小學教室換氣率研究啟示—商用感測器與機器學習的突破

隨著 COVID-19 疫情揭示「空氣傳染」的重要性，全球教育場所的室內空氣品質（IAQ）受到前所未有的關注。近期，美國波士頓大學與波士頓公立學校合作發表一項具指標性的研究，利用 商用 CO₂ 感測器搭配機器學習技術，在 125 所學校、3200 多間教室 進行為期一整學年的換氣率（Air Exchange Rate, AER）估算。

研究分析了超過 1 億筆 CO₂ 數據，共辨識 64 萬筆 CO₂ 衰減曲線，最後計算出 32 萬筆 AER 值，這是目前全球教育場所中規模最大、資料最完整的換氣率研究。

📊 研究主要發現

1. 平均換氣率不足

   • 教室整體平均 AER 僅 3.0 次/小時，遠低於美國 CDC 建議的 5 次/小時，顯示許多教室通風不足。

2. 設備差異明顯

   • 中央 HVAC 系統 學校表現最佳（平均 4.1 h⁻¹），

   • 有限 HVAC 系統 學校約 2.8 h⁻¹，

   • 完全無 HVAC 系統 則僅 2.3 h⁻¹。

     換言之，通風基礎建設直接影響學生的學習環境。

3. 通風表現高度變異

   • 即使在同一棟學校建築，不同教室間 AER 仍可能差異數倍。

   • 季節、天氣、開窗習慣等因素，都會造成換氣率的日常波動。

4. 方法的突破性

   • 傳統追蹤氣體法（如 SF₆ 或 CO₂ 人工釋放）昂貴且不易大規模操作。

   • 本研究利用 放學後自然衰減的 CO₂ 曲線，搭配演算法自動化計算 AER，誤差僅在 9% 以內，但大幅降低成本與人力需求。

   • 此技術能讓學區每日即時監測數千間教室的通風狀況，並立即發現高風險空間。

🌍 TIEQM 認為對台灣的啟示

• 台灣校園普遍依賴 自然通風，部分老舊校舍或偏鄉學校缺乏完善 HVAC 系統，與研究中「無 HVAC 學校」情境相似。

• 在後疫情與肺癌防治背景下，室內通風品質 不僅關乎傳染病，更涉及長期健康與學習表現。

• 若能導入此類 低成本感測器 + 自動化監測方法，將有助於：

  • 建立 全國校園 IAQ 即時監測平台；

  • 制定 換氣率最低門檻（建議 ≥5 h⁻¹）；

  • 改善弱勢與老舊校舍的 IAQ；

  • 作為政府推動「健康校園標章」或「淨零健康幼兒園」的數據基礎。