112 年 國立成功大學環境醫學研究所甲組《工業衛生》

本題主要考驗對通風換氣量計算以及理想氣體定律的應用。

第一部分：計算每小時換氣量

• 觀念說明： 換氣量 (Air Change per Hour, ACH) 是指在一個小時內，室內空氣被完全替換的次數。計算方式是將每小時的總換氣體積除以室內的體積。題目給的是每分鐘的供氣量，需要轉換為每小時。

• 計算過程：

  1. 計算房間體積：
     體積 $V = \text{長} \times \text{寬} \times \text{高} = 30 \text{ m} \times 20 \text{ m} \times 3 \text{ m} = 1800 \text{ m}^3$。
  2. 計算每小時的供氣量：
     每分鐘供氣量 $= 300 \text{ m}^3/\text{min}$。
     每小時供氣量 $= 300 \text{ m}^3/\text{min} \times 60 \text{ min/hr} = 18000 \text{ m}^3/\text{hr}$。
  3. 計算每小時換氣量 (ACH)：
     ACH $= \frac{\text{每小時供氣量}}{\text{房間體積}} = \frac{18000 \text{ m}^3/\text{hr}}{1800 \text{ m}^3} = 10 \text{ ACH}$。

• 答案： 該房間每小時換氣量是 10 ACH。

第二部分：計算房間內有多少莫耳的氧氣

• 觀念說明： 這裡需要使用理想氣體定律 $PV = nRT$ 來計算氣體莫耳數。在應用此定律前，需要確保所有單位都與氣體常數 $R$ 的單位一致。題目給的 $R$ 單位是 $\frac{\text{atm} \cdot \text{L}}{\text{mol} \cdot \text{K}}$，因此需要將房間的體積從 $m^3$ 轉換為 L，並將溫度從攝氏轉換為克耳文 (K)。

本題考驗對直讀式儀器校正原理的理解，特別是使用標準氣體進行校正的步驟與計算。

• 核心觀念： 直讀式儀器（如 CO 偵測器）需要定期使用已知濃度的標準氣體進行校正，以確保其讀數的準確性。校正通常包含「零點校正」(zero calibration) 和「跨度校正」(span calibration)。跨度校正是指使用一個已知濃度的標準氣體來設定儀器的量測範圍。題目提到使用 5% 的 CO 標準氣體來校正，這意味著 5% 的 CO 是用來設定儀器的「高點」或「滿刻度」讀數。

• 題目情境分析：

  • 容許濃度 (Permissible Exposure Limit, PEL) = 35 ppm (parts per million)。這是一個標準值，但不是用來直接校正儀器的標準氣體濃度。
  • 標準氣體濃度 = 5% CO。需要將此百分比轉換為 ppm。
  • 儀器類型：直讀式儀器。

• 校正步驟與計算過程：

  1. 轉換標準氣體濃度單位：
     題目給的標準氣體濃度是 5%。通常 ppm 是指體積的百萬分之一。
     $1\% = 10000 \text{ ppm}$
     所以，$5\% \text{ CO} = 5 \times 10000 \text{ ppm} = 50000 \text{ ppm CO}$。

  2. 理解校正目的：
     使用 50000 ppm 的 CO 標準氣體，是為了讓儀器顯示一個特定的讀數。這個讀數通常是儀器量測範圍的上限，或是與某個高濃度暴露情境對應。

     • 情況一：儀器滿刻度校正。 如果儀器的量測範圍是設定為 0-50000 ppm，那麼當通入 50000 ppm 的 CO 時，儀器應該顯示 50000 ppm。
     • 情況二：儀器設定為對應某個特定暴露值。 例如，如果儀器被設定為在量測到 50000 ppm CO 時，顯示的是一個與某個高暴露等級相關的數值（例如，可能不是直接顯示 50000 ppm，而是顯示一個警告值）。然而，最常見的跨度校正方式是讓儀器讀數與標準氣體濃度一致。

  3. 執行跨度校正 (Span Calibration)：

     • 首先，確保儀器已完成零點校正（通常是使用零級空氣或氮氣）。
     • 然後，將 50000 ppm 的 CO 標準氣體通入儀器。
     • 觀察儀器的讀數。
     • 調整儀器：

