工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用林慶峰工業(yè)技術(shù)研究院環(huán)境與安全衛(wèi)生技術(shù)發(fā)展中心副工程師

一、前言工業(yè)通風(fēng)的目的，簡(jiǎn)單而言就是排除作業(yè)環(huán)境中對(duì)人體或產(chǎn)品有害的物質(zhì)，以維護(hù)人員之健康提高其工作效率或提昇產(chǎn)品良率。工業(yè)通風(fēng)之型式主要可分為整體換氣（稀釋通風(fēng)）與局部排氣兩種。整體換氣一般的使用場(chǎng)合包括：污染物毒性較低、污染物產(chǎn)生量較小、污染源分布均勻廣泛、污染源遠(yuǎn)離作業(yè)者呼吸帶、以及污染物主要為蒸氣或氣體之作業(yè)場(chǎng)所。其主要功能在於將新鮮外氣提供於作業(yè)場(chǎng)所，用以稀釋作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)有害物濃度，並藉空氣的流動(dòng)將有害物排出室外。其換氣方式有自然換氣（主要是靠風(fēng)力或室內(nèi)外溫差）與機(jī)械換氣（有排氣法、供氣法、及供排氣並用法）。局部排氣一般使用於污染發(fā)生源固定範(fàn)圍小且產(chǎn)生量大之作業(yè)環(huán)境，其方法係於空氣污染物發(fā)生源或接近發(fā)生源位置將污染物捕集排除，以減低作業(yè)人員呼吸帶內(nèi)污染物之濃度。一般大樓空調(diào)與半導(dǎo)體潔淨(jìng)室(cleanroom)的垂直層流屬於整體換氣系統(tǒng)，廠房製程使用的屬於局部排氣系統(tǒng)，而半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)使用的則同時(shí)具有負(fù)壓局部排氣與正壓整體換氣兩種工業(yè)通風(fēng)的特性。局部排氣為作業(yè)場(chǎng)所中最有效的空氣污染物控制方法。對(duì)當(dāng)今各類產(chǎn)業(yè)，舉凡化工、鋼鐵、汽車、噴漆、半導(dǎo)體與光電等，局部排氣系統(tǒng)是不可或缺的設(shè)備。排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞關(guān)係到整個(gè)製程生產(chǎn)的良率，可見通風(fēng)技術(shù)不僅用於排除製程所產(chǎn)生的有害氣體，也牽動(dòng)了製程的穩(wěn)定生產(chǎn)。尤其在半導(dǎo)體與光電產(chǎn)業(yè)，往往在排氣量不足時(shí)，整個(gè)製程良率會(huì)急速下降，造成生產(chǎn)成本的增加。在化工粉體業(yè)，排氣系統(tǒng)主要用於物料之輸送與作業(yè)環(huán)境污染物之捕集，因此使得製程系統(tǒng)能順利進(jìn)行，並提供較舒適的作業(yè)環(huán)境。局部排氣為工業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域中最主要亦是最常見的污染控制技術(shù)之一。雖然現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)已能做到生產(chǎn)完全自動(dòng)化的程度，但仍有許多製造業(yè)無法採(cǎi)用完全密閉或無人化作業(yè)。在這種情況下，製程中之投料，製造加工及包裝等作業(yè)皆有產(chǎn)生危害物質(zhì)的可能。為防止此類污染物造成人員過量暴露，影響勞工身體健康，除持續(xù)進(jìn)行製程改善與作業(yè)管理外，對(duì)於一些無法完全避免的污染源，局部排氣系統(tǒng)就扮演著控制或排除污染的角色。局部排氣系統(tǒng)若設(shè)計(jì)得當(dāng)，不但能將污染物有效排除，同時(shí)能改善作業(yè)環(huán)境空氣品質(zhì)。工業(yè)通風(fēng)的目的主要有下列五項(xiàng)：1.維持作業(yè)場(chǎng)所之舒適－提供適當(dāng)?shù)臏囟扰c溼度﹔2.