107 專技高考高等考試 工礦衛生技師 作業環境控制工程 考古題詳解

核心觀念

本題為工業通風與局部排氣設計的經典計算題，主要評量以下核心觀念：

1. 高溫熱源排氣羽流（Thermal Plume）與常溫排氣之區別：熔爐屬於高溫熱源（$580 \sim 800^\circ\mathrm{C}$），其上升氣流主要由熱浮力驅動，計算排氣量時應選用考量溫差 $\Delta T$ 之熱浮力羽流經驗公式，而非一般常溫氣罩之控制風速公式。
2. 幾何形狀對熱源公式之適用性：區分長方形熱源（長 $L$、寬 $W$）與圓形熱源（直徑 $D$）所對應的經驗公式。
3. 排氣扇總壓（Fan Total Pressure, $FTP$）之定義：風機總壓為出口總壓與進口總壓之代數差（$FTP = TP_{\mathrm{outlet}} - TP_{\mathrm{inlet}}$），進口端之負壓需注意符號轉換。
4. 多氣罩並聯之系統流率累加：多氣罩共管且互不干擾時，系統風機之總排氣流率為各氣罩排氣流率之總和。
5. 排氣機動力（軸動力 / 煞車馬力）之計算公式與單位一致性：掌握公制動力計算公式各參數之標準工程單位（$Q$ 為 $\mathrm{m^3/min}$、$FTP$ 為 $\mathrm{mmH_2O}$、$P_{\mathrm{wr}}$ 為 $\mathrm{kW}$）。

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公式剖析與選用

題目提供了五個公式，考生需具備判讀各公式適用邊界條件的能力：

• 公式一：$Q=(W+L)HV$
• 不適用。此為常溫下兩側靠牆或特定圍阻型氣罩的開口排氣流率簡化式，非高溫熱源公式，且題幹未給予捕捉風速 $V$。
• 公式二：$Q=0.06(LW)^{1.33}(\Delta T)^{0.42}$
• 適用於第 (一) 小題。此為 ACGIH 與工業通風標準中，針對「長方形高溫熱源」之上方懸吊低氣罩所建議之理論熱浮力排氣流率經驗公式。變數包含長寬（$L, W$）及熱源與環境之溫差（$\Delta T$）。該公式導出時之標準 SI 制單位為 $\mathrm{m^3/s}$，換算為題目要求的 $\mathrm{m^3/min}$ 時需乘上 $60$。
• 公式三：$Q=0.045(D)^{2.33}(\Delta T)^{0.42}$
• 不適用。此為「圓形高溫熱源」之排氣流率公式（$D$ 為直徑），本題熔爐為長方形，故不選用。
• 公式四：$Q=1.4PHV$
• 不適用。此為常溫下四面開口之懸吊型矩形氣罩公式（$P$ 為周長），適用於無熱浮力之冷製程；熔爐為極高溫熱源，且題幹未給予控制風速 $V$。
• 公式五：$P_{\mathrm{wr}}=\frac{Q\times FTP}{6120\times\eta}$
• 適用於第 (二) 小題。此為排氣機軸動力（理論所需動力）計算公式。分母 $6120$ 源於公制功與功率之換算（$1\ \mathrm{kW} = 102\ \mathrm{kgf\cdot m/s} = 6120\ \mathrm{kgf\cdot m/min}$），因此分子中之 $Q$ 必須以 $\mathrm{m^3/min}$、$FTP$ 以 $\mathrm{mmH_2O}$（$\mathrm{kgf/m^2}$）代入。

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解題方法與計算步驟

(一) 計算 A、B、C 三座長方形熔爐之理論排氣流率

1. 基本參數整理：

• 熔爐尺寸：長 $L = 2\ \mathrm{m}$，寬 $W = 1.5\ \mathrm{m}$
• 熔爐面積乘積項：$LW = 2 \times 1.5 = 3$
• $(LW)^{1.33} = 3^{1.33} \approx 4.3109$（若以分數指數 $3^{4/3}$ 計算則約為 $4.3267$）
• 環境周界平均溫度：$T_0 = 30^\circ\mathrm{C}$

2. 計算各熔爐溫差 $\Delta T$：

• 熔爐 A：$\Delta T_A = 800 - 30 = 770^\circ\mathrm{C}$
• 熔爐 B：$\Delta T_B = 650 - 30 = 620^\circ\mathrm{C}$
• 熔爐 C：$\Delta T_C = 580 - 30 = 550^\circ\mathrm{C}$

