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運動中心室內空氣的粉塵、化學、微生物污染和微氣候參數評估

摘要:

本研究目的是根據微氣候參數(溫度、濕度和氣流速度)、顆粒物濃度(PM10、PM4、 PM2.5 和 PM1)、氣體濃度(氧氣、臭氧、硫化氫、二氧化硫、揮發性有機化合物, 和苯芘)和微生物污染(細菌總數,特別是葡萄球菌,包括金黃色葡萄球菌、溶血性細菌、大腸桿菌、熒光假單胞菌、放線菌,以及真菌和嗜旱真菌的總數)來分析波蘭一運動中心的室內空氣品質。檢測作業是在2022 年 5 月在 5 個不同的運動區域(攀岩牆、游泳池、游泳池更衣室、籃球場和羽毛球場)的 28 個採樣點, 在一天中的早上, 下午和建築物外進行了三次檢測。將所得結果與運動中心體育設施的空氣品質標準進行比較。空氣溫度 (21-31 °C) 處於熱舒適的上限,而大多數位置的體育館的空氣濕度 (RH < 40%) 低於期望值。除游泳池外,尤其在下午, 所有房間的粒狀污染濃度值都超過了可容許的限值。室內微氣候條件與室內空氣中高濃度的粒狀物有關。在所有場所的研究結果顯示,全部的粒狀物濃度都超過了 WHO 指南;尤以PM2.5(五倍)和 PM10(兩倍)超標情況最為嚴重。空氣中除苯芘受外界空氣影響所致外,其他氣態污染物濃度均未超標。更衣室和攀岩牆大廳的細菌數量 (5.1×101–2.0×104 cfu m-3) 和真菌 (3.0×101–3.75×102 cfu m-3) 超標。下午時段葡萄球菌增加與大量人員進行運動訓練有關。空氣中嗜旱真菌濃度的增加與高粉塵含量和低空氣濕度相關。隨著下午使用人數和活動量的增加,空氣中的粒狀物濃度(數倍)和微生物濃度(1-2 log)分別增加了數倍和1-2 log。本研究顯示應監測那些空氣品質參數,並提供有關設施的指南以提高從事體育運動和從事體育工作的人的舒適度。


簡介 :

今天,以定期體育運動為基礎的健康生活方式在全世界廣泛的進行著。世界衛生組織 (WHO) 建議成年人每周至少進行 2.5 小時的中等強度運動。隨著運動愛好者的增多,越來越多的室內運動設施如攀岩牆、游泳池、網球場、大型運動場等都集中在同一棟建築裡。體育設施室內空氣品質是影響各種運動的人、教練員和裁判員的工作是否舒適, 以及運動員表現良好的重要因素。它還會影響運動中心使用者和員工的健康。具體來說,吸入污染物的量與肺通氣率的增加成正比。這意味著在運動過程中,大部分空氣是透過嘴巴吸入的,增加的氣流速度將污染物帶入更深的氣道。因此,室內空氣污染可能會增加刺激、過敏、急性和慢性呼吸系統疾病以及肺功能受損的風險。運動中心中的空氣品質取決於許多因素,包括溫度、濕度、氣流速度和粒狀物 (PM) 的濃度以及生物氣膠、CO2 和其他氣體以及揮發性有機化合物 (VOC)。氣溫是運動中心使用者最容易感知的參數,對熱舒適性的影響也最大。運動中心的溫度應保持在能確保散熱而不會產生冷感或熱感的溫度。美國ASHRAE建議在夏季,溫度和濕度應保持在舒適範圍內,即21-24°C (RH = 30%)或溫度20-23°C (RH = 60%);這些參數的動態變化每小時不應超過20%。空氣流速也是待在運動中心人們感覺熱舒適的一個重要因素。如果它太高,它會導致寒冷、氣流和灰塵會從地板上升起;如果溫度太低,它可能無法有效地從皮膚表面去除熱量,從而增加窒息感、發熱感,並因此增加出汗。根據 ASHRAE,運動場和室內體育館推薦空氣流速的最大值分別為 0.15 m s-1 和0.2 m s-1 。

