระบบการระบายอากาศ วิธีการและระบบระบายอากาศ แบ่งออกเป็น 4 ระบบใหญ่ๆ คือ Dilute Ventilation ระบบระบายอากาศโดยการดึงอากาศบริสุทธิ์เข้ามาเจือจางจะใช้หลักการ Air Change Local Exhaust Ventilation ระบบระบายอากาศโดยการดึงอากาศเสียเฉพาะที่

ระบบการระบายอากาศ(ต่อ) 3. Dilute and Local Exhaust Ventilation ระบบระบายอากาศโดยวิธีการดึงอากาศเสียเฉพาะที่และดึงอากาศบริสุทธิ์เข้ามาเจือจาง 4. Recirculation Air Ventilation ระบบระบายอากาศโดยการนำอากาศที่ผ่านการทำความสะอาดแล้วไหลเข้ากลับมาบริเวณที่ทำงานเพื่อการประหยัดพลังงานในกรณีที่บริเวณที่ทำงานมีการปรับสภาวะอากาศ

Air Handling Unit Contaminated

*** โดยทั่วไป เครื่องกรองอากาศ เครื่องทำความเย็น และพัดลม มักรวมกันอยู่ในห้อง/พื้นที่หนึ่ง เรียกว่า “Air house” หรือ Air Supply Unit หรือ Air Handling Unit; AHU ถ้าอากาศภายในห้องบางส่วนถูกนำกลับเข้ามาสู่ระบบอีกเพื่อประหยัดพลังงานจะต้องมีระบบนำอากาศกลับเข้าสู่ AHU ซึ่งเรียกว่า Return System

ประเภทของมลพิษ เกิดจากชีววัตถุ (Biological) เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา ไวรัส เกสรดอกไม้ ขนสัตว์ ของเสียจากคน (น้ำมูกจากการจาม เสมหะจากการไอ) เป็นต้น เกิดจากสารเคมี (Chemical) เช่น น้ำยาทำความสะอาด สารทำละลาย เชื้อเพลิง กาว การเผาไหม้ ไอระเหยจากเฟอร์นิเจอร์ สีทาผนัง เป็นต้น ฝุ่นละออง (Particle and Aerosol) มีทั้งที่เป็นรูปแบบของแข็งหรือละอองน้ำที่มีมวลเบาและแขวนลอยอยู่ในอากาศ ซึ่งเกิดจากฝุ่นละอองจากการก่อสร้าง การพิมพ์ การถ่ายเอกสาร กระบวนการผลิต การสูบบุหรี่ การเผาไหม้ เป็นต้น

คุณภาพอากาศภายในอาคารและ General Exhaust Ventilation ระบบการระบายอากาศ General Exhaust Ventilation IAQ หลักการทางธรรมชาติ (Natural Ventilation) การใช้พัดลมระบายอากาศ (Mechanical Ventilation) 2.1 Air Change Rate 2.2 การคำนวณจากภาวะความร้อนโดยตรง 2.3 การคำนวณจาก Indoor air quality requires การตรวจสอบคุณภาพอากาศในอาคาร การวัดเพื่อการประเมินคุณภาพอากาศ ไม่ผ่าน ประเมิน ผ่าน

การระบายอากาศในกรณีที่ไม่มีการปรับสภาวะอากาศ ทำได้ 2 วิธีคือ 1. การระบายอากาศโดยวิธีธรรมชาติ เงื่อนไข ห้องหรือบริเวณมีผนังด้านนอกอย่างน้อยหนึ่งด้านโดยมีช่องเปิดสู่ภายนอกได้ ซึ่งจะต้องเปิดให้อากาศผ่านในขณะใช้สอยพื้นที่นั้น ๆ ต้องมีพื้นที่ลมผ่านสุทธิไม่น้อยกว่าร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับพื้นที่ 2. การระบายอากาศโดยวิธีกล ใช้กับพื้นที่ใดก็ได้ โดยให้มีอุปกรณ์ขับเคลื่อนอากาศเพื่อให้เกิดการนำอากาศภายนอกเข้าสู่ห้องหรือบริเวณ โดยมีอัตราไม่น้อยกว่า ที่ระบุไว้ ในกฎกระทรวงฯ ที่ออกตามความในพระราชบัญญัติควบคุมอาคาร

