潔凈廠(chǎng)房通風(fēng)工程控制技術(shù)

　　一般廠(chǎng)房作業(yè)環(huán)境中之有害物于發(fā)生源產(chǎn)生后會(huì )經(jīng)由傳播路徑擴散而達于作業(yè)者，因此作業(yè)環(huán)境之控制對策可從發(fā)生源、傳播擴散路徑及接受曝露者三方面來(lái)實(shí)施控制，惟以工程控制之觀(guān)點(diǎn)而言，好是在污染物發(fā)生的地點(diǎn)就近將污染物質(zhì)予以控制處理，避免有害物質(zhì)擴散。為了確保員工之安全衛生及良好的作業(yè)環(huán)境，應就其作業(yè)環(huán)境加以工程改善，對于有害氣體、蒸氣或粉塵等作業(yè)環(huán)境之改善，可采用一或二種合并方式以解決有害物質(zhì)之曝露危害。以下則對工廠(chǎng)常應用之整體換氣與局部排氣系統作簡(jiǎn)單描述:
　　一、整體換氣系統
　　潔凈廠(chǎng)房通風(fēng)之控制方式主要為整體換氣(稀釋通風(fēng))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(fēng)系統，其主要功能在于將新鮮外氣提供于作業(yè)場(chǎng)所，稀釋作業(yè)場(chǎng)所有害濃度，并將有害物藉空氣的流動(dòng)排出室外。因此就空氣與有害物的關(guān)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。在勞工安全衛生法規中，有關(guān)通風(fēng)法令均對整體換氣裝置之設置時(shí)機、原則及基本性能要求有所規范。然而空氣在室內的流動(dòng)形態(tài)對整體換氣效能具有相當顯著(zhù)的影響，而且往往是無(wú)法確切掌握的因素。室內的幾何狀態(tài)、隔間、設備的擺設、溫度壓力的分布、進(jìn)排氣口配置以及人力刻意造成的強制通風(fēng)等都是室內氣流的影響因素。
　　整體換氣在不同的適用場(chǎng)合中有不同的解釋及計算方式。如以控制室內空氣品質(zhì)(Indoor Air Quality, IAQ)為目標時(shí)，整體換氣是以提供新鮮空氣、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(shí)&dil;則以新鮮空氣稀釋被污染的空氣，以達到工業(yè)安全及衛生的目的。由于空氣具有由高壓往低壓流動(dòng)的特性，為考慮廠(chǎng)內氣流之分布及避免通風(fēng)不良處之有害物質(zhì)累積，一般我們均希望送、排風(fēng)均以機械方式強迫實(shí)施并經(jīng)由送風(fēng)、排風(fēng)管系之設計安排來(lái)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(wú)毒性或低毒性污染物之排除極為有效。在污染控制效益方面&dil;根據美國工業(yè)安全衛生師學(xué)會(huì )ACGIH (American Conferen of Governmental Industrial Hygienists) 研究，整體換氣較不適用于粉塵或熏煙之作業(yè)場(chǎng)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，因此極易局部高濃度之情形，無(wú)法以此裝置來(lái)予以控制。所以此種系統通風(fēng)并非通風(fēng)設計工程師會(huì )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(shí)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，首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(chǎng)所空間大小(3)蒸發(fā)率、恕限值(Threshold Limit Value, TLV) 及小爆炸下限值 (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(fā)生源或接近發(fā)生源位置將污染物補集排除&dil;減低作業(yè)人員呼吸帶污染物之濃度&dil;為有效控制作業(yè)場(chǎng)所中空氣污染物之方法。局部排氣系統包含氣罩、風(fēng)管、空氣清凈裝置、風(fēng)扇等四個(gè)主要組件，于許多狀況下整體換氣與局部排氣系統二者會(huì )并用&dil;其整體之規劃宜經(jīng)合理之考量&dil;才能發(fā)揮其功效。
　　氣罩為局布排氣系統之開(kāi)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(guān)，而且對于通風(fēng)系統在經(jīng)濟上及工程上更有著(zhù)極大之影響。以粉塵為例，在粉塵來(lái)源已確定及定量后，即可開(kāi)始工程及經(jīng)濟評估作業(yè)，標準的防塵局部排氣系統包含在各粉塵發(fā)生源裝設氣罩、導引風(fēng)管、集塵過(guò)濾裝置及風(fēng)機馬達。一般而言集塵氣罩離粉塵源愈近，系統經(jīng)濟效益愈佳;氣罩離粉塵源愈遠，集塵率愈差且排風(fēng)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(gè)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(guān)鍵。如果氣罩設計不良，不但粉塵無(wú)法有效控制，致始粉塵散逸防礙視線(xiàn)，影響作業(yè)員工健康、增加工廠(chǎng)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(guò)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(fā)生之危險性，因此對整體經(jīng)濟效益影響甚鉅。故于系統設計規劃之初，必須視作業(yè)方法，擴散狀況選擇適當大小及型式之氣罩，同時(shí)正確評估其排風(fēng)量及壓力損失、控制風(fēng)速等，俾能據以作適當之系統設計。
