110 高普考高考三級 環保行政 空氣污染與噪音防制 考古題詳解

核心觀念

本題考室內空氣污染物的來源辨識、累積機制與控制方法。答題時要把每項污染物的來源，連到能直接切斷該污染途徑的措施；例如人員呼吸造成二氧化碳累積，改善重點是增加有效換氣，而甲醛來自裝修材料逸散，則應優先減少源頭逸散。

以命題當年（民國 110 年）法規為準。《室內空氣品質管理法》第 7 條授權訂定室內空氣品質標準。九項管制指標為二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、甲醛（HCHO）、總揮發性有機化合物（TVOC）、細菌、真菌、PM₁₀、PM₂.₅及臭氧（O₃）。本題可任選五項作答；以下選擇 CO₂、CO、HCHO、TVOC、PM₂.₅。

解題方法

每項依序交代三件事：污染物如何產生或進入室內、哪些來源會使濃度升高、如何從源頭或傳播途徑改善。改善措施宜依「源頭減量、阻隔或控制、通風換氣、維護管理」安排，避免只寫「加強通風」而未對應污染機制。

（一）污染惡化原因與污染源

1. 二氧化碳（CO₂）

**惡化原因：**室內人員呼吸會持續排出 CO₂。當人數增加、空間狹小或換氣量不足時，CO₂ 便逐漸累積。CO₂ 常用來反映人員占用與通風是否足夠，但不宜將它視為所有室內污染物的直接代表。

**污染源舉例：**教室、會議室、辦公室或候診室內人數多且門窗長時間緊閉；燃燒設備也可能排放 CO₂。

2. 一氧化碳（CO）

**惡化原因：**含碳燃料不完全燃燒會產生 CO。燃燒設備故障、空氣供應不足或排氣不良，加上室內通風不足，均可能造成 CO 累積。

**污染源舉例：**燃氣熱水器或暖爐裝設、使用不當；室內燃燒炭火、香或菸品；汽機車廢氣由鄰近車道、停車場或進氣口進入室內。

3. 甲醛（HCHO）

**惡化原因：**甲醛可由含甲醛樹脂的建材、家具及裝修材料持續逸散。使用材料含量較高、室內溫度或濕度偏高、裝修後未充分通風，會使室內濃度升高或延長逸散時間。

**污染源舉例：**合板、密集板、木心板、系統家具、黏著劑、塗料，以及新裝修空間內大量使用的人造板材。

4. 總揮發性有機化合物（TVOC）

**惡化原因：**多種揮發性有機物由產品或材料逸散至空氣中。使用量大、室內換氣不足或污染物持續揮發，會使室內濃度增加。TVOC 是多種揮發性有機物的總和，不是單一化學物質。

**污染源舉例：**油漆、溶劑、黏著劑、清潔劑、芳香劑、殺蟲劑，以及新家具、地毯與裝修材料。

5. 細懸浮微粒（PM₂.₅）

**惡化原因：**PM₂.₅粒徑細，可由室外污染空氣經門窗或通風系統進入，也可由室內燃燒、烹調或人員活動產生。若濾網效能不足、未定期清潔，或室內換氣造成污染空氣大量進入，微粒便可能累積。

**污染源舉例：**交通與工業排放、菸煙、香及蠟燭燃燒、油煙、煎炒烹調，以及掃除或人員活動揚起的灰塵。

（二）具體可行改善措施

1. 二氧化碳（CO₂）

核心觀念

本題考查大氣垂直溫度分布與空氣垂直擴散的關係。一般情況下，對流層氣溫隨高度增加而降低；若在某一高度範圍內，氣溫反而隨高度增加而上升，該層即稱為逆溫層，此種大氣狀態稱為逆溫現象。

逆溫層上下的空氣較不易交換，具有穩定大氣的作用，會抑制垂直對流與污染物擴散。這題沒有涉及法條或計算公式，作答重點是掌握定義、形成機制、易發生的時空條件，以及對空氣品質的影響。

解題方法

依題目四小題逐項作答：先用溫度隨高度變化定義逆溫，再列舉三種具有代表性的形成機制；接著從地形與日夜、季節條件說明發生地點及時間；最後由「大氣穩定、垂直混合受抑制、污染物近地累積」說明其空氣品質影響。

（一）何謂逆溫現象？（4 分）

在一定的大氣高度範圍內，氣溫不隨高度增加而降低，反而隨高度增加而上升，即形成逆溫層，稱為逆溫現象。一般大氣中氣溫隨高度遞減；逆溫則呈相反的垂直溫度分布。

逆溫層可視為大氣中的「蓋子」：層內垂直空氣運動受抑制，層下空氣較難向上擴散，層上空氣也不易向下混合。

（二）列舉三種逆溫現象形成之機制。（6 分）

1. 輻射逆溫：晴朗、風弱的夜間，地表以長波輻射迅速散熱，使貼近地面的空氣先冷卻；較高處空氣相對溫暖，因而形成近地面氣溫隨高度上升的逆溫。日出後地表受熱，逆溫通常逐漸減弱或消失。

