臺灣博碩士論文加值系統

懸浮微粒為空氣汙染的重要指標之一，國內外研究指出懸浮微粒，尤其是數目濃度，會提高人體心血管疾病之死亡率及罹病率。本研究主要是探討室內外粒狀物之數目濃度（particles number concentration）間的比例關係(I/O ratio)，並對可能影響I/O值之參數，如房舍特性（窗戶面積、窗簾使用及內外壓差）及環境因子（風速、溫度、溼度、照度）進行探討。
本研究於2011年10月至2012年03月間針對某大學7樓2間格局類似但不同方位之教室，在無學生上課情形之下進行三組實驗(每組四重複)。採樣以直讀式氣膠數目分析儀進行，每小時採樣一次，連續進行24小時，並且同步記錄環境氣象因素及房舍室內特性，再將量測數據以多元迴歸分析進行模式預測及解釋，以探討影響室內微粒之因子。
結果顯示，不同大小粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)之平均I/O值分別為0.7、0.4和0.5，數目濃度平均值分別為89981, 49及 19 particles/cm3，而對房舍變數(窗簾使用、窗戶面積)進行控制後發現，I/O值有顯著之影響，特別是對粗微粒(PM2.5-5.0、PM5.0-25)之影響較大，細微粒(PM0.3-2.5)之影響輕微，多元迴歸模式顯示，對於室內不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-25)數目濃度之變異解釋能力，分別為0.555、0.559。
而影響室內數目濃度的因子包含:室外濃度、風速、窗簾使用、窗戶面積、室內溫度、室內溼度、室外溫度、室外溼度、照度、室內外CO2濃度等，而這些參數對於後續研究規劃或建立預測模式時，具參考價值。

Suspended particle is an important indicator of air pollution. Studies
had shown that the suspended particles, especially their numbers, increase
the morbidity of human cardiovascular diseases. This study examined the
relationships between the number concentration of indoor and outdoor (I/O
ratio) fine particles, and investigated the potential factors that influence the
I/O relationships. These factors included building characteristics such as
window size, drape usage and the pressure difference, and environmental
parameters such as wind speed, temperature, humidity, illumination.
The study was conducted in the two classrooms with similar
configuration but opposite directions between Oct. 2011 and March 2012.
Three sets of experiment were performed, each was in quadruplicate. The
sampling started at midnight and lasted for 24 hours (sampling hourly). The
particles numbers were measured using a direct-reading aerosol analyzer,
while other parameters were measured using appropriate instruments. The
results were analyzed via multiple linear regression method to examine the
influences from various factors, and to develop a prediction model.
The results showed that the average I/O ratio for different particle
sizes (PM0.3-2.5, PM2.5-5.0, PM5.0-25) were 0.7, 0.4 and 0.5, while the average
number concentration were 89981, 49, 19 particles/cm3, respectively.
Changes of effective window areas and drape usage significantly affected
the I/O of coarse particles (PM5.0-25), but had minimal impact on fine
particles (PM0.3-2.5 and PM2.5-5.0). Multiple Regression analysis indicated
that the factors significantly affected the indoor number concentrations
included outdoor concentrations, wind direction, wind speed, drape usage,
effective window area, indoor temperature and humidity, outdoor
temperature and humidity, illumination, indoor and outdoor CO2
iv
concentration. The prediction powers (r2) of the model for indoor
particulates were 0.555, 0.559 for PM0.3-2.5, PM2.5-25 respectively.