3. 選用公式二計算排氣流率 $Q$： $Q = 0.06(LW)^{1.33}(\Delta T)^{0.42}\quad (\mathrm{m^3/s})$ 轉換至題意要求之單位 $\mathrm{m^3/min}$（乘以 $60\ \mathrm{s/min}$）：

• 熔爐 A： $Q_A = 0.06 \times (3)^{1.33} \times (770)^{0.42} \approx 0.06 \times 4.3109 \times 16.3052 \approx 4.2173\ \mathrm{m^3/s}$ $Q_A = 4.2173 \times 60 \approx 253.04\ \mathrm{m^3/min}$ (若以 $3^{4/3}$ 計算，則為 $4.2328 \times 60 \approx 253.97\ \mathrm{m^3/min}$)

核心觀念

本題測驗職業衛生工程領域中「危害控制階層（Hierarchy of Controls）」應用於新興危害物質——奈米物質（Nanomaterials）​之工程控制技術。

1. 法規依據：

• 依據《職業安全衛生法》第 6 條第 1 項第 7 款規定（以命題當年民國 107 年法規為準；現行法本條項款次與文字未修正），雇主對防止原料、材料、氣體、蒸氣、粉塵、溶劑、化學品、含毒性物質或缺氧空氣等引起之危害，應有符合規定之必要安全衛生設備及措施。
• 奈米微粒屬於該款涵蓋之粉塵、化學品及含毒性物質危害範疇。

2. 奈米微粒之氣膠物理特性：

• 幾何粒徑介於 $1\text{ nm} \sim 100\text{ nm}$ 之間，具有極高比表面積、表面活性及懸浮擴散能力。
• 運動行為主要受布朗擴散（Brownian Diffusion）​主導，易隨微小氣流擾動而擴散逸失；人體暴露後可沉積於肺泡深處並穿透生物屏障。

3. 工程控制（Engineering Controls）的核心原則：

• 依循「源頭控制 $\rightarrow$ 傳播路徑阻斷 $\rightarrow$ 排氣清淨」之工程防禦邏輯，重點涵蓋：製程改良／濕式作業、設備密閉隔離、局部排氣（LEV）流場設計、高效率濾網捕集機制（HEPA/ULPA）與工作場所壓差控制。

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解題方法

本題為標準的申論型問答題。作答切入點應嚴格聚焦於「工程控制」（避免誤入管理控制或個人防護具），並依循工業通風與控制工程的系統架構開展：

1. 源頭消減與製程改質：探討利用物態轉換（如漿料、懸浮液）抑制乾粉飛揚之工程措施。
2. 密閉與實體隔離（Enclosure & Isolation）：說明完全密閉系統（手套箱、隔離器）與負壓操作之原理。
3. 局部排氣裝置（Local Exhaust Ventilation, LEV）之流場設計：

• 氣罩選用（優先採用包圍型氣罩如通風櫥、專用奈米秤量櫃）。
• 開口面風速（Face Velocity）調控：解析為何不可盲目加大抽風風速（避免引發紊流導致輕質粉體揚起與飛散）。

4. 空氣清淨與排氣過濾工程：

• 解析過濾機制：奈米微粒在最易穿透粒徑（MPPS, 約 $0.1 \sim 0.3\ \mu\text{m}$）以下，因布朗擴散作用增強，HEPA 對其仍具高度捕集效率。
• 排氣規範：嚴禁將過濾後氣流循環排回室內（No Recirculation），並搭配安全換袋系統（Bag-In/Bag-Out, BIBO）。

5. 室內換氣與負壓梯度（Pressure Cascade）：闡述由乾淨區流向污染區的定向氣流控制。

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選項分析

本題為專技高考申論題，非選擇題，故無個別選項分析。考生的作答架構應分為「源頭密閉與隔離」、「局部排氣流場控制」、「空氣清淨與過濾」、「廠房整體換氣與負壓管理」四大維度展開申論，以展現完整的工程技術體系。

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解題技巧

1. 破題精準：開頭先引述法規授權精神，點出奈米物質粒徑微小（$1 \sim 100\text{ nm}$）、極易擴散且肺泡沉積率高的物理特性，奠定工程控制必須以「防逸散、抗紊流、高密閉」為核心的論述基調。
2. 常見答題陷阱：

