摘要
煙囪對外氣空調箱進氣品質的影響與設計
半導體廠房的建築物大多以平屋頂、大面積的設計為主，且製程廢氣的排放管道和進氣口也常因土地空間的限制而設置於廠房的屋頂。因此，新鮮空氣經由外氣進氣口導入到製程區和辦公區時，屋頂煙囪所排放之空氣污染物可能因煙囪高度不足或進氣口的位置不佳而導致污染物蓄積在進氣口附近，而隨著新鮮空氣一起回吸到製程區和辦公區。經由風洞的模擬分析顯示，適當的煙囪高度設計和調整進氣口的位置，可以有效地降低廠區內煙囪排放之空氣污染物對進氣口之空氣品質的影響，配合強化煙囪下洗和建築物風場模擬功能的大氣擴散模式ISCST3-PRIME、煙囪污染物排放資料和工廠附近的氣象資料可以模擬評估廠區周界的污染物擴散濃度分佈情形，找出外氣空調箱（Make-up Air Unit, MAU）的適當位置和高度以降低煙囪排放之污染物對進氣口之空氣品質的影響程度。
前言
良率的提升，除了製程技術的成熟度之外，越來越多的研究證實了生產環境的空氣品質在製程良率方面，有著不可忽略的關聯性。一般而言，當技術節點(technology node)降低到0.25μm以下時，無塵室內隨著氣流移動的氣態分子污染物(airborne molecular contamin-ants, AMCs)的控制將被視為生產技術的一部份。因此AMCs已普遍地被半導體廠和學術界視為影響良率的主要污染物，尤其是控制AMCs污染的困難度遠超過控制粒狀物污染。
AMCs的來源大致上可分為潔淨室內部的來源和外部的來源；外部的來源除了園區內交通廢氣和其他工廠排放之外，工廠本身煙囪所排放的污染物，可能因煙囪設計、進氣口位置及廠房本身結構設計，因而影響煙囪排放之污染物的擴散最後再經由進氣口回吸到廠內。內部的來源可以藉由各種管理的手段加以控制，將各種可能的AMC污染來源降至最低限度；但廠外的來源則通常不是經由管理手段就可以加以控制，通常是需要昂貴的進氣過濾系統(air intake filtration system)，然而進氣過濾系統的設置與操作成本所費不貲，而且效果也無法保持穩定。因此在新廠的規劃階段，如能先針對煙囪高度和MAU的相對位置、建築主體(含女兒牆)的設計，及廠址附近其他工廠的空氣污染來源，先以流體動力模式(如CFD)或模型風洞模擬分析建築物的流場分佈，再以大氣擴散模擬程式配合當地的歷史氣象資料，評估空氣污染物，經由大氣擴散效應和污染物的傳輸作用，對預定廠址的影響，如此就可以在規劃階段藉由煙囪、MAU的設計，降低自廠煙囪和附近工廠煙囪所排放之污染物對新廠MAU進氣空氣品質的影響，並可預先設計新廠的MAU該做哪一方面的控制。
文獻回顧
空氣污染物經煙囪排放的稀釋效應受限於大氣的擴散能量，因此工廠生產過程中產生的空氣污染物可經由煙囪排放到大氣中，透過大氣環境中的物理作用將污染物濃度降低。但如果煙囪和進氣口的設計不當時，進氣口空氣品質不但容易受廠外的污染物(其他工廠、交通廢氣)影響，甚至工廠本身產生的空氣污染物也會累積在廠內，再由進氣口回吸到廠內[2]。Wilson和Winkel藉由模型的風洞模擬結果顯示，煙囪口低於附近建築物或圍牆的高度的排放管道通常無法有效地降低屋頂的污染物濃度；因此，建議屋頂煙囪應設置在屋頂的最高點[3]。ASHRAE在其「建築物進氣口和煙囪設計規範」中參考Wilson和Winkel的研究結果，進一步建議屋頂煙囪的廢氣排放速度最少需大於10.1 m/sec，才能確保煙囪排放之廢氣有足夠的煙流上衝高度(plume rise)和噴射氣流稀釋效應(jet dilution)。
Wilson針對長平屋頂建築物之迎風面的垂直風場的流線分析顯示，屋頂的煙囪設計在高度不足時，其排放之煙流將會侷限於屋頂的尾流區(wake zone)和建築物下風處渦穴區(cavity)[4]。 圖一顯示平屋頂(flat-roofed)建築屋頂的循環迴流區(recirculation region)、高擾流區(high turbulence region)和屋頂尾流層(roof wake boundary)的範圍；其中：
