111 專技高考高等考試 職業衛生技師 作業環境控制工程 考古題詳解

核心觀念

本題為作業環境控制工程中「物理性因子——噪音控制」的經典幾何聲學計算題，主要評量兩大核心觀念：

1. 自由音場點音源距離衰減（逆平方定律，Inverse Square Law）： 在不考慮空氣吸收、地面反射及障礙物遮蔽等額外衰減條件下，球面波點音源隨傳播距離增加，音壓位準（Sound Pressure Level, $\mathrm{SPL}$）依逆平方定律衰減。兩不同距離 $r_1$ 與 $r_2$ 之音壓位準關係式為： $L_2 = L_1 - 20\log_{10}\left(\frac{r_2}{r_1}\right)$ 當傳播距離加倍（$r_2 = 2r_1$）時，音壓位準衰減約 $6.02\ \mathrm{dB}$（實務常取 $6\ \mathrm{dB}$）。

2. 多個非同調音源合成（Incoherent Sound Level Addition）： 飛機引擎與行李車引擎為獨立隨機聲波（非同調音源），其聲能無法直接以分貝數線性相加，必須將分貝換算回均方音壓或聲能比例後累加，再取對數求得總音壓位準 $L_T$： $L_T = 10\log_{10}\left(\sum_{i=1}^{n} 10^{L_i/10}\right)$

解題方法

步驟 0：建立空間幾何座標軸

題目描述均在「同一直線上」，設飛機引擎噪音源位置為原點 $x = 0\ \mathrm{m}$，向後延伸方向為正向：

• 飛機引擎基準量測點：$x = 10\ \mathrm{m}$，音壓位準 $L = 120.0\ \mathrm{dB}$。
• A 指揮員位置：$x_A = 20\ \mathrm{m}$（距離飛機引擎 $r_{\text{plane}\to A} = 20\ \mathrm{m}$）。
• B 貨物運輸員位置：位於 A 後方 $10\ \mathrm{m}$，即 $x_B = 20 + 10 = 30\ \mathrm{m}$（距離飛機引擎 $r_{\text{plane}\to B} = 30\ \mathrm{m}$）。
• 行李車引擎位置：題目給定距離 B 處 $2\ \mathrm{m}$、距離 A 處 $12\ \mathrm{m}$，且車頭朝向 A。因 $x_B - x_A = 10\ \mathrm{m}$，故行李車引擎位於 B 後方 $2\ \mathrm{m}$ 處，即 $x_{\text{cart}} = 32\ \mathrm{m}$。
• 行李車引擎至 B 距離：$r_{\text{cart}\to B} = |30 - 32| = 2\ \mathrm{m}$（量測值 $102.0\ \mathrm{dB}$）。
• 行李車引擎至 A 距離：$r_{\text{cart}\to A} = |20 - 32| = 12\ \mathrm{m}$。

第 (一) 小題：移除隔音牆後，飛機引擎對 A、B 之音壓位準

移除移動式隔音牆且僅考慮距離衰減，以飛機引擎量測點（$r_1 = 10\ \mathrm{m}$，$L_1 = 120.0\ \mathrm{dB}$）為基準：

1. A 指揮員接受之飛機引擎音壓位準（$r_A = 20\ \mathrm{m}$）： $L_{A,\text{plane}} = L_1 - 20\log_{10}\left(\frac{r_A}{r_1}\right)$ $L_{A,\text{plane}} = 120.0 - 20\log_{10}\left(\frac{20}{10}\right) = 120.0 - 20\log_{10}(2)$ 代入 $\log_{10}(2) \approx 0.3010$： $L_{A,\text{plane}} = 120.0 - 20 \times 0.3010 = 120.0 - 6.02 = 113.98\ \mathrm{dB} \approx 114.0\ \mathrm{dB}$

2. B 運輸員接受之飛機引擎音壓位準（$r_B = 30\ \mathrm{m}$）： $L_{B,\text{plane}} = L_1 - 20\log_{10}\left(\frac{r_B}{r_1}\right)$ $L_{B,\text{plane}} = 120.0 - 20\log_{10}\left(\frac{30}{10}\right) = 120.0 - 20\log_{10}(3)$ 代入 $\log_{10}(3) \approx 0.4771$： $L_{B,\text{plane}} = 120.0 - 20 \times 0.4771 = 120.0 - 9.54 = 110.46\ \mathrm{dB} \approx 110.5\ \mathrm{dB}$

