工廠常應用之整體換氣與局部排氣系統

一、整體換氣系統
廠房通風之控制方式主要為整體換氣（稀釋通風）及局部排氣二種主要形式。其中整體換氣為基本型式之通風系統，其主要功能在于將新鮮外氣于作業場所，稀釋作業場所有害濃度，并將有害物藉空氣的流動排出室外。因此就空氣與有害物的關系而言，整體換氣包括兩種基本機制:混合與置換。前者使新鮮空氣與受污染空氣混合達到稀釋效果，后者則是以新鮮空氣取代受污染空氣。在凈工作臺勞工安全衛生法規中，有關通風法令均對整體換氣裝置之設置時機、原則及基本性能要求有所規范。然而空氣在室內的流動形態對整體換氣效能具有相當的影響，而且往往是無法確切掌握的因素。室內的幾何狀態、隔間、設備的擺設、溫度壓力的分布、進排氣口配置以及人力刻意造成的強制通風等都是室內氣流的影響因素。
整體換氣在不同的適用場合中有不同的解釋及計算方式。如以控制室內空氣品質（Indoor Air Quality, IAQ）為目標時，整體換氣是以新鮮空氣、維持適當溫度及濕度以達到舒適的目的;而控制作業環境為前提時?則以新鮮空氣稀釋被污染的空氣，以達到工業安全及衛生的目的。由于空氣具有由高壓往低壓流動的特性，為考慮廠內氣流之分布及避免通風處之有害物質累積，一般我們均希望送、排風均以機械方式強迫實施并經由送風、排風管系之設計安排來稀釋有害物之濃度，如設計妥當對發生量小、分布廣泛之低濃度無毒性或低毒性污染物之排除為有效。在污染控制效益方面?根據美國工業安全衛生師學會ACGIH （American Conference of Governmental Industrial Hygienists） ，整體換氣較不適用于粉塵或熏煙之作業場所，此乃因其毒性通常較大。如使用整體換氣裝置則需要大量之換氣量，且一般粉塵、熏煙產生之速度及量較大，因此易局部高濃度之情形，無法以此裝置來予以控制。所以此種系統通風并非通風設計工程師會先考慮采用之設計，但此裝置對于污染有害物發生源均勻廣泛或發生位置不定之狀況，為一非常實用之解決方法。考慮不同環境不同污染源所需之整體換氣設計，先要考慮換氣量的計算，目前整體換氣換氣量計算方法有依（1）操作人員人數（2）工作場所空間大小（3）蒸發率、恕限值（Threshold Limit Value, TLV） 及小下限值 （Lower Explosive Limit, LEL）等不同條件分別估算。

二、局部排氣系統
局部排氣裝置是將空氣污染物于其發生源或接近發生源位置將污染物補集排除?減低作業人員呼吸帶污染物之濃度?為有效控制作業場所中空氣污染物之方法。局部排氣系統包含氣罩、風管、空氣清凈裝置、風扇等四個主要組件，于許多狀況下整體換氣與局部排氣系統二者會并用其整體之規劃宜經合理之考量?才能發揮其功效。
氣罩為局布排氣系統之開口部份，其作用在于限制或減少污染物從發生源擴散，并導引氣流以有效之方法捕捉污染物，而后經由導管輸送至空氣清凈裝置處理后排放。局部排氣裝置之是否良好、有效與氣罩之型式及設置位置有關，而且對于通風系統在經濟上及工程上更有著大之影響。以粉塵為例，在粉塵來源已確定及定量后，即可開始工程及經濟評估作業，標準的防塵局部排氣系統包含在各粉塵發生源裝設氣罩、導引風管、集塵過濾裝置及風機馬達。一般而言集塵氣罩離粉塵源愈近，系統經濟效益愈佳;氣罩離粉塵源愈遠，集塵率愈差且排風量需求愈大。基本上防塵系統之大小及費用與傳送污染空氣量成正比，各個產生粉塵的機器應單獨予以評估，如何正確估算傳送空氣量為有效且經濟的防塵作業根本，因此氣罩設計為非常重要之關鍵。如果氣罩設計，不但粉塵無法有效控制，致始粉塵散逸防礙視線，影響作業員工健康、增加工廠結構體塵垢清潔之經常性費用及提高因粉塵所引起之機械過度磨耗，電器、電子組件損壞之維修費用。不但浪費了系統運轉之能源，更增加了火災發生之危險性，因此對整體經濟效益影響甚鉅。故于系統設計規劃之初，必須視作業方法，凈工作臺擴散狀況選擇適當大小及型式之氣罩，同時正確評估其排風量及壓力損失、控制風速等，俾能據以作適當之系統設計。由于通風控制工程廣泛地應用至各個行業，從傳統工業中的木工業、熱處理作業、酸洗業、噴砂業、熱浸鍍鋅業、研磨業、攪拌業及石化產業的涂漆業、塑料業、橡膠業等等;甚至于光電及半導體產業的制程機臺如濕式清洗臺、local scrubber皆利用通風系統（整體換氣與局部排氣系統），以捕集及處理制程時所產生之有害物質。由于通風控制系統普遍地應用于產業界，使得通風技術輔導，愈加顯得日趨重要。在過去輔導廠商之案例中，經常發現由于通風系統設計不當，或者未定期進行檢查、保養維護，以至于系統無法達到其預期之功能，業者不僅浪費許多資源與成本，況且未能有效改善環境品質與員工的安全健康。