圖一、長平屋頂建築物之迎風面垂直風場的流線圖(Wilson, 1979)
其中：
BS = 建築物迎風面之高度和寬度的較小者；
BL = 建築物迎風面之高度和寬度的較大者。
Wilson建議，屋頂煙囪的煙流下緣保持在Z2以上時，煙囪排放之污染物基本上不會蓄積在屋頂；屋頂煙囪的高度需求，Wilson則建議在循環迴流區後的Z2或Z3（依工廠的容許程度而定）任何位置畫一條斜率為0.2的線，屋頂煙囪高度必須要在此線以上，才不至於有屋頂煙流蓄積沈降的情形。
Smith和Schuyler建議「當煙囪位置在建築物屋頂時，低層的進氣口設計有利於減少將污染物回吸到廠內的機會」。依據其風洞實驗的研究結果顯示，當煙囪位於建築物屋頂時，位於屋頂之進氣口受到本身的煙囪影響最大，而當進氣口位於距離煙囪位置較遠的另一側牆壁時，其進氣的空氣品質受到本身煙囪所排放之污染物的影響最小，圖二為不同位置之進氣口受屋頂煙囪排放的影響程度比較。當進氣口的位置和煙囪同樣都在建築物屋頂且無法變更時，Smith和Schuyler經由風洞實驗結果建議可在煙囪和進氣口之間增加一道阻絕牆(screen wall)，以“抬昇”煙囪的煙流，避免煙囪快速地沈降到進氣口的位置 圖三。
圖二、不同位置之進氣口受屋頂煙囪排放的影響情形
圖三、阻絕牆對煙囪煙流沈降的抬昇作用
Petersen等人[6]以風洞研究分析顯示，為了遮蔽屋頂管線和污染防制設備而裝設的女兒牆(architectural screens)會影響屋頂煙囪的有效高度；由風洞的實驗結果顯示建築物的女兒牆對於屋頂煙囪的高度產生「煙囪高度削減因子(stack height reduction factor, SHR factor)」，且SHR和女兒牆的孔隙率(porosity)呈現線性關係。孔隙率的定義為女兒牆的空隙面積和實體面積的比率；風洞的測試研究結果顯示，女兒牆的孔隙率越高，煙囪高度削減因子越大，當女兒牆高度與煙囪相當且孔隙率為0%時，SHR factor為0.2，也就是說當女兒牆為沒有孔隙的實體牆面時，屋頂一根10米的煙囪將因女兒牆的影響而只有相當於2米的高度。 表一為女兒牆孔隙率和SHR factor之間的風洞模擬分析結果， 圖四為女兒牆孔隙率和SHR factor的線性迴歸分析結果。
|
Wind Direction(0) |
Porosity |
Concentration Measurement Region |
Mean SHR Factor |
Caculated SHR(1) Factor |
|---|---|---|---|---|
|
ALL |
0% |
Rooftop(2) Downwind Wall |
0.23 0.23 |
0.20 |
|
ALL |
35% |
Rooftop(2) Downwind Wall |
0.42 0.25 |
0.48 |
|
ALL |
50% |
Rooftop(2) Downwind Wall |
0.59 0.42 |
0.60 |
|
ALL |
66% |
Rooftop(2) Downwind Wall |
0.79 0.44 |
0.73 |
|
ALL |
100% |
Rooftop(2) Downwind Wall |
1.00 1.00 |
1.00 |
(0) Recommendations based on 0° wind direction.
(1) SHR calculated using linear fit to rooftop SHR mean. SHR = (0.0081·Porosity) + 0.20.
(2) Rooftop SHR = (inside screen + outside screen)/2.
