通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)室中控制污染物的重要設(shè)備。隨著工業(yè)的發(fā)展，人們更關(guān)注實(shí)驗(yàn)人員的安全和健康，對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境控制的要求越來(lái)越高，越來(lái)越多的國(guó)家和組織制定了相應(yīng)的通風(fēng)柜標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)在1995年制定了ASHRAE 110-1995；歐洲在2013年制定了EN 14175；我國(guó)在1999年制定了JB/T 6412-1999標(biāo)準(zhǔn)。
ASHRAE 110是目前世界上最流行的通風(fēng)柜性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)之一（另外一個(gè)比較流行的是EN 14175）。
▲世界地圖描述了通風(fēng)柜測(cè)試方法的分布1
ASHRAE 110-2016里面描述了三種類(lèi)型的測(cè)試：AM（As Manufactured），AI（As Installed）和AU（As Used）。AM為工廠內(nèi)通風(fēng)柜的性能測(cè)試，這個(gè)測(cè)試主要在滿足特定條件下的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成；AI為安裝后，通風(fēng)柜空載情況下的性能測(cè)試；AU為用戶(hù)使用中的性能測(cè)試。
二、AM測(cè)試的目的
AM測(cè)試在具有接近完美條件的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中完成。 該測(cè)試的目的是允許用戶(hù)或購(gòu)買(mǎi)者比較來(lái)自不同供應(yīng)商的通風(fēng)柜。 通過(guò)比較每個(gè)供應(yīng)商的測(cè)試，你可以看到通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)情況以及與其他設(shè)施相比的性能。 你還可以比較使用通風(fēng)柜所需的能源成本。
但是這個(gè)測(cè)試決不會(huì)表明通風(fēng)柜將如何在你的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)揮作用。 它只是告訴你在完美的條件下它與其他人相比會(huì)如何表現(xiàn)。 但是，由于你的實(shí)驗(yàn)室比測(cè)試實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜得多，因此你將面臨許多影響性能的因素。 每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都有不同的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)，這也會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。
▲Chip Albright 在做AM測(cè)試
因此，該測(cè)試的有用性是確定通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)質(zhì)量，而不是實(shí)際實(shí)驗(yàn)室中的性能。
三、AM測(cè)試的方法
根據(jù)ASHRAE 110-2016的標(biāo)準(zhǔn)，AM測(cè)試包含三個(gè)類(lèi)型的測(cè)試：面風(fēng)速測(cè)試，煙霧可視化測(cè)試和示蹤氣體測(cè)試。下圖是AM測(cè)試概覽圖。
▲AM測(cè)試方法概覽
1、面風(fēng)速測(cè)試
所謂面風(fēng)速，即通風(fēng)柜操作面上的控制風(fēng)速。面風(fēng)速測(cè)試作為一個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，其測(cè)試方法其實(shí)已經(jīng)得到通風(fēng)柜行業(yè)的認(rèn)同。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）和美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)（AIHA）在1992 年制定了ANSI/AIHA Z9.5-1992 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)面風(fēng)速是評(píng)價(jià)排風(fēng)柜性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般要求面風(fēng)速應(yīng)控制在0.4~0.6m/s 的范圍內(nèi)。一般而言，面風(fēng)速太小，很有可能導(dǎo)致對(duì)操作面污染物控制效果不夠，柜內(nèi)污染物容易溢出；而面風(fēng)速太大，那么操作面入口，角落容易產(chǎn)生紊流而導(dǎo)致污染物溢出。理想的面風(fēng)速測(cè)試結(jié)果，應(yīng)使面風(fēng)速大小在預(yù)定范圍內(nèi)，且在操作面上的風(fēng)速分布盡可能均勻2。