การระบายอากาศโดยวิธีกล การใช้พัดลมระบายอากาศ (Mechanical Ventilation) การระบายอากาศแบบนี้เป็นการนำเอาพัดลมมาเป็นตัวกลางในการปรับส่งลม ในปริมาณที่จะสามารถเป็นไปได้ตามสภาวะที่ต้องการ ซึ่งปริมาณดังกล่าวนี้สามารถคำนวณหาได้ด้วยหลักการง่ายๆ อยู่ 3 วิธีคือ Air Change Rate การคำนวณจากภาวะความร้อนโดยตรง การคำนวณจาก Indoor air quality requires

การระบายอากาศโดยวิธีกล 1. Air Change Rate หลักการของวิธีนี้คือ การหาปริมาตรอากาศบริสุทธิ์ที่จะเข้ามาแทนที่อากาศที่จะทำการระบายออก คิดเป็นจำนวนเท่าของปริมาตรห้องที่จะทำการระบายหรือได้จากสูตร CFM = Room size (ft3) x No. of air change / hr 60 Min.

อัตราการระบายอากาศโดยวิธีกลตามกฎกระทรวงฉบับที่33 (2535)

อัตราการระบายอากาศโดยวิธีกลตามกฎกระทรวงฉบับที่33 (2535)

อัตราการระบายอากาศโดยวิธีกลตามกฎกระทรวงฉบับที่33 (2535)

อัตราการระบายอากาศโดยวิธีกลตามกฎกระทรวงฉบับที่33 (2535) ที่มา: ตำราระบบมลพิษทางอากาศ พิมพ์ครั้งที่ 2 (ฉบับปรับปรุง); 2550

การระบายอากาศในกรณีที่มีการปรับสภาวะอากาศ ทิศทางการไหลของอากาศและตำแหน่งตรวจวัดอุณหภูมิ(T) และ CO2 เพื่อประมาณค่า %OA

เครื่องส่งลมเย็น (Air Handling Unit: AHU)

เครื่องส่งลมเย็น (Air Handling Unit: AHU)

การระบายอากาศในกรณีที่มีการปรับสภาวะอากาศ  

การระบายอากาศในกรณีที่มีการปรับสภาวะอากาศ  

The amount of outdoor air entering the building can be calculated as a percentage of the total air volume. This calculation can then be compared to the table in ASHRAE Standard 62 to determine if an adequate amount of outdoor air per person is being supplied for a particular type of space.

Outdoor Air : OA

CFM/คน (อากาศภายนอกอาคาร) ค่ามาตรฐานอากาศภายนอกที่ต้องเติมสู่อาคารของมาตรฐาน ASHRAE 62 ลำดับ ลักษณะการใช้งาน CFM/คน (อากาศภายนอกอาคาร) 1 ห้องทานอาหาร 20 2 ห้องครัว 15 3 ห้องพักในโรงแรม 4 โรงรถ 1.5 cfm/ft2 5 ส่วนสำนักงาน 6 ห้องประชุม 7 ห้องพักสาธารณะ 50 8 ที่สูบบุหรี่ 60 9 ร้านค้าปลีกแบบดั้งเดิม 10 โรงยิม 11 ห้องเรียน

CFM/คน (อากาศภายนอกอาคาร) ค่ามาตรฐานอากาศภายนอกที่ต้องเติมสู่อาคารของมาตรฐาน ASHRAE 62 ลำดับ ลักษณะการใช้งาน CFM/คน (อากาศภายนอกอาคาร) 12 ห้องทดลองในโรงเรียน 20 13 โรงละคร/โรงภาพยนตร์ 15 14 ห้องสมุด ห้องผู้ป่วย 25 16 ห้องพักฟื้น/ฟื้นฟูสุขภาพ 17 ห้องผ่าตัด 30 18 ห้องพักอาศัย 19 ห้องทำครัวของที่พัก ห้องน้ำ 21 ที่จอดรถในบ้าน 100 cfm/คัน

ลูกบาศก์เมตร/ชั่วโมง/ตารางเมตร อัตราการระบายอากาศด้วยระบบการปรับภาวะอากาศตามกฎกระทรวงฉบับที่33 (2535) ลำดับ สถานที่ ลูกบาศก์เมตร/ชั่วโมง/ตารางเมตร สถานพยาบาล 1 ห้องคนไข้ 2 ห้องผ่าตัดและห้องคลอด 8 3 ห้องช่วยชีวิตฉุกเฉิน 5 4 ห้อง ICU และห้อง CCU ห้องปฏิบัติการ 6 ห้องประชุม ที่มา: ตำราระบบมลพิษทางอากาศ พิมพ์ครั้งที่ 2 (ฉบับปรับปรุง); 2550

