一、概述

通風(fēng)柜是實驗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)注實驗人員的安全和健康，對實驗室環(huán)境控制的要求越來越高，越來越多的國家和組織制定了相應(yīng)的通風(fēng)柜標(biāo)準(zhǔn)。如美國在1995年制定了ASHRAE 110-1995；歐洲在2013年制定了EN 14175；我國在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)柜性能測試標(biāo)準(zhǔn)之一（另外一個比較流行的是EN 14175）。

▲世界地圖描述了通風(fēng)柜測試方法的分布1 

ASHRAE 110-2016里面描述了三種類型的測試：AM（As Manufactured），AI（As Installed）和AU（As Used）。AM為工廠內(nèi)通風(fēng)柜的性能測試，這個測試主要在滿足特定條件下的實驗室測試完成；AI為安裝后，通風(fēng)柜空載情況下的性能測試；AU為用戶使用中的性能測試。

二、AM測試的目的

AM測試在具有接近完美條件的測試實驗室中完成。 該測試的目的是允許用戶或購買者比較來自不同供應(yīng)商的通風(fēng)柜。 通過比較每個供應(yīng)商的測試，你可以看到通風(fēng)柜的設(shè)計情況以及與其他設(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。

但是這個測試決不會表明通風(fēng)柜將如何在你的實驗室中發(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如何表現(xiàn)。 但是，由于你的實驗室比測試實驗室復(fù)雜得多，因此你將面臨許多影響性能的因素。 每個實驗室都有不同的實驗室通風(fēng)系統(tǒng)，這也會對性能產(chǎn)生重大影響。

因此，該測試的有用性是確定通風(fēng)柜的設(shè)計質(zhì)量，而不是實際實驗室中的性能。

Chip Albright 在做AM測試

三、AM測試的方法

根據(jù)ASHRAE 110-2016的標(biāo)準(zhǔn)，AM測試包含三個類型的測試：面風(fēng)速測試，煙霧可視化測試和示蹤氣體測試。下圖是AM測試概覽圖。

▲AM測試方法概覽 

1、面風(fēng)速測試

所謂面風(fēng)速，即通風(fēng)柜操作面上的控制風(fēng)速。面風(fēng)速測試作為一個性能評價指標(biāo)，其測試方法其實已經(jīng)得到通風(fēng)柜行業(yè)的認(rèn)同。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）和美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會（AIHA）在1992 年制定了ANSI/AIHA Z9.5-1992 實驗室通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)面風(fēng)速是評價排風(fēng)柜性能的一項重要指標(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)速與實驗室能耗關(guān)系密切。目前根據(jù)發(fā)展情況，通風(fēng)柜會朝低能耗方向發(fā)展，如德國Waldner這類靠降低面風(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)帶來了一些爭議，但根據(jù)廠家的統(tǒng)計分析，低面風(fēng)速帶來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，每個小塊的面積不大于1 平方英尺（0.09 平方米），且邊長不大于12英寸（330mm）。風(fēng)速儀傳感器的采集點為這個小方塊的中心。

在實際的測試過程中，我們更多采用更專業(yè)的軟件來輔助完成這個測試。我們通過輸入開口面的寬和高，軟件自動生成了一些列的測試坐標(biāo)。

▲此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale 

然后根據(jù)坐標(biāo)的點，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。這樣的一個好處是，每一次可以同時采集垂直多點的風(fēng)速值，且采集點穩(wěn)定。

通過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：

▲此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale

2、煙霧可視化測試

煙霧可視化是利用可視的煙霧來顯示通風(fēng)柜氣流的運動形態(tài)以及是否有煙霧溢出。在ASHRAE 110-2016中，包含有兩個測試：小煙霧可視化測試和大煙霧可視化測試。煙霧可視化測試方法操作簡單，結(jié)果直觀，但測試過程中測試者觀察主觀性強(qiáng)。為了是煙霧測試結(jié)果更具參考性，我們可以人為將煙霧測試做量化評估。如下表格：

▲煙霧測試做量化評估

*此評估表格由Chip Albright先生提供

A、小煙霧測試

在ASHRAE 110-2016中，小煙霧測試包含了10個小測試，主要檢測下通風(fēng)板，工作面，左右面板，導(dǎo)流板，調(diào)節(jié)門內(nèi)外，通風(fēng)柜內(nèi)外的氣體流型及溢出情況。詳細(xì)測試如下圖：

▲10項小煙霧測試 

下面小編整理了AM測試煙霧小測試的一些圖片，僅供讀者學(xué)習(xí)了解。圖片均來源于本公司團(tuán)隊成員在測試實驗室的測試照片，如有轉(zhuǎn)載請獲得我們的批準(zhǔn)。

▲氣翼板下小煙霧和工作面中間煙霧測試

▲工作面和左右面板小煙霧測試

以上為小編整理的小煙霧的部分測試圖片。按照上述描述，10個小測試為完整的AM小煙霧測試。

B、大煙霧測試

在ASHRAE 110-2016中，大煙霧測試包含了7個小測試，主要檢測下通風(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)測試如下圖：

▲7項大煙霧測試 

下面小編整理了AM測試煙霧大測試的一些圖片，僅供讀者學(xué)習(xí)了解。圖片均來源于本公司團(tuán)隊成員在測試實驗室的測試照片，如有轉(zhuǎn)載請獲得我們的批準(zhǔn)。