目錄
摘要 i
Abstract iii
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 前言 1
1-1研究緣起 1
1-2研究目的及架構 2
第二章 文獻回顧 4
2-1空氣中的懸浮微粒 4
2-2大氣懸浮微粒之物理特性 5
2-3大氣懸浮微粒之化學成份 9
2-4大氣中的懸浮微粒的來源 10
2-5懸浮微粒濃度標準 14
2-6懸浮微粒對人體健康的影響 16
2-7室內、外懸浮微粒比例關係(I/O) 20
第三章 研究方法 23
3-1研究目的概述 23
3-2實驗設計 23
3-2-1評估地點 23
3-2-2採樣點地理位置 24
3-2-3研究測試變數 26
3-2-4量測儀器 26
3-3實驗流程及步驟 33
3-3-1採樣點規劃 33
3-3-2採樣點位置 33
3-3-3採樣時間 36
3-3-4現場採樣程序 37
3-4資料管理及統計分析 42
3-4-1資料管理. 42
3-4-2多變量分析(Multivariate Analysis) 42
3-4-3 t檢定(t -test) 45
3-4-4變異數分析(Analysis of variance) 45
3-5數據品管 45
3-5-1塑膠管連接量測校正 45
3-5-2室內背景值量測 46
第四章 結果與討論 49
4-1研究目的及設計 49
4-2微粒數目濃度(Number concentration) 49
4-2-1數目濃度 49
4-2-2量測位置影響 52
4-2-3微粒數目濃度量測及時間分佈情形 53
4-2-4交通影響 54
4-2-5特殊氣象變化影響 55
4-3室內外微粒比例(I/O ratio) 56
4-4多元迴歸分析 59
4-4-1數目微粒濃度和房室特性及氣象參數迴歸方程式 59
4-4-2時間延遲效應對室內微粒影響 61
4-5室內粒狀物影響因子 63
第五章 結論與建議 65
5-1結論 65
5-2 建議 66
第六章 參考文獻 121
附件 127


表目錄
表2-1環保署空氣污染物之空氣品質標準 15
表3-1採樣時間表 36
表3-2各組實驗控制變數 37
表3-3各教室窗戶相對承風面 40
表3-4塑膠管對採樣之影響情形 46
表3-5人員進入室內活動，背景值影響ANOVA檢定 47
表3-6各教室不同粒徑背景值成對t檢定 47
表4-1 本研究三組實驗數目濃度(particles/cm3)平均值及標準差 100
表4-2 Experiment A-1、RmX窗戶(A、B、C )室外濃度成對t檢定結果 101
表4-3 Experiment A-1、RmY窗戶(A、B、C )室外濃度成對t檢定結果 102
表4-4 三組實驗(4重複)RmX各粒徑平均微粒數目濃度及標準差 103
表4-5 三組實驗(4重複) RmY各粒徑平均微粒數目濃度及標準差 104
表4-6 第三組實驗RmZ各粒徑平均微粒數目濃度及標準差 105
表4-7 三組實驗RmX不同粒徑室內外比值(I/O ratio) 106
表4-8 三組實驗RmY不同粒徑室內外比值(I/O ratio) 107
表4-9 第三組實驗RmZ各粒徑室內外比值(I/O ratio) 108
表4-10 三組實驗不同教室間I/O值差異檢定 109
表4-11 為各實驗室內外濃度相關性分析結果 110
表4-12 各別教室I/O值成對t檢定 111
表4-13 ModelI PM0.3-2.5預測模式及影響因子 112
表4-14 ModelI PM2.5-25預測模式及影響因子 112
表4-15 RmZ測試(C1-C4)室內外濃度和模式(Model I)預測濃度 成對t檢定 113
表4-16 ModelII PM0.3-2.5預測模式及影響因子 114
表4-17 ModelII PM2.5-25預測模式及影響因子 114
表4-18 ModelIII PM0.3-2.5經時間校正預測模式及影響因子 115
表4-19 ModelIII PM2.5-25經時間校正預測模式及影響因子 115
表4-20 PM0.3-2.5及PM2.5-25不同依變數預測模式 116
表4-21 Model IV PM0.3-2.5預測模式及影響因子 117
表4-22 Model IV PM2.5-25預測模式及影響因子 117
表4-23 Model V PM0.3-2.5預測模式及影響因子 118
表4-24 Model V PM2.5-25預測模式及影響因子 118
表4-25 Model VI PM0.3-2.5經時間校正預測模式及影響因子 119
表4-26 Model VI PM2.5-25經時間校正預測模式及影響因子 119
表4-27 RmZ測試(C1-C4)室內外濃度和模式(Model IV)預測濃度 成對t檢定 120


圖目錄
圖1-1本研究之架構圖 3
圖2-1大氣中懸浮微粒來源示意圖 6
圖2-2大氣氣膠形成機制 13
圖2-3呼吸道各部位構造圖 17
圖2-4國際輻射防護委員會建議微粒沉積曲線圖 18
圖3-1本研究採樣位置地理環境及樓層平面圖 25
圖3-2直讀式氣膠數目分析儀 29
圖3-3直讀式氣體偵測儀 30
圖3-4微型氣象站本體 30
圖3-5微型氣象站控制面板 31
圖3-6數位式照度計 31
圖3-7微壓差計 32
圖3-8 Testo 608溫溼度計 32
圖3-9 Rm X(Room X)教室採樣點平面圖 34
圖3-10 Rm Y(Room Y)教室採樣點平面圖 34
圖3-11 Rm Z(Room Z)教室採樣點平面圖 35
圖3-12採樣流程圖 41
圖4-1第一組實驗(Exp-A)4次測試室內外(A-1至A-4)不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均數目濃度(誤差線代表標準差) 67
圖4-2第二組實驗(Exp-B)4次測試室內外(B-1至B-4)不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均數目濃度(誤差線代表標準差) 68
圖4-3第三組實驗(Exp-C)4次測試室內外(C-1至C-4)不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均數目濃度(誤差線代表標準差) 69