• 陷阱一：誤以為氣罩風速越強越好。奈米粉體自重極輕，過大的捕集風速或紊流（Turbulence）會造成粉末反彈與二次揚塵。必須強調「開口面風速均勻性（通常控制在 $0.4 \sim 0.5\text{ m/s}$）」與安裝導流板（Baffle）。
• 陷阱二：誤認為 HEPA 濾網無法捕捉小於 $0.3\ \mu\text{m}$ 的奈米粒子。應精準點出：$0.3\ \mu\text{m}$ 為最易穿透粒徑（MPPS），在奈米尺度（$< 0.1\ \mu\text{m}$）下，布朗擴散機制顯著增強，粒子撞擊纖維之捕集效率反而逼近 $100\%$。
• 陷阱三：混雜非工程控制手段。題目指明「原則上之工程控制」，切勿花費篇幅論述個人防護具（如佩戴 N95/P100 口罩）、勞工健康檢查或教育訓練，否則不予計分。

3. 記憶口訣與關鍵名詞：答題時必須包含專業術語：手套箱（Glovebox）、包圍型氣罩、導流板、面風速 $0.4 \sim 0.5\text{ m/s}$、布朗擴散效應、HEPA/ULPA、BIBO 系統、負壓梯度、禁再循環。

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【答案】

壹、前言

依據《職業安全衛生法》第 6 條第 1 項第 7 款之規定（以命題當年民國 107 年法規為準），雇主對原料、材料、粉塵、化學品等引起之危害，應設置必要之安全衛生設備及措施。奈米物質（粒徑介於 $1 \sim 100\text{ nm}$）具備極高之比表面積與表面化學活性，於空氣中多受布朗運動驅動而高度擴散，極易穿透呼吸系統深部。

核心觀念

本題以命題當年（民國 107 年）之法規標準為準，主要測驗考生對勞動部於民國 105 年頒布之《呼吸防護具選用參考原則》中，有關勞工呼吸防護措施「人（使用者）」之能力建構與「管理機制」之規範掌握度。

在作業環境控制工程中，呼吸防護具屬於控制階層（Hierarchy of Controls）中的最後一道個人防護設備（Personal Protective Equipment, PPE）防線。呼吸防護具若未正確佩戴、未達有效密合、或未妥善清潔維護，其防護係數（Assigned Protection Factor, $APF$）將大幅下降，形同虛設。因此，完整的呼吸防護計畫必須落實「使用者的教育訓練」與「制度化管理措施」，確保勞工自選用、檢點、佩戴、除污至耗材更換，皆能在標準程序下執行。

法規現況提醒：現行法已修正。勞動部於民國 108 年增訂《職業安全衛生設施規則》第 277 條之 1，將呼吸防護計畫明定為法定義務，並頒布《呼吸防護計畫及採行措施指引》取代原參考原則；解題仍以命題當年（民國 107 年）參照之民國 105 年《呼吸防護具選用參考原則》為準。

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解題方法

本題為純申論題型，答題切入點應秉持工礦衛生管理之系統性思維，將題目要求明確拆解為兩大構面分別論述：

1. 使用者的教育訓練：從佩戴前之教育認知、實務操作技能、日常點檢保養，到緊急應變與複訓時機，按使用生命週期開展。
2. 防護具的使用管理：從專責管理權責、生理適性、密合驗證、現場配戴稽核、濾材更換機制，到紀錄保存與成效查核，按 PDCA 管理架構展開。

採綱要化、條列式作答，條理分明，契合閱卷委員之採分點。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。

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解題技巧與常見陷阱

1. 分清「密合檢點」與「密合度測試」：

• 使用者密合檢點（User Seal Check）：屬於「訓練內容」，每次佩戴防護具進入作業場所前，由勞工自主執行的正壓或負壓檢點。
• 密合度測試（Fit Test）：屬於「管理內容」，由專業人員以定性（QLFT）或定量（QNFT）方法，確認該型號防護具與使用者臉型的適配程度。