通風(fēng)柜的面風(fēng)速與實(shí)驗(yàn)室能耗關(guān)系密切。目前根據(jù)發(fā)展情況，通風(fēng)柜會(huì)朝低能耗方向發(fā)展，如德國(guó)Waldner這類(lèi)靠降低面風(fēng)速和排風(fēng)量的降低能耗；也有倚世科技這類(lèi)采取柜內(nèi)補(bǔ)風(fēng)減少房間新風(fēng)用量。低面風(fēng)速通風(fēng)柜給行業(yè)帶來(lái)了一些爭(zhēng)議，但根據(jù)廠家的統(tǒng)計(jì)分析，低面風(fēng)速帶來(lái)的好處是在很大程度上節(jié)約了能耗。
ASHRAE 110-2016規(guī)定，將通風(fēng)柜入口面分隔為等分的矩形小方塊，每個(gè)小塊的面積不大于1 平方英尺（0.09 平方米），且邊長(zhǎng)不大于12英寸（330mm）。風(fēng)速儀傳感器的采集點(diǎn)為這個(gè)小方塊的中心。
在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，我們更多采用更專(zhuān)業(yè)的軟件來(lái)輔助完成這個(gè)測(cè)試。我們通過(guò)輸入開(kāi)口面的寬和高，軟件自動(dòng)生成了一些列的測(cè)試坐標(biāo)。
▲此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
然后根據(jù)坐標(biāo)的點(diǎn)，在通風(fēng)柜邊沿貼上標(biāo)簽。
▲根據(jù)軟件給出的位置，將風(fēng)速儀傳感器安裝于固定支架上
風(fēng)速儀傳感器安裝于固定支架上。這樣的一個(gè)好處是，每一次可以同時(shí)采集垂直多點(diǎn)的風(fēng)速值，且采集點(diǎn)穩(wěn)定。
通過(guò)軟件讀取這些方格內(nèi)傳感器的讀數(shù)，最終得到如下結(jié)果：
▲此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
2、煙霧可視化測(cè)試
煙霧可視化是利用可視的煙霧來(lái)顯示通風(fēng)柜氣流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)以及是否有煙霧溢出。在ASHRAE 110-2016中，包含有兩個(gè)測(cè)試：小煙霧可視化測(cè)試和大煙霧可視化測(cè)試。煙霧可視化測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，但測(cè)試過(guò)程中測(cè)試者觀察主觀性強(qiáng)。為了是煙霧測(cè)試結(jié)果更具參考性，我們可以人為將煙霧測(cè)試做量化評(píng)估。如下表格：
▲煙霧測(cè)試做量化評(píng)估
*此評(píng)估表格由Chip Albright先生提供
A、小煙霧測(cè)試
在ASHRAE 110-2016中，小煙霧測(cè)試包含了10個(gè)小測(cè)試，主要檢測(cè)下通風(fēng)板，工作面，左右面板，導(dǎo)流板，調(diào)節(jié)門(mén)內(nèi)外，通風(fēng)柜內(nèi)外的氣體流型及溢出情況。詳細(xì)測(cè)試如下圖：
▲10項(xiàng)小煙霧測(cè)試
下面小編整理了AM測(cè)試煙霧小測(cè)試的一些圖片，僅供讀者學(xué)習(xí)了解。圖片均來(lái)源于本公司團(tuán)隊(duì)成員在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試照片，如有轉(zhuǎn)載請(qǐng)獲得我們的批準(zhǔn)。
▲下通風(fēng)板小煙霧測(cè)試
▲工作面和左右面板小煙霧測(cè)試
▲工作面中間煙霧測(cè)試
以上為小編整理的小煙霧的部分測(cè)試圖片。按照上述描述，10個(gè)小測(cè)試為完整的AM小煙霧測(cè)試。
B、大煙霧測(cè)試
在ASHRAE 110-2016中，大煙霧測(cè)試包含了7個(gè)小測(cè)試，主要檢測(cè)下通風(fēng)板，工作面，左右面板，導(dǎo)流板，通風(fēng)柜內(nèi)的氣體流型及溢出情況。詳細(xì)測(cè)試如下圖：
▲7項(xiàng)大煙霧測(cè)試