　　由于通風(fēng)控制工程廣泛地應用至各個(gè)行業(yè)，從傳統工業(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(fēng)系統(整體換氣與局部排氣系統)，以捕集及處理制程時(shí)所產(chǎn)生之有害物質(zhì)。由于通風(fēng)控制系統普遍地應用于產(chǎn)業(yè)界，使得通風(fēng)技術(shù)輔導，愈加顯得日趨重要。在過(guò)去輔導廠(chǎng)商之案例中，經(jīng)常發(fā)現由于通風(fēng)系統設計不當，或者未定期進(jìn)行檢查、保養維護，以至于系統無(wú)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(fēng)工程測試方法
　　通風(fēng)測試的目的在于評估通風(fēng)系統的性能，以確保其符合設計上的各項需求，同時(shí)也可作為通風(fēng)設施實(shí)際運轉后是否需要保養維修的參考。通風(fēng)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(dòng)來(lái)排除，氣流的流動(dòng)狀態(tài)對于污染物的捕集效率有絕對的影響，氣流可視化即是觀(guān)測流場(chǎng)的分布情況以對通風(fēng)系統作定性的評估。一般可視化的方法為于流場(chǎng)中放煙，而后觀(guān)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(fēng)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(fēng)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(fēng)常使用絲線(xiàn)懸垂于出風(fēng)口，此時(shí)絲線(xiàn)的偏擺角度不得超過(guò)14度，依此判斷其流場(chǎng)是否為平行層流。此外，亦可利用超音波將純水作霧化處理，以之作為放煙物質(zhì)進(jìn)行流場(chǎng)的可視化。
　　(2) 實(shí)驗量測法：利用實(shí)驗設備直接測量重要的流體流動(dòng)特性，包括壓力、流速、流量等。常用的實(shí)驗量測設備包括熱線(xiàn)測速儀，皮扥管(Pitot tube)、超音波風(fēng)速計、壓力量表、葉輪轉速計等。此法的優(yōu)點(diǎn)是可對流場(chǎng)作定量的分析，結果也為準確，缺點(diǎn)則是須量測的足夠的點(diǎn)數，因此耗費大量的人力、物力與時(shí)間。
　　(3) CFD仿真法：在廠(chǎng)房通風(fēng)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(xué)(Computtional Flow Dynamics, CFD)的方式，求解一組描述物理問(wèn)題之控制方程式如連續、動(dòng)量、能量、等方程式，以獲得包括流場(chǎng)、壓力場(chǎng)等各項氣體的流動(dòng)特性。隨著(zhù)CFD技術(shù)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(diǎn)是能快速獲得結果并作實(shí)時(shí)修正，以降低系統工程錯誤設計之風(fēng)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據做比證，以作為修正數值偏差的依據，進(jìn)而確保計算結果的正確性。
　　四、 結論與建議
　　工廠(chǎng)通風(fēng)技術(shù)已行之多年，對于過(guò)去在整體換氣及局部排氣方面，不論是由提高工業(yè)安全或提升生產(chǎn)品質(zhì)的角度來(lái)看，其所扮演的角色均日益重要，不可輕忽。過(guò)去技術(shù)乃基于以往作業(yè)情形所發(fā)展出來(lái)，由于制程之產(chǎn)量、機臺尺寸乃至廠(chǎng)房作業(yè)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(guò)去之技術(shù)若要完全應用于當今現場(chǎng)作業(yè)可能有其困難性，即使是正確的原理，亦必須作技術(shù)修正，以符合現場(chǎng)需求。而通風(fēng)系統整體本身，除了須針對實(shí)際運轉狀況作設計，以符合法規與生產(chǎn)之所需，還須注意其運轉狀況并作定期的檢查。以進(jìn)一步預防意外事件的發(fā)生，同時(shí)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。

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