圖四、SHR Factor 和女兒牆孔隙率的線性迴歸分析
建築物氣流下洗作用(Building Downwash)發生於當煙囪排放的污染物受到鄰近建築物所引發的空氣動力亂流帶動而造成快速混合下洗(downwash)到地面，導致高地面污染物濃度，也就是所謂的尾流效應(wake effect)。依據美國環保署法規上的建議，任何建築物（任何一點/面）和煙囪的最近距離，若小於或等於五倍之建築物高度(Building Height, BH)或受風面寬(Projected Building Width, PBW)中較小值(L, lesser of BH or PBW)時(Distancestack-bldg≦5L)，煙囪排放之污染物就會產生尾流效應(wake effect)。
USEPA (1986)也建議當煙囪高度低於GEP (Good Engineering Practice)煙囪高度時，就必須要考慮鄰近建築物所引發之cavity或wake effects（尾流效應）對空氣品質的衝擊[7]。其中GEP煙囪高度定義為：
GEP stack height = H + 1.5L
H= 建築物高度(由地面到建築物的最高點)
L= BH或PBW的較小值
BH= 建築物高度(Building Height)
PBW= 建築物受風面寬(Projected Building Width)
ISC3對於煙囪因鄰近建築物的阻擋而產生的煙流下洗(downwash)效應的計算存在著諸多限制，包括：
- 未考慮煙囪位置；當煙囪位於受建築物影響的區域內時，ISC3通常將煙囪視為在建築物背風牆的中心點。
- 未考慮流線的偏向（建築物迎風面和建築物上方的平均流線上升，而在建築物背風面之平均流線下降）。
- 因在渦區(wake)的風速減損或垂直風切而對煙流上衝沒有影響。
- 近渦區(near wake)捕集的煙流物質和遠渦區(far wake)的濃度之間沒有關聯性。
- 兩個下洗(downwash)的演算法介面不連續。
- 對於矮胖建築物而言沒有風向的效應。
- 在低風速穩定的條件下，模式往往預測到高濃度發生，但實際觀測並非如此。
有鑑於此，美國Electric Power Re-search Institute(EPRI)乃資助研究開發Plume Rise Model Enhancement (PRIME)演算法，以更精確地評估煙囪附近之建築物所產生的紊流對煙囪下洗作用(downwash effects)的影響。PRIME演算法的開發用來整合建築物下洗作用的兩個基本特徵：(1)加強因擾動渦區的煙流擴散係數；(2)降低因建築物下風處的流線下降和尾流區增加的累積量而導致的煙流上衝高度。
計畫方法
台灣由於土地面積狹小，各個工廠之間的距離幾乎是緊貼牆壁在一起，設計上通常沒有考慮建築物的風場亂流影響，再加上外觀因素而刻意壓低排放管道的高度設計，因此密集的建築物密集產生微尺度擾流和低排放管道造成污染物不易擴散的現象。F12P6為了評估工廠本身的煙囪和MAU規畫是否可以有效地降低空氣污染物對MAU的影響，因此在建廠規劃階段即透過大氣擴散模式模擬評估未來正式生產後MAU和廠區環境的空氣品質，並評估如何藉由模擬結果調整MAU位置或煙囪高度以降低空氣污染物對MAU入口的影響。本計畫在大氣擴散模式的選用上，即針對Gaussian dispersion model在煙囪下洗和建築物風場影響的不足處，而改以EPRI開發且為美國環保署認可的ISCST3-PRIME模式取代傳統上普遍採用的ISCST3，以期能較全面地評估煙囪排放之污染物的擴散情形。
F12P6廠址位於F12P1/P2的西南方、F12P4/P5的西北方，周邊目前則有東邊的友達L3A廠、F12P4/P5東邊的力晶12吋廠和鉅晶（原力晶8吋廠），整個區域的配置示意圖如 圖五。
圖五、F12P6 預定廠址周邊配置示意圖
整個模擬範圍以F12P6廠區西南角為卡式座標原點，涵蓋1000×1000公尺的面積，模擬網格距離為20×20公尺，共計2601個網格點；在F12P6 MAU範圍（約120×210公尺面積）的網格距離則進一步縮小為10×10公尺，因此在F12P6廠區周邊共計286個10×10公尺的網格點。整個模擬範圍的網格點設計如 圖六所示。
圖六、模擬範圍網格點設計
模擬之氣象資料則以F12P6廠所在位置最近的中央氣象局的地面觀測站為新竹測站（位於新竹縣竹北市光明五街60號），因此本模擬所需的氣象資料乃以中央氣象局2010年新竹地面測站（測站編號：46757）的觀測資料和中央氣象局板橋探空站（測站編號：46692）彙整成ISCST3-PRIME的氣象資料輸入格式； 表二為ISCST3-PRIME大氣擴散模式模擬所需氣象資料的格式。
