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研議建置消防車輛排放廢氣收集系統

Study on the Installation of an Exhaust Gas Extraction System for Fire Apparatus

▎壹、前言

消防車輛為救災之最主要利器,為確保車輛在低溫或長時間待命狀態下,能隨時正常運作、不延誤救災時機,消防單位每日晨間同仁皆會依規定於車庫進行保養測試性能。故消防車輛排放廢氣收集系統的設計、建置、維修規劃,是現代消防救災分隊勤務運作中前瞻、務實而不可忽視的一環,對保障消防人員健康、維護工作環境品質以及遵守環保法規具有劃時代重大意義。目前我國環境部之相關法規中,雖規定消防車等特殊用途車輛,在領牌或使用時需「符合當期之廢氣排放、噪音管制環保標準」。意即這樣的法條並未明確規定「消防車停放、熱車、維修或車庫內部必須安裝抽取廢氣系統」。也就是說抽氣系統本身,多屬自主改善消防員工作環境與健康的嘗試,並無統一法規強制要求。實務上仍欠缺系統性的推動與規劃列出細節(如風量、抽除效率、排放濃度限制、管線設計規則等),故不同單位建置做法差異甚大。


▎貳、建置必要性

一、健康與安全考量
消防柴油車熱車致廢氣在車庫內彌漫, 包括懸浮微粒(PM)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(SOx)、碳氫化合物(HC)等污染物,對消防人員健康有潛在危害,其中柴油引擎排放的PM2.5 濃度可達500 -1000μg/m³(超標20 - 40 倍),消防人員在車庫或出勤準備區時長期暴露於這些有害氣體中,可能會引發呼吸道疾病、心血管問題甚至癌症。有研究指出消防隊員肺癌發生率較常人高1.3 倍(美國NIOSH 研究)。

二、室內空氣品質維護
消防車庫為半密閉空間,若無妥善排氣系統,廢氣會滯留,影響站內整體空氣品質。裝設後可提升工作環境舒適度,延長車輛與設備壽命(避免廢氣滲入其他設備),並保障消防人員健康與安全。

三、法規與標準要求
許多國家/ 地區已明定室內空氣品質標準與工作安全規範,要求政府設施須設置相關廢氣排除設備(如OSHA、NFPA)。

國內消防局部分新建或整建分隊工程中,設置廢氣收集系統已漸成為普遍規劃項目,臺灣地區目前已有多家代理國際品牌,可提供設備規劃與整合建置服務。
國際規範趨勢彙整
四、環保與形象
符合政府法規標準與稽核管理需求,塑造正面公共形象符合環保政策,有助於政府單位之形象提升與永續發展目標。

▎參、原理與構造

一、設計原理:如氣流導引、負壓原理等。
二、結構配件:包括抽氣臂、導管、排氣接頭、吊掛裝置、風機、過濾器等。
三、操作系統方式:如手動接駁、磁吸式、遙控啟動、自動偵測啟閉等。

▎肆、一般建置規劃方式
系統類型選擇表系統類型說

▎伍、國內外實作參考案例

一、臺中市政府環境保護局與臺中市政府消防局第三大隊大里消防分隊合作共同討論設計「消防車怠速廢氣收集系統」,運用「特製車輛排氣接合軟管」有效收集廢氣,並結合懸吊式設計及彈簧回復功能,使管線能自由移動收捲,保持現場動線流暢,兼具環保及實用需求;經過現場實際量測, 當4 輛消防車全數啟動處於怠速狀態下懸浮微粒濃度大幅下降,未妥善收集廢氣的車庫內PM10濃度為179.3μg/m³,PM2.5 濃度為127.2μg/m³;而啟動廢氣收集後,車庫內PM10 濃度下降為41.0μg/m³(降低77%),PM2.5 濃度下降為13.8μg/m³(降低89%),成效相當顯著。(圖2)

