工廠常應用之整體換氣與局部排氣系統(tǒng)

一、整體換氣系統(tǒng)
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(tǒng)，其主要功能在于將新鮮外氣于作業(yè)場所，稀釋作業(yè)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(wèi)生法規(guī)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(guī)范。然而空氣在室內(nèi)的流動形態(tài)對整體換氣效能具有相當?shù)挠绊懀彝菬o法確切掌握的因素。室內(nèi)的幾何狀態(tài)、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(nèi)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(nèi)空氣品質(zhì)（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(yè)環(huán)境為前提時?則以新鮮空氣稀釋被污染的空氣，以達到工業(yè)安全及衛(wèi)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(nèi)氣流之分布及避免通風處之有害物質(zhì)累積，一般我們均希望送、排風均以機械方式強迫實施并經(jīng)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(fā)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(jù)美國工業(yè)安全衛(wèi)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(yè)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(chǎn)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(tǒng)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(fā)生源均勻廣泛或發(fā)生位置不定之狀況，為一非常實用之解決方法。考慮不同環(huán)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(shù)（2）工作場所空間大小（3）蒸發(fā)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(tǒng)
局部排氣裝置是將空氣污染物于其發(fā)生源或接近發(fā)生源位置將污染物補集排除?減低作業(yè)人員呼吸帶污染物之濃度?為有效控制作業(yè)場所中空氣污染物之方法。局部排氣系統(tǒng)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(tǒng)二者會并用其整體之規(guī)劃宜經(jīng)合理之考量?才能發(fā)揮其功效。
氣罩為局布排氣系統(tǒng)之開口部份，其作用在于限制或減少污染物從發(fā)生源擴散，并導引氣流以有效之方法捕捉污染物，而后經(jīng)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(tǒng)在經(jīng)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(jīng)濟評估作業(yè)，標準的防塵局部排氣系統(tǒng)包含在各粉塵發(fā)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(tǒng)經(jīng)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(tǒng)之大小及費用與傳送污染空氣量成正比，各個產(chǎn)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(jīng)濟的防塵作業(yè)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(yè)員工健康、增加工廠結構體塵垢清潔之經(jīng)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(tǒng)運轉(zhuǎn)之能源，更增加了火災發(fā)生之危險性，因此對整體經(jīng)濟效益影響甚鉅。故于系統(tǒng)設計規(guī)劃之初，必須視作業(yè)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(jù)以作適當之系統(tǒng)設計。由于通風控制工程廣泛地應用至各個行業(yè)，從傳統(tǒng)工業(yè)中的木工業(yè)、熱處理作業(yè)、酸洗業(yè)、噴砂業(yè)、熱浸鍍鋅業(yè)、研磨業(yè)、攪拌業(yè)及石化產(chǎn)業(yè)的涂漆業(yè)、塑料業(yè)、橡膠業(yè)等等;甚至于光電及半導體產(chǎn)業(yè)的制程機臺如濕式清洗臺、local scrubber皆利用通風系統(tǒng)（整體換氣與局部排氣系統(tǒng)），以捕集及處理制程時所產(chǎn)生之有害物質(zhì)。由于通風控制系統(tǒng)普遍地應用于產(chǎn)業(yè)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(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于通風系統(tǒng)設計不當，或者未定期進行檢查、保養(yǎng)維護，以至于系統(tǒng)無法達到其預期之功能，業(yè)者不僅浪費許多資源與成本，況且未能有效改善環(huán)境品質(zhì)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(tǒng)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(zhuǎn)后是否需要保養(yǎng)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(tài)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(tǒng)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(fā)生，并以之做為改善設計的參考。常用于一般工業(yè)通風的放煙物質(zhì)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(zhì)并不適合，因其可能產(chǎn)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(zhì)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(zhuǎn)速計等。此法的優(yōu)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(shù)，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(xù)、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(fā)單位之主要工具，其優(yōu)點是能快速獲得結果并作實時修正，以降低系統(tǒng)工程錯誤設計之風險性，因此兼具有功能性與經(jīng)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(shù)據(jù)做比證，以作為修正數(shù)值偏差的依據(jù)，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(yè)安全或提升生產(chǎn)品質(zhì)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(yè)情形所發(fā)展出來，由于制程之產(chǎn)量、機臺尺寸乃至廠房作業(yè)區(qū)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(xiàn)場作業(yè)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(xiàn)場需求。而通風系統(tǒng)整體本身，除了須針對實際運轉(zhuǎn)狀況作設計，以符合法規(guī)與生產(chǎn)之所需，還須注意其運轉(zhuǎn)狀況并作定期的檢查。以進一步預防意外事件的發(fā)生，同時也可藉由系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)與維修記錄作為日后設計或改善系統(tǒng)的參考。