การวัดเพื่อการประเมินคุณภาพอากาศ ความสบายและผลการทำงาน สร้างความพอใจของผู้ใช้อาคารอยู่ที่ประมาณ 80% ตัวแปรที่พอจะวัดได้ถึงความสบาย เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความเร็วลม การระบายอากาศ การสั่นสะเทือน และเสียง เป็นต้น สุขภาพและความปลอดภัย คุณภาพของอากาศภายในอาคารที่ไม่ดีเกิดจากไอระเหย ก๊าซ หรืออนุภาคฝุ่นที่มีความเข้มข้นในระดับที่ส่งผลเสียต่อผู้ใช้อาคารคนใดคนหนึ่ง

Multi-parameter ventilation meter การวัดอุณหภูมิ อุณหภูมิ เป็นตัวแปรพื้นฐานของคุณภาพอากาศภายในอาคารที่มีผลกระทบโดยตรงต่อความรู้สึกสบายและผลต่อสมาธิในการทำงาน ASHRAE 55 ช่วงของอุณหภูมิที่ถือว่าสบาย คือ (22 oC – 26.1 oC) ในฤดูร้อน และ (20 oC – 23.6 oC) ในฤดูหนาว Thermo hygrometer Multi-parameter ventilation meter

Multi-parameter ventilation meter การวัดความชื้น ความชื้น หากความชื้นต่ำจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสถิต และคนจะรู้สึกผิวแห้ง หากความชื้นสูงคนจะรู้สึกเหนียวตัว ASHRAE 55 (30%-65%) จะทำให้มีความสบายสูง Thermo hygrometer Multi-parameter ventilation meter

การวัดการเคลื่อนตัวและกระแสลม (Air Movement and Flow) ความเร็ว (Velocity) เกิดความมั่นใจว่ามีการถ่ายเทของอากาศเข้ามาสู่อาคาร เพราะการถ่ายเทอากาศเป้นส่วนหนึ่งที่ทำให้รู้สึกสบาย (ลมแรงเกินไปทำให้หนาว แต่อากาศถ่ายเทน้อย อบอ้าว อึดอัด) ปริมาณ (Volume) ASHRAE ได้กำหนดปริมาณของอากาศภายนอกอาคารที่ต้องเติมเข้ามาในระบบในรูปแบบของปริมาณลมหน่วยเป็นลูกบาศก์ฟุตต่อนาทีต่อคน (cfm/person) Q = VA การระบาย (Ventilation) (กล่าวไว้แล้วข้างต้นในเรื่องการระบายอากาศ)

การวัดการเคลื่อนตัวและกระแสลม (Air Movement and Flow) ความเร็ว (Velocity) วัดที่หัวลมจ่าย เพื่อแสดงให้เห็นว่ามีลมเพียงพอในห้องหรือไม่ และยังชี้ให้เห็นว่า กระแสลมไม่ถูกกีดขวาง หรือใบบังลม (Damper) ถูกปิด และความเร็วลมยังแสดงให้เห็นว่าลมนั้นถูกจ่ายเข้าสู่ห้องอย่างเท่าเทียมกันในจุดต่างๆ Rotary Vane Anemometer Hot Wire Anemometer

การวัดการเคลื่อนตัวและกระแสลม (Air Movement and Flow) ปริมาณลม (Volume) Q = Vaverage A

การวัดการเคลื่อนตัวและกระแสลม (Air Movement and Flow) วัดความเร็วลมในเส้นท่อ

ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ CO เป็นก๊าซที่ไร้กลิ่น สี แต่เป็นพิษ เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ เมื่อหายใจเข้าไป CO จะไปจับกับ RBC แทนที่ O2 และขัดขวางการถ่ายเทออกซิเจนในเซลล์ต่างๆ ของร่างกาย ***ควรทำการตรวจวัด CO เป็นระยะและทั่วอาคาร โดยเฉพาะจุดที่ใกล้กับที่จอดรถ หรือที่มีการเผาไหม้ เช่น เตาเผาขยะ หม้อต้ม ที่สูบบุหรี่ Carbon Monoxide meter

ฝุ่น (Airborne Particle) ขนาดของฝุ่นที่แขวนลอยในอากาศมักจะมีขนาด 10 ไมครอนหรือเล็กกว่า ซึ่งมักมีแหล่งมาจาก การสูบบุหรี่ หมอกควัน ผงจากการเผาไหม้ เป็นต้น วิธีการวัด การสุ่มตัวอย่างวัดเป็นระยะ การวัดแบบแสดงค่าจริงตามเวลา (Real – Time Monitoring)