第 (二) 小題：考慮飛機與行李車兩噪音源之總音壓位準

1. 計算行李車引擎對各受音點之音壓位準： 基準點為 B 處量測值：$r_{\text{cart}\to B} = 2\ \mathrm{m}$，$L_{B,\text{cart}} = 102.0\ \mathrm{dB}$。

• B 運輸員處之行李車噪音： $L_{B,\text{cart}} = 102.0\ \mathrm{dB}$
• A 指揮員處（$r_{\text{cart}\to A} = 12\ \mathrm{m}$）之行李車噪音： $L_{A,\text{cart}} = L_{B,\text{cart}} - 20\log_{10}\left(\frac{r_{\text{cart}\to A}}{r_{\text{cart}\to B}}\right)$ $L_{A,\text{cart}} = 102.0 - 20\log_{10}\left(\frac{12}{2}\right) = 102.0 - 20\log_{10}(6)$ 因 $\log_{10}(6) = \log_{10}(2) + \log_{10}(3) \approx 0.3010 + 0.4771 = 0.7781$：

核心觀念

本題評量職業衛生工程中「呼吸防護具管理」與「密合度測試（Fit Testing）」的核心規範與工程量測原理：

1. 有害環境之法規定義：依據命題當年（民國 111 年）《職業安全衛生設施規則》第 277 條之 1 及勞動部發布之《呼吸防護計畫指引》，雇主應推動呼吸防護計畫之「有害環境」範疇與暴露門檻。
2. 密合度測試原理：區分「定性密合度測試（QLFT）」之主觀生理感官回饋與「定量密合度測試（QNFT）」之客觀儀器濃度比值（密合係數 $FF$）量測。
3. 測試衝突之判定準則：依據暴露風險控制之客觀性、再現性及安全係數原則，論證以客觀量化數據為準之科學依據。

解題方法

1. 第 (一) 子題：採法規與工程暴露標準切入。依據《職業安全衛生設施規則》第 277 條之 1，將有害環境歸納為「缺氧」、「IDLH（立即危害生命或健康）」、「超越容許暴露標準（PEL）」及「未知/資訊不足」等四大物理化學條件。
2. 第 (二) 子題：採對比法分別說明 QLFT 與 QNFT 的作用機制。QLFT 著重於「受測者主觀感官（味覺、嗅覺、刺激反射）」；QNFT 著重於「物理儀器量測面體內外微粒或氣體差壓」，並列出密合係數公式 $FF = \frac{C_{\text{out}}}{C_{\text{in}}}$。
3. 第 (三) 子題：採科學驗證與風險評估觀點。比較主觀測試的偽陰性/偽陽性盲點與儀器量測的客觀再現性，肯定以「定量密合度測試（QNFT）」為準，並輔以安全裕度原理解釋。

解題技巧

• 審題關鍵字：有害環境條件不可僅寫「有毒氣體」，必須涵蓋「氧氣濃度」、「容許暴露標準（PEL）」與「IDLH」。
• 密合係數陷阱：定性測試的密合係數係「預設通過即為 $100$」，不能測量實際數值；定量測試方能取得具體連續數值（如半面體門檻值 $FF \ge 100$、全面體門檻值 $FF \ge 500$ 或 $1000$）。
• 衝突決策準則：主觀感官極易受受測者味覺疲勞、吸菸、感冒或隱瞞影響產生「偽陰性」（實際洩漏但誤判為通過），因此儀器測得之量化數值在工程控制與法規上具最高證據力。

【答案】

(一) 有害環境之情況與條件

依據命題當年（民國 111 年）《職業安全衛生設施規則》第 277 條之 1 及《呼吸防護計畫指引》（現行法規架構亦同），雇主應為勞工訂定並推動呼吸防護計畫之「有害環境」，係指作業場所空氣條件符合下列任一情形：