|
Date/Time |
WD(degree) |
WS (m/s) |
Temperature (K) |
Stability |
混合層高度(m) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
鄉村 |
都市 |
|||||
|
2010/1/1 00:00 |
236.3 |
2.9 |
286.0 |
5 |
195.6 |
195.6 |
|
2010/1/1 01:00 |
216.3 |
3.3 |
286.3 |
4 |
245.2 |
245.2 |
|
2010/1/1 02:00 |
218.8 |
1.6 |
286.4 |
5 |
100.0 |
39.3 |
|
2010/1/1 03:00 |
198.8 |
1.3 |
286.5 |
5 |
100.0 |
30.0 |
|
2010/1/1 04:00 |
201.3 |
2.3 |
286.6 |
5 |
100.0 |
63.4 |
|
2010/1/1 05:00 |
226.3 |
2.1 |
286.7 |
5 |
100.0 |
59.1 |
至於模式模擬所需之污染源（煙囪）的排放資料如 表三所示；F12P6為規劃中的計畫，因此，除了煙囪的基本資料和設計風量之外，排放量的資料將套入F12P1/P2和F12P4/P5的煙囪檢測結果；另外針對THC的模擬，則加入F12P6廠址西北側加油站的THC逸散和廠區周邊道路（園區二路、園區三路和力行三路）之汽機車排放的THC，模擬分析F12各廠和附近移動污染源（含加油站）的THC對於F12P6西邊不同高度的THC濃度分佈情形，並評估F12P6 MAU進氣口移到廠區西邊不同高度時，其進氣之NH3、HF和THC的變化情形。
|
ER (g/s) |
Stack Height (m) |
Exit Temp. (K) |
Exit Velocity (m/s) |
Stack Diameter(m) |
|---|---|---|---|---|
|
0.000919 |
45 |
294.4 |
14.74 |
1.3 |
|
0.0020523 |
45 |
293 |
16.97 |
1.3 |
|
0.009944 |
45 |
292.3 |
14.69 |
1.3 |
|
0.0020523 |
45 |
292.3 |
13.1 |
1.3 |
|
0.004361 |
45 |
291.2 |
14.84 |
1.3 |
結果與分析
本文主要以HF的排放擴散情形進行模擬，並輔以NH3和THC的模擬結果進行分析。 圖七顯示包括F12P1/P2、F12P4/P5和F12P6之HF排放在F12P6屋頂MAU高度的最大小時濃度分佈情形(Worst-case)。模擬結果顯示F12P6 Fab屋頂的HF小時最大濃度在2.4~4.5ppb之間；其中以靠近CUP的濃度較高，最大小時HF濃度可達4.0~4.5ppb；MAU附近的HF濃度則在2.4~3.7ppb之間，而以東南側靠近F12P4/P5區域的HF濃度較低。
圖七、F12 基地在MAU 高度的1-hr HF 濃度分佈( 所有tsmc F12 的SEX)
進一步分析F12各廠之煙囪所排放的HF對F12P6 MAU的貢獻程度；假設F12P6的MAU進氣口位於penthouse南側共15個，相對位置如 圖八，分析各廠煙囪所排放之HF在F12P6屋頂15個MAU的擴散濃度及主要的貢獻來源。
圖八、F12P6 MAU 進氣口
表四為F12P6廠址附近各工廠所排放之HF對F12P6 MAU進氣口的影響濃度範圍，和F12P6煙囪排放在MAU的稀釋率分析結果。依據現有的煙囪HF排放資料模擬結果顯示，F12P6 MAU進氣口的HF濃度範圍在2.8ppb~3.8ppb之間，各進氣口的濃度由東南向西北依序遞增，靠近東南的進氣口受到F12P6煙囪排放之污染物的影響相對較低。進一步分析F12各廠及附近的力晶12廠所排放之HF對F12P6 MAU進氣口的HF的影響顯示，F12P6本身排放之HF對於其MAU進氣口的影響範圍在0.6ppb~3.0ppb之間，以靠近東南側的MAU進氣口所受之影響較高，F12P6的HF煙囪排放在此進氣口的擴散濃度在2.0~3.0ppb之間，而F12P6西北側的進氣口所受影響較低，主要的原因是F12P6的煙囪位於廠區西北側，高度為屋頂以上15公尺，煙囪排放之污染物在煙囪附近尚未沈降到屋頂高度，反而是東南側的進氣口和F12P6煙囪有一定距離，煙囪排放的HF有一部份已沈降到屋頂，因此吸入的濃度較高。