本題考驗對工作場所疲勞測定方法的了解。疲勞是影響工作效率、準確性和安全性的重要因素，因此有多種方法用於評估和測定。

• 核心觀念： 疲勞是一個多面向的概念，可以從生理、心理、行為和工作表現等多個角度進行評估。測定方法也因此多樣化。

• 疲勞測定方法的舉例：

  1. 生理指標測定 (Physiological Measures)：

     • 觀念： 透過測量人體生理系統的變化來評估疲勞程度。這些變化通常與神經系統、心血管系統或代謝活動有關。
     • 具體方法：
       • 腦電圖 (Electroencephalogram, EEG)： 測量腦部電活動，觀察腦波頻率和振幅的變化，例如 α 波和 θ 波的增加可能表示疲勞。
       • 心率變異性 (Heart Rate Variability, HRV)： 分析心跳間隔的變化，疲勞通常與自主神經系統失衡有關，可能表現為 HRV 的降低。
       • 眼瞼下垂 (Eyelid Closure) 或眨眼率 (Blink Rate)： 觀察眼瞼閉合的時間長度或每分鐘眨眼的次數，疲勞時眼瞼閉合時間會增加，眨眼率可能改變。
       • 皮膚電導反應 (Galvanic Skin Response, GSR) / 皮膚電位 (Skin Potential)： 測量皮膚導電度的變化，與情緒和生理喚醒狀態有關。

  2. 主觀評估問卷 (Subjective Assessment Questionnaires)：

     • 觀念： 直接詢問受試者關於其疲勞感、警覺性、精神狀態等的主觀感受。這是最常見且相對容易實施的方法。
     • 具體方法：
       • 自評量表 (Self-Rating Scales)： 例如，要求受試者在一個量表上標記其當前的疲勞程度（如 1-10 分），或選擇描述其感受的詞語。
       • 標準化問卷： 如 Karasek 的工作壓力量表 (Job Content Questionnaire, JCQ) 中的部分項目，或專門設計的疲勞問卷，如「主觀疲勞量表」(Subjective Fatigue Scale, SFS)、「量化疲勞量表」(Multidimensional Fatigue Inventory, MFI) 等。
       • 警覺性評估： 例如，要求受試者評估自己是否想睡覺、注意力是否集中等。

本題考驗對非分散性紅外光法 (NDIR) 原理的理解及其在空氣污染物監測中的應用。

• 核心觀念： NDIR 是一種基於氣體對特定波長紅外光吸收特性的光譜分析技術，廣泛用於測量氣體濃度。

• NDIR 原理說明：

  1. 紅外光吸收原理： 大多數氣體分子（特別是多原子分子，如 CO, CO2, CH4, NOx 等）的分子鍵在振動和轉動時，會吸收特定波長範圍內的紅外光。吸收的能量會引起分子從較低的振動能階躍遷到較高的振動能階。
  2. 儀器結構： 一個典型的 NDIR 儀器包含以下幾個關鍵部分：
     • 紅外光源 (Infrared Source)： 通常是一個加熱的燈絲或半導體，發射出寬頻帶的紅外光。
     • 樣品室 (Sample Cell)： 一個氣體管，紅外光會穿過其中。待測氣體被引入此樣品室。
     • 濾光片 (Filter)： 在紅外光到達偵測器之前，會通過一個或多個濾光片。這些濾光片被設計成只允許特定波長（即待測氣體吸收的波長）的紅外光通過。
     • 偵測器 (Detector)： 用來測量穿過樣品室和濾光片後剩餘的紅外光強度。常用的偵測器是「窄帶濾光紅外偵測器」(Narrow-band Filter Infrared Detector, NDIR detector)，它對特定波長的光特別敏感。
  3. 測量過程：
     • 紅外光從光源發出，穿過充滿待測氣體的樣品室。
     • 如果樣品室中的氣體含有待測污染物，該污染物分子會吸收特定波長的紅外光。
     • 通過濾光片後，剩餘的紅外光強度會被偵測器接收。
     • 比較法： 為了提高準確性並補償光源強度變化、樣品室壁污染等因素，通常採用「比較法」。
       • 雙光束法 (Dual-beam NDIR)： 一束光直接進入參考偵測器，另一束光穿過樣品室後進入量測偵測器。透過比較兩束光的強度差來計算吸收量。
       • 單光束法 (Single-beam NDIR) 配合參考氣體： 在測量過程中，會交替通入樣品氣體和零氣（如純氮氣或零級空氣）。