室內空氣品質受粒狀物(PM)存在的影響,PM 在呼吸道中移動和沈積的能力不同,分為三個部分:1. 吸入部分-空氣動力學直徑為≦100μm的顆粒,保留在上呼吸道中,不會進入肺泡; 2. 氣管小顆粒 < 30 μm,在呼吸過程中進入氣管; 3. 可吸入顆粒物 < 4 μm,可沉積在肺泡中並進入生理體液。沉積在肺泡壁上的可吸入粒狀物會導致氣體交換困難,這意味著在 PM 濃度高的情況下,運動員會更快疲勞,成績會下降多達 3-5%,這也會影響訓練和比賽性能。空氣中的粒狀物對人體健康的影響可能會有所不同,具體取決於其物理特性(大小和形狀、表面積、電荷和吸濕性), 光散射和吸收相關的特性, 以及粉塵的化學特性(其元素成分以及無機離子和有機化合物的存在)。良好室內通風的參考指標是空氣中一氧化碳和二氧化碳的濃度。本研究運動中心內的一氧化碳僅處於低濃度或檢測不到濃度,從未超過 WHO 2010 指南(15 min-100 ppm、1 h-35 ppm、24 h-7 ppm)。 同樣,CO2 濃度未超過 1000 ppm。

影響運動中心人們健康的室內空氣品質的重要指標是此類設施生物氣膠中微生物的濃度和類型。文獻顯示運動中心空氣中存在mannitol-positive staphylococci,包括Staphylococcus epidermidis S. hominis, S. capitis, S. sciuri, S. xylosus, S. warneri, and S. haemoliticus, and fungi of the genera Cladosporium, Penicillium, Fusarium, Acremonium, and Alternaria。

重要的是運動中心場館的不同用途決定了關鍵的空氣品質參數。室內攀岩牆是在特定的房間, 運動員會使用到氧化鎂(碳酸鎂或碳酸氫鎂)來增加抓地力,這可能是此類設施中空氣 PM1、PM2.5 和 PM10 的來源。Moshammer 等人對 109 名攀登活動前後的個體進行的研究證明了長期吸入氧化鎂會帶來健康風險,這些人被發現在體育活動後出現不良的急性和亞急性肺部症狀。

對室內游泳池和水上活動中心室內空氣品質的研究顯示,在這種運動環境中,消毒水後產生的化合物是最大的空氣污染問題。相對水質測試,很少對游泳池中空氣的微生物污染物進行檢測。在義大利, Brandi 等人調查了 10 個水池中空氣真菌的出現,發現雖污染程度低,但真菌種類多樣性高, 在游泳池的空氣樣本中常偵測到Penicillium spp.、Aspergillus spp.、Cladosporium spp.、Alternaria spp.、Fusarium spp. 的黴菌種類, 代表室外空氣的典型微生物群落Candida albicans yeast 並未被檢測到。在伊朗,Mansoorian 等人發現游泳池空氣中大約 17% 的樣品存在以下細菌污染:Penicillium spp.、Aspergillus spp.、Cladosporium spp.、Alternaria spp.、Fusarium。對體育館空氣品質評估的研究顯示,這些場所中最常檢測的參數是氧氣-二氧化碳濃度、溫度和相對濕度。

另一方面,Onet和Ilies分別檢測了運動場空氣中的微生物污染。運動中心空氣中的細菌總數在0-6.9×103 cfu m-3 範圍內,而真菌總數在0-1.6×103 cfu m-3範圍內。 結果發現,作為病原微生物指標的haemolytic bacteria在運動中心高強度活動中也會導致高濃度的存在。此外,微生物(真菌和細菌)與人數之間的正相關顯示,激烈的體育活動會影響這些場所空氣中微生物的變異性。儘管室內空氣品質很重要,而且專業綜合運動中心的數量也在增加,但全世界對此類建築的分析研究仍然不足。比如缺乏室內空氣品質的關鍵參數,以及不同運動項目對這些參數與的相關性。

