厂房通风工程控制技术

一般厂房作业环境中之有害物于发生源产生后会经由传播路径扩散而达于作业者，因此作业环境之控制对策可从发生源、传播扩散路径及接受曝露者三方面来实施控制，惟以工程控制之观点而言，最好是在污染物发生的地点就近将污染物质予以控制处理，避免有害物质扩散。为了确保员工之安全卫生及良好的作业环境，应就其作业环境加以工程改善，对于有害气体、蒸气或粉尘等作业环境之改善，可采用一或二种合并方式以解决有害物质之曝露危害。以下则对工厂常应用之整体换气与局部排气系统作简单描述:

一、整体换气系统

厂防通风之控制方式主要为整体换气(稀释通风)及局部排气二种主要形式。其中整体换气为最基本型式之通风系统，其主要功能在于将新鲜外气提供于作业场所，稀释作业场所有害浓度，并将有害物藉空气的流动排出室外。因此就空气与有害物的关系而言，整体换气包括两种基本机制:混合与置换。前者使新鲜空气与受污染空气混合达到稀释效果，后者则是以新鲜空气取代受污染空气。在劳工安全卫生法规中，有关通风法令均对整体换气装置之设置时机、原则及基本性能要求有所规范。然而空气在室内的流动形态对整体换气效能具有相当显著的影响，而且往往是无法确切掌握的因素。室内的几何状态、隔间、设备的摆设、温度压力的分布、进排气口配置以及人力刻意造成的强制通风等都是室内气流的影响因素。

整体换气在不同的适用场合中有不同的解释及计算方式。如以控制室内空气品质(Indoor Air Quality, IAQ)为目标时，整体换气是以提供新鲜空气、维持适当温度及湿度以达到舒适的目的;而控制作业环境为前提时¸则以新鲜空气稀释被污染的空气，以达到工业安全及卫生的目的。由于空气具有由高压往低压流动的特性，为考虑厂内气流之分布及避免通风不良处之有害物质累积，一般我们均希望送、排风均以机械方式强迫实施并经由送风、排风管系之设计安排来稀释有害物之浓度，如设计妥当对发生量小、分布广泛之低浓度无毒性或低毒性污染物之排除极为有效。在污染控制效益方面¸根据美国工业安全卫生师学会ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) 研究，整体换气较不适用于粉尘或熏烟之作业场所，此乃因其毒性通常较大。如使用整体换气装置则需要大量之换气量，且一般粉尘、熏烟产生之速度及量较大，因此极易局部高浓度之情形，无法以此装置来予以控制。所以此种系统通风并非通风设计工程师会先考虑采用之设计，但此装置对于污染有害物发生源均匀广泛或发生位置不定之状况，为一非常实用之解决方法。考虑不同环境不同污染源所需之整体换气设计，首先要考虑换气量的计算，目前整体换气换气量计算方法有依(1)操作人员人数(2)工作场所空间大小(3)蒸发率、恕限值(Threshold Limit Value, TLV) 及最小爆炸下限值 (Lower Explosive Limit, LEL)等不同条件分别估算。

二、局部排气系统

局部排气装置是将空气污染物于其发生源或接近发生源位置将污染物补集排除¸减低作业人员呼吸带污染物之浓度¸为最有效控制作业场所中空气污染物之方法。局部排气系统包含气罩、风管、空气清净装置、风扇等四个主要组件，于许多状况下整体换气与局部排气系统二者会并用¸其整体之规划宜经合理之考量¸才能发挥其功效。

气罩为局布排气系统之开口部份，其作用在于限制或减少污染物从发生源扩散，并导引气流以最有效之方法捕捉污染物，而后经由导管输送至空气清净装置处理后排放。局部排气装置之是否良好、有效与气罩之型式及设置位置有关，而且对于通风系统在经济上及工程上更有着极大之影响。以粉尘为例，在粉尘来源已确定及定量后，即可开始工程及经济评估作业，标准的防尘局部排气系统包含在各粉尘发生源装设气罩、导引风管、集尘过滤装置及风机马达。一般而言集尘气罩离粉尘源愈近，系统经济效益愈佳;气罩离粉尘源愈远，集尘率愈差且排风量需求愈大。基本上防尘系统之大小及费用与传送污染空气量成正比，各个产生粉尘的机器应单独予以评估，如何正确估算传送空气量为有效且经济的防尘作业根本，因此气罩设计为非常重要之关键。如果气罩设计不良，不但粉尘无法有效控制，致始粉尘散逸防碍视线，影响作业员工健康、增加工厂结构体尘垢清洁之经常性费用及提高因粉尘所引起之机械过度磨耗，电器、电子组件损坏之维修费用。不但浪费了系统运转之能源，更增加了火灾发生之危险性，因此对整体经济效益影响甚钜。故于系统设计规划之初，必须视作业方法，扩散状况选择适当大小及型式之气罩，同时正确评估其排风量及压力损失、控制风速等，俾能据以作适当之系统设计。