本題為名詞解釋題，要求解釋四個工業衛生與環境科學領域的重要名詞。

1. 熱適應 (Heat Acclimation)

• 核心觀念： 指人體在暴露於高溫環境下，經過一段時間後，生理系統發生的一系列適應性變化，使其更能耐受高溫並維持體溫恆定。
• 詳解： 熱適應是一個生理上的調節過程。當人體長時間暴露於高溫（濕熱或乾熱）環境中時，身體會逐漸產生一系列的生理變化，以增強散熱能力和減少熱量累積。這些變化包括：
  • 汗腺功能增強： 汗液分泌量增加，且汗液的鹽分濃度降低（排汗更稀），有利於蒸發散熱。
  • 心血管系統適應： 心輸出量增加，皮膚血流量增加，以利於將體內熱量帶到體表散發。
  • 體溫調節中樞的敏感性改變： 體溫調節中樞對體溫升高的反應可能變得更敏感，或能更有效地啟動散熱機制。
  • 代謝率的輕微下降： 減少產熱。
  • 電解質平衡的改善。
    熱適應通常需要數天到數週的時間才能完全建立，並且如果停止暴露於高溫環境，這些適應性變化也會逐漸消失。與「熱訓練」(heat acclimatization) 概念相似，但「acclimation」通常指在實驗室控制環境下的人工適應，而「acclimatization」則指在自然環境下的長期適應。

2. 黑球溫度 (Black Globe Temperature, T_g)

• 核心觀念： 黑球溫度是評估熱環境中人體感受熱負荷的一個綜合指標，它同時考慮了空氣溫度、輻射溫度和風速的影響。
• 詳解： 黑球溫度由一個直徑約 15 公分的塗有啞光黑漆的空心金屬球體（或塑膠球）構成，其內部安裝一個溫度計。這個球體模擬人體吸收和散發輻射熱的能力。黑球溫度是人體在特定環境下，由於吸收了來自周圍環境的輻射熱（包括太陽輻射、牆壁、設備等表面的輻射）以及與空氣進行對流和傳導熱交換後，所達到的一種假想的熱平衡溫度。
  • 影響因素： 黑球溫度主要受以下因素影響：
    • 空氣溫度 (T_a)： 影響對流和傳導。
    • 平均輻射溫度 (Mean Radiant Temperature, T_mrt)： 來自周圍表面的輻射熱。
    • 風速 (v)： 影響對流換熱的強度。
  • 計算公式（近似）： 黑球溫度 ($T_g$) 可以近似表示為：
    $T_g = \frac{h_r T_{mrt} + h_c T_a}{h_r + h_c}$
    其中 $h_r$ 是輻射傳熱係數，$h_c$ 是對流傳熱係數，$T_{mrt}$ 是平均輻射溫度，$T_a$ 是空氣溫度。在無風或低風速情況下，輻射對黑球溫度的影響較大；在有風情況下，對流傳熱係數 $h_c$ 增加，風速對黑球溫度的影響增大。
  • 應用： 黑球溫度是熱應激指數 (Heat Stress Index, HSI) 或其他熱暴露評估指標中的一個重要組成部分，用於評估工作場所的熱危害。

3. 化學品全球調和制度 (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals, GHS)

