1、通風工程,教師:吳友烈國立勤益科技大學 冷凍空調系 助理教授,參考資料,工業通風設計概要、鍾基強 編著、全華科技圖書股份有限公司作業環境控制-通風工程、林文海賴全裕呂牧蓁 編著、新文京開發出版有限公司工業通風、楊振峰林進一陳友剛 編著、高立圖書有限公司負壓隔離病房指引、行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所http:/st2.fju.edu.tw/a9092064/941/8.ppt#257,3,工業通風的分類http:/www.iosh.gov.tw/data/f2/sp54-6.htmhttp:/staffweb.ncnu.edu.tw/hyshin/class/she/chapter2/19
2、%B9%EA%C5%E7%AB%C7%B3q%AD%B7(final).ppt#263,7,整體換氣與局部排氣http:/www.iosh.gov.tw/data/f2/sp52-5.htmhttp:/.tw/lab-main2.jsp?PC=TW&c_id=10,課程大綱,1.通風工程基本概念介紹 2.空氣相關理論特性介紹 3.整體換氣系統介紹4.局部排氣通風系統介紹 5.氣罩的選擇與設計 6.風管的種類與空氣流體行為 7.風機的設計與選擇 8.局部排氣系統之設計與壓損計算 9.換氣與空調系統 10. 追蹤氣體量測技術 11. 通風系統之設計、安裝與測試. 12.通風工程實際應用實務介紹,1
3、.通風工程基本概念介紹,通風工程的意義:藉由供給或排除空氣，調節環境的空氣品質。通風工程目的: 1.排除作業環境之有害氣體 2.作業環境中舒適性的控制3.防止火災和爆炸的發生 4.提供較高品質的作業環境,給排氣系統,工業通風,局部排氣系統(Local exhaust system),氣罩(Hood),風管(Duct),污染防制設備,排風扇(Fan),整體換氣系統(General displacement),自然通風系統(Natural ventilation),機械通風系統 (Mechanical ventilation),給氣系統,排氣系統,工業通風系統種類圖示圖,整體換氣,定義:在作業廠所
4、產生污染物時，在污染物到達人員呼吸範圍前加以稀釋排除，以降低人員傷害。紅色圓點代表勞工淺藍色方塊代表各加工站排氣風扇則以帶箭號（用以指示風向）的綠色圖案表示,局部換氣,定義:指將一具有高濃度、有毒性、腐蝕性、可燃性等空氣污染源趁其未擴散前利用吸氣流將其補及排出處理。,通風效率與捕集效率,通風效率（Ventilation efficiency）:進排氣口處與室內污染物平均濃度差異。整體通風效率:整體通風效率ce:排氣口污染物穩態濃度cs:進氣口污染物穩態濃度:污染物平均穩態濃度,工業通風的問題與特徵,工業通風的問題可由觀察逸散源、工作者行為及空氣動向得知。,2.空氣相關理論介紹,所有通風系統中空
5、氣皆是控制媒介。 空氣組成成分:氣體、蒸氣、和氣膠等物質。空氣的性質:質量、重量、密度、溫度、黏度等性質。,風管內之靜壓、動壓與全壓圖,常用壓力單位:1atm=1.0333 kgf/cm2 =1.0133105 N/m2 =1.0133 bar =14.7 psi =10.333 mH2O(水柱) =760 mmHg,Q=VA(質量守衡連續方程) Q是體積流率 V是速度 A是面積,體積流率,動壓和速度壓的關係,大約300年前，伯努利成功的描述動壓與速度之間的關係。在調整成我們常用的單位後，它們的關係可以用下面的公式描述：,英制(inH2O);(ft/min),公制(mmH2O);(m/sec)
6、,空氣中的氣膠,氣膠的產生方式:機械式、化學式、空氣移動、混合。氣膠的沈積:當知道粒子的沉積速度，也就可以知道最後的速度由Stokes定律推導出：,(mps),(fpm),標準環境下，當苯蒸發到空氣中，可佔多少空間？ 苯的分子重量為78，因此，一磅莫耳的苯重78磅。假如78磅全部蒸發，在標準環境下，會充滿387ft3的空間。而且，假如在標準環境下一克莫耳被蒸發，會充滿24.1公升的空間。 甲烷CH4一莫爾分子重16g，會充滿24.1公升空間，所以當0.5g甲烷全被蒸發會充滿多少空間？ 0.5/1624.1公升,蒸氣源,3.整體換氣系統介紹,定義:作業廠所內有害物質發生源所產生的污染物，在尚未到