圖4-4第一組實驗(Experiment A)、RmX和RmY、不同日期(A-1)， PM0.3-2.5室內外濃度分佈 70
圖4-5第一組實驗(Experiment A)、RmX和RmY、不同日期(A-1)， PM2.5-5.0室內外濃度分佈 71
圖4-6第一組實驗(Experiment A)、RmX和RmY、不同日期(A-1)， PM5.0-25室內外濃度分佈 72
圖4-7第一組實驗(Experiment A)、RmX、4次測試(A-1~A-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 73
圖4-8第一組實驗(Experiment A)、RmX、4次測試(A-1~A-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 74
圖4-9第一組實驗(Experiment A)、RmX、4次測試(A-1~A-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 75
圖4-10第一組實驗(Experiment A)、RmY、4次測試(A-1~A-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 76
圖4-11第一組實驗(Experiment A)、RmY、4次測試(A-1~A-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 77
圖4-12第一組實驗(Experiment A)、RmY、4次測試(A-1~A-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 78
圖4-13第二組實驗(Experiment B)、RmX、4次測試(B-1~B-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 79
圖4-14第二組實驗(Experiment B)、RmX、4次測試(B-1~B-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 80
圖4-15第二組實驗(Experiment B)、RmX、4次測試(B-1~B-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 81
圖4-16第二組實驗(Experiment B)、RmY、4次測試(B-1~B-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 82
圖4-17第二組實驗(Experiment B)、RmY、4次測試(B-1~B-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 83
圖4-18第二組實驗(Experiment B)、RmY、4次測試(B-1~B-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 84
圖4-19第三組實驗(Experiment C)、RmX、4次測試(C-1~C-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 85
圖4-20第三組實驗(Experiment C)、RmX、4次測試(C-1~C-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 86
圖4-21第三組實驗(Experiment C)、RmX、4次測試(C-1~C-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 87
圖4-22第三組實驗(Experiment C)、RmY、4次測試(C-1~C-4)，PM0.3-2.5室內外濃度分佈 88
圖4-23第三組實驗(Experiment C)、RmY、4次測試(C-1~C-4)，PM2.5-5.0室內外濃度分佈 89
圖4-24第三組實驗(Experiment C)、RmY、4次測試(C-1~C-4)，PM5.0-25室內外濃度分佈 90
圖4-25氣象急驟變化，RmX (PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)濃度分佈情形 (約15:00開始起霧，直到24:00) 91
圖4-26氣象急驟變化，RmY (PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)濃度分佈情形 (約15:00開始起霧，直到24:00) 92
圖4-27 Experiment-A、RmX和RmY、4次測試(A-1至A-4)， 不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均I/O值 93
圖4-28 Experiment-B、RmX和RmY、4次測試(B-1至B-4)， 不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均I/O值 94
圖4-29 Experiment-C、RmX和RmY、4次測試(C-1至C-4)， 不同粒徑(PM0.3-2.5，PM2.5-5.0，PM5.0-25)平均I/O值 95
圖4-30Model I預測RmZ，4次測試(C-1~C-4)，PM0.3-2.5室內外濃度時間分佈圖 96
圖4-31Model I預測RmZ，4次測試(C-1~C-4)，PM2.5-25室內外濃度時間分佈圖 97
圖4-32ModelIV預測RmZ，4次測試(C-1~C-4)，PM0.3-2.5室內外濃度時間分佈圖 98
圖4-33ModelIV預測RmZ，4次測試(C-1~C-4)，PM2.5-25室內外濃度時間分佈圖 99

第六章 參考文獻
Balasubramanian, R., & Lee, S. S. (2007). Characteristics of indoor aerosols in residential homes in urban locations: A case study in singapore. Journal of the Air & Waste Management Association, 57(8), 981-990.