排除污染物－安裝局部排氣系統(tǒng)將有害物質(zhì)排除﹔3.稀釋有害物之濃度－增加換氣次數(shù)降低污染物濃度﹔4.供給補(bǔ)充空氣－避免作業(yè)場(chǎng)所負(fù)壓過大﹔5.防火及防爆－可燃性氣體濃度控制在爆炸下限25%濃度下。二、工業(yè)通風(fēng)裝置簡(jiǎn)介圖1.排氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖一般局部排氣系統(tǒng)包含氣罩(hood)、導(dǎo)管(piping)、空氣清淨(jìng)裝置(aircleaner)、風(fēng)機(jī)(fan)等四個(gè)主要元件，如圖1所示，分述如下：(一)氣罩氣罩為局部排氣系統(tǒng)之開口部份，其作用在於限制或減少污染物從發(fā)生源擴(kuò)散，並導(dǎo)引氣流以最有效之方法捕捉污染物，而後經(jīng)由導(dǎo)管輸送至空氣清淨(jìng)裝置處理後排放。局部排氣裝置是否良好有效與氣罩之型式及設(shè)置位置有關(guān)，而且對(duì)於通風(fēng)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上及工程上更有著極大之影響。局部排氣氣罩為局部排氣系統(tǒng)之進(jìn)入點(diǎn)，氣罩之主要功能是產(chǎn)生一氣流有效捕集及搬運(yùn)污染物進(jìn)入氣罩。其型式可分為：1.包圍式：污染物為氣罩所包圍，能有效控制污染物之逸散。依其包圍型式及程度又可細(xì)分為：(a)全圍型－其操作過程皆於氣罩內(nèi)，操作者不會(huì)暴露於污染物中，提供使用者良好之保護(hù)，適用於鑄件噴砂等場(chǎng)所。(b)崗?fù)ば停糠莼蛲耆_口作為通道，開口面需有足夠風(fēng)速以防止氣罩內(nèi)之污染物向外擴(kuò)散，適用於噴佈塗裝等場(chǎng)所。(c)隧道型－此型與崗?fù)ば皖愃?，只是有兩個(gè)開口以利製程操作方便，污染物發(fā)生源仍在氣罩內(nèi)，需有足夠開口面速度以防止污染物逸散，適用於木材加工等場(chǎng)所。2.外裝式：此種氣罩多因作業(yè)因素?zé)o法包圍污染源，以獨(dú)立設(shè)置且不妨礙作業(yè)為主，但有需耗費(fèi)較大之風(fēng)量，且易受外在亂流影響之缺點(diǎn)。應(yīng)注意操作者與污染源及氣罩之間相對(duì)位置關(guān)係。適用於電鍍洗滌、銲接等場(chǎng)所。3.接收式：利用污染物特性順利進(jìn)入氣罩，常見的可利用特性包括：有運(yùn)動(dòng)慣性之污染物及污染物具有熱浮力而產(chǎn)生上升氣流之高溫作業(yè)場(chǎng)所，適用於研磨、熔融等場(chǎng)所。4.吹吸式：對(duì)清洗塗裝之物件過大影響氣流或無法有效排除污染物時(shí)，可一面吹氣，一面排氣，以有效捕集污染物，防止有害氣流反彈或流經(jīng)呼吸帶影響作業(yè)人員。適用於電鍍洗滌等場(chǎng)所。(二)導(dǎo)管工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)使用之導(dǎo)管最好為圓管，其次為方形管，再其次為矩形管?？蓞^(qū)分為直管、彎管(肘管)、合流管、漸縮管及漸擴(kuò)管。其功能主要為連接氣罩、空氣清淨(jìng)裝置及風(fēng)機(jī)的介面。對(duì)排氣系統(tǒng)中導(dǎo)管的壓力損失，管徑、導(dǎo)管中風(fēng)速及接法有很大的影響。其接法如圖2所示：圖2.導(dǎo)管接法(三)空氣清淨(jìng)裝置依欲處理之污染物質(zhì)特性，主要可分為除塵裝置與廢氣處理裝置。1.除塵裝置─又可依捕集粉塵原理與適合粒徑大小分為各類型集塵器，如表1.