F12P4/P5的HF排放對於F12P6 MAU進氣口的影響最高，其煙囪排放之HF在F12P6 MAU的擴散濃度在2.9~3.8ppb之間，幾乎是F12P6 MAU進氣口之最大模擬濃度。F12P1/P2之HF煙囪排放在F12P6 MAU的擴散濃度範圍介於1.8~1.9ppb，各個進氣口受到F12P1/P2煙囪所排放之HF的影響相當一致，顯示因F12P1/P2煙囪和F12P6 MAU的距離關係，因此F12P1/P2煙囪所排放的HF擴散到F12P6廠區時已成均勻的分佈。至於力晶12廠煙囪所排放的HF對F12P6的影響相對較低，主要是力晶12廠的SEX煙囪數量較少，且其廠區位於F12P6的東邊，因此只有在吹東風時才會將污染物吹送到F12P6廠區。
|
F12P6 MAU |
HF (ppb) F12P6 MAU入口 |
F12 Site |
PSC12 |
F12P6 MAU 主要貢獻來源 |
Dilution Ratio (F12P6 SEX出口=75 ppb) |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
F12 SEX |
F12P6 |
F12P4/P5 |
F12P1/P2 |
|||||
|
1 |
3 |
3 |
3 |
2.9 |
1.8 |
1.2 |
P4/P5 |
25 |
|
2 |
2.9 |
2.9 |
2.8 |
2.9 |
1.8 |
1.1 |
P4/P5 |
27 |
|
3 |
3 |
3 |
2.6 |
3 |
1.8 |
1.1 |
P4/P5 |
29 |
|
4 |
2.8 |
2.8 |
2.3 |
2.8 |
1.8 |
1.1 |
P4/P5 |
33 |
|
5 |
3 |
3 |
2.1 |
3 |
1.8 |
1.1 |
P4/P5 |
36 |
|
6 |
3.3 |
3.3 |
1.8 |
3.3 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
42 |
|
7 |
3.5 |
3.5 |
1.5 |
3.5 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
50 |
|
8 |
3.7 |
3.7 |
1.4 |
3.6 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
54 |
|
9 |
3.8 |
3.8 |
1.2 |
3.7 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
63 |
|
10 |
3.8 |
3.8 |
1 |
3.8 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
75 |
|
11 |
3.8 |
3.8 |
0.8 |
3.8 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
94 |
|
12 |
3.7 |
3.7 |
0.7 |
3.7 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
107 |
|
13 |
3.6 |
3.6 |
0.7 |
3.6 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
107 |
|
14 |
3.5 |
3.5 |
0.6 |
3.5 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
125 |
|
15 |
3.5 |
3.5 |
0.6 |
3.5 |
1.9 |
1 |
P4/P5 |
125 |
進一步分析F12P6煙囪所排放之HF（假設出口濃度=75ppb）擴散到MAU進氣口時的稀釋倍數顯示，靠近廠區西北側的進氣口其污染物的稀釋倍數較高，反而是距離F12P6煙囪越遠的進氣口，其污染物的稀釋效果較不顯示；整體而言，進氣口對F12P6自身所排放之污染物的稀釋率由第一個進氣口最低的25倍，到第14、15號進氣口的125倍。因此如果僅考慮F12P6本身煙囪所排放之污染物對MAU進氣之空氣品質的影響，進氣口的位置應該盡量選擇靠近廠區西側的位置。然而由於F12P6的東南邊即為F12P4/P5，因此P6進氣口之污染物的來源反而以F12P4/P5為主要的貢獻來源。