2. 避免漏答「管理」層面：多數考生常僅側重寫出訓練課程綱要，而遺漏了專責人指定、生理評估、更換時間表建立、顏面毛髮限制及紀錄保存等管理制度。
3. 記憶口訣：

• 訓練要點：「知危害、懂限制、會穿戴、能檢點、知更換、會保養、能應變」。
• 管理要點：「專責人、生理評、密合試、鬍鬚管、換耗材、勤維護、留紀錄」。

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【答案】

依據勞動部民國 105 年訂定頒布之《呼吸防護具選用參考原則》，呼吸防護具使用者的訓練與管理內容應涵蓋下列兩大範疇：

一、 呼吸防護具使用者的訓練內容

雇主應於勞工初次指派作業前，以及作業環境危害變更時，由合格或受訓人員對使用者實施教育訓練，並定期辦理複訓。訓練內容應包含：

1. 工作場所呼吸危害認知：

• 作業環境中存在之空氣有害物種類、物理型態（氣體、蒸氣、粉塵、燻煙、霧滴）及其毒性。

核心觀念

本題測驗「局限空間危害預防」與「作業環境直讀式測定儀器原理及限制」之整合應用能力。

1. 法規依據（以命題當年民國 107 年法規為準）：

• 依據民國 107 年之《缺氧症預防規則》及《職業安全衛生設施規則》局限空間專章（第 29-1 條至第 29-7 條），雇主使勞工於局限空間作業前及作業中，應測定空氣中氧氣（濃度須保持在 $18\%$ 以上）、可燃性氣體（濃度須在爆炸下限值 $LEL$ 之 $30\%$ 以下，實務控制常嚴格設定為 $10\% \sim 25\% LEL$ 以下）、以及有害物質（如一氧化碳 $CO$、硫化氫 $H_2S$ 等容許濃度標準以下）之濃度，並實施適當之通風換氣。（現行法規已將局限空間定義、防護裝備及作業監督查核強化整併，但基本氣體監測要求一致）。

2. 直讀式儀器感測原理：

• 電化學感測器（Electrochemical Sensor）：常用於測定 $O_2$、$CO$、$H_2S$ 等。
• 接觸燃燒式感測器（Catalytic Bead / Pellistor）：常用於測定可燃性氣體之 $LEL$。
• 光離子化偵測器（Photoionization Detector, PID）：用於測定特定揮發性有機化合物（VOCs）。
• 非分散性紅外線感測器（NDIR）：用於測定特定烴類可燃性氣體或 $CO_2$。

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解題方法

本題為標準的技術評估型申論題，答題切入點應分為兩大維度並緊扣「局限空間的特殊作業情境」：

1. 優點分析：聚焦於現場作業安全決策所需的即時性、連續監控、多合一攜帶性與警報聯鎖功能。
2. 缺點與使用限制分析：不可僅流於表面之「易損壞、需校正」，必須從感測元件的物理化學限制（如缺氧對接觸燃燒的影響、交叉干擾、感測器中毒）、環境溫濕度效應、取樣滯後性與分層代表性等專業技術層面切入，才能展現工礦衛生技師之專業深度。

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選項分析

本題為專技高考申論題，並無固定選項。在申論答題上，考生常選擇之論述方向與其評價如下：

• 方向一（僅回答常規儀器通性：攜帶方便、測得快、易壞）：【不建議】過於空泛且缺乏局限空間針對性，無法取得高分。
• 方向二（針對局限空間特定情境：缺氧對 LEL 測定之衝擊、多深度分層測定時差、交叉敏感度影響）：【最佳作答架構】能精準切入局限空間特定物化環境對直讀儀器造成的致命誤差，屬於專業典範解答。

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解題技巧

1. 答題結構化：採用「優點（45 點）」、「缺點及限制（45 點）」、「使用上之因應對策」三段式鋪陳。
2. 得分關鍵字：必須寫出​「即時警報（Real-time Alarm）」、「衝擊測試（Bump Test）」、「交叉干擾（Cross-sensitivity）」、「催化劑中毒（Sensor Poisoning）」、「缺氧環境使 LEL 讀值失真」、「取樣管抽氣延遲（Response Time）」。
3. 避坑提示：特別注意接觸燃燒式可燃性氣體偵測器在無氧或極低氧（$< 10\% \sim 15\%$）​環境下無法進行催化燃燒反應，會給出「無爆炸危險」的假陰性（False Negative）讀值，此為局限空間最嚴重的致災陷阱之一，必須特別論述。

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【答案】

在局限空間（Confined Space）作業危害控制中，進入前及作業中常以直讀式儀器（如四合一氣體偵測器、PID）進行危害物質檢測，其優點、缺點及使用上應注意事項闡述如下：