7、達作業人員呼吸區(約鼻孔周圍12立方英呎之呼吸空間)，導入新鮮空氣稀釋，使污染物濃度降低製作業環境濃度以下。整體換氣:自然換氣、機械換氣,自然換氣,定義:自然換氣方式為不使用機械動力的換氣方式。優點:比機械換氣省錢缺點:不易獲得預期的換氣效果註:所以自然換氣會以動力機械換氣裝置輔助 如送風機、排氣機等已達到預期效果 換氣方法:風力換氣法、溫度差換氣法、風力與溫度差倂用法、分子擴散法、慣性力排除法。,自然換氣：主要是利用溫差或風力的方式交換室內外空氣，利用自然通風的方式成本低，幾乎不需要運轉費用，但換氣量受溫度及室外風速等因數影響而較難控制，故使用受限制效率低。,氣樓通風(太子樓),屋頂渦流自然
8、通風,1.風壓室外氣流吹過建築物時，氣流將發生繞流。在建築物附近的平均風速隨建築物高度的增加而增加。迎風面的風速和風的紊流度對氣流的流動狀況和建築物表面及周圍的壓力分佈影響很大。由於氣流的撞擊作用，迎風面靜壓力高於大氣壓力，處於正壓狀態。在一般情況下，風向與該平面的夾角大於30時，會形成正壓區。,風壓作用下的自然通風,室外氣流發生建築繞流時，在建築物的頂部和後側形成旋渦。屋頂上部的渦流區稱爲回流空隙，建築物背風面的渦流區稱爲迴旋氣流區。根據流體力學原理這兩個區域的靜壓力均低於大氣壓力，形成負壓區，我們把它們統稱爲空氣動力陰影區。由於室外空氣流動造成的建築物各表面相對未擾動氣流的靜壓力變化，即風
9、的作用在建築物表面所形成的空氣靜壓力變化稱爲風壓。,機械換氣,定義:顧名思義就是以機械來代替自然排氣達到所要的效果優點:依需求可以控制換氣動力位置可以更為靈活的做換氣。缺點:技術要求較高、經濟負擔較大依動力裝置可分:排氣方式、給氣方式、給排氣併用方式。,機械換氣：主要是利用排風機強制空氣流動達到換氣的目的，利用排風機可單獨對室內實施供氣或單獨排氣，也可同時供氣與排氣，不同的組合各有不同的效果，雖然附加風機設備耗費能源，但換氣效率較高。,整體換氣效應討論(續),補氣風向與有害物,通風方式選擇評估原則,1.決定可接受的暴露濃度。2.汙染源。3.空間與氣流的特性。4.氣候條件造成的影響。 5.員工工
10、作習慣的特性。6.預估需要的稀釋空氣量。,整體換氣適用條件,適用條件： 污染源並無致命毒性污染源最初為蒸氣或氣體，或為適於呼吸的大小污染源始終發生於常態污染源到處都是污染源離人有一定距離非高、低溫條件外在環境比工作場合乾淨,不適用條件： 污染源具有高度毒性污染源為大顆粒只有部分環境具有污染源為局部的大污染源工作人員在污染源附近建築物在特殊氣候中污染源使得附近環境變的惡劣即使暴露量低於TLV或PEL，但還是導致污染源濃度過高而使人員發生過敏或身體不適,整體排氣的目的,稀釋排除有害污染物控制作業環境溫度供給補充新鮮空氣提供舒適之作業廠所預防火災與爆炸,空氣的置換,流率，及ACH代表了每小時空氣的置
11、換量。有時設計規範會要求含有可燃物的空間內ACH=6。理論上，空氣的替換指的是整個空間內的空氣都需被替換。實際上，更換的只不過是局部的地方罷了。,每小時空氣的置換量是種較古老也較不實用的通風量測方法。其公式如下： 英制 公制其中：N是每小時空氣的替換數Q是空氣體積流率【USacfm, SIacms】Vr是空間容積【UScubic feel, SEcubic meters】,4.局部排氣通風系統介紹,局部換氣系統能在汙染物侵入工作場所前補集污染源或是汙染源附近區域的逸散物。目前有兩種主要的局部換氣系統：1.製程廢氣排除2.公共衛生排氣,可能考慮採局部排氣系統的條件,1.無法實施合乎成本效益的控制