表1各類型集塵器適合處理粒徑及優(yōu)缺點(diǎn)種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)旋風(fēng)集塵器-10~60mm所需空間小收集乾塵粒，可連續(xù)處置低至中度壓損，不受溫度影響可處理高塵粒負(fù)荷需較高之垂直空間對(duì)微小粒徑處理效率低對(duì)氣體流量敏感濕式集塵器-0.25~3mm可同時(shí)處理氣體與粉塵可處理高溫及高溼度之氣體可回收及中和腐蝕性氣體及霧氣低成本及節(jié)省空間減低粉塵爆炸之危險(xiǎn)腐蝕性問題增加廢水處理問題對(duì)疏水性物質(zhì)效率低天候不佳時(shí)排氣易產(chǎn)生白煙袋式集塵器-0.25mm可收集小顆粒粉塵處理效率高可察覺操作性能之降低對(duì)過濾速度敏感高溫氣體需先冷卻濾材受相對(duì)溼度及腐蝕性影響靜電集塵器-0.25~1mm可收集小顆粒，收集效率高壓力損失小塵?？汕郊皾袷绞占稍诟邷叵?800℃)操作設(shè)置費(fèi)用較高易受煙塵負(fù)荷量及流率影響需小心維護(hù)以免操作人員受高電壓影響2.廢氣處理裝置(a)吸收器－利用適當(dāng)?shù)囊后w藉其與氣流中的可溶性或化學(xué)反應(yīng)性的氣體接觸而將之移除。(b)吸附器－以吸附劑收集污染物，吸附劑有活性白土、金屬氧化物、活性碳等。一般活性碳對(duì)無極性或弱極性之有機(jī)溶劑有不錯(cuò)的效果。(c)燃燒器(焚化爐)－導(dǎo)引有害廢氣進(jìn)入鍋爐或爐內(nèi)燃燒。(四)風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)為引導(dǎo)空氣流動(dòng)之設(shè)備，其重要性猶如人體的心臟，選用合適的風(fēng)機(jī)除了能有效使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，亦能節(jié)省能源增加效益。風(fēng)扇種類型式眾多，在工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)中大致可分為軸流式(axialflowtype)與離心式(centrifugaltype)兩大類。1.軸流式─引導(dǎo)氣流由葉片中心順軸平行吹出，靜壓低，多用於低阻力場(chǎng)所。2.離心式─由被驅(qū)動(dòng)的圓環(huán)式葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，使氣流由圓環(huán)中心進(jìn)入，隨葉片向外輻射吹出，與軸流式相比靜壓高、噪音低、可輸出較大風(fēng)量。風(fēng)機(jī)之選擇需能輸送必要之風(fēng)量及克服系統(tǒng)之壓力損失。風(fēng)機(jī)馬力(Hp)之計(jì)算如下式，h：機(jī)械效率(%)，0.5~0.75，隨不同廠牌及型式而異Q：總風(fēng)量(m3/min)DPt：總壓損(mmH2O)系統(tǒng)特性曲線(圖3)說明當(dāng)一特定系統(tǒng)輸送各種風(fēng)量時(shí)，所需克服的靜壓力。風(fēng)機(jī)基本選擇是根據(jù)系統(tǒng)特性曲線與風(fēng)機(jī)性能曲線相交點(diǎn)所得即是系統(tǒng)之運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，其需落在效率與穩(wěn)定性較佳之II區(qū)，若落在I區(qū)則會(huì)導(dǎo)致速度不穩(wěn)定與噪音，在III區(qū)則效率太低。排氣系統(tǒng)中如風(fēng)量不足，相同型式風(fēng)機(jī)可數(shù)個(gè)並聯(lián)使用以增加其風(fēng)量；如需提高靜壓可數(shù)個(gè)串聯(lián)使用以增加其靜壓。相同型式風(fēng)機(jī)大小有加成效果，對(duì)不同型式風(fēng)機(jī)必須慎選評(píng)估，因可能引起反效果而無正面效益。圖3.