一、直讀式儀器於局限空間使用之優點

核心觀念

本題涉及勞動部職業安全衛生署於民國 106 年所訂定之《醫療院所手術煙霧危害預防及呼吸防護參考指引》（以命題當年民國 107 年之規範為準），核心考點聚焦於醫療作業環境衛生中的新興物理化學生物複合性危害及其工程控制：

1. 手術煙霧（Surgical Smoke / Plume）之定義與危害成分：高溫能量器械作用於組織時產生的熱裂解氣溶膠（包含生物性、化學性與物理性危害）。
2. 職業危害控制階層（Hierarchy of Controls）：工程控制、行政管理、個人防護具在手術室特殊環境下的實務落實。
3. 局部排氣裝置（LEV）之基本五大組成單元及其在手術煙霧排除器（Smoke Evacuation System）之特殊配置：氣罩、導管、空氣清淨裝置（多道過濾系統：初濾、ULPA/HEPA、活性碳）、排風機、排氣口。

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解題方法

本題為標準的申論型綜合題，作答時切入架構應層次分明：

1. 名詞定義：明確指出手術煙霧的產生機轉（能量器械引發細胞破裂與熱裂解）及其有害內涵（生物碎片、毒性化學物質、微粒），不可僅簡答「開刀產生的煙」。
2. 原則上之控制：依循職業衛生公認的「控制階層」由源頭至末端展開論述：

• 替代／消除（評估技術可行性）
• 工程控制（局部排氣為主力、全般換氣為輔助）
• 行政管理（標準作業程序、設備維護、教育訓練）
• 個人防護具（選用符合規範之防護口罩）

3. 局部排氣裝置組成：以傳統工業通風五大單元（氣罩、導管、清淨裝置、風機、排氣口）為骨架，結合手術室專用排煙系統（Smoke Evacuator）之特性（如手柄整合氣罩、集液瓶、ULPA 濾網、活性碳吸附層）詳加申論。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。

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解題技巧

1. 三段式破題：題目共三問（定義、控制原則、局部排氣單元），擬答應清楚以（一）、（二）、（三）標號對應，方便閱卷委員按點給分。
2. 專用名詞精確度：寫出手術常見產煙設備（如電燒刀 Electrocautery、雷射 Laser、超音波手術刀 Ultrasonic scalpel）；過濾等級請務必指名「ULPA（超低穿透率空氣濾網）」或「HEPA」，氣狀危害需提及「活性碳（Activated carbon）」，切莫只寫「濾網」。
3. 避開常見陷阱：一般外科口罩（Surgical mask）僅能防止飛沫噴濺，對次微米手術煙霧微粒及氣狀毒物無防護力；答題時若提及呼吸防護具，必須強調「N95等級以上之手術用微粒過濾呼吸防護具（Surgical N95）」。

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【答案】

一、手術煙霧（Surgical Smoke 或 Plume）之定義

依據勞動部職業安全衛生署發布之《醫療院所手術煙霧危害預防及呼吸防護參考指引》，手術煙霧係指在手術或醫療處置過程中，使用高溫能量醫療器材（如高頻電燒刀、雷射手術儀器、超音波手術刀、電灼器等）進行組織切割、凝固、止血或碳化時，組織細胞受熱破壞、水分迅速沸騰蒸發，致使細胞膜破裂並發生熱裂解所產生的空氣中副產物混合物。

其主要危害成分可歸納為三類：

1. 生物性危害：存活或失去活性的細胞碎片、血液飛沫、細菌及病毒（如人類乳突病毒 HPV、B型肝炎病毒 HBV、人類免疫缺乏病毒 HIV 等）。
2. 化學性危害：熱裂解產生之揮發性有機化合物（VOCs）及毒性氣體，包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯（BTEX）、甲醛、丙烯醛、乙腈、酚類、多環芳香烴（PAHs）以及一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）等具致癌性、致突變性或刺激性之物質。
3. 物理及刺激性危害：大量粒徑落在次微米（$< 1\,\mu\text{m}$）甚至奈米級（$0.01\sim 0.1\,\mu\text{m}$）的微細懸浮微粒，會深入肺泡引起呼吸道發炎、刺激眼鼻黏膜並造成刺鼻異味，同時惡化手術視野。

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二、手術煙霧原則上之控制措施

醫療院所應依「職業危害控制階層」原則，採取由源頭至人體的綜合控制策略：

1. 消除與取代（Elimination / Substitution）：

• 在不影響醫療效果與病患安全的前提下，評估使用產煙量較低之手術替代設備。