• 核心觀念： GHS 是一個由聯合國制定的國際標準，旨在建立一套統一的化學品危害分類標準和危害溝通方式（標籤和安全資料表）。
• 詳解： GHS 的目的是在全球範圍內，為化學品的危害性提供一致的分類標準和溝通工具，以確保工人、消費者和應急人員能獲得準確、易於理解的化學品危害資訊，從而提高化學品使用的安全性。
  • 主要內容：
    • 危害分類： GHS 規定了物理危害（如易燃、爆炸性）、健康危害（如急性毒性、致癌性、致突變性、生殖毒性、皮膚腐蝕/刺激、嚴重眼損傷/刺激、呼吸道或皮膚致敏性、生殖細胞致突變性、致癌性、生殖毒性、特定目標器官毒性、吸入危害）和環境危害（如對水生環境的危害）的分類標準。
    • 危害溝通要素：
      • 危害象形圖 (Pictograms)： 一系列標準化的圖案，用以直觀地警示化學品的危害類型（如骷髏頭、感嘆號、火焰、炸彈等）。
      • 警示語 (Signal Words)： 如「Danger」（危險）或「Warning」（警告），用來強調危害的嚴重程度。
      • 危害說明 (Hazard Statements)： 標準化的短語，描述危害的性質和程度（如「Highly flammable liquid and vapor」、「Causes skin irritation」）。

本題考驗對物質基本物理性質的理解，特別是與燃燒和相變相關的參數，並要求進行排序。

第一部分：解釋名詞

1. 閃火點 (Flash Point)

   • 核心觀念： 指可燃液體或固體所產生的蒸氣，在受熱時，與空氣混合形成可燃性混合物，當遇到火源（如火花、火焰）時，能夠瞬間被點燃的最低溫度。
   • 詳解： 閃火點是衡量物質易燃性的一個重要指標。在閃火點時，液體或固體表面產生的蒸氣量不足以支持持續燃燒，僅僅是瞬間的閃燃。這個溫度比自燃點低。閃火點越低，表示物質越容易揮發產生可燃蒸氣，其火災危險性越高。通常在物質安全資料表 (SDS) 中會標示。

2. 自燃點 (Autoignition Temperature / Spontaneous Ignition Temperature)

   • 核心觀念： 指物質在沒有外部火源（如火花或火焰）的情況下，僅僅由於自身受熱，當溫度達到某一特定值時，其蒸氣或可燃粉塵與空氣混合，就能自行燃燒起來的最低溫度。
   • 詳解： 自燃點也稱為自動點火溫度。與閃火點不同，自燃點不需要外部點火源。有些物質在常溫下就可能緩慢氧化放熱，若熱量無法散失，溫度升高，最終達到自燃點即會起火。自燃點通常比閃火點高。

3. 熔點 (Melting Point)

   • 核心觀念： 指晶體物質在固態和液態之間發生相變（熔化）的溫度。在此溫度下，固態和液態處於平衡狀態。
   • 詳解： 對於純淨的晶體物質，熔點是一個固定的溫度值（在一定壓力下）。當溫度低於熔點時，物質呈固態；當溫度等於熔點時，物質開始從固態轉變為液態；當溫度高於熔點時，物質呈液態。對於非晶體物質（如玻璃），不存在明確的熔點，而是有一個熔化範圍。

4. 沸點 (Boiling Point)

   • 核心觀念： 指液體在其蒸氣壓等於外部壓力時的溫度。在此溫度下，液體開始轉變成蒸氣（汽化），並在液體內部形成氣泡。
   • 詳解： 沸點是物質從液態轉變為氣態的溫度。在標準大氣壓 (1 atm) 下的沸點稱為標準沸點。當外部壓力升高時，沸點升高；當外部壓力降低時，沸點降低。沸點也是物質純淨度的一個指標。

第二部分：由高溫到低溫排列參數

這四個參數都代表了物質在不同溫度下的狀態或行為。一般來說，物質的相變和燃燒過程與溫度有關。

• 熔點 (Melting Point)： 物質從固態變為液態的溫度。
• 沸點 (Boiling Point)： 物質從液態變為氣態的溫度。
• 閃火點 (Flash Point)： 物質產生可燃蒸氣並能被外部火源點燃的最低溫度。
• 自燃點 (Autoignition Temperature)： 物質在無外部火源下自行燃燒的最低溫度。

排序邏輯：

1. 自燃點 通常是最高的。因為它需要達到足夠高的溫度才能使物質無需外部火源就自行氧化燃燒。
2. 沸點 通常高於熔點，因為從液態變為氣態需要比從固態變為液態更多的能量。

