林慶峰

工業技術研究院

環境與安全衛生技術發展中心 副工程師

一、 前言

工業通風的目的，簡單而言就是排除作業環境中對人體或產品有害的物質，以維護人員之健康提高其工作效率或提昇產品良率。工業通風之型式主要可分為整體換氣（稀釋通風）與局部排氣兩種。整體換氣一般的使用場合包括： 污染物毒性較低、污染物產生量較小、污染源分布均勻廣泛、污染源遠離作業者呼吸帶、以及污染物主要為蒸氣或氣體之作業場所。 其主要功能在於將新鮮外氣提供於作業場所，用以稀釋作業場所內有害物濃度，並藉空氣的流動將有害物排出室外。其換氣方式有自然換氣（主要是靠風力或室內外溫差）與機械換氣（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生源固定範圍小且產生量大之作業環境，其方法係於 空氣污染物發生源或接近發生源位置將污染物捕集排除，以減低作業人員呼吸帶內污染物之濃度。 一般大樓空調與半導體潔淨室 (cleanroom) 的垂直層流屬於整體換氣系統，廠房製程使用的屬於局部排氣系統，而半導體產業使用的則同時具有負壓局部排氣與正壓整體換氣兩種工業通風的特性。

局部排氣 為作業場所中最有效的空氣污染物控制方法。對當今各類產業，舉凡化工、鋼鐵、汽車、噴漆、半導體與光電等，局部排氣系統是不可或缺的設備。排氣系統設計的好壞關係到整個製程生產的良率，可見通風技術不僅用於排除製程所產生的有害氣體，也牽動了製程的穩定生產。尤其在半導體與光電產業，往往在排氣量不足時，整個製程良率會急速下降，造成生產成本的增加。在化工粉體業，排氣系統主要用於物料之輸送與作業環境污染物之捕集，因此使得製程系統能順利進行，並提供較舒適的作業環境。

局部排氣為工業衛生領域中最主要亦是最常見的污染控制技術之一。雖然現代工業技術已能做到生產完全自動化的程度，但仍有許多製造業無法採用完全密閉或無人化作業。在這種情況下，製程中之投料，製造加工及包裝等作業皆有產生危害物質的可能。為防止此類污染物造成人員過量暴露，影響勞工身體健康，除持續進行製程改善與作業管理外，對於一些無法完全避免的污染源，局部排氣系統就扮演著控制或排除污染的角色。局部排氣系統若設計得當，不但能將污染物有效排除，同時能改善作業環境空氣品質。

工業通風的目的主要有下列五項：

1. 維持作業場所之舒適－提供適當的溫度與溼度﹔

2. 排除污染物－安裝局部排氣系統將有害物質排除﹔

3. 稀釋有害物之濃度－增加換氣次數降低污染物濃度﹔

4. 供給補充空氣－避免作業場所負壓過大﹔

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、 工業通風裝置簡介

圖 1 . 排氣系統簡圖

一般局部排氣系統包含氣罩 (hood) 、導管 (piping) 、空氣清淨裝置 (air cleaner) 、風機 (fan) 等四個主要元件，如圖 1 所示，分述如下：

(一) 氣罩

氣罩為局部排氣系統之開口部份，其作用在於限制或減少污染物從發生源擴散，並導引氣流以最有效之方法捕捉污染物，而後經由導管輸送至空氣清淨裝置處理後排放。局部排氣裝置是否良好有效與氣罩之型式及設置位置有關，而且對於通風系統在經濟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之進入點，氣罩之主要功能是產生一氣流有效捕集及搬運污染物進入氣罩。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分為：

(a)全圍型－其操作過程皆於氣罩內，操作者不會暴露於污染物中，提供使用者良好之保護，適用於鑄件噴砂等場所。

(b)崗亭型－部份或完全開口作為通道，開口面需有足夠風速以防止氣罩內之污染物向外擴散，適用於噴佈塗裝等場所。

(c)隧道型－此型與崗亭型類似，只是有兩個開口以利製程操作方便，污染物發生源仍在氣罩內，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所。

2. 外裝式：此種氣罩多因作業因素無法包圍污染源，以獨立設置且不妨礙作業為主，但有需耗費較大之風量，且易受外在亂流影響之缺點。應注意操作者與污染源及氣罩之間相對位置關係。適用於電鍍洗滌、銲接等場所。