下面小編整理了AM測(cè)試煙霧大測(cè)試的一些圖片，僅供讀者學(xué)習(xí)了解。圖片均來(lái)源于本公司團(tuán)隊(duì)成員在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試照片，如有轉(zhuǎn)載請(qǐng)獲得我們的批準(zhǔn)。
▲下通風(fēng)板大煙霧測(cè)試
▲工作面和左右面板大煙霧測(cè)試
▲通風(fēng)柜內(nèi)，調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)口之上大煙霧測(cè)試
以上為小編整理的小煙霧的部分測(cè)試圖片。按照上述描述，7個(gè)測(cè)試為完整的AM大煙霧測(cè)試。
3、示蹤氣體測(cè)試
示蹤氣體的測(cè)試是ASHRAE 110 測(cè)試方法最重要的部分，它可以更客觀評(píng)價(jià)通風(fēng)柜污染物控制的性能。示蹤氣體測(cè)試包含三個(gè)測(cè)試：示蹤氣體測(cè)試（左中右），周邊掃描測(cè)試和調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)關(guān)測(cè)試。
▲SF6示蹤氣體測(cè)試
ASHRAE 110-2016在示蹤氣體測(cè)試方面做了詳細(xì)的規(guī)定：
【示蹤氣體】
采用SF6或者分子質(zhì)量相似和穩(wěn)定的其他氣體，示蹤氣體濃度大于99%。示蹤氣體的釋放率為：在30 psig壓力下，為4.0 Lpm（67 mL/s）；
?【氣體釋放器】
給出了標(biāo)準(zhǔn)的圖紙。參考ASHRAE 110-2016 FIGURE 4.1-4.6
▲SF6釋放器
【SF6分析儀】
儀器對(duì)示蹤氣體分析要有專(zhuān)一性；分析儀的量程至少為0.01-20. ppm；儀器數(shù)據(jù)輸出可以連接到數(shù)據(jù)記錄儀，數(shù)據(jù)輸出頻率至少每秒1個(gè)數(shù)據(jù)。分析儀采樣口內(nèi)徑應(yīng)小于12mm。分析儀在使用前后還需要進(jìn)行校準(zhǔn)。
【假人】
假人肩寬為17±2 in. (430±50 mm)；假人的雙臂需下垂在兩側(cè)；假人外觀需要有人的特征，身上穿戴實(shí)驗(yàn)室特有的裝飾。
滿足以上條件后，我們就可以進(jìn)行示蹤氣體測(cè)試了。
A、示蹤氣體測(cè)試
第一個(gè)測(cè)試為示蹤氣體測(cè)試，分別將釋放器和假人放在左，中，右三個(gè)位置，SF6示蹤氣體分析儀取樣口位于嘴巴處，示蹤氣體釋放，進(jìn)行5分鐘的測(cè)試和數(shù)據(jù)記錄。
這部分測(cè)試也主要借助軟件的幫助，收集左中右三個(gè)位置，5分鐘的SF6檢測(cè)數(shù)據(jù)。
▲假人和釋放器位置
▲假人和SF6釋放器位置：左，中，右
▲釋放器和假人位于左邊SF6測(cè)試結(jié)果
*此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
▲釋放器和假人位于中間SF6測(cè)試結(jié)果
*此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
▲釋放器和假人位于右邊SF6測(cè)試結(jié)果
*此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
值得一提的是，歐洲EN 14175測(cè)試規(guī)范認(rèn)為不需要使用假人，理由是人的體型有差異，假人模型不能代表所有人的體型。
但根據(jù)ASHRAE 110，放置假人的目的是為了反應(yīng)有人在通風(fēng)柜前操作時(shí)，操作人和柜前區(qū)域形成的渦流是否能夠影響通風(fēng)柜對(duì)污染物的控制性能。
B、周邊掃面測(cè)試
示蹤氣體分析的第二個(gè)測(cè)試為周邊掃面測(cè)試。SF6釋放器放置于中間位置（邊沿距離調(diào)節(jié)門(mén)面150mm），調(diào)節(jié)門(mén)位于設(shè)計(jì)高度，SF6釋放率為30psi，4.0 LPM。手持SF6分析儀勻速沿窗扇繞一周，探針距離邊沿25mm，移動(dòng)速度不能超過(guò)75 mm/s。
▲ASHRAE 110-2016關(guān)于周邊掃描的描述
▲周邊掃描檢測(cè)示意圖
同樣的，我們通過(guò)專(zhuān)業(yè)的軟件來(lái)收集這些檢測(cè)數(shù)據(jù)。
▲釋放器和假人位于中間SF6周邊掃描測(cè)試結(jié)果
*此截圖來(lái)源于ASHRAE 110性能測(cè)試軟件-ALC Collegedale
C、調(diào)節(jié)門(mén)運(yùn)動(dòng)污染物控制性能測(cè)試
示蹤氣體分析的第三個(gè)測(cè)試為調(diào)節(jié)門(mén)運(yùn)動(dòng)污染物控制性能測(cè)試。
