为避免作业人员吸入有害的空气污染物，我们利用局部排气系统将工作场所的污染物从气罩抽除。当作业条件改变导致气罩抽气需求增加，或生产线的重新安排导致气罩的数目必须增加时，有些业者为了省时间，便自行在现有的局部排气系统里增设几个气罩，又在增设的气罩后方安装「中间风扇机」，试图藉此加强系统总抽气能力，以提供因增设气罩而需增加的额外抽气功率。不明就理的业者以为「这样做应该可以满足新的需求，而且修改的部分不多，对原有的局部排气系统不至于有什么负面的影响吧？」

    然而结果通常令业者感到困扰，因为即使只作了「一点点」修改，局部排气系统的某些装置性能也可能明显变差，在部分加装中间风扇机的修改案例里，风管震动、风扇机发出异常噪音、污染气体自风管接头泄漏、气罩逆向喷出污染空气等混乱现象，使原本想要「省时省钱」的业者既困扰又不解（注一）。本文针对部分业者「未经专家建议、在局部排气系统中任意加装中间风扇机」的错误现象，提出通风原理的概略说明，希望业界朋友读过本文所提的几个「错误案例」后，能够了解「为什么不可以这样做」，以保障现场劳工的呼吸安全。

    错误案例一：风扇机长距离串联

    首先我们来看第一个「错误案例」（注二）。图一所示是某个局部排气系统修改前后的对照图，其中上方代表的是原来的系统，而下方代表的是加装「中间风扇机Ｃ」之后的系统。我们看到原来的系统从「气罩Ｄ」抽除污染气体，这些污染气体沿着风管ＡＤ输送到「风扇机Ａ」，再藉由风扇机Ａ的推送而向右边排出。由于ＡＤ风管长度太长，风管的管路摩擦压力损失造成气罩Ｄ抽气能力不足，于是业者便买来一部中间风扇机Ｃ，依照图一下方的方式加装上去，企图藉此提高气罩Ｄ的抽气能力。



    图一　错误案例一之风扇机串联示意图

    这位业者曾经看过风扇机串联的特殊案例，因此他认为这样做「应该」没问题，然而加装中间风扇机Ｃ的结果，发现气罩Ｃ抽气量增加的效果相当有限，于是他将这部中间风扇机拆下，换上一部高功率的中间风扇机，但效果还是不如预期的好，而且系统发生恼人的震动、噪音。这是为什么呢？为了说明这种现象，以下我们依中间风扇机Ｃ的净功率不同，看看图一的案例运转情形可能会如何：



    图二 错误案例一之风扇机串联前后风管压力变化情形

    注一：加装中间风扇机还可能造成腐蚀风扇叶片、轴承之问题，亦可能产生火灾爆炸等问题，除非在中间风扇机之入口妥为安装空气滤清装置。

    注二：本文举出两个错误案例，但为了说明方便而刻意予以简化，以便凸显加装中间风扇机所造成之影响，对于那些较复杂的系统诸元变化则暂不讨论，因此真实系统反应不见得与本文所举的错误案例完全一样。

    一、未加装中间风扇机Ｃ时：图一上方局部排气系统的风管压力变化如图二(a)、(b)、(c)三个小图的虚线所示，在此我们用虚线来代表未曾加装中间风扇机的原始系统风管压力变化情形。看图二的虚线，我们发现风管压力从左边气罩Ｄ的吸气口处沿着ＡＤ风管向右方逐渐降低，在风扇机Ａ的入口处达到压力的最低点，并在风扇机Ａ的出口处转为正压力将污染气体吹出。未加装中间风扇机Ｃ时，整个局部排气系统仅有风扇机Ａ发挥作用。

    二、加装功率极低的中间风扇机Ｃ：此时系统的结构如图一下方，而风管的压力变化则如图二(a)的实线。比较图二(a)的虚线、实线，我们发现风扇机Ａ的动力负担因为中间风扇机Ｄ的加入而降低，因此气罩Ｄ的抽气量增加、风扇机Ａ须负担的压力差得以缩小。加装低功率中间风扇机Ｃ时，风扇机Ａ、Ｃ各负担一部分抽气所需之功率，且风管压力由D到A一直保持为负压力，不必担心风管内的污染气体发生泄漏的问题。然而加装功率低的中间风扇机Ｃ，对提高气罩Ｄ抽气量帮助不明显，不受业者青睐，因此这样的案例鲜少听说过。

    三、中间风扇机Ｃ之功率在临界区域：如果我们将中间风扇机Ｃ的功率加大，则风管压力的变化将如同图二(b)的实线。在此种情况，气罩Ｄ的抽气量会比加装低功率中间风扇机时的抽气量再增加一些，但却在风管ＡＣ之间出现一个有趣的「零压点」。到底零压点是什么呢？是很重要的物理现象吗？

    所谓的零压点，是一个「风管静压力为零」的虚拟想像点，我们由图二(b)发现压力在零压点的左侧是正值，意味着「污染气体被中间风扇机Ｃ推着向右方流动」，而压力在零压点的右侧则是负值，意味着「污染气体被风扇机A拉着向右方流动」。零压点是一个不稳定的点，它在风管AC上的实际位置，会受到各种物理条件的微弱改变而像小船一样「左右漂移」，因此在这种情况下，不但风管AC的噪音、震动情况恶化，而且风管AC内的压力正负变化难以预期，造成风扇机Ａ、C的工作负担变动频繁，风扇机的电动马达若无法适应这样的环境变动，便随时可能失败（注三）。震动、噪音、污染气体的泄漏造成业者恐慌，这正是风扇机长距离串联的常见错误案例（注四）。