12、時。2.污染物是具有危險的。3.員工位於污染源的鄰近區域。4.逸散率隨時間而變。5.污染物是大或小時（與污染源太小、太多或是 容易消失不同）。6.污染源有固定傾向（與流動性不同）。7.規則或標準要求局部換氣是需要的設備。,局部排氣系統之基本組成元件,1.氣罩（Hood） 2.管路（Piping） 3.風機（Fan） 4.空氣濾清器（Air cleaner）5.排氣管（Stack）,靜壓(Static Pressure),靜壓:在局部排氣系統中，風機上游處創造了一個比大氣壓力還低的低壓區，由於壓力在氣罩內降低使氣罩內形成負壓區，空氣被吸入氣罩推入管內，則此低壓即為靜壓。,局部排氣的靜壓分佈,下圖
13、顯示在局部排氣系統中的靜壓分佈情形。注意在空氣接近風機時其靜壓值是增加的。相反的，當空氣接近大氣時靜壓亦接近零。,局部排氣的壓力損失,管路摩擦損失經由肘部、收縮管、擴張管、孔口處造成的損失進入歧管或濾清器的損失氣罩擾流或束縮面造成的損失風機系統效率造成的損失風門、閥、孔口、空氣濾清器、氣罩等特殊裝置造成的損失其他裝置例如特殊的氣流控制裝置、排氣管、消音器或是其他的裝置造成的損失,局部排氣的靜壓損失,靜壓損失可直接由管路速度壓直接求得。（但濾清器除外） 損失通常用兩種形式描述之：水柱高和速度壓的百分比以下的方程式可以用來求得靜壓損失和平均管路速度壓PV間的關係：PSL= KLOSS PV d其中
14、：PSL=靜壓損失 【英吋 水柱 or 公厘 水柱】KLOSS=損失係數，由實驗值決定 PV =管路中平均速度壓 【英吋 水柱 or 公厘 水柱】 d =密度修正係數,肘管損失,空氣經過肘管或歧管會導致耗盡了靜壓（進入肘管將造成損失）。原因很複雜，但我們所必須做的是減低方向的改變、摩擦力、震動造成的損失，擾動的影響，或是外部空氣串聯而成的氣牆所造成的損失。,T型歧管損失,分歧管的損失，有時會稱T型損失或三角損失，有兩種估算的方法。按照美國職業衛生協會的方法，損失被假設為只發生在歧管中。要注意的是，當歧管角度增加，損失係數也跟著增加。45度的歧管損失係數K0.28。 已修正過的美國職業衛生學會方
15、法對於計算風管接合處之壓損，（例如，歧管通常小於主要管路，入口通常在逐漸變細的錐管中間，此錐管角度不超過15度，諸如此類），而角度並不會高於45度。,分歧管壓力損失細數表,其他損失,在通風系統中還有其他的靜壓損失。氣罩入口風機系統效能損失漸縮漸擴管損失空氣濾清器的損失排氣口損失等等,局部排氣概說,依空氣中有害物移動過程,室內污染源有害物溢散到空氣中有害物流入氣罩含有有害物的空氣沿著氣罩導管前進匯合其他氣罩導管的氣流流經空氣清潔裝置過濾後氣體流經排氣機沿排氣導管上升到室外由垂直排氣口或煙囪排出室外。,一個局部排氣系統，風機會使氣罩內變成負壓區。大氣壓力會使空氣進入氣罩內，並使輸送管內的壓力趨近於
16、平衡。,在氣罩以內，所有可利用的靜壓都轉換成速度壓及氣罩的進入損失。此”氣罩內靜壓”，SPh，轉換成速度壓VP及空氣進入氣罩的壓力損失，He(氣罩損失)。,可用下列的方程式描述之： 或,進入氣罩的壓力損失（he）就是從氣罩面到導管內量測點所有損失的總合,heKVPd,局部排氣概說(續),控制風速Vc 與補集風速Vc 的概念,外裝式氣罩的抽氣風速越高，補集效率越佳,P,Vc,Vg=0,Vg,Vc,捕捉點,P,X,X,飛散限界點,發散源,開口面,局部排氣概說(續),為什麼氣罩會有壓損？,改變動量(方向與速度) 氣體分子摩擦,局部排氣概說(續),實際使用的外裝式氣罩,溝槽型,百葉型,長方形型,格條型
17、,圓形,長方形,向上吸引型外裝式氣罩,向下吸引型外裝式氣罩,側向吸引型外裝式氣罩,局部排氣概說(續),實際使用的包圍式氣罩,包圍型氣罩：發生源在氣罩裡面者。,覆蓋式,套箱式,氣櫃型,建築岡亭型,一般包圍式氣罩,密閉手套箱(密閉取決於什麼?),觀察窗,局部排氣概說(續),實際使用的包圍式氣罩(排氣櫃),局部排氣概說(續),吹吸式氣罩,氣罩設置分為：吹出氣罩吹出氣流將污染有害物吸入氣罩：而吸入氣罩將吹出氣流及污染有害物吸入氣罩內。,局部排氣概說(續),那個作法比較好?,局部排氣概說(續),那個作法比較好?,整流板,局部排氣概說(續),那個作法比較好?,5.氣罩的選擇與設計,氣罩:設於有害物污染源附