二、臺南市政府消防局爰仿效歐美先進國家,由災害搶救科與義消副總隊長陳勝賢共同規劃設計後安裝排廢氣系統,透過一個非常簡約也非常便宜的代價來建置這套智慧排氣系統,救災車輛用外接式電源整合系統及救災車輛車庫內廢氣排放裝置,設計包含「懸吊抽氣架+ 可與排氣管接脫的風管+ 排氣輸送管道」三大核心構造。風管必須能耐消防車冷啟動與熱車時高溫排氣,以避免破裂。排氣管的出口角度也由最初90 度改成約45度,以利接頭脫落時減低破裂風險。

(一)車庫內廢氣排放裝置
1.車輛廢氣排放裝置設有廢氣導管,與車輛之排氣接管套接,熱車試動的廢氣便可沿著廢氣導管流向廢氣處理單元,去除污染物後再排放外,達到有效淨化車庫空氣品質,維護人員健康安全效益。
2.車輛廢氣排放裝置於廢氣導管之進氣端處設有磁性件且於該排氣接管外壁設有擋片,增加與車輛之排氣接管套接時的穩固性及最佳套接深度,當車輛駛離車庫時亦可利於與車輛之排氣接管脫落,無須另以人力費時拆卸,提高使用便利性。
3.車輛廢氣排放裝置係設有一拉引件與該廢氣導管相連結,當車輛駛離車庫或無須使用廢氣導管等時,該拉引件可將廢氣導管拉升至預設高度,以利維持車輛行駛及車庫地面動線的順暢性。
(二)車輛廢氣排放裝置效益
1.創新性
(1)全國首創自動脫離排氣導管。
(2)全國首創排氣導管與排氣管防呆套接設計。
2.可行性
(1)已於永康分隊建置,至今效果良好。
(2)2021 年2 月24 日辦理記者會發表,其他縣市來電詢問度高。
3.效益性
(1)淨化車庫空氣品質,維護人員健康。
(2)維持消防車輛出勤動線順暢。
(3)減少一半公帑支出,大約10 萬元。
三、臺北市政府消防局龍山分隊依分隊現況車輛停放配置,參考汽車修護廠之廢氣集蒐規劃,排列集蒐設備口及設備位置。
(一)設備原理
其廢氣蒐集設備係以馬達帶動風扇,集氣口在室內而排放口在室外,營造室內負壓狀態,使致車輛廢氣不致彌漫於室內。
(二)設備裝設
其完整系統需由風機、軟盤管、風管及固定支架等安裝。現場尚有空間裝設於車輛之上高處。共有4 組廢氣排放設備,外牆共有6 個排放孔。查看外觀沒有可以更換濾網或清洗的地方,另外當初廠商也沒有說這個有沒有額外的過濾系統,所以應該僅是將氣體排放至戶外。
(三)操作方式
1.拉設集氣管至車輛尾氣排放管口鎖固。
2.啟動負壓排放風機。
(四)預估效益
在原址做動態車輛發動及動態修護時,因車輛多為柴油車輛,發動時其廢氣瀰漫至室內空間。為避免室內空氣品質不良,需增車輛駛出至人行道上並且佔用人行道,得以實施車輛動態修護及日常檢修工作。

四、日本東京消防廳的消防車輛廢氣抽排系統標準
其核心特點是高度整合、嚴格且考慮地震風險。日本並無單一全國性法規,但東京消防廳作為全球最大、最先進的消防單位之一,其內部標準極具代表性,且通常比一般建築法規更為嚴苛,以絕對保障隊員健康為核心的安全文化。這套標準對於臺灣正在推動的消防廳舍現代化,特別是在高密度都會區與地震帶上的新建廳舍,具有極高的參考價值。