2. 下沉逆溫：高壓系統中的空氣下沉，受到壓縮而絕熱增溫；下沉空氣在較高處變暖，近地面空氣則相對較冷，於是形成逆溫層。此類逆溫常與高壓穩定天氣及污染物累積有關。

3. 平流逆溫：較暖空氣移經較冷的地表，底部空氣因接觸冷地面而冷卻，暖空氣則位於其上方，形成逆溫。相反地，冷空氣移經較暖地表時，近地面空氣會受熱，不易形成此種逆溫。

核心觀念

酸雨是酸性物質隨降水或乾性沉降到達地表的現象。一般以雨水 pH 小於 5.6 作為酸雨的判別基準；自然雨水因溶入大氣中的二氧化碳而略呈酸性，因此不能將所有酸性雨水都歸因於人為污染。

本題核心是掌握「致酸物質在大氣中的轉化」、「致鹼物質的中和作用」，再依受體環境分別說明酸化與其生態、材料危害。

（一）主要污染物質與酸雨形成反應

1. 致酸物質

主要的人為致酸前驅物是硫氧化物（SOx，尤以 SO₂ 為主）與氮氧化物（NOx，尤以 NO、NO₂ 為主）。它們進入大氣後，經氧化並溶入雲滴或雨水，形成硫酸、硝酸等酸性物質。

此外，二氧化碳溶入水中會形成弱酸碳酸，是自然雨水略呈酸性的原因；氯化氫等酸性氣體也能使降水酸化，但通常不是區域性酸雨的主要來源。

2. 代表性化學反應

硫氧化物形成硫酸，可用下列總反應表示：

$$2\mathrm{SO_2}+\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{SO_3}$$ $$\mathrm{SO_3}+\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{H_2SO_4}$$

實際大氣中，SO₂ 也可先溶入雲滴，再經氧化形成硫酸根及硫酸。以氧化劑簡化表示如下：

$$\mathrm{SO_2}+\frac{1}{2}\mathrm{O_2}+\mathrm{H_2O} \rightarrow\mathrm{H_2SO_4}$$

氮氧化物形成硝酸，可用下列反應表示：

$$2\mathrm{NO}+\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{NO_2}$$ $$4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{HNO_3}$$

自然雨水酸度則可用二氧化碳溶水的反應說明：

$$\mathrm{CO_2}+\mathrm{H_2O}\rightleftharpoons\mathrm{H_2CO_3}$$

3. 致鹼物質與中和作用

大氣中的氨（NH₃）及含鈣、鎂的鹼性礦物粉塵，例如碳酸鈣（CaCO₃）、氧化鈣（CaO）與氧化鎂（MgO），能中和酸性物質。以硫酸、硝酸與氨反應為例：

$$\mathrm{H_2SO_4}+2\mathrm{NH_3} \rightarrow(\mathrm{NH_4})_2\mathrm{SO_4}$$ $$\mathrm{HNO_3}+\mathrm{NH_3} \rightarrow\mathrm{NH_4NO_3}$$

以碳酸鈣中和硫酸為例：

$$\mathrm{H_2SO_4}+\mathrm{CaCO_3} \rightarrow\mathrm{CaSO_4}+\mathrm{CO_2}+\mathrm{H_2O}$$

因此，酸雨的酸度取決於酸性物質的生成與沉降，以及大氣中鹼性物質的中和能力。

（二）酸雨對環境各面向的危害

1. 水體與水生生態

酸性沉降進入湖泊、河川等水體後會降低 pH 值，並可能促使土壤或底泥中的鋁離子溶出。低 pH 與鋁毒性會傷害魚類及水生無脊椎動物，影響魚卵孵化、幼魚存活與繁殖，造成物種減少及食物網改變。

2. 土壤與植物

核心觀念

本題考查高斯煙流擴散模式（Gaussian plume model）的參數意義、量綱，以及排放條件和氣象、擴散條件改變時，地面濃度如何響應。公式中的兩個垂直方向指數項，代表煙流以有效煙囪高度為中心向上、向下擴散，並以地面反射源項近似地表反射的影響。