除各污染源本身的相對位置分析外，若以季節盛行風向分析F12P6廠區及其附近各工廠相對於F12P6進氣口的位置顯示，F12P1/P2煙囪排放對於F12P6的影響主要在北北東至東北風時；F12P4/P5之煙囪排放對F12P6的影響主要在東南風季節；至於力晶12廠對F12P6的影響則以東風和東南東風為主；而F12P6的煙囪排放對本身進氣口的影響風向以西風為主。 圖九為各廠對F12P6的影響來源風向分析。
圖九、F12P6 及附近各廠的影響風向分析
NH3的來源除了AEX煙囪之外，根據F12實際檢測資料，另外也假設各廠的SEX排放管道中各有三根排放較高濃度的NH3，至於附近友廠的排放量因缺排放資料而未納入模擬評估。F12P6在MAU高度的NH3濃度分佈情形顯示，F12P6 MAU的NH3主要來自SEX而非AEX 圖十，MAU進氣口的NH3約90%來自SEX的貢獻。
圖十、F12 基地在MAU 高度的1-hr NH3濃度分佈( 所有tsmc F12 的AEX/SEX)
進一步分析MAU高度的NH3模擬結果顯示，各廠的SEX所排放之NH3對F12P6 MAU的影響依據MAU的位置而有不同，大致上F12P1/P2之SEX對F12P6 MAU的影響較不顯著，但F12P4/P5和F12P6本身對F12P6 MAU的影響則依MAU的位置和方向而定， 表五顯示F12P6之SEX所排放的NH3主要影響東南側(#1~#7)的MAU進氣口（西北風的條件下）；而西北側(#8~#15)的MAU進氣口則主要受F12P4/P5之SEX的影響（東南風時）。此現象主要是進氣口位置和煙囪的距離有關，#8~#15進氣口因為距離F12P6排放管道較近，F12P6所排之NH3在此距離尚未沈降到屋頂高度，但#1~#7進氣口距離F12P6煙囪較遠，因此煙囪排放的污染物在特定的氣象條件下即蓄積在屋頂；F12P4/P5對F12P6 #1~#7進氣口的影響情形同樣是取決於煙囪和進氣口的距離 圖十一。
|
F12P6 MAU |
NH3 小時平均濃度及各來源貢獻 |
||||
|---|---|---|---|---|---|
|
All NH3 |
F12 SEX |
F12P1 SEX |
F12P4/P5 SEX |
F12P6 SEX |
|
|
#1 |
35.3 |
32.1 |
12.1 |
10.1 |
32.1 |
|
#2 |
32.4 |
29.5 |
11.8 |
9.9 |
29.5 |
|
#3 |
29.4 |
26.3 |
12.1 |
9.5 |
26.3 |
|
#4 |
25.8 |
22.9 |
12.6 |
10.2 |
22.9 |
|
#5 |
22.1 |
19.6 |
12.5 |
11.0 |
19.6 |
|
#6 |
19.1 |
17.4 |
12.3 |
13.0 |
17.4 |
|
#7 |
17.3 |
15.8 |
12.1 |
14.7 |
15.8 |
|
#8 |
17.4 |
16.0 |
11.4 |
16.0 |
14.1 |
|
#9 |
18.2 |
16.7 |
10.7 |
16.7 |
12.3 |
|
#10 |
18.5 |
17.3 |
10.3 |
17.3 |
10.5 |
|
#11 |
19.2 |
17.7 |
10.1 |
17.7 |
9.1 |
|
#12 |
19.5 |
18.1 |
9.8 |
18.1 |
7.7 |
|
#13 |
19.6 |
18.3 |
10.1 |
18.3 |
6.9 |
|
#14 |
19.8 |
18.2 |
11.2 |
18.2 |
6.0 |
|
#15 |
19.9 |
18.3 |
12.2 |
18.3 |
5.0 |
圖十一、F12P6 MAU 進氣口的NH3 濃度分佈
至於THC的模擬結果，除了評估F12各廠所排的THC之外，另外也評估F12P6廠區西北側的加油站的逸散和附近道路之汽機車排放之THC對F12P6的影響。汽機車所排放之THC係數為參考2005台北縣市計畫結果、行車速度(假設40km/hr)及車流量（假設值），排放高度為0.5m；
- 園區二路：寬度12m，汽車30部，機車40部，排放量0.6745 g/s；