本題分為兩部分，第一部分考驗對營造安全衛生設施標準中安全網設置規範的了解；第二部分則探討營造業職災發生率偏高的原因。

第一部分：營造安全網設置規範

• 核心觀念： 營造業是高風險行業，墜落是主要職災原因之一。安全網的設置是防止人員或物體墜落傷亡的重要措施。相關規範旨在確保安全網的有效性。

• 相關法規依據（台灣）： 勞動部訂定的《職業安全衛生設施規則》及其他相關安全衛生標準。題目提及「營造安全衛生設施標準」，這可能是指《職業安全衛生法》下的相關子法規或地方性規定，但核心精神與《職業安全衛生設施規則》一致。

• 規範要點（舉例，實際規範可能更詳細）：

  1. 設置範圍與高度：
     • 墜落高度： 當勞工在高處（例如，離地面或下 sàn有一定高度，通常為 2 公尺或以上）作業，且無法設置護欄、護蓋或其他防墜設施時，應設置安全網。
     • 作業區域： 應在可能發生人員或物體墜落的下方區域設置。
  2. 安全網的種類與性能：
     • 材料： 應使用強度足夠、不易劣化（如耐候性）的材料製成，如合成纖維繩索。
     • 網目尺寸 (Mesh Size)： 網目尺寸應符合規定，以確保能有效捕捉墜落人員或物體。過大的網目可能使人體穿過，過小的網目可能增加衝擊力。
     • 強度： 安全網及其固定方式應能承受墜落人員或物體的衝擊力，並有足夠的安全係數。通常有相關的抗拉強度、衝擊吸收能量等要求。
  3. 設置方式與要求：
     • 張設方式： 安全網應平整、緊密地張設，避免產生過大的下垂量（稱為「網囊」或「下垂量」），以免墜落人員撞擊到下方的硬物或網的支撐結構。
     • 固定點： 固定點應牢固，能承受墜落時的巨大拉力。
     • 網的邊緣： 網的邊緣應有足夠的強度，並與支撐結構確實連結。
     • 間距： 如果設置多層安全網，層間間距應符合規定，以提供足夠的緩衝。
     • 定期檢查： 應定期檢查安全網的狀況，包括磨損、老化、腐蝕、固定是否牢固等，確保其有效性。
  4. 其他：
     • 安全網應由合格人員安裝。
     • 應有明顯的警示標誌。

• 總結規範要點： 設置高度、墜落區域、網的材質與強度、網目尺寸、張設方式（下垂量控制）、固定牢固性、定期檢查與維護。

第二部分：營造業職災發生率較高的原因

• 核心觀念： 營造業的作業環境、工作性質和潛在風險使其成為職災發生率較高的行業。
• 原因分析：
  1. 高處作業風險： 建築施工涉及大量的高處作業，如鷹架、屋頂、樓板、模板等，墜落是造成重傷或死亡的主要原因。
  2. 多重危害暴露：
     • 物體墜落： 工具、材料、鷹架零件等可能從高處墜落，造成下方人員傷害。
     • 機械設備危害： 使用起重機、挖土機、電力工具等，存在被夾、被捲、撞擊、感電等風險。
     • 潛在性危害： 如噪音、粉塵（石綿、矽塵）、化學品暴露（油漆、溶劑、混凝土添加劑）、高溫、低溫等。
     • 電氣危害： 臨時用電、高壓線路等。
  3. 複雜且動態的工作環境：