（一）參數定義與單位

參數	定義	常用單位
$C(x,y,z)$	位置 $(x,y,z)$ 的污染物濃度；$x$ 為下風向距離、$y$ 為橫風向距離、$z$ 為離地高度	$\mathrm{g/m^3}$ 或 $\mathrm{mg/m^3}$
$Q$	污染物排放率，即單位時間排出的污染物質量	$\mathrm{g/s}$ 或 $\mathrm{mg/s}$
$\sigma_y$	橫風向濃度分布的標準差，表示煙流在 $y$ 方向的擴散寬度	$\mathrm{m}$
$\sigma_z$	垂直方向濃度分布的標準差，表示煙流在 $z$ 方向的擴散厚度	$\mathrm{m}$
$U$	煙囪高度附近的平均風速，方向為下風向	$\mathrm{m/s}$
$H_e$	有效煙囪高度，通常為實際煙囪高度加上煙流抬升高度	$\mathrm{m}$

座標變數 $x,y,z$ 的單位均為 $\mathrm{m}$。其中 $\sigma_y$、$\sigma_z$ 及 $H_e$ 會隨下風向距離、地形及大氣穩定度等條件而改變；$Q$、$U$ 則代表排放源與氣象條件。

量綱可由前置因子驗算：

$$\frac{Q}{\sigma_y\sigma_z U} = \frac{\mathrm{mass/time}}{\mathrm{m}\cdot\mathrm{m}\cdot\mathrm{m/time}} = \frac{\mathrm{mass}}{\mathrm{m^3}}$$

指數函數內的量皆為無因次，因此整體濃度單位正確。

（二）參數變異對濃度的影響及環保行政應用

以其他條件不變觀察各參數的影響：

• 排放率 $Q$：正比增加。 $Q$ 增加一倍，任一固定位置的 $C$ 也增加一倍。環保管理上，可透過許可排放量管制、加嚴排放標準、要求污染防制設備改善或減少操作負載，降低 $Q$。
• 風速 $U$：反比減少。 在其他條件固定時，$U$ 增加會使污染物被較快帶離，公式中的濃度因子隨 $1/U$ 降低。管理上可將風速納入稽查與空品預警條件；高污染氣象期間也可要求污染源減量。不過實務上風速變化亦會影響擴散係數，不能只以 $1/U$ 判斷整體變化。
• 橫風向擴散係數 $\sigma_y$： 前置因子與 $1/\sigma_y$ 成正比，但指數項也隨 $\sigma_y$ 改變。

核心觀念

本題考查吸音與隔音的功能差異、性能指標，以及隔音罩的設計原則。吸音是減少聲音在材料表面的反射、使聲能耗散；隔音則是阻止聲音穿透構造傳到另一側。兩者的性能指標不同，不能把吸音效果直接當成隔音效果。

（一）性能評估指標與數值範圍

1. 吸音材料：吸音係數 $\alpha$、降噪係數 NRC

吸音係數表示材料吸收與透射的聲能占入射聲能的比例：

$$\alpha=\frac{W_{\text{吸收}}+W_{\text{透射}}}{W_{\text{入射}}} =1-\frac{W_{\text{反射}}}{W_{\text{入射}}}$$

其理論範圍為 $0\leq\alpha\leq1$。$\alpha=0$ 表示聲音幾乎全被反射；$\alpha=1$ 表示入射聲能幾乎全被吸收或透射。實際吸音係數會隨頻率、材料厚度及安裝方式改變。

常用單一數值指標為降噪係數 NRC，通常取 250、500、1000、2000 Hz 四個頻帶吸音係數的算術平均，範圍約為 0 至 1；NRC 越高，代表該材料在這些頻帶的平均吸音能力越好。

2. 隔音材料：透過損失 TL、透射係數 $\tau$

透射係數表示穿透材料的聲功率占入射聲功率的比例：

$$\tau=\frac{W_{\text{透射}}}{W_{\text{入射}}}$$

其範圍為 $0\leq\tau\leq1$；$\tau$ 越小，隔音效果越好。透過損失 TL 則以分貝表示材料阻隔聲音的能力：

$$TL=10\log_{10}\left(\frac{W_{\text{入射}}}{W_{\text{透射}}}\right) =-10\log_{10}\tau\quad(\mathrm{dB})$$

TL 理論上由 0 dB 起，越大代表透射聲能越少、隔音能力越佳。若以隔音率表示，則為 $(1-\tau)\times100\%$。

（二）吸音材料與隔音材料的聲學特性

吸音材料的主要作用是降低反射聲與室內混響。多孔性材料（如玻璃棉、岩棉、泡棉）讓聲波進入孔隙，透過空氣與纖維摩擦、黏滯及熱傳導，將聲能轉為熱能；共振型材料則利用板振動或腔體共振吸收特定頻率的聲音。一般而言，多孔材料對中高頻較有效；增加厚度、留設背後空氣層，通常有助於改善較低頻吸音，但實際效果須看頻率與構造。