18、近，用已有效捕集有害物，避免其逸散至作業環境中，或是到達勞工呼吸。氣罩形式分類:包圍式、外裝式、接收式氣罩控制污染源則是利用機械裝置：(1)圍住或控制污染源。(2)直接吸取受污染的空氣。(3)在污染物被散發出來後補集它。,基本氣罩的優缺點,1.包圍式: 優點:將汙染源全部予已包圍，只留觀察孔等較小的開口，於開口部份產生吸氣氣流，使污染空氣不至逸流於外部。 缺點:作業特性需性能配合。2.外裝式 優點:獨立設置，不致妨害作業。 缺點:因巫染源位於開口面外，易吸入非污染氣流，需耗費較大之動力，且亦受亂流影響。3.接收式: 優點:順應污染氣流方向接受污染空氣加以排除。 缺點:使用場合有限,氣罩選用建議
19、原則,1.盡量避免使呼吸帶和有害物存在範圍重疊2.密閉作業優先考慮3.其次考慮包圍式氣罩4.高風速低流量氣罩5.氣流亭(工研院)6.外裝式氣罩，最好另加其他輔助控制方式,或SPh在輸送管裡提供給氣罩的靜壓PV輸送管平均速度壓he進入氣罩的壓力損失所有的項目在方程式裡面都應該被考慮為正的，甚至我們知道靜壓在前面提到的符號裡面也有可能是負的。(在風機的上游側。),氣罩內靜壓公式,氣罩內靜壓的量測,氣罩內靜壓SPh從氣罩內去量，從氣罩下游大約46個導管直徑的位置。PV，導管的平均速度壓，量測的位置一樣。,進入氣罩的壓力損失計算,進入氣罩的壓力損失，He，就是從面到導管內量測點所有損失的總合，在第五章
20、我們可以由下列方程式得之大部分損失的計算。P (loss)=K PV d氣罩進入損失一樣可以從下列方程式得知heK PV d把氣罩靜壓損失方程式取代進去，我們可以得到 SPh PV he PV K PV d (1Kd)PV 損失係數K會隨著氣罩外形的改變而改變。,束縮面,由於束縮面在導管的喉部形成，最大的損失在常態下亦發生在導管入口。下圖說明縮口的部分。縮口中心通常在導管內半個直徑的地方。,氣罩捕集效率,氣罩的效率可以描述成實際氣流量對理想氣流量之比。此比值稱為氣罩吸入係數，Ce。,假如將所有氣罩的靜壓全部轉變成為速度壓，則可以達到理想氣流量，但我們知道這是不可能的，一個類似但是用的比較多的公
21、式可用來估計 Ce其顯示如下：PV是平均導管速度壓，SPh是氣罩靜壓力的絕對值。,有趣的是，Ce跟K（氣罩的損失係數）與he（氣罩的入口損失係數）也有關係。,三種基本氣罩型式為：,1.包圍式氣罩（Enclosing hood）2.接收式氣罩（Receiving hood）3.外裝式氣罩（Exterior hood）,當我們在選擇，設計，或維修氣罩的時候，則必須要決定下列一些重要的參數。,1.它的最佳形狀2.必須要能控制污染源的流量Q3.摩擦係數4.氣罩吸入係數Ce5.速度(面速度、補給速度、導管內傳送速度)6.尺寸,包圍式氣罩,1.僅在必要的地點提供入口通道。 2.確定氣罩是適合此工作環境；並
22、檢驗此設計是否符合作業需要。 3.通常地，氣罩能夠被包圍起來且面速度提升到Vf=400 呎/分則不需流量Q或馬力（功率）上任何的改變。,僅在必要的地點提供入口通道。確定氣罩是適合此工作環境；並檢驗此設計是否符合員工需要。通常地，氣罩能夠被包圍起來且面速度提升到Vf=400 呎/分則不需在流量Q或馬力（功率）上任何的改變。,包圍式氣罩的設計與使用,接收式氣罩,1.僅使用在高溫作業場所（上升氣流的高溫處理）。 2.估計上升空氣氣流時的初始和終端的速度。 3.從氣罩抽光的空氣體積必須超過抵達氣罩表面的空氣體積。 4.當熱空氣上升時，上升的空氣有擴散的趨勢。 5.氣罩盡量接近污染源。,僅使用在高溫作業
23、場所（上升氣流的高溫處理）估計上升空氣氣流時的初始和終端的速度。從氣罩抽光的空氣體積必須超過抵達氣罩表面的空氣體積。加熱，當空氣上升時，上升的空氣有擴散的趨勢。當接近污染源時放置全覆式氣罩。,接收式氣罩的設計與使用,側吸式氣罩,側吹式氣罩是個複合式氣罩，它需要空氣進入兩次，第一次通過長縫口進入充氣室，在此地方速度降低許多，然後再由充氣室進入導管內。,如果現存的氣罩太大的話，可以藉由氣罩內部邊的凸緣來校正。（縮小面積會增加速度。）接收式氣罩對側吹氣流特別易受影響。側吸式氣罩通常幾乎使用狹長縫口，側吸式氣罩是個複合式氣罩，它需要空氣進入兩次，第一次通過長縫口進入充氣室，在此地方速度降低許多，然後再