本題考驗對熱傷害種類及其嚴重程度的認知。

第一部分：舉出三種熱傷害

熱傷害是指人體在暴露於高溫環境下，體溫調節機能失調，導致體溫異常升高而產生的各種病症。常見的熱傷害種類包括：

1. 熱痙攣 (Heat Cramps)：
   • 特徵： 這是最輕微的熱傷害。主要由於大量出汗導致體內鹽分（特別是鈉）流失過多，引起肌肉（尤其是腿部、手臂或腹部肌肉）發生自發性、疼痛性的痙攣。通常發生在勞動或運動後。
2. 熱衰竭 (Heat Exhaustion)：
   • 特徵： 這是比熱痙攣更嚴重的熱傷害。由於在高溫下身體持續散熱（如大量出汗）導致體液和鹽分大量流失，血液循環系統無法有效維持，出現全身性症狀，如虛弱、疲倦、頭暈、頭痛、噁心、嘔吐、皮膚濕冷、脈搏微弱但快。體溫可能略有升高（通常低於 $40^\circ\text{C}$）。
3. 熱衰竭 (Heat Stroke)：
   • 特徵： 這是最嚴重、最危急的熱傷害，是一種醫療急症。由於身體的熱調節機能完全失調，無法有效散熱，導致核心體溫急劇升高（通常超過 $40^\circ\text{C}$），並伴隨中樞神經系統的異常。

第二部分：哪種熱傷害最為嚴重？

• 最嚴重的熱傷害是熱衰竭 (Heat Stroke)。

本題考驗對不同類型噪音的區分以及結構噪音的控制方法。

第一部分：空氣噪音與結構噪音的區別

• 核心觀念： 噪音的傳播途徑決定了其類型。空氣噪音主要通過空氣介質傳播，而結構噪音則通過固體結構傳播。

1. 空氣噪音 (Airborne Noise)

   • 定義： 指由聲源直接通過空氣介質傳播到聽者耳朵的聲音。
   • 傳播途徑： 聲源（如機械設備、人聲、交通工具）振動空氣，產生聲波，這些聲波在空氣中傳播，最終被我們的耳朵感知。
   • 特性：
     • 傳播範圍廣： 聲波可以在空氣中傳播較遠的距離。
     • 易受阻擋： 可以通過聲音屏障、隔音材料等有效阻擋或衰減。
     • 來源多樣： 幾乎所有發聲體都會產生空氣噪音。
   • 例子： 說話聲、音樂聲、汽車引擎聲、空調運轉聲、飛機起降聲。

2. 結構噪音 (Structure-borne Noise)

   • 定義： 指由聲源在固體結構（如地板、牆壁、管道、機械基座）中產生並通過該結構傳播的聲音。
   • 傳播途徑： 聲源（如振動的機械、衝擊物）直接或間接作用於固體結構，引起結構的振動。這些振動以機械波的形式在結構中傳播，並在結構的表面輻射出聲音，或者直接通過結構傳遞到相鄰的空間。
   • 特性：
     • 傳播效率高： 固體結構是比空氣更好的聲音傳播介質，聲音可以在結構中傳播很遠的距離，且衰減較慢。
     • 難以直接阻擋： 由於聲音存在於結構內部，僅僅通過空氣隔音措施效果有限，需要針對結構本身進行處理。
     • 來源： 通常與設備振動、衝擊、管道流動（水錘效應）等有關。
   • 例子：
     • 樓上腳步聲（衝擊地板結構）。
     • 洗衣機、冰箱運轉時通過地板傳來的振動聲。
     • 管道內水流或氣流產生的振動聲，通過牆壁或地板傳出。
     • 建築物內部的機械設備（如電梯、空調主機）通過樓板、牆壁傳播的低頻振動聲。

總結區別： 主要在於聲音的傳播介質和方式。空氣噪音通過空氣傳播，易被空氣隔音材料衰減；結構噪音通過固體結構傳播，衰減慢，難以僅靠空氣隔音處理。

第二部分：如何改善結構噪音

改善結構噪音的核心是減少聲源的振動、阻止振動在結構中的傳播，或減少結構向空氣輻射的聲音。主要方法包括：

1. 聲源控制 (Source Control)：
   • 降低振動源：
     • 設備減振： 在設備（如馬達、泵、空調機組）與其基礎（地面、樓板）之間安裝減振器 (vibration isolators)，如橡膠墊、彈簧減振器。這能有效阻止設備產生的振動傳遞到建築結構。
     • 動態平衡： 對旋轉機械進行動態平衡校正，減少不平衡引起的振動。
     • 潤滑與維護： 良好的潤滑和定期的設備維護可以減少運行中的摩擦和振動。
   • 減少衝擊源：