本研究目的是分析一個城市的綜合運動中心的體育活動設施(攀岩牆、游泳池、游泳池更衣室、籃球/排球場和羽毛球場)的室內空氣品質。此研究是第一次對運動中心的環境品質進行如此廣泛的分析,使用分子生物學方法評估了空氣的生物多樣性, 也是對此類場所室內空氣組成分析的開創性展示成果。


結論:

羅茲科技大學體育中心 (Zatoka Sportu) 的體育活動室(攀岩牆、游泳池、游泳池更衣室、籃球/排球場、羽毛球場)的室內空氣分析顯示,選擇微氣候參數(溫度和濕度)、粒狀物(PM10、PM2.5 和 PM1)和微生物(細菌總數、真菌總數和金黃色葡萄球菌)等參數均超標, 這可能可以選擇成為運動中心室內空氣品質的指標。上述場所如攀岩牆和泳池更衣室,是被調查空間中室內空氣品質最差的地方。在被測試的運動場館中,所有測試空間的空氣含塵量都超過了世衛組織的指導方針;PM2.5 部分(五倍)和 PM10 部分(兩倍)超標率最高。對健康特別有害的是可吸入顆粒物(PM4、PM2.5 和 PM1),空氣中也檢測到了高濃度。應試著使用新過濾器和增加房間清潔頻率來減少灰塵。運動場館空氣中的氧氣濃度從原21% 最大降低了1%;這些對人們來說感覺差異並不明顯。空氣中化學參數(臭氧、硫化氫和二氧化硫)的濃度在任何時候都超過了 WHO 的限值。室外空氣和攀岩牆大廳中苯芘的瞬時濃度升高可能是來自外部的滲透。空氣中的細菌和真菌污染超過限值且濃度高, 包括金黃色葡萄球菌, 表示與出席/參加體育運動的人數眾多有關。因某些種類的葡萄球菌可能具有致病性,因此當空氣中這些細菌的濃度升高時,應更頻繁地對場所進行清潔和定期消毒。空氣中的真菌數量增加,包括嗜水真菌,這與高含塵量和低濕度有關。研究證明,隨著下午使用該設施的人數和體育活動的增加,空氣中的灰塵(數倍)和微生物的濃度也增加(增加一到兩個數量級)。使用分子生物學方法對體育場館內空氣的微生物多樣性進行分析,揭示了來自人類和大氣環境的多種細菌和真菌。這項全面的研究不僅指出了應該監測那些參數來評估空氣品質,而且還提供了有關如何提高從事體育運動和在體育場所工作的人的舒適度的指南。體育設施中有效的空氣品質管理包括安裝適當的監測系統以控制粉塵量、濕度和空氣溫度。應定期確定空氣中的微生物污染情況,尤其是在大量人群運動的地方。考慮除微生物污染的去除,尤其是在運動設施經常使用期間, 應更頻繁的進行清潔和消毒作業。未來在運動中心進行的室內環境品質研究應包括使用後評估 (POE),特別強調用戶長期體驗的真實表現。另一個需要是開發一個多功能傳感器系統來連續監測空氣品質,並在任何參數超標時可以警告使用的人們。

(By Justyna Szulc 等, Int. J.Environ. Res. Public Health, 2023)



Dr. J 評論:


文中波蘭運動中心二氧化碳似乎問題不大, 但在台灣健身中心可能有很大不同, 由於地狹人稠特性, 故運動中心或健身房在人多時某些運動區域會有二氧化碳超標的情形, 此外微生物如細菌也是台灣運動場所常見的問題, 若通風不良, 新裝修建材, 設備及清潔劑的使用也可能造成 VOC 問題, 此外室外若有污染源也會滲透到室內, 如某些VOC, NO2, and SO2, PM2.5等, 因此一個所謂的健康舒適的運動中心應在空調系統中配置高效過濾網及換氣量足夠, 並在特定高污染的運動空間輔以消毒技術如 UVC 或次氯酸等強化病原微生物的消毒, 利用空氣品質連續監測來進行 IOT 應用, 最後以安淨標章認證集其大成而成為消費者健康空氣品質可視化的感受, 運動中心及健身房正是「台灣室內空氣好安淨」的挑戰之一。




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