    四、加装功率极高的中间风扇机Ｃ：如果中间风扇机Ｃ的功率极高，会发生什么事呢？此时风管AC的压力变化如图二(c)实线，由前面的讨论，我们不但发现气罩Ｄ抽气量会大幅提高，但同时也发现整个系统几乎完全由中间风扇机Ｃ单独驱动，此时风扇机Ａ便失去了应有的用途；此外，加装高功率的中间风扇机Ｃ使得风管压力在风管AC内几乎完全为正值，而正值的风管压力容易使污染气体泄漏到风管外，这种错误是局部排气系统设计上难以接受的。

    错误案例二：气罩并联、风扇机串联

    谈完了案例一，接着我们来看一个比较复杂些的案例。图三为某个简化过的「气罩并联」局部排气系统，原本只装有风扇机Ａ，我们来看看加装「中间风扇机Ｃ」前后的系统反应变化。与案例一不同的是：在Ａ、Ｃ两具风扇机之间，原本就有一个气罩Ｅ，而后来才加装的中间风扇机Ｃ，则位在气罩Ｄ之后、气罩并联点Ｂ之前。以下我们仿照案例一的方式，依照中间风扇机Ｃ的净功率大小，逐一观察加装中间风扇机Ｃ会有什么结果：



    图三　错误案例二之风扇机串联示意图

    一、未加装中间风扇机Ｃ时：请看图三，原来的局部排气系统仅由风扇机A单独驱动，此时中间风扇机Ｃ不存在。污染气体从左方气罩D、下方气罩E抽除后在B点汇流，经风扇机A向右方排出。在原来的系统里，风管ＡＤ的压力变化很单纯，如图四(a)、(b) 、(c)三个小图里的虚线。

    二、加装功率极低的中间风扇机Ｃ：风管ＡＤ压力变化如图四(a)小图的实线。由前面的讨论，我们知道气罩Ｄ的抽气量因为中间风扇机的加装而得以提升，但又因为「中间风扇机的出口压力必高于入口压力」，因而造成风管BC之间的风管压力提升（也可以说「负压力萎缩」），而正因为汇流点B的负压力萎缩，气罩Ｅ的抽气效能便因此变差。



    图四 错误案例二之风扇机串联前后风管压力变化情形

    三、中间风扇机Ｃ之功率在临界区域：风管ＡＤ压力变化如图四(b)小图的实线。与案例一的对应情况（请对照图二(b)小图）类似，我们发现中间风扇机Ｃ功率提高的结果，使气罩Ｄ抽气量又增加了，但这样做的负面代价有三个：首先是气罩Ｅ的抽气效能变得更差，其次是风管ＢＣ之间可能出现恼人的「零压点」（零压点对系统的威胁在前面已经讨论过了），第三是中间风扇机Ｃ出口压力转为正值，造成潜在的泄漏问题。

    四、加装功率极高的中间风扇机Ｃ：如果中间风扇机Ｃ太高，则风管ＡＤ压力变化如图四(c)小图的实线。在这种情况下，气罩Ｄ风量虽然很高，但就如同前面讨论过的，不受欢迎的「零压点」将因为中间风扇机Ｃ的功率过高而被推移到汇流点Ｂ右方，造成汇流点Ｂ的风管压力转为正值，此时连接在汇流点Ｂ的气罩Ｅ不但完全丧失抽气能力，甚至还会逆向喷出污染气体。除此之外，由于中间风扇机Ｃ功率过高，整个局部排气系统几乎完全被中间风扇机Ｃ驱动，此时风扇机Ａ便失去了原有的设计用途。

    整理以上二种错误案例的分析讨论结果，我们可得到以下三项推论：

    一、在错误案例一，因为中间风扇机Ｃ的加装，使得风扇机Ａ的实际转数增加，倘若中间风扇机Ｃ的功率偏高，则风扇机Ａ可能因为以下两种原因而失败：

    (一)中间风扇机Ｃ鼓出的空气推动「转得还不够快」的风扇机Ａ，使风扇机Ａ的马达转数高于「无滑差转数」，这样一来，马达就会变成我们不需要的一部「怪异发电机」（此部分牵涉到较艰涩的电机机械特性，详细原因我们暂不讨论）。

    (二)零压点的存在与漂移，使风管发生震动、噪音、污染气体泄漏，风扇机的负载变动频繁、工作条件恶劣，因而缩短风扇机马达的使用寿命。

    二、在错误案例二，加装中间风扇机Ｃ的结果，使「距离中间风扇机Ｃ出口最近」的气罩Ｅ性能变差，并使风扇机Ａ的工作负担减轻，但若中间风扇机Ｃ的功率过高，则气罩Ｅ可能逆向排出污染气体，正压风管段（依照中间风扇机Ｃ的功率大小，可为BC段或AC段）可能发生污染气体泄漏，零压点造成震动噪音等困扰，而且风扇机Ａ的转数可能高于其「无滑差转数」而失效。

    三、对于大型局部排气系统而言，即使仅有一气罩逆向排出污染物，整个系统仍属失败，不宜为迁就特定气罩之性能而造成系统性能的混乱。 总之，局部排气系统是以劳工作业场所的整体需求规划设计，当作业场所现有的局部排气系统有「修改、延长、新增或部分拆卸」的必要时，我们务须延请专业工程师审慎评估计算后才能进行修改，切忌自行增删修改任何元件，以免局部排气系统的整体性能受到意外的反面影响。