ฝุ่น (Airborne Particle) เครื่องมือที่ใช้ในการวัดฝุ่นแบ่งออกเป็น 3 ประเภท 1. เครื่องมือวัดอาศัยหลักความเข้มแสง (Photo Meter) 2. เครื่องมือวัดฝุ่นอาศัยหลักการสะท้อนและการกระจายแสง (Optical Particle Counter) 3. เครื่องมือวัดโดยอาศัยหลักการกลั่นตัว (Condensation Particle Counter)

ฝุ่น (Airborne Particle) เครื่องมือวัดอาศัยหลักการเข้มแสง (Photo Meter) วัดปริมาณฝุ่นในรูปของความเข้มข้นระหว่าง 0.01-100 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร *** เหมาะในการวัดการรั่วของเครื่องกรองอากาศประสิทธิภาพสูง (HEPA Filter)

ฝุ่น (Airborne Particle) เครื่องวัดฝุ่นอาศัยหลักการสะท้อนและการกระจายแสง (Optical Particle Counter) มักใช้ในการวัดห้องสะอาดเพื่อรับรองระดับความสะอาดของห้อง *** สามารถใช้ได้กับการวัดคุณภาพอากาศในอาคาร

ฝุ่น (Airborne Particle) เครื่องมือวัดโดยอาศัยหลักการกลั่นตัว (Condensation Particle Counter) เหมาะสมมากสำหรับการวัดฝุ่นเพื่อตรวจสอบคุณภาพอากาศในอาคาร

ฝุ่นละเอียดมาก (Ultrafine Particle) ฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 0.1 ไมครอน ซึ่งมักเกิดจากกระบวนการเผาไหม้ หรือ ปฏิกิริยาทางเคมี ปัจจุบันยังไม่มีมาตรฐานที่แน่นอนเกี่ยวกับปริมาณความเข้มข้นของฝุ่นขนาดละเอียดที่ยอมรับได้ในอาคาร *** อุปกรณ์สำหรับวัดฝุ่นขนาดละเอียดในปัจจุบันนี้ คือ Condensation Particle Counter (CPC)

ฝุ่นชีวภาพ (Bioaerosol) พืช รวมไปถึงเกสรดอกไม้ เชื้อรา ยีสต์ แบคทีเรีย ไวรัส อวัยวะสัตว์ เช่น ขนสัตว์ สารก่อให้เกิดภูมิแพ้ ฝุ่นชีวภาพ โรคที่เกิดจากฝุ่นชีวภาพ เช่น โรคเลจิโอเนลโลซิส วัณโรค โรคติดเชื้อในกระแสเลือด ผื่นแดง มะเร็ง อาการภูมิแพ้ ปวดหัว ระคายเคืองนัยน์ตา เป็นต้น

สารเคมีในรูปของฝุ่นในอากาศ เรดอน ไอตะกั่ว ฟอร์มัลดีไฮด์ควันบุหรี่ หรือ ไอระเหยสารอินทรีย์ (VOCs) ซึ่งมีแหล่งกำเนิดจากในอาคาร และภายนอกอาคาร Electro-chemical and Infrared Gas Sensor (NDIR)

ค่ามาตรฐานตัวแปรที่เกี่ยวกับ IAQ ข้อจำกัด (Limit)/ช่วง(Range) มาตรฐานอ้างอิง อุณหภูมิ หน้าร้อน 73-79 oF / หน้าหนาว 68-74.5 oF ASHRAE 55/ISO7730 ความชื้นสัมพัทธ์ 30%-65% ASHRAE55/ISO7730 Air Movement 0.8 ft/s หรือ 0.25 m/s WHO/ISO7730 การระบายอากาศ (จากภายนอก) ปริมาณลม/คน แบ่งประเภทตามพื้นที่ใช้งานและกิจกรรมที่ทำ ASHRAE 62 การระบายอากาศ(CO2) ความเข้มข้นไม่เกิน 700 ppm ฝุ่นละเอียดเล็กกว่า 1 ไมครอน ไม่มี CO ต่อเนื่อง 8 ชม. ต่อเนื่อง 1 ชม. 50 ppm - OSHA 35 ppm NIOSH 9 ppm EPA ASHRAE 25 ppm ACGIH 26 ppm WHO