- 園區三路：寬度20m，汽車60部，機車70部，排放量1.2244 g/s；
- 力行一路：寬度10m，汽車25部，機車30部，排放量0.4837 g/s。
圖十二為F12P6 MAU高度的THC模擬結果和各污染源的擴散濃度分佈情形。模擬結果顯示，在MAU高度的THC最大濃度發生在F12P6西北側的園區三路， F12P6屋頂的最大小時THC濃度高達200~300ppb之間，但tsmc各廠VEX所排放之THC對F12P6屋頂的濃度貢獻僅在12~18ppb之間，而加油站的貢獻更低於3.0ppb，顯示F12P6屋頂的THC來自交通雍塞時汽機車廢氣的貢獻。
圖十二、MAU 高度之各污染來源的THC 擴散濃度分佈
另外，本研究以MAU移到廠房西北邊HPM側牆作假設並以不同樓層高度進行評估，再次尋求降低MAU入口的HF濃度的機會；HF排放管道的模式輸入資料如前面模擬所示。既有MAU的高度=36m，模擬高度分別為：地面層（GL=離地1.5m）、2F（離地8.5m）、3F（離地15m）、4F（離地20m）和5F（離地25m）；模擬結果以比較Fab西邊在不同高度時，HF擴散濃度的變化比例。 圖十三為MAU位置調整的評估示意圖， 圖十四為假設不同樓層的模擬分析設定高度， 圖十五為用以評估不同高度之MAU設計時之濃度的網格點。
圖十三、MAU 位置調整設計示意圖
圖十四、不同樓層高度之MAU 設計
圖十五、評估MAU 高度的網格點
表六為F12P6西北邊HPM外牆不同高度時的HF擴散濃度模擬結果，及不同高度之HF擴散濃度相較於MAU高度之擴散濃度的變化。依據既有MAU進氣口的HF擴散模擬結果顯示，既有MAU進氣口的HF濃度範圍在2.9~3.8ppb之間，在同樣MAU高度(36m)時，廠房西北側的HF擴散濃度反而較高，HF的擴散濃度在3.3~4.9ppb之間，但當高度下降的5F(28m)時，HF擴散濃度降為2.8~3.6ppb，約略和既有之MAU進氣口的HF擴散濃度相當，當高度降低到4F(20m)時，在廠區西北側位置的HF擴散濃度就開始有明顯的變化，濃度降為2.2~3.1ppb之間，較既有的進氣口濃度下降達27%；更進一步分析在3F(15m)、2F(8.5m)和地面(1.5m)高度時，HF的濃度由既有之MAU進氣口位置的2.9~3.8ppb降低到2.0~2.9ppb之間，下降的幅度分別為32%(3F)、35%(2F)和36%（地面）。
|
測點 |
HF擴散濃度(ppb) |
下降比例(各樓層/MAU高度) |
|||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Roof (36m) |
5F (28m) |
4F (20m) |
3F (15m) |
2F (8.5m) |
Ground (1.5m) |
5F (28m) |
4F (20m) |
3F (15m) |
2F (8.5m) |
Ground (1.5m) |
|
|
1 |
4.9 |
3.6 |
2.5 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
26% |
49% |
52% |
52% |
52% |
|
2 |
4.7 |
3.5 |
2.5 |
2.2 |
2.2 |
2.2 |
24% |
46% |
53% |
53% |
53% |
|
3 |
3.9 |
2.9 |
2.2 |
2.2 |
2.2 |
2.2 |
25% |
43% |
43% |
44% |
44% |
|
4 |
4.0 |
3.1 |
2.3 |
2.1 |
2.1 |
2.1 |
22% |
43% |
47% |
48% |
48% |
|
5 |
3.5 |
2.8 |
2.2 |
2.1 |
2.1 |
2.1 |
19% |
37% |
40% |
40% |
41% |
|
6 |
3.5 |
2.8 |
2.3 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
19% |
35% |
42% |
43% |
43% |
|
7 |
3.5 |
3.0 |
2.6 |
2.4 |
2.2 |
2.1 |
16% |
25% |
31% |
37% |
39% |
|
8 |
3.4 |
2.8 |
2.5 |
2.3 |
2.2 |
2.1 |
16% |
27% |
32% |
36% |
38% |
|
9 |
3.3 |