由于通风控制工程广泛地应用至各个行业，从传统工业中的木工业、热处理作业、酸洗业、喷砂业、热浸镀锌业、研磨业、搅拌业及石化产业的涂漆业、塑料业、橡胶业等等;甚至于光电及半导体产业的制程机台如湿式清洗台、local scrubber皆利用通风系统(整体换气与局部排气系统)，以捕集及处理制程时所产生之有害物质。由于通风控制系统普遍地应用于产业界，使得通风技术辅导，愈加显得日趋重要。在过去辅导厂商之案例中，经常发现由于通风系统设计不当，或者未定期进行检查、保养维护，以至于系统无法达到其预期之功能，业者不仅浪费许多资源与成本，况且未能有效改善环境品质与员工的安全健康。

三、 通风工程测试方法

通风测试的目的在于评估通风系统的性能，以确保其符合设计上的各项需求，同时也可作为通风设施实际运转后是否需要保养维修的参考。通风测试的方法有以下几种：

(1) 视流法(flow visualization)：由于气体污染物是藉由空气的流动来排除，气流的流动状态对于污染物的捕集效率有绝对的影响，气流可视化即是观测流场的分布情况以对通风系统作定性的评估。一般可视化的方法为于流场中放烟，而后观察烟流的走向即可了解是否有涡流、逆流或泄漏等降低通风性能的情况发生，并以之做为改善设计的参考。常用于一般工业通风的放烟物质为干冰、四氯化钛、白蜡油等。但若需使用于洁净室，则这些物质并不适合，因其可能产生微粒污染的情况，造成洁净室等级的劣化。一般层流型洁净室的整体通风常使用丝线悬垂于出风口，此时丝线的偏摆角度不得超过14度，依此判断其流场是否为平行层流。此外，亦可利用超音波将纯水作雾化处理，以之作为放烟物质进行流场的可视化。

(2) 实验量测法：利用实验设备直接测量重要的流体流动特性，包括压力、流速、流量等。常用的实验量测设备包括热线测速仪，皮扥管(Pitot tube)、超音波风速计、压力量表、叶轮转速计等。此法的优点是可对流场作定量的分析，结果也最为准确，缺点则是须量测的足够的点数，因此耗费大量的人力、物力与时间。

(3) CFD仿真法：在厂房通风控制工程方面，许多文献资料均采用商用软件如PHOENICS、CFX、FLUENT、STAR-CD、FIDAP等，均利用计算流体力学(Computtional Flow Dynamics, CFD)的方式，求解一组描述物理问题之控制方程式如连续、动量、能量、等方程式，以获得包括流场、压力场等各项气体的流动特性。随着CFD技术的渐趋成熟，加上计算机运算能力的快速提升，CFD仿真已成为研发单位之主要工具，其优点是能快速获得结果并作实时修正，以降低系统工程错误设计之风险性，因此兼具有功能性与经济性之效益。但由于计算结果较不易验证，因此通常计算结果须与仪器量测的数据做比证，以作为修正数值偏差的依据，进而确保计算结果的正确性。

四、 结论与建议

工厂通风技术已行之多年，对于过去在整体换气及局部排气方面，不论是由提高工业安全或提升生产品质的角度来看，其所扮演的角色均日益重要，不可轻忽。过去技术乃基于以往作业情形所发展出来，由于制程之产量、机台尺寸乃至厂房作业区范围等均逐渐扩大，相对污染源之范围亦成比例地增加，以过去之技术若要完全应用于当今现场作业可能有其困难性，即使是正确的原理，亦必须作技术修正，以符合现场需求。而通风系统整体本身，除了须针对实际运转状况作设计，以符合法规与生产之所需，还须注意其运转状况并作定期的检查。以进一步预防意外事件的发生，同时也可藉由系统的运转与维修记录作为日后设计或改善系统的参考。