24、由充氣室進入導管內。長縫口內的速度至少比充氣室的速度大2-3倍。側吸式口氣罩的進口損失係數與複合式氣罩的係數相同 。,側吸式氣罩的設計與使用,6.風管的種類與空氣流體行為,風管:主要功能再將氣罩內之汙染物送至汙染防制設備，使廢氣經處理合乎法規後予以排放。風管大致可以分為兩部份，一指自氣罩搬運污染廢氣經污染防制設備至排氣機，屬吸氣風管，包括連接於各氣罩之歧風管、合流風管、主風管等，為排氣機吸入前方之風管總稱；另一種風管為自排氣機到排氣口間的排氣風管,當空氣流經管路時，所遭受到的摩擦包含彼此之間的相互摩擦與流經管面的摩擦。（摩擦你的雙手，你所感覺到的熱是由摩擦所產生）然而，假如我們以微觀的方式看管
25、路與空氣間的接合面，我們看到一個薄層（“邊界層”只有幾微米）靜止不動，空氣也不會移動，在此區域中，壓力的變化可能存在或不存在，取決於物體本身的形狀 。,風管內的流速,當我們開始接近管路中心，我們會看到速度逐漸增加，直到一個穩定區域（如下圖）。注意下面直管的橫截面：1管邊的速度V = 0。2管中心的速度為最大值（通常這裡會被除去）。3平均速度會稍微小於中心速度，Vcl。,Navier-Storke 方程式的簡化,風管種類,風管種類:1.長直管2.圓形管3.方形管4.肘管5.合流6.漸縮管7.驟縮管8.擴張管,依據2005 ASHRAE Handbook chapter35標準之風管測試法測試洩漏
26、量，量測設備(nozzle chamber)依據AMCA 500D標準建置，可準確量測洩漏值並判斷其洩漏等級，提供對於風管施工品質的衡量指標,1、其厚度相當薄 2、邊界層厚度愈往下游愈厚。 3、邊界層內的速度分佈，在固體表面應滿足no-slip conditon，再由固體表面逐漸平順的增加至其邊緣的自由流流速。4、在固體表面將存在剪應力的作用5、邊界層內的流線將近似平行於固體表面，但邊界層之邊界並非一流線。 6、邊界層內的流場，亦有層流紊流之分。以平板為例，前段流場保持層流，但愈往下游其流場終究將經過一轉型區域而變為紊流,風管內之邊界層特性,風管內任意兩點間發生了壓力差會造成空氣的流動，此壓力
27、差作用於空氣導致空氣自高壓區流向低壓區。今利用Bernoulli 方程式計算空氣流動時，其動壓、靜壓與壓力損失三者間的關係。其中V：局部流線速度m/s ， P：絕對壓力，Pa：空氣密度 kg/m3，g：重力加速度，m/s2Z：高度，m,Bernoulli 方程式,假設氣體為不可壓縮流（=constant），Bernoulli 方程式可寫成：,Bernoulli 方程式(續),其中P：壓力(Pa)：流體密度(Kg/m3)V：平均管速，gc ：重力單位轉換常數（公制時為1.0 kg-m/N-s2）q：熱傳量 （J/kg）w：功（J/kg）h：揚程損失（m）,穩態能量方程式,流體的全壓損失主要來自於
28、靜壓損失和動壓損失，從動壓的定義而言動壓損失是來自於流速的下降。其中稱為靜壓也就是一般在熱力學上所談的壓力。而V2/2gc則稱為動壓或速度壓力，可代表流速或動能的變化大小，由於在公制單位下的gc值為1，因此可只將動壓寫成V2/2。將流體所具有的靜壓與動壓相加，就稱為全壓或停滯壓力。,全壓、靜壓與動壓,靜壓：動壓：全壓：可改寫成,全壓、靜壓與動壓 (續),流體在風管間流動的過程，由於能量的不可逆性的存在，全壓會朝流動方向而減少，此全壓損失的來源可區分成為兩類，分別是：摩擦損失及動態損失。摩擦損失又稱為主要損失，導因於流體的黏滯性，使流動的過程中產生摩擦，使總機械能減少，進而造成全壓損失降低；動態