放置SF6釋放器和人體模型至測(cè)試位置；調(diào)節(jié)SF6釋放氣壓，4.0LPM(67Ml/S)/30psi; 預(yù)先釋放SF6氣體，關(guān)閉調(diào)節(jié)門(mén)60s;開(kāi)始程序測(cè)試；關(guān)閉調(diào)節(jié)門(mén)60s，然后打開(kāi)至設(shè)計(jì)工作高度60s，重復(fù)3次；關(guān)閉30s，然后結(jié)束測(cè)試。
▲調(diào)節(jié)門(mén)運(yùn)動(dòng)污染物控制性能測(cè)試
同樣的，我們通過(guò)專(zhuān)業(yè)的軟件來(lái)收集這些檢測(cè)數(shù)據(jù)。
▲釋放器和假人位于中間SF6調(diào)節(jié)門(mén)運(yùn)動(dòng)污染物控制性能測(cè)試結(jié)果
四、對(duì)測(cè)試的一些見(jiàn)解和建議
ASHRAE 110作為目前最為通用和流行的測(cè)試方法，它包含的測(cè)試方法可行性高，精確度好，通過(guò)這些測(cè)試方法可以對(duì)通風(fēng)柜性能做出客觀的評(píng)估。
整個(gè)測(cè)試過(guò)程其實(shí)并不算復(fù)雜，測(cè)試方法相比于EN14175，更具可行性。特別是面風(fēng)速測(cè)試和示蹤氣體測(cè)試。
煙霧測(cè)試作為可視化測(cè)試的方法，它主要的優(yōu)勢(shì)是直觀，但劣勢(shì)是結(jié)果的描述主觀性強(qiáng)。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，煙霧發(fā)生器的選擇可能會(huì)直接影響到測(cè)試結(jié)果，特別是大煙霧測(cè)試。主要原因大煙霧發(fā)生器一般產(chǎn)生的煙霧量很大，在出口處，煙霧處于噴射狀態(tài)。在這個(gè)測(cè)試中，應(yīng)該盡可能避免大煙霧直接噴射入通風(fēng)柜內(nèi)，而應(yīng)該緩慢釋放出來(lái)，讓通風(fēng)柜自然排除/吸入這些煙霧。
對(duì)于面風(fēng)速測(cè)試，如果在測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有設(shè)計(jì)好（硬件和軟件配套），很多因素將影響測(cè)試結(jié)果。面風(fēng)速測(cè)試需要測(cè)試通風(fēng)柜開(kāi)口整個(gè)面的風(fēng)速，按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，整個(gè)面往往需要采集很多點(diǎn)的數(shù)據(jù)。目前大多數(shù)廠家或者測(cè)試者使用手持的風(fēng)速儀進(jìn)行檢測(cè)。手持風(fēng)速儀檢測(cè)采集位置準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不好控制，讀數(shù)也難以記錄，效率不高。事實(shí)上，我們團(tuán)隊(duì)所擁有的硬件和軟件已經(jīng)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題了。我們可以使用風(fēng)速儀傳感器，將風(fēng)速儀固定在鐵架臺(tái)上，根據(jù)軟件自動(dòng)生成檢測(cè)面的坐標(biāo)位置，然后通過(guò)軟件收集這些位點(diǎn)的風(fēng)速。整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化完成，采樣點(diǎn)準(zhǔn)確，讀取數(shù)據(jù)客觀。
對(duì)于示蹤氣體測(cè)試，整個(gè)過(guò)程并不是很復(fù)雜。ASHRAE 110里面對(duì)SF6分析儀的要求比較苛刻，精度0.01ppm。事實(shí)上，市面上能夠滿足的SF6分析儀并不多。據(jù)筆者了解，目前使用比較流行的有Tracer gas detector Q200和Miran。根據(jù)對(duì)整個(gè)行業(yè)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)設(shè)備的選擇，我們推薦使用D-INDUSTRIAL Q200（原美國(guó)USON生產(chǎn)）作為示蹤氣體分析儀。擁有精度高，響應(yīng)時(shí)間快的SF6 分析儀成為這個(gè)測(cè)試最關(guān)鍵部分1,3。
五、參考資料
2、實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)柜測(cè)試方法的比較與分析Comparison and Analysis of Testing Methods from Different Standards of Fume Hood in Laboratory 李斯瑋,劉東,LI Si-wei,LIU Dong- 《建筑熱能通風(fēng)空調(diào)》2010年3期