2.8 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
2.4 |
16% |
27% |
31% |
31% |
29% |
|
10 |
3.7 |
3.3 |
3.1 |
2.9 |
2.7 |
2.6 |
9% |
17% |
22% |
27% |
29% |
|
11 |
3.4 |
2.9 |
2.5 |
2.3 |
2.2 |
2.1 |
17% |
28% |
33% |
37% |
38% |
|
12 |
3.4 |
2.8 |
2.5 |
2.3 |
2.2 |
2.2 |
17% |
28% |
33% |
35% |
35% |
|
13 |
3.4 |
3.0 |
2.8 |
2.7 |
2.2 |
2.1 |
11% |
17% |
21% |
34% |
36% |
|
14 |
3.5 |
2.9 |
2.5 |
2.3 |
2.2 |
2.1 |
16% |
28% |
34% |
38% |
40% |
|
15 |
3.3 |
2.9 |
2.5 |
2.3 |
2.1 |
2.0 |
14% |
26% |
32% |
37% |
39% |
|
既有MAU的HF濃度＝2.9~3.8 ppb |
11% |
27% |
32% |
35% |
36% |
||||||
比較分析不同樓層高度的THC擴散濃度分佈情形顯示，在地面的THC濃度受廠區附近道路之汽機車廢氣排放的影響，F12P6廠房西北側的最大THC濃度高達3,500ppb以上，在2樓高度時的最大THC濃度仍然高達1,200ppb，當高度在3樓（離地15m）時，THC最大濃度大幅降為600ppb，但在4樓以上高度（5樓、MAU高度），THC最大濃度均維持在400~450ppb而沒有明顯的下降。 圖十六為不同樓層高度之THC最大小時濃度的分佈情形。
圖十六、不同樓層高度之THC 擴散濃度分佈情形
結論
根據模擬結果，MAU進氣口設置於屋頂時，則F12P6進氣口的最佳吸入方位為廠區西側。除此之外，不同高度的模擬結果顯示，對MAU進氣口的HF濃度下降幅度分析，將MAU進氣口由屋頂移到西北邊HPM外牆時，可以有效地減低各廠煙囪(tsmc F12、PSC12、PSC8)排放之HF對進氣空氣品質的影響，且以地面到3F高度的下降幅度最顯著。然而當納入F12廠區附近的交通污染源和加油站所排放的THC時，位於西北邊HPM側牆的MAU設計明顯地受到交通污染源和加油站的影響，尤其是交通污染源之THC的影響程度為所有工廠之VEX所排放之THC貢獻量的數百倍。然而當MAU高度由地面移到3F（離地15m）高度時，不論是降低HF或THC對進氣口之空氣品質的影響程度均相當顯著，雖然在此高度THC的濃度仍有200~300ppb，但必須說明的是主要來源為交通污染源的貢獻，且模擬評估的條件為較嚴重的交通狀況時，而交通污染源對THC的貢獻則無法完全排除。
NH3的擴散模擬分析結果顯示，F12P6既有之MAU的NH3主要來自F12各廠之SEX煙囪所排放的NH3，尤其是F12P6和F12P4/P5為主要的貢獻來源。分析MAU和F12P6西北邊外牆不同高度之NH3擴散濃度顯示，F12P6廠區的MAU進氣口和附近的NH3濃度約有90%來自F12各廠(F12P6和F12P4/P5)之SEX煙囪所排放的NH3的貢獻，顯示SEX排放管道中NH3廢氣對MAU進氣口之空氣品質的影響嚴重性。
依據各污染物的模擬結果，F12P6之MAU進氣口面向西側確實為較佳的方位選擇；而未來若能改變建築物結構，將設置位置由目前的屋頂位置移到廠房西北邊側牆，高度以2~3F（離地面8.5~15m）為最佳選擇高度。MAU之NH3的問題，除了改變MAU的位置和高度之外，控制SEX（酸排）廢氣中的NH3的量才是治本的方法。至於女兒牆對煙囪高度的影響，研究顯示不同的孔隙率和煙囪高度成線性相關，當孔隙率為100%時，女兒牆的設置並不會影響既有的煙囪高度。
參考文獻
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- ASHRAE, 2004 ASHRAE Handbook-HVAC Systems and Equipment: Chapter 44- Building Air Intake and Exhaust Design, ASHRAE, (2007).
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