29、損失又稱為次要損失，導因於風管系統的截面積與形狀改變，或因安裝各式配件與設備所造成。,風管系統的全壓損失,摩擦損失的計算,其中Pf：摩擦損失（Pa）PV：動壓（Pa）f：摩擦因子L：風管長度（m）Df：風管的水力直徑（m）,其中Pd：動態損失（Pa） ：風管系統配件的等效長度（m） ：風管系統配件的局部損失係數,動態損失的計算,全壓損失的計算,全壓損失的計算(續),過去計算機或電腦不普及的時代，每一風管的全壓損失都要使用上式計算頗為不便，因此在許多風管設計的手冊上，都將其繪製成圖形以便查詢，所繪製的圖形稱為摩擦線圖。在查詢摩擦線圖的時候，只要已知到管徑、流速、流率及單位長度的壓降四項參數中的二
30、項，就可以查出另外二項。而在查詢摩擦線圖須注意的一點，每張摩擦線圖都是基於已知的流體密度、黏滯係數及管壁粗糙度等參數所繪製，因此使用時必須了解該摩擦線圖的適用性。,摩擦因子為雷諾數及風管表面相對粗糙度的函數。(1)雷諾數與風管表面相對粗糙度的定義如下：其中Re為無因次單位；為流體運動黏度單位為m2/s。,摩擦因子,風管內雷諾數的影響,風管系統只要管內的雷諾數高於2300，流動狀態便開始由層流，經過過渡區，通常伴隨著剝離現象，而進入紊流的流動狀態。所謂紊流是指有不規則擾動加諸於主要流動的流體流動狀態。,風管內雷諾數的影響(續),上圖是一個對稱翼截面，流體剝離前後的流線示意圖，當對稱翼截面的攻角過
31、大時，流體流過前緣後加速度過大，導致壓力急速下降，加上摩擦的作用，使得邊界層內的流體無法克服過大的背壓而剝離開翼表面，而風機進入劇變狀態大致也是因此而開始，,(2)雷諾數與風管表面相對粗糙度的定義如下：其中為管壁的絕對粗糙度，單位為長度單位公尺。,摩擦因子(續),各類風管之絕對粗糙度,摩擦因子圖解法,由圓形風管的觀察可以推導出摩擦損失式中的數學式，即 針對矩形風管使用同樣數學式，則得到其中a，b分別為矩形風管的高與寬，若高與寬相等值為a。,矩形風管的水力直徑,配件的局部損失係數,上式中的C 稱為局部損失係數，也稱為次要損失係數，主要是用來計算風管配件中流體的全壓降，即動態損失。 局部損失係數定
32、義為,配件的局部損失係數(續),一般而言，由於流體在配件入口與出口截面上的流速不見得相同，因此上式中，須注意所使用的值是基於哪一個流速基準平面。即其中下標i：配件入口截面下標o：配件出口截面,配件的局部損失係數(續),從我們導出的公式中可得到Ci與Co之間轉換關係為,分流管 合流管上圖中其主風管及支管段上的動態損失須由不同的C值決定，即其中下標s：主側，下標b：支側，下標c：匯集側,配件的局部損失係數(續),等效長度,上式中的Le稱為配件的等效長度，其目的與局部損失係數相同，主要是計算流體在配件中的全壓降。其好處在於可以利用計算摩擦損失的 Darcy方程式來計算動態損失，因此總全壓損失就可簡潔
33、地寫成其中Ltotal為總等效長度，其意義為風管的長度加上該風管上所有的配件等效長度。,尺寸轉換,一般而言，風管的設計都是先將所有風管視為圓管得到所要需求後，在考慮空間限制將圓管尺寸轉換成矩形風管。在尺寸轉換過程中，必須使轉換後圓管與矩形風管有相同的流速與壓力降，目前大都使用其中D：圓管管徑（m）H：轉換後矩形管高度（m）W：轉換後矩形管寬度（m）,風管系統之守恆定律,1.質量守恆對於系統中的某節點a而言，流入的總體積流率必定等於流出總體積流率。,風管系統之守恆定律(續),以上圖為例節點a：節點b：,2. 能量守恆風管系統中流體的全壓降代表具有的總機械能，且最佳風管系統其各路徑的總全壓降須相等
34、，其可用能量守恆來表示。對於系統中的某節點a而言，流體在a點所具有的全壓必定等於以a點為起點的子路徑上之總全壓降。,風管系統之守恆定律(續),風管系統之守恆定律(續),以上圖為例節點a：節點b：,8.局部排氣系統之設計與壓損計算,系統設計步驟:1.了解實際狀況2.計算所需風量3.選擇出風口4.設計風管系統5.評估系統效應及安全係數6.評估系統噪音7.監督施工後測試及調整,導管設計步驟,1.決定導管系統配置：依現場氣罩安裝點、排氣機位置以及與其他裝置之配合而定。2.選定各導管的管徑。3.決定各導管與配件所造成的壓力變化。4.決定達到設計要求所需的排氣機性能。而在設計過程中所需的資料至少應包括：(