1. 缺氧環境：空氣中氧氣含量未滿 $18\%$ 之場所。
2. 立即危害生命或健康（IDLH）之環境：空氣中有害物濃度達到導致立即死亡、永久性健康傷害，或喪失逃生能力之程度。
3. 超越法規容許暴露標準之環境：空氣中有害氣體、蒸氣、粉塵或煙燻等化學性因子濃度，經暴露評估超過《勞工作業場所容許暴露標準》（PEL）者。
4. 物性與濃度未知之環境：作業環境中有害物種類、濃度或暴露程度評估數據不足，無法確認是否低於容許暴露標準之作業場所。
5. 法令指定之特定有害作業場所：如特定化學物質作業、有機溶劑作業、粉塵作業或缺氧危險作業等經主管機關指定公告應配戴呼吸防護具之場所。

(二) 定性與定量密合度測試之原理

1. 定性密合度測試（Qualitative Fit Test, QLFT）

• 原理：採用主觀性人體生理感官反應進行「合格／不合格（Pass/Fail）」之判別。

核心觀念

本題考查生物氣膠採樣的菌落校正、空氣體積換算，以及不同採樣方法的濃度表示方式。

多孔衝擊器的相鄰噴孔可能撞擊到同一菌落，培養皿上的原始菌落數因此會低估實際粒子數。應先依噴孔數與原始菌落數查菌落校正表，再用校正菌落數除以採樣空氣體積：

其中 $C$ 為空氣中濃度（$\mathrm{CFU/m^3}$）、$Q$ 為採樣流率（$\mathrm{m^3/min}$）、$t$ 為採樣時間（min）。

解題方法

先由總採樣流率除以單一噴孔流率，求出噴孔數：

原始菌落數為 $26$，查表中「原始菌落數 $26$、$400$ 孔」欄，校正菌落數為 $26.9$ CFU。

採樣空氣體積為：

因此本次採樣的平均濃度為：

空氣與表面採樣方法及濃度計算

一、主動採樣：濾紙或濾膜採樣

以抽氣泵使定量空氣通過濾膜，微生物粒子被截留於濾膜上。採樣後可將濾膜置於適當培養液振盪洗脫，再以培養法計數。

若洗脫液體積為 $V_e$，取其中 $V_p$ 培養，稀釋倍數為 $D$，培養計數為 $N_p$，採樣空氣體積為 $V_{\mathrm{air}}$，則：

**優點：**可採集較大量空氣，適合低濃度環境；設備較簡便，也可依微生物特性選用不同濾材。 **缺點：**濾膜上的乾燥、壓力與採樣時間可能降低微生物存活率；洗脫不完全會造成回收率偏低。部分濾材的溶解或洗脫方式也可能影響後續培養。

二、主動採樣：液體衝擊採樣

以抽氣設備將空氣導入液體採樣器，使微生物粒子進入液體。採樣後對液體進行稀釋與培養，依培養菌落數回推採樣液中的微生物總量，再除以採樣空氣體積。

若採樣液菌落濃度為 $C_l$（$\mathrm{CFU/mL}$）、採樣液體積為 $V_l$（mL），則：

若僅培養採樣液的一部分，須依培養體積、稀釋倍數及採樣液回收量換算總菌落數。

核心觀念

本題評量工業通風（作業環境控制工程）中之「整體稀釋通風（Dilution Ventilation）」穩態質量平衡模式，以及職業衛生法規與環境法規對二氧化碳濃度標準之差異。相關核心要點如下：

1. 穩態完全混合稀釋通風方程式： 在流場為完全均勻混合假設下，室內污染物濃度達到穩定狀態（Steady-State）時，污染物的產生率等於由通風帶走的排出率： $G = Q \times (C - C_o)$ 移項得理論通風量計算公式： $Q = \frac{G}{C - C_o}$ 其中：

• $Q$：所需之新鮮空氣換氣量（$\mathrm{m^3/min}$ 或 $\mathrm{m^3/hr}$）
• $G$：污染物總發散率（Generation Rate, $\mathrm{m^3/hr}$）
• $C$：作業場所室內目標容許濃度（$\mathrm{m^3/m^3}$ 或轉換為同等比例之 $\mathrm{ppm}$）
• $C_o$：引入外氣之背景濃度（$\mathrm{m^3/m^3}$ 或 $\mathrm{ppm}$）

2. 控制體積（Control Volume）與總產生量： 廠內無實體隔間且氣流均勻混合，整個廠房應視為單一控制體積。人體代謝所呼出的二氧化碳總量為各區域人數之總和乘以個人平均呼出率。