風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)曲線圖三、工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)流程圖4為工業(yè)通風(fēng)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖，其第一步驟為收集相關(guān)資料：(一)系統(tǒng)安裝位置－廠房作業(yè)區(qū)之佈置圖(二)使用設(shè)備、物料及製程－瞭解物質(zhì)之危害性、逸散方式及操作習(xí)慣局部排氣裝置為能有效捕集各種有害物質(zhì)進(jìn)入氣罩，並控制作業(yè)環(huán)境中有害物質(zhì)濃度，於勞工安全衛(wèi)生法規(guī)內(nèi)對(duì)於特定之有害物質(zhì)作業(yè)所設(shè)置之局部排氣裝置之氣罩，其控制風(fēng)速均有規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。1.有機(jī)溶劑中毒預(yù)防－包圍型氣罩為0.4m/s，外裝型氣罩最低為0.5m/s2.鉛中毒預(yù)防－0.5m/s以上。3.特定化學(xué)物質(zhì)危害預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)－氣體、蒸氣等氣狀物質(zhì)為0.5m/s，粉塵、纖維、燻煙、霧滴等粒狀物質(zhì)為1.0m/s。4.粉塵危害預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)：氣罩型式控制風(fēng)速(m/sec)包圍型氣罩0.7外裝式氣罩側(cè)向吸引型1.0下向吸引型1.0上向吸引型1.2有了上述資料及控制風(fēng)速，再依序進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估1.氣罩－設(shè)計(jì)應(yīng)考量其形狀、尺寸及安裝位置，選擇以最小排風(fēng)量而可得最大排氣效果，且不會(huì)對(duì)作業(yè)產(chǎn)生重大妨礙之構(gòu)造，並決定其風(fēng)量。表2.最小風(fēng)管搬運(yùn)速度污染物最低風(fēng)速類別名稱m/s氣體、蒸氣、煙所有蒸氣、氣體及煙5-6燻煙氧化鋅及氧化鋁燻煙7-10微細(xì)粉塵棉絮、爽身粉、木粉等10-13粉塵塑料粉、皮件粉末等13-18一般工業(yè)塵木屑、研磨粉末、咖啡粉、矽粉、石綿粉、石灰石粉等18-20較重粉末金屬屑、噴砂粉、小木塊等20-23粗或潮濕粉灰潮濕水泥灰、肥料、鉛屑等>232.最小風(fēng)管搬運(yùn)速度－國(guó)內(nèi)法規(guī)於局部排氣系統(tǒng)中只針對(duì)污染源的控制風(fēng)速作一最低需求，未對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)中的管速有所要求，表2依據(jù)美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生師協(xié)會(huì)(ACGIH)工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)中提供之不同污染物及環(huán)境下所需排氣速度下限。另外，要選定主風(fēng)管與支管之管徑。3.排氣系統(tǒng)壓力平衡－壓力平衡有兩種控制方式，一為管徑平衡法，另一為檔板平衡法，但主管與支管之壓差要控制在20%以下。4.計(jì)算系統(tǒng)總壓損後，依風(fēng)機(jī)馬力公式計(jì)算適當(dāng)之風(fēng)機(jī)大小型式。圖4.工業(yè)通風(fēng)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖局部排氣裝置與系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)注意事項(xiàng)：1.接近發(fā)生源﹔2.足夠的控制風(fēng)速﹔3.不受污染之空氣應(yīng)先流經(jīng)作業(yè)人員之呼吸帶﹔4.排氣口位置遠(yuǎn)離進(jìn)氣口，避免排出的廢氣經(jīng)進(jìn)氣口再次循環(huán)，或因風(fēng)向產(chǎn)生回流﹔5.儘量包圍。