Cao, J., Lee, S., Chow, J., Cheng, Y., Ho, K., Fung, K., et al. (2005). Indoor/outdoor relationships for PM2.5 and associated carbonaceous pollutants at residential homes in hong Kong–case study. Indoor Air, 15(3), 197-204.
Chan TL, L. M. (1980). Experimental measurements and empirical modelling of the regional deposition of inhaled particles in humans. US National Library of Medicine National Institutes of Health, , 399-409.
Chao, C. Y., & Wong, K. K. (2002). Residential indoor PM10 and PM2.5 in hong kong and the elemental composition. Atmospheric Environment, 36(2), 265-277.
Diapouli, E., Chaloulakou, A., Mihalopoulos, N., & Spyrellis, N. (2008). Indoor and outdoor PM mass and number concentrations at schools in the athens area. Environmental Monitoring and Assessment, 136(1), 13-20.
Diapouli, E., Chaloulakou, A., & Spyrellis, N. (2007). Levels of ultrafine particles in different microenvironments-implications to children exposure. Science of the Total Environment, 388(1-3), 128-136.
Eisner, A. D., Richmond-Bryant, J., Hahn, I., Drake-Richman, Z. E., Brixey, L. A., Wiener, R. W., et al. (2009). Analysis of indoor air pollution trends and characterization of infiltration delay time using a cross-correlation method. J.Environ.Monit., 11(12), 2201-2206.
Englert, N. (2004). Fine particles and human health - a review of epidemiological studies. Toxicology Letters, 149(1), 235-242.
Franck, U., Odeh, S., Wiedensohler, A., Wehner, B., & Herbarth, O. (2011). The effect of particle size on cardiovascular disorders - the smaller the worse. Science of the Total Environment, 409, 4217-4221.
Fromme, H., Twardella, D., Dietrich, S., Heitmann, D., Schierl, R., Liebl, B., et al. (2007). Particulate matter in the indoor air of classrooms—exploratory results from munich and surrounding area. Atmospheric Environment, 41(4), 854-866.
Hahn, I., Brixey, L. A., Wiener, R. W., & Henkle, S. W. (2009). Parameterization of meteorological variables in the process of infiltration of outdoor ultrafine particles into a residential building. J.Environ.Monit., 11(12), 2192-2200.
Harrison, R. M., & Yin, J. (2000). Particulate matter in the atmosphere: Which particle properties are important for its effects on health? The Science of the Total Environment, 249(1-3), 85-101.
Heinrich, J., & Slama, R. (2007). Fine particles, a major threat to children. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 210(5), 617-622.
Hoppel, W., Fitzgerald, J., Frick, G., Larson, R., & Mack, E. (1990). Aerosol size distributions and optical properties found in the marine boundary layer over the atlantic ocean. Journal of Geophysical Research, 95(D4), 3659-3686.
Kang, Y., Zhong, K., & Lee, S. C. (2006). Relative levels of indoor and outdoor particle number concentrations in a residential building in xi'an. China Particuology, 4(6), 342-345.
Li, X. L., Wang, J. S., Tu, X., Liu, W., & Huang, Z. (2007). Vertical variations of particle number concentration and size distribution in a street canyon in shanghai, china. Science of the Total Environment, 378(3), 306-316.
McMurry, P. H., Shepherd, M. F., & Vickery, J. S. (2004). Particulate matter science for policy makers: A NARSTO assessment Cambridge Univ Pr.
Mendell, M. J. (2007). Indoor residential chemical emissions as risk factors for respiratory and allergic effects in children: A review. Indoor Air, 17(4), 259-277.
Monn, C., Fuchs, A., Högger, D., Junker, M., Kogelschatz, D., Roth, N., et al. (1997). Particulate matter less than 10 [um] m (PM10) and fine particles less than 2.5 [um] m (PM2. 5): Relationships between indoor, outdoor and personal concentrations. Science of the Total Environment, 208(1-2), 15-21.
Parker, J., Larson, R., Eskelson, E., Wood, E., & Veranth, J. (2008). Particle size distribution and composition in a mechanically ventilated school building during air pollution episodes. Indoor Air, 18(5), 386-393.