3. 法規基準（以命題當年民國 111 年法規為準）：

• 勞動部《勞工作業場所容許暴露標準》：二氧化碳之八小時日時量平均容許濃度（PEL-TWA）為 $5000\ \mathrm{ppm}$（現行法規規定亦同）。
• 環境部（原環保署）《室內空氣品質管理法》之「室內空氣品質標準」：二氧化碳八小時標準值為 $1000\ \mathrm{ppm}$（現行法規規定亦同）。

解題方法

(一) 計算符合《勞工作業場所容許暴露標準》（$5000\ \mathrm{ppm}$）之每分鐘換氣量

1. 計算廠內總人數與人體二氧化碳總產生率 $G_1$： 作業區與辦公區無實體隔間，全廠總人數 $N$： $N = 28 + 7 = 35\ \text{人}$ 每人平均呼出量為 $0.026\ \mathrm{m^3CO_2/hr}$，總呼出產生率 $G_1$： $G_1 = 35 \times 0.026 = 0.91\ \mathrm{m^3CO_2/hr}$

2. 計算有效濃度差：

• 目標容許濃度 $C = 5000\ \mathrm{ppm} = 0.005\ \mathrm{m^3CO_2/m^3Air}$
• 外氣背景濃度 $C_o = 420\ \mathrm{ppm} = 0.00042\ \mathrm{m^3CO_2/m^3Air}$
• 濃度差 $\Delta C = C - C_o = 0.005 - 0.00042 = 0.00458\ \mathrm{m^3CO_2/m^3Air}$（即 $4580\ \mathrm{ppm}$）

3. 求每分鐘所需換氣量 $Q_1$： 將每小時發散率除以 $60$，轉換為每分鐘排氣需求： $Q_1 = \frac{G_1}{60 \times (C - C_o)} = \frac{0.91}{60 \times 0.00458} = \frac{0.91}{0.2748} \approx 3.3115\ \mathrm{m^3Air/min}$ 取至小數點後兩位為 $3.31\ \mathrm{m^3/min}$。

(二) 增加二氧化碳管線洩漏後，維持 $5000\ \mathrm{ppm}$ 所需之每分鐘換氣量

1. 計算加計管線洩漏後之總產生率 $G_2$：

• 管線洩漏量 $G_{\text{leak}} = 0.068\ \mathrm{m^3CO_2/hr}$
• 總產生率 $G_2 = G_1 + G_{\text{leak}} = 0.91 + 0.068 = 0.978\ \mathrm{m^3CO_2/hr}$

核心觀念

本題考局部排氣系統的壓力平衡與風機動力計算：

• 導管動壓：$VP=(V/4.04)^2$
• 氣罩入口損失係數與進入係數：$F_h=(1-C_e^2)/C_e^2$，反算為 $C_e=1/\sqrt{1+F_h}$
• 氣罩靜壓的負壓值：$|SP_h|=VP(1+F_h)$
• 風機入口總壓須扣除氣罩入口損失、導管摩擦損失及空氣清淨裝置壓損。
• 風機所需動力：$P=Q(TP_{out}-TP_{in})/(6120\eta)$，其中 $Q$ 以 $\mathrm{m^3/min}$ 計，壓力以 $\mathrm{mmH_2O}$ 計。

表中 $SP_h$ 以負壓的大小列示；實際氣罩靜壓為負值。

解題方法

先由運送風速計算導管動壓：

$VP=\left(\frac{8}{4.04}\right)^2=3.92\ \mathrm{mmH_2O}$

導管總壓損為：

$\Delta P_{\text{duct}}=1.5\times5=7.5\ \mathrm{mmH_2O}$

再分別計算兩組參數。

參數組合 1

已知 $F_h=0.90$：

$C_e=\frac{1}{\sqrt{1+0.90}}=0.7255\approx0.73$

$|SP_h|=3.92(1+0.90)=7.45\ \mathrm{mmH_2O}$

導管入口損失為 $F_hVP$，因此風機入口總壓為：

$TP_{in}=-(F_hVP+\Delta P_{\text{duct}}+20)$

$TP_{in}=-(0.90\times3.92+7.5+20)=-31.03\ \mathrm{mmH_2O}$

風機總壓差為：