3. 接收式：利用污染物特性順利進入氣罩，常見的可利用特性包括：有運動慣性之污染物及污染物具有熱浮力而產生上升氣流之高溫作業場所，適用於研磨、熔融等場所。

4. 吹吸式：對清洗塗裝之物件過大影響氣流或無法有效排除污染物時，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呼吸帶影響作業人員。適用於電鍍洗滌等場所。

(二) 導管

工業通風系統內使用之導管最好為圓管，其次為方形管，再其次為矩形管。可區分為直管、彎管 ( 肘管 ) 、合流管、漸縮管及漸擴管。其功能主要為連接氣罩、空氣清淨裝置及風機的介面。對排氣系統中導管的壓力損失，管徑、導管中風速及接法有很大的影響。其接法如圖 2 所示：

圖 2. 導管接法

(三) 空氣清淨裝置

依欲處理之污染物質特性，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缺點

2. 廢氣處理裝置

(a) 吸收器－利用適當的液體藉其與氣流中的可溶性或化學反應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。一般活性碳對無極性或弱極性之有機溶劑有不錯的效果。

(c) 燃燒器 ( 焚化爐 ) －導引有害廢氣進入鍋爐或爐內燃燒。

(四) 風機

風機為引導空氣流動之設備，其重要性猶如人體的心臟，選用合適的風機除了能有效使系統運轉，亦能節省能源增加效益。風扇種類型式眾多，在工業通風系統中大致可分為軸流式 (axial flow type) 與離心式 (centrifugal type) 兩大類。

1. 軸流式 ─ 引導氣流由葉片中心順軸平行吹出，靜壓低，多用於低阻力場所。

2. 離心式 ─ 由被驅動的圓環式葉輪旋轉產生動力，使氣流由圓環中心進入，隨葉片向外輻射吹出，與軸流式相比靜壓高、噪音低、可輸出較大風量。

風機之選擇需能輸送必要之風量及克服系統之壓力損失。 風機馬力 (Hp) 之計算如下式，

h ：機械效率 (%) ， 0.5~0.75 ，隨不同廠牌及型式而異

Q ：總風量 (m 3 /min)

D P t ：總壓損 (mmH 2 O)

系統特性曲線 ( 圖 3) 說明當一特定系統輸送各種風量時，所需克服的靜壓力。風機基本選擇是根據系統特性曲線與風機性能曲線相交點所得即是系統之運轉點，其需落在效率與穩定性較佳之 II 區，若落在 I 區則會導致速度不穩定與噪音，在 III 區則效率太低。排氣系統中如風量不足，相同型式風機可數個並聯使用以增加其風量；如需提高靜壓可數個串聯使用以增加其靜壓。相同型式風機大小有加成效果，對不同型式風機必須慎選評估，因可能引起反效果而無正面效益。

圖 3. 風機性能與系統曲線圖

三、 工業通風設計流程

圖 4 為工業通風排氣系統設計流程圖，其第一步驟為收集相關資料：

(一) 系統安裝位置－廠房作業區之佈置圖

(二) 使用設備、物料及製程－瞭解物質之危害性、逸散方式及操作習慣

局部排氣裝置為能有效捕集各種有害物質進入氣罩，並控制作業環境中有害物質濃度，於勞工安全衛生法規內對於特定之有害物質作業所設置之局部排氣裝置之氣罩，其控制風速均有規定標準。

1. 有機溶劑中毒預防－包圍型氣罩為 0.4 m/s ，外裝型氣罩最低為 0.5 m/s

2. 鉛中毒預防－ 0.5 m/s 以上。

3. 特定化學物質危害預防標準－氣體、蒸氣等氣狀物質為 0.5 m/s ，粉塵、纖維、燻煙、霧滴等粒狀物質為 1.0 m/s 。

4. 粉塵危害預防標準：

有了上述資料及控制風速，再依序進行設計評估

1. 氣罩－設計應考量其形狀、尺寸及安裝位置， 選擇以最小排風量而可得最大排氣效果，且不會對作業產生重大妨礙之構造，並決定其風量。

表 2. 最小風管搬運速度

2. 最小風管搬運速度－ 國內法規於局部排氣系統中只針對污染源的控制風速作一最低需求，未對通風系統中的管速有所要求，表 2 依據美國政府工業衛生師協會 (ACGIH) 工業通風設計中提供之不同污染物及環境下所需排氣速度下限。另外，要選定主風管與支管之管徑。