35、1)各氣罩的風量需求。(2)各導管的最低風速，即搬運風速（transport velocity）值。(3)各導管與配件的壓力損失特性。,壓力損失之計算,局部排氣裝置之壓力損失應包括氣罩、吸氣導管、空氣清淨裝置、 排氣導管、排氣口等各部份壓力相加所得之和。因此，設計局部排氣裝置時應使排氣機全壓(由排氣機產生之全壓增加量)能適合此一合計之壓力損失。,導管及排氣口部份之壓力如下列,1.直線圓形面導管 2.直線方形斷面導管 3.圓形斷面肘管 4.長方形斷面肘管 5.圓形斷面合流導管 6.長方形斷面合流導管7.圖形斷面擴張導管 8.圓形斷面漸縮導管9.附裝遮雨罩(Weather cap)之圓形斷面排氣口
36、 10.格條形(Loover)排氣口,壓力損失公式,直線圓形面導管壓力損: PR=單位長度壓損失X風管長度直線方形斷面導管壓力損 De=1.3X(長X寬)5/(長+寬)20.125圓形斷面肘管 P=肘管之壓力損失係數X動壓損失,局部排氣之壓力分布,靜壓(PS)、全壓(PT)與動壓(PV),靜壓與全壓之測量,靜壓,全壓,利用皮氐管將三種管壓力均以U型管水柱高表示,送風機壓力之變化過程,局部排氣概說(續),導管壓力變化,導 管,排氣道,局部排氣系統設計範例,工業用排氣煙囪的用途是用來排放作業環境內之氣體至周遭環境，這些空氣在被排放之前需將汙染物稀釋。排放出的空氣可發生在任何通風口和排氣口。稀釋比:
37、從排氣管排出的氣體被風稀釋的比例，與風速成正比。稀釋比=F(VWind X L2/Qexh X C),排氣煙囪,排氣煙囪,排氣道：請盡量設計為垂直排氣,9.換氣與空調系統,所有工業系統都需要使用通風系統交換空氣，大部分的代換或供應空氣系統引進新鮮空氣至工作人員之工作地點，因此空氣的質與量必須達到一定的標準，才能達到換氣的目的。依工作場合有的使用空調系統，其目的是依樣維持優良的空氣品質。,通風系統常見的問題,A.不良情況 ：減低抽氣速度，及過多不固定的溢散。 可能發生原因：起因可能是流率減小（除非經過製程 自動改變）。 下列情況會導致流率減小：1.塞住導管或使導管凹陷2.減慢風扇運轉 3.開啟空
38、氣流通的通道 4.導管或肘管破洞 5.關閉分支流的閘，或開啟其他分支流的閘 6.反向運轉風扇（於鉛線反轉可造成馬達或風扇反向轉動。） 7.風扇葉片磨損 8.在主要系統上另加支流或覆蓋 9.空氣淨化器阻塞,B.不良情況：員工過度暴露，但流量、抽氣速度均在一般水準。,可能發生的原因：因工作習慣不正確、通風系統妨礙工作或生產率，以致工人避免使用此系統、員工不合作、訓練不適當、最初設計拙劣等。,C.不良情況：導管經常阻塞,可能發生原因：當運輸速度不足，或管內有潮 濕微粒，造成物質形成時，就會引起導管阻塞。拙劣的設計，開啟通風口並關閉風扇也會造成導管阻塞。,D.不良情況：員工抱怨、系統誤用、系統擱置不用
39、，或員工變更系統。,可能發生的原因：覆蓋物可能干擾工作、甚至使控制污染物的效率降低。,工業空調系統,一般傳統工廠因為無空調設備所以裡面的溫度比外面高，主要產熱源是人和設備所散發的，若有良好的通風系統便可以改善，但若要達到舒適還是必須砸大錢裝空調系統。典型工廠一出過多熱量所需的空氣量Qcfm:(BTU/hr)/(1.08XT)Q:空氣流率BTU/hr:在空間內引起的合理熱量T:室內與室外所需的溫度差,自然通風系統,因為暖空氣比冷空氣輕，所以暖空氣會上升。之後此上升空氣被冷空氣取代，而引起空氣產生垂直方向的流動。暖空氣將會上升並產生重力通風系統，較冷的空氣從水平地面進入空氣中。以下攻勢可用來估計穩
40、態時建築物中空氣的流動率。英制:Q=10A X (HT)0.5公制:Q=0.12A X (HT)0.5A:建築物入口或出口面積，屬小型區域形式H:建築物入口至出口之間的高度T:室內平均溫度與室外平均溫度差異A上風處下風處之開放區域，屬於小型區域形式,機械通風系統,自然條件可以在建築物內產生相當高的空氣流率，但是卻不是人可以控制的，所以必須用一些機器來輔助控制，可以較穩定的控制通風效率，現在工廠大部分使用此種通風方法。,空氣調節,空氣調節包括熱作用、潮濕作用、冷卻作用、防潮作用、以及清潔空氣等作用。雖然一開始花費較高，但是卻能增加生產力，較少的病號缺席，身體健康，減少維修，即使在工業廠房中也可將