四、工業(yè)通風(fēng)應(yīng)用於中小型工廠作業(yè)環(huán)境空氣品質(zhì)的改善案例一般中小型工廠之作業(yè)環(huán)境，依不同行業(yè)有不同類型的污染物質(zhì)，大致可分為煙燻、有機(jī)溶劑、毒化物、粉塵等。對(duì)範(fàn)圍小且集中的污染物可採(cǎi)傳統(tǒng)式局部排氣裝置；對(duì)範(fàn)圍大且不易捕集的污染物則可採(cǎi)模組化氣流亭裝置。在過去輔導(dǎo)廠商之案例中常發(fā)現(xiàn)的問題包括：氣罩與污染源距離過大，因氣罩造成工作上的不便而不使用，空氣過濾集塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，或者未定期進(jìn)行檢查與維護(hù)保養(yǎng)導(dǎo)致系統(tǒng)無法達(dá)到其預(yù)期之功能，對(duì)業(yè)者不僅造成資源浪費(fèi)，而且未能有效改善環(huán)境品質(zhì)與員工的安全健康。對(duì)於電子廠銲接作業(yè)(圖5)，因考量作業(yè)的方便性，大多採(cǎi)用外裝式移動(dòng)氣罩來捕集煙燻，以防止污染物造成作業(yè)人員過度曝露。銲接時(shí)必須儘量靠近氣罩，以降低煙燻逸散範(fàn)圍，使氣罩能有效捕集，並留意軟管的長(zhǎng)度不可太長(zhǎng)，以免增加系統(tǒng)的壓阻，造成風(fēng)量較低，影響系統(tǒng)效率。圖5.電子零件銲接圖6.氣流亭結(jié)構(gòu)與實(shí)例對(duì)於污染範(fàn)圍大且不易捕集的化學(xué)粉體廠及有機(jī)溶劑作業(yè)環(huán)境，可採(cǎi)用模組化氣流亭裝置。近年來在本中心輔導(dǎo)化工廠、噴漆作業(yè)場(chǎng)所的計(jì)劃中，此項(xiàng)設(shè)備對(duì)作業(yè)環(huán)境的改善有不錯(cuò)的成效。其主要之結(jié)構(gòu)與案例如圖6所示，主要分為二個(gè)區(qū)域，一為工作區(qū)，氣流亭之工作區(qū)相當(dāng)於一個(gè)崗?fù)な綒庹郑粸檫^濾區(qū)，其中工作區(qū)為工作人員作業(yè)空間，由於抽風(fēng)系統(tǒng)使其形成一負(fù)壓區(qū)，一旦污染物逸散出來，隨即為氣流帶入過濾區(qū)。過濾區(qū)之濾材則因污染物之種類而異。粉塵則使用卡匣式袋式集塵器，有機(jī)溶劑則採(cǎi)用活性碳過濾器。過濾後之乾淨(jìng)空氣由尾管排出。當(dāng)一般粉塵或有機(jī)溶劑系統(tǒng)無法解決時(shí)或污染源面積廣闊之作業(yè)環(huán)境，均可考慮以模組化氣流亭方式處理。五、結(jié)語在諸多生產(chǎn)製程及原物料加工廠，大多採(cǎi)用通風(fēng)控制系統(tǒng)來捕集及處理污染物，以有效維護(hù)作業(yè)環(huán)境空氣品質(zhì)。通風(fēng)系統(tǒng)之應(yīng)用範(fàn)圍相當(dāng)廣泛，從工廠屋頂簡(jiǎn)單的自然排風(fēng)扇到複雜的製程排氣系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)皆是。因此工業(yè)通風(fēng)實(shí)為維護(hù)廠房?jī)?nèi)外空氣品質(zhì)之主要途徑。而其系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)之好壞，對(duì)環(huán)境品質(zhì)與員工的安全衛(wèi)生乃至產(chǎn)品之良率皆有重大的影響。故廠內(nèi)外兼顧之功能性設(shè)計(jì)，不僅能符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使員工能在乾淨(jìng)舒適之廠房?jī)?nèi)工作。改善環(huán)境與提升工作效率兩者兼顧，如此才是業(yè)者及員工之真正需求。六、參考文獻(xiàn)1.林慶峰、林文海、陳友剛、胡石政、謝文德，”工業(yè)通風(fēng)技術(shù)手冊(cè)”，2000.10。2.ACGIH,”IndustrialVentilationManual”,21sted.1992.