แนวคิด/แนวทางการแก้ปัญหาการระบายอากาศ กรณีตัวอย่างในโรงพยาบาล

ระบบปรับอากาศสำหรับโรงพยาบาล การนำเข้าอากาศภายนอก อัตราการหมุนเวียนอากาศภายใน และความดันสัมพันธ์ ลำดับ สถานที่ อัตราการนำเข้าอากาศภายนอกไม่น้อยกว่าจำนวนเท่าของปริมาตรห้องต่อชั่วโมง อัตราการนำเข้าอากาศภายในห้องไม่น้อยกว่าจำนวนเท่าของปริมาตรห้องต่อชั่วโมง ความดันสัมพันธ์กับพื้นที่ข้างเคียง 1 ห้องผ่าตัด 5 25 สูงกว่า 2 ห้องคลอด 3 ห้อง Nursery 12 4 ICU 6 ห้องตรวจรักษา ห้อง ER 7 บริเวณพักคอยสำหรับแผนกผู้ป่วยนอก

ระบบปรับอากาศสำหรับโรงพยาบาล การนำเข้าอากาศภายนอก อัตราการหมุนเวียนอากาศภายใน และความดันสัมพันธ์ ลำดับ สถานที่ อัตราการนำเข้าอากาศภายนอกไม่น้อยกว่าจำนวนเท่าของปริมาตรห้องต่อชั่วโมง อัตราการนำเข้าอากาศภายในห้องไม่น้อยกว่าจำนวนเท่าของปริมาตรห้องต่อชั่วโมง ความดันสัมพันธ์กับพื้นที่ข้างเคียง 8 ห้องพักผู้ป่วย 2 6 สูงกว่า 9 ห้องแยกผู้ป่วยแพร่เชื้อ 12 ต่ำกว่า 10 ห้อง Lab 11 ห้องชันสูตรศพ

ห้องแยกปลอดเชื้อ (Protective Isolation Room) อากาศจากภายนอก P+ Vent 15 ACH OA 2 ACH Filter 90%

ห้องไอซียู (Intensive Care Unit) อากาศจากภายนอก P+ Vent 6 ACH OA 2 ACH HEPA Filter

ห้องแยกติดเชื้อ (Infectious Isolation Room) อากาศจากภายนอก P- Vent 12 ACH OA 2 ACH HEPA Filter

ตัวอย่างการคำนวณ ห้องแยกโรคมีขนาด 40 ตารางเมตร สูง 2.7 เมตร ปริมาตรห้อง 40*2.7 = 108 ลบ.ม. อัตราการไหลเวียน 12 เท่าปริมาตรห้องต่อชั่วโมง = 108*12 = 1296 ลบ.ม. ต่อชั่วโมง หรือ 21.6 ลบ.ม. ต่อนาที หรือ 763 ลบ.ฟ. ต่อนาที เลือกออกแบบการจ่าย 800 CFM คำนวณอัตราการเติมอากาศ 2 เท่าปริมาตรห้องต่อชั่วโมง = 108*2 = 216 ลบ.ม. ต่อชั่วโมง หรือเท่ากับ 128 CFM เลือกออกแบบเติมอากาศ 150 CFM (ใช้ในกรณี Recirculating Air System)

ตัวอย่างการคำนวณ จะเห็นว่าพัดลมตัวนี้มีค่าใช้งานอยู่ที่ 0.38*24 = 9.12 ลบ.ม/นาที หรือ 0.38*35.32*24 = 322 CFM ซึ่งเหมาะสมสำหรับห้องขนาด 4*5*3 = 60 ลบ.ม. อัตราการไหลเวียนอากาศ 9-10 เท่า

Recirculate Air System สำหรับห้องขนาดไม่เกิน 40 ตารางเมตร สูงไม่เกิน 2.7 เมตร หรือปริมาตรไม่เกิน 108 ลบ.ม.

All Outdoor Air System สำหรับห้องขนาดไม่เกิน 40 ตารางเมตร สูงไม่เกิน 2.7 เมตร หรือปริมาตรไม่เกิน 108 ลบ.ม.

คุณภาพอากาศภายในอาคารอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ สรุป คุณภาพอากาศภายในอาคารลดลง คุณภาพอากาศภายในอาคารอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ภาวะการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใจ ความสบายของคนที่อาศัยอยู่ในอาคาร การระบายอากาศ Natural Ventilation Mechanical Ventilation