1993 年至2018 年間新建廳舍車庫內皆設置廢氣抽取系統,可於鐵捲門關閉狀態下讓消防車怠速運轉。2003 年10月及2006 年4 月東京都政府實施並加嚴柴油車廢氣排放管制,全數柴油消防車加裝微粒過濾裝置(DPF),使排氣大幅潔淨化。2016 年起因車輛環保性能提升與次世代車輛普及,依《停車場法》等相關法規,大幅修正通風標準如表 2。2019 年以後完工之總部與分隊廳舍已不再使用傳統廢氣抽取系統,改採符合新法規之一般通風系統,以確保車庫內空氣品質。
(一)現今法規與標準依據
東京消防廳的設計主要依據並超越以下規範:
1.《建築基準法》及相關政令:規定車庫的必要通風換氣次數。
2.《勞動安全衛生法》:保障消防員(視為勞工)的作業環境,要求控制有害物質濃度。
3.日本消防設備協會制定之指導方針,提供更詳細的技術指引。
4.東京消防廳內部「設施設備基準」,要求通常比公共法規高出許多,並針對消防廳舍的特殊性進行定制。
(二)系統設計核心原則
1.絕對的源頭捕集
首選「天井走行式」或「側壁軌道式」硬管抽排系統,軟管式僅作為次要或備用方案。確保車輛一發動,排氣管能迅速對接。要求捕集率極高,目標是在車輛暖車期間,使車庫作業區的一氧化碳濃度維持在5ppm 以下。
2.抗震設計為重中之重
(1)所有系統組件(軌道、機械臂、風管、風機)必須進行抗震計算與測試。
(2)風管需設置耐震接頭,防止因地震位移而破裂。
(3)系統在地震發生時應具備自動安全脫離功能,防止拉扯導致車輛或建築損壞。
3.自動化、智能化與可靠性
系統必須與車輛啟動信號、車庫門開關、車位感測器完全連動,實現全自動無人操作。具備自我診斷功能,可監測風量、風機狀態、對接是否完全,並在控制面板上顯示故障警報。
(三)具體技術參數與要求
(四)操作、維護與驗收標準
1.日常操作:完全自動化,隊員只需發動車輛,系統即自動對接並啟動抽排。
2.定期檢查與維護:
(1)每日:目視檢查接頭與機械臂。
(2)每月:檢查軌道順暢度、風機異音。
(3)每年:委由專業廠商進行綜合性能檢查,使用儀器測量實際風量、捕集效率及有害氣體濃度。
3.性能驗收標準:最關鍵的驗收測試是「現場濃度測定」。在車輛怠速與低負載運轉下,使用一氧化碳偵測器在消防員常駐的作業區域(如車輛周圍、器材保養區)進行量測,必須持續符合<5ppm 的嚴苛標準。
4.進行「煙霧可視化測試」,確認廢氣無逸散。