41、此部份所節省之開之補列空調所需之費用。例如無塵室就是很好的例子。,回風系統,安裝回風系統的理由是它可以節省燃料，但因費用較高與潛在的危害和回風有關，所以此系統被大家仔細考慮選用。回風再循環使用100%的舊空氣，但是依般需要一些新鮮室外的空氣。,10. 追蹤氣體量測技術,追蹤氣體量測是應用追蹤氣體通風技術(Tracer Gas Techniques)，利用追蹤氣體的送入追蹤空間中之逸散速率、濃度增加或減少、分佈狀態、進氣量等進行測量，能清楚了解室內氣流與通風狀況或氣罩之捕集效率。,追蹤氣體選定,為達到方便追蹤與量測及考慮操作人員的安全的目的追蹤氣體應具備下列特性：1.與空氣相似之密度。2.與測試
42、空間外環境中不常存在。3.不具毒性、不具爆炸性、不具可燃性。4.不易被其他物質吸收或吸附。5.偵測與量測容易。6.可靠之低濃度量測精度等特性但評估以上特性幾乎沒有一種氣體可滿足所有條件。ASTM曾列出可供參考使用之追蹤氣體如表3-1,一般常用追蹤氣體與偵測範圍,追蹤氣體的釋放,追蹤氣體的釋放有下列幾個方式：由空調之空氣入口處統一釋放。轉動空間內之風扇，追蹤氣體發生源置於風 扇後釋放。工作人員手持採樣袋（內含追蹤氣體），在 空間中走動並擠壓採樣袋。經由特定之釋放器釋放。,追蹤氣體的量測方法,一般追蹤氣體的的量測方式可分成：1.換氣率量測法- （1.）濃度衰減法 （2.）定量釋放法 （3.）定濃度
43、法2.空氣年齡量測法 （1.）脈衝注射法 （2.）濃度階升法 （3.）濃度衰減法,濃度衰減法,這是利用追蹤氣體量測空氣交換效率（Air-Exchange Rate）以及短時間內量測不同ACH值之最基本方式。此法乃先釋放一定量之追蹤氣體，並利用風扇促使室內濃度快速均勻混和，待靜置一段時間後可開始對欲探討之目標物進行通風量測，由於室內氣體之流動與稀釋帶出，室內追蹤氣體之濃度會隨之而衰減，利用計算此衰減率便可得出室內換氣量ACH值。,Air-Exchange Rate,定量釋放法,此法主要應用於單一空間之長時間連續性量測室內換氣率狀態，或是使用於量測風管氣流逸散狀態。當使用此法進行量測時，追蹤氣體定
44、速定量釋放於空間中，則追蹤氣體每單位時間內供給量相同，量測單位時間內之濃度值，並計算供給量與室內濃度之差值便為單位時間內之換氣量。,Air-Exchange Rate G：追蹤氣體釋放率,定濃度法,此種方式使用於在一個或多個空間中連續換氣率量測，其能更有效應用於室內空間使用分析。當使用定濃度法進行時，其追蹤氣體是利用多點氣體釋放控制儀進行量測，為了保持固定濃度，需將實測值傳送至控制追蹤氣體釋放量之儀器，同時並需使用風扇以幫助追蹤氣體與室內空氣混合；但在多數的案例中，每個區域中的空氣並不需要充分的混合。但如同定量釋放法般需考量其追蹤氣體之消耗量。,Air-Exchange Rate G：追蹤氣體
45、釋放率,脈衝注射法,短時間內注射一少而定量之追蹤氣體，並進行室內與出口處之採樣點量測，此法最大的優點為可以最少的示蹤氣體進行快速量測，但因很難維持室內固定混合狀態的濃度而將影響量測結果。,濃度階升法,連續地注射定量之追蹤氣體於入口處釋放，如此進入室內空間之氣體便被標示，量測室內追蹤氣體濃度增長之狀態，其計算原理如同濃度衰減法，唯其不同點乃必須將釋放量扣除量測值以計算之，使用此法的優點為室內空氣無法完全混合時，如飛機場、大賣場等空間。,濃度衰減法,當注射之追蹤氣體濃度達平衡時，即停止注射追蹤氣體，任其濃度遞減。此法之實驗程序如濃度衰減法換氣量量測之步驟，量測結果如下：,3-4、3-5、3-6 這三種方法測量並記錄追蹤氣體濃度對時間函數之關係，可求得空氣年齡，進而推得室內之氣流型態（flow pattern），以評估空氣的新鮮程度在空間中不同地點之差異。,