三、 通風工程測試方法
通風測試的目的在于評估通風系統的性能，以確保其符合設計上的各項需求，同時也可作為通風設施實際運轉后是否需要保養維修的參考。通風測試的方法有以下幾種：
（1） 視流法（flow visualization）：由于氣體污染物是藉由空氣的流動來排除，氣流的流動狀態對于污染物的捕集效率有的影響，氣流可視化即是觀測流場的分布情況以對通風系統作定性的評估。一般可視化的方法為于流場中放煙，而后觀察煙流的走向即可了解是否有渦流、逆流或泄漏等降低通風性能的情況發生，并以之做為改善設計的參考。常用于一般工業通風的放煙物質為干冰、四氯化鈦、白蠟油等。但若需使用于潔凈室，則這些物質并不適合，因其可能產生微粒污染的情況，造成潔凈室等級的劣化。一般層流型潔凈室的整體通風常使用絲線懸垂于出風口，此時絲線的偏擺角度不得過14度，依此判斷其流場是否為平行層流。此外，亦可利用音波將純水作霧化處理，以之作為放煙物質進行流場的可視化。
（2） 實驗量測法：利用實驗設備直接測量重要的流體流動特性，包括壓力、流速、流量等。常用的實驗量測設備包括測速儀，皮扥管（Pitot tube）、音波風速計、壓力量表、葉輪轉速計等。此法的優點是可對流場作定量的分析，結果也為，缺點則是須量測的足夠的點數，因此耗費大量的人力、物力與時間。
（3） CFD仿真法：在廠房通風控制工程方面，許多文獻資料均采用商用軟件如PHOENICS、CFX、FLUENT、STAR-CD、FIDAP等，均利用計算流體力學（Computtional Flow Dynamics, CFD）的方式，求解一組描述物理問題之控制方程式如連續、動量、能量、等方程式，以獲得包括流場、壓力場等各項氣體的流動特性。隨著CFD技術的漸趨成熟，加上計算機運算能力的快速提升，CFD仿真已成為研發單位之主要工具，其優點是能快速獲得結果并作實時修正，以降低系統工程錯誤設計之風險性，因此兼具有功能性與經濟性之效益。但由于計算結果較不易驗證，因此通常計算結果須與儀器量測的數據做比證，以作為修正數值偏差的依據，進而確保計算結果的正確性。

四、 結論與建議
工廠通風技術已行之多年，對于過去在整體換氣及局部排氣方面，不論凈工作臺是由提高工業安全或提升生產品質的角度來看，其所扮演的角色均日益重要，不可輕忽。過去技術乃基于以往作業情形所發展出來，由于制程之產量、機臺尺寸乃至廠房作業區范圍等均逐漸擴大，相對污染源之范圍亦成比例地增加，以過去之技術若要應用于當今現場作業可能有其困難性，即使是正確的原理，亦必須作技術修正，以符合現場需求。而通風系統整體本身，除了須針對實際運轉狀況作設計，以符合法規與生產之所需，還須注意其運轉狀況并作定期的檢查。以進一步預防意外事件的發生，同時也可藉由系統的運轉與維修記錄作為日后設計或改善系統的參考。