3. 排氣系統壓力平衡－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.計算系統總壓損後，依風機馬力公式計算適當之風機大小型式。

圖 4. 工業通風排氣系統設計流程圖

局部排氣裝置與系統設計上應注意事項：

1. 接近發生源﹔

2. 足夠的控制風速﹔

3. 不受污染之空氣應先流經作業人員之呼吸帶﹔

4. 排氣口位置遠離進氣口，避免排出的廢氣經進氣口再次循環，或因風向產生回流﹔

5. 儘量包圍。

四、 工業通風應用於中小型工廠作業環境空氣品質的改善案例

一般中小型工廠之作業環境，依不同行業有不同類型的污染物質，大致可分為煙燻、有機溶劑、毒化物、粉塵等。對範圍小且集中的污染物可採傳統式局部排氣裝置；對範圍大且不易捕集的污染物則可採模組化氣流亭裝置。在過去輔導廠商之案例中常發現的問題包括：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，空氣過濾集塵系統設計不當，或者未定期進行檢查與維護保養導致系統無法達到其預期之功能，對業者不僅造成資源浪費，而且未能有效改善環境品質與員工的安全健康。

對於電子廠銲接作業 ( 圖 5) ，因考量作業的方便性，大多採用外裝式移動氣罩來捕集煙燻，以防止污染物造成作業人員過度曝露。銲接時必須儘量靠近氣罩，以降低煙燻逸散範圍，使氣罩能有效捕集，並留意軟管的長度不可太長，以免增加系統的壓阻，造成風量較低，影響系統效率。

圖 5. 電子零件銲接

圖 6 . 氣流亭結構與實例

對於污染範圍大且不易捕集的化學粉體廠及有機溶劑作業環境，可採用模組化氣流亭裝置。近年來在本中心輔導化工廠、噴漆作業場所的計劃中，此項設備對作業環境的改善有不錯的成效。其主要之結構與案例如圖 6 所示，主要分為二個區域，一為工作區，氣流亭之工作區相當於一個崗亭式氣罩，一為過濾區，其中工作區為工作人員作業空間，由於抽風系統使其形成一負壓區，一旦污染物逸散出來，隨即為氣流帶入過濾區。過濾區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，有機溶劑則採用活性碳過濾器。過濾後之乾淨空氣由尾管排出。當一般粉塵或有機溶劑系統無法解決時或污染源面積廣闊之作業環境，均可考慮以模組化氣流亭方式處理。

五、 結語

在諸多生產製程及原物料加工廠，大多採用通風控制系統來捕集及處理污染物，以有效維護作業環境空氣品質。通風系統之應用範圍相當廣泛，從工廠屋頂簡單的自然排風扇到複雜的製程排氣系統以及空調系統皆是。因此工業通風實為維護廠房內外空氣品質之主要途徑。而其系統性能設計之好壞，對環境品質與員工的安全衛生乃至產品之良率皆有重大的影響。故廠內外兼顧之功能性設計，不僅能符合環保排放標準，同時使員工能在乾淨舒適之廠房內工作。改善環境與提升工作效率兩者兼顧，如此才是業者及員工之真正需求。

六、 參考文獻

1. 林慶峰、林文海、陳友剛、胡石政、謝文德， ” 工業通風技術手冊 ” ， 2000.10 。

2. ACGIH, ”Industrial Ventilation Manual”, 21st ed. 1992.

3. Burgess, W.A., M.J. Ellenbecker, and R.D. Treitman, “Ventilation for Control of the Work Environment”, John Wiley & Sons, 1989.

4. 王洪鎧， " 工業通風設計基礎 " ，徐氏基金會， 1990 。

5. 謝文德， " 氣流亭於粉體作業環境之設計與應用 " ，能源環保工業雜誌，第 25 期， 2000 ， p86~93 。

6. 江懷德， " 管路系統的設計法 " ，通風系統與送風機技術講座， 1995 ， 39-48 。