Pope III, C. A., Ezzati, M., & Dockery, D. W. (2009). Fine-particulate air pollution and life expectancy in the united states. New England Journal of Medicine, 360(4), 376-386.
Rodes, C. E., VanOsdell, D. W., Portzer, J. W., Seagraves, J., Hahn, I., Henkle, S. W., et al. (2009). Building characterization and aerosol infiltration into a naturally ventilated three-story apartment building. J.Environ.Monit., 11(12), 2180-2191.
Seinfeld, J. H. (1985). Atmospheric chemistry and physics of air pollution.
Spengler, J. D., & Sexton, K. (1983). Indoor air pollution: A public health perspective. Science, 221(4605), 9-17.
Spengler, J., Dockery, D., Turner, W., Wolfson, J., & Ferris, B. (1981). Long-term measurements of respirable sulfates and particles inside and outside homes. Atmospheric Environment (1967), 15(1), 23-30.
Thatcher, T. L., & Layton, D. W. (1995). Deposition, resuspension, and penetration of particles within a residence. Atmospheric Environment, 29(13), 1487-1497.
Thatcher, T. L., Lunden, M. M., Revzan, K. L., Sextro, R. G., & Brown, N. J. (2003). A concentration rebound method for measuring particle penetration and deposition in the indoor environment. Aerosol Science & Technology, 37(11), 847-864.
Tippayawong, N., Khuntong, P., Nitatwichit, C., Khunatorn, Y., & Tantakitti, C. (2009). Indoor/outdoor relationships of size-resolved particle concentrations in naturally ventilated school environments. Building and Environment, 44(1), 188-197.
Wallace, L. (1996). Indoor particles: A review. Journal of the Air & Waste Management Association, 46(2), 98-126.
Wang, Y., Hopke, P. K., Chalupa, D. C., & Utell, M. J. (2010). Long-term characterization of indoor and outdoor ultrafine particles at a commercial building. Environmental Science & Technology, 44(15), 5775-5780.
Weichenthal, S., Dufresne, A., & Infante‐Rivard, C. (2007). Indoor ultrafine particles and childhood asthma: Exploring a potential public health concern. Indoor Air, 17(2), 81-91.
Whitby, K., & Sverdrup, G. (1980). California aerosols-their physical and chemical characteristics. Adv.Environ.Sci.Technol.;(United States),9, 477-517.
Yoshizumi, K., & Hoshi, A. (1985). Size distributions of ammonium nitrate and sodium nitrate in atmospheric aerosols. Environmental Science & Technology, 19(3), 258-261.
于培倫. (2010). 中部空品區天氣型態與二次氣膠之探討分析. 東海大學. 碩士論文。
張振平等.(2009). 奈米微粒呼吸道沉積影響與量測因素探討 No. IOSH97-H322). 台北: 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所.
張立鵬. (2009). 大氣超細微粒物化特性與環境因子關連性研究. 國立成功大學. 博士論文。
潘耿輝. (2005). 垂直剖面之粒狀物特性分析及其與臭氧濃度之比較. 國立成功大學. 碩士論文。
王秋森等. (2005). 氣膠技術學. 台北: 新文京開發.
美國環境保護署. US environmental protection agency. Retrieved 0131, 2012, from http://www.epa.gov/ord/ca/quick-finder/pm-research.htm
蔡燿州. (2011). 台南市大氣中懸浮微粒及鹽類特性分析研究. 國立高雄第一科技大學. 碩士論文。
蘇奕綾. (2006). 稻草燃燒期間大氣中多環芳香烴化合物來源與粒徑分佈研究. 朝陽科技大學. 碩士論文。
行政院環境保護署. 空氣品質標準. Retrieved 0921, 2011, from http://taqm.epa.gov.tw/taqm/zh-tw/b0206.aspx
郭育良等. (2004). 職業病概論 (二版) 台北: 華杏.
鐘文舜. (2008). 台中盆地懸浮微粒成份來源傳輸與貢獻量之研究. 逢甲大學. 碩士論文。
陳富平. (2011). 大氣次微米微粒 (PM1) 多環芳香烴化合物 (PAHs) 之特性研究. 國立高雄第一科技大學. 碩士論文。
陳春萬. (2002). 呼吸道粒狀物沈積之先驅研究 No. IOSH89-H310). 台北: 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所.
黃堯聖. (2006). 大氣懸浮微粒化學組成及來源推估. 輔英科技大學. 碩士論文。