▲氣翼板下大煙霧測試

▲工作面和左右面板大煙霧測試 

▲通風(fēng)柜內(nèi)，調(diào)節(jié)門開口之上大煙霧測試

以上為小編整理的小煙霧的部分測試圖片。按照上述描述，7個測試為完整的AM大煙霧測試。

3、示蹤氣體測試

示蹤氣體的測試是ASHRAE 110 測試方法最重要的部分，它可以更客觀評價通風(fēng)柜污染物控制的性能。示蹤氣體測試包含三個測試：示蹤氣體測試（左中右），周邊掃描測試和調(diào)節(jié)門開關(guān)測試。

▲SF6示蹤氣體測試

ASHRAE 110-2016在示蹤氣體測試方面做了詳細(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】

儀器對示蹤氣體分析要有專一性；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，身上穿戴實驗室特有的裝飾。 

滿足以上條件后，我們就可以進(jìn)行示蹤氣體測試了。

A、示蹤氣體測試

第一個測試為示蹤氣體測試，分別將釋放器和假人放在左，中，右三個位置，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分鐘的測試和數(shù)據(jù)記錄。

這部分測試也主要借助軟件的幫助，收集左中右三個位置，5分鐘的SF6檢測數(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測試結(jié)果

*此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale

▲釋放器和假人位于中間SF6測試結(jié)果

*此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale

▲釋放器和假人位于右邊SF6測試結(jié)果

*此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale 

值得一提的是，歐洲EN 14175測試規(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，操作人和柜前區(qū)域形成的渦流是否能夠影響通風(fēng)柜對污染物的控制性能。

B、周邊掃面測試

示蹤氣體分析的第二個測試為周邊掃面測試。SF6釋放器放置于中間位置（邊沿距離調(diào)節(jié)門面150mm），調(diào)節(jié)門位于設(shè)計高度，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，移動速度不能超過75 mm/s。

▲ASHRAE 110-2016關(guān)于周邊掃描的描述

▲周邊掃描檢測示意圖 

同樣的，我們通過專業(yè)的軟件來收集這些檢測數(shù)據(jù)。

▲釋放器和假人位于中間SF6周邊掃描測試結(jié)果

*此截圖來源于ASHRAE 110性能測試軟件-ALC Collegedale

C、調(diào)節(jié)門運動污染物控制性能測試

示蹤氣體分析的第三個測試為調(diào)節(jié)門運動污染物控制性能測試。

放置SF6釋放器和人體模型至測試位置；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60s;開始程序測試；關(guān)閉調(diào)節(jié)門60s，然后打開至設(shè)計工作高度60s，重復(fù)3次；關(guān)閉30s，然后結(jié)束測試。

▲調(diào)節(jié)門運動污染物控制性能測試 

同樣的，我們通過專業(yè)的軟件來收集這些檢測數(shù)據(jù)。

▲釋放器和假人位于中間SF6調(diào)節(jié)門運動污染物控制性能測試結(jié)果 

四、對測試的一些見解和建議

ASHRAE 110作為目前最為通用和流行的測試方法，它包含的測試方法可行性高，精確度好，通過這些測試方法可以對通風(fēng)柜性能做出客觀的評估。

整個測試過程其實并不算復(fù)雜，測試方法相比于EN14175，更具可行性。特別是面風(fēng)速測試和示蹤氣體測試。

煙霧測試作為可視化測試的方法，它主要的優(yōu)勢是直觀，但劣勢是結(jié)果的描述主觀性強(qiáng)。在整個測試過程中，煙霧發(fā)生器的選擇可能會直接影響到測試結(jié)果，特別是大煙霧測試。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)。在這個測試中，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，讓通風(fēng)柜自然排除/吸入這些煙霧。

對于面風(fēng)速測試，如果在測試過程中沒有設(shè)計好（硬件和軟件配套），很多因素將影響測試結(jié)果。面風(fēng)速測試需要測試通風(fēng)柜開口整個面的風(fēng)速，按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，整個面往往需要采集很多點的數(shù)據(jù)。目前大多數(shù)廠家或者測試者使用手持的風(fēng)速儀進(jìn)行檢測。手持風(fēng)速儀檢測采集位置準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不好控制，讀數(shù)也難以記錄，效率不高。事實上，我們團(tuán)隊所擁有的硬件和軟件已經(jīng)可以很好地解決這個問題了。我們可以使用風(fēng)速儀傳感器，將風(fēng)速儀固定在鐵架臺上，根據(jù)軟件自動生成檢測面的坐標(biāo)位置，然后通過軟件收集這些位點的風(fēng)速。整個過程自動化完成，采樣點準(zhǔn)確，讀取數(shù)據(jù)客觀。

對于示蹤氣體測試，整個過程并不是很復(fù)雜。ASHRAE 110里面對SF6分析儀的要求比較苛刻，精度0.01ppm。事實上，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)對整個行業(yè)內(nèi)專家對設(shè)備的選擇，我們推薦使用D-INDUSTRIAL Q200（原美國USON生產(chǎn)）作為示蹤氣體分析儀。擁有精度高，響應(yīng)時間快的SF6 分析儀成為這個測試最關(guān)鍵部分1,3。

五、參考資料

1、https://www.flowsciences.com/two-well-known-fume-hood-containment-tests-ashrae-110-en14175-a-comparison/

2、實驗室排風(fēng)柜測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

3、https://uson-q200.com/q200-vs-miran/