五、美國消防車輛廢氣抽排系統標準
(一)美國的作法並非創造一個全新標準,而是建立一個「標準引用架構」以NFPA 1500 為「要求」、以NFPA 88A 和IMC 為「設計規則」、以ANSI/ASME 和AMCA 為「品質保證」,共同構築起一套嚴謹、可執行、可驗證的消防車庫廢氣抽排系統最小評價與設計條件。任何系統的設計、安裝與驗收,都必須在此架構下滿足所有引述標準的相關條款。
(二)主要引用標準與其角色
1.NFPA 1500《消防職業安全與健康計畫標準》:法律基礎第7.10 節明確要求消防單位必須提供通風系統,以控制車輛排放之廢氣。此為消防專業領域的強制性要求,是設置系統的法理根源。
2.NFPA 88A《汽車修理庫標準》:設計藍圖,針對汽車庫(含消防車庫)的通風、火災防護提供具體規範。是系統設計的核心技術標準。
3.國際機械法規/ 統一機械法規(IMC/UMC):管轄法規為地方政府採納的建築法規。其通風篇章規定了車庫的最小換氣率、系統構造等,是取得建築許可必須符合的強制性規定。
4.ANSI/ASME 標準:設備安全規範管道、風管、風機的製造與測試安全標準,確保系統硬體本身的強度與安全性。
5.AMCA 通風標準:性能認證,對風機的空氣性能(風量、靜壓)、聲學性能、結構完整性提供獨立的實驗室認證。指定使用AMCA 認證的風機是確保設計性能得以實現的關鍵。
(三)最小設計與評價條件(統整後之具體要求)
1.換氣率若無法達到上述捕集效率,則車庫整體須符合:
(1)每平方英尺車庫面積0.75cfm,且每輛車不少於500cfm。或每小時至少15 次全空間換氣。
(2)IMC/UMC、NFPA 88A,為法規規定的最低備用要求。源頭捕集系統的目標是超越此標準。
2.風量與靜壓
每連接埠風量需滿足車輛製造商建議之排氣量,通常≥200cfm/埠。系統靜壓需克服管道摩擦損失、捕集罩損失及建築背壓,通常設計值在3 - 6 英寸水柱。AMCA,ASHRAE 手冊: 需進行管道系統計算。風機選型必須基於計算出的系統曲線,並選擇在高效區工作的AMCA 認證風機。
3.控制與互鎖
系統必須具備:
(1)自動啟動:與車輛點火、車庫門開啟或運動感測器連動。
(2)延時關閉:車輛熄火後,風機持續運行≥ 3 分鐘以清除殘餘廢氣。
(3)監測與警報:風機故障時應有聲光警報。
NFPA 1500、NFPA 72:確保系統可靠運行,並整合至建築物管理系統。
4.排放口位置
排放口應設置於:
(1)建築物最高點,且高出屋脊≥3 英尺。
(2)遠離新鮮空氣進氣口、門窗及公共區域,水平距離通常≥10 英尺。IMC、NFPA 88A:防止廢氣再循環進入建築或影響鄰居。
5.材料與安全
(1) 管道與元件需符合UL/ULC 或ANSI/ASME 相關標準。
(2)系統需為防爆設計(適用於危險區域分類車庫)。
(3)風管防火時效需≥1 小時,以符合建築防火區劃要求。IMC、NFPA 地方建築法規:涉及防火、防爆與結構安全。
6.維護與測試
提供維護手冊,規定:
(1)每日檢查:軟管、接頭是否完好。
(2)每季維護:清潔過濾器、檢查皮帶與風機。
(3)年度認證:由合格人員測試風量、靜壓及捕集效率,並出具報告。NFPA 1500 製造商建議:確保系統長期有效運行。
(四)評價流程(驗證是否符合最小條件)
1.設計審查:檢查設計圖說是否引用並符合上述標準。
2.安裝查驗: 檢查設備是否具有AMCA、UL 等認證標籤,安裝是否符合規範。
3.性能測試:
(1)使用風量計測量各埠風量。
(2)使用煙霧發生器或氣體示蹤劑進行捕集效率測試。
(3)驗證自動控制與互鎖功能。
4.文件提交:要求提交完整的操作與維護手冊及年度測試報告格式。

▎陸、結語

目前在臺灣並沒有一個「全國適用、專為消防車廢氣排放抽取系統設計」的統一標準法規。廢氣抽取系統多為地方消防機關單位自行設計。若要確保消防隊與車庫環境安全,建議可依照《特定化學物質危害預防標準》第38 條第2 項,自112 年7 月1 日起雇主設置局部排氣裝置時,應指派或委託經中央主管機關訓練合格之專業人員設計。相關建置亦可參考勞動部職業安全衛生署委託由國立臺灣科技大學黃榮芳教授主筆撰寫的「工業通風—局部排氣裝置設置參考手冊(112 年6 月)」,或參考歐盟、北美抽排系統指引或其他已有消防車廠(車庫)設計的經驗;務求從源頭抽除廢氣,避免尾氣進入車庫空氣中所採取工程設計與維護方式。在執行時,要特別注意排氣管接頭、風管耐溫材質、管道脫落安全、抽氣效率(風量)、車庫結構(空間高度、屋頂承重)、不阻礙通道等實際施工條件要求並對系統進行定期維護與通風效率測試,避免廢氣累積,以保障消防同仁職業安全與健康。