通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)樓建筑排風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)的抽風(fēng)末端設(shè)備,主要目的是將可能產(chǎn)生污染物的操作限制在其柜內(nèi),污染物可以被抽到室外,如同馬桶抽水一樣,由于室內(nèi)空氣被抽走,所以也同時(shí)起到了刷新實(shí)驗(yàn)室內(nèi)舊空氣的作用,如果通風(fēng)柜和新風(fēng)散流口布局合理的話,就相當(dāng)于清掃室內(nèi)舊空氣進(jìn)入排風(fēng)柜的清潔工效應(yīng)。這兩個(gè)功能都是實(shí)驗(yàn)室需要的。
通風(fēng)柜屬于一線操作污染源頭的負(fù)壓設(shè)備,是實(shí)驗(yàn)室防護(hù)的第一道防線,化學(xué)污染物能否保證不逸出至關(guān)重要。而補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜,則是為了減少室內(nèi)空氣被抽出,從室外引進(jìn)空氣到通風(fēng)柜內(nèi)或柜前,再通過(guò)通風(fēng)柜被抽出室外的一種以節(jié)能為主要考慮的通風(fēng)柜。大多數(shù)補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)原理?yè)?jù)稱是70%使用補(bǔ)進(jìn)風(fēng),30%還是從室內(nèi)抽,但是由于缺乏實(shí)時(shí)檢測(cè)手段,所以這兩個(gè)百分比屬于理想值。補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜有兩個(gè)主要特點(diǎn):
1.補(bǔ)風(fēng)來(lái)自于專門的昂貴的補(bǔ)風(fēng)管和補(bǔ)風(fēng)機(jī),就是說(shuō)這類通風(fēng)柜的補(bǔ)風(fēng)是自帶動(dòng)力的。因?yàn)檠a(bǔ)風(fēng)管道漫長(zhǎng)復(fù)雜,沿程阻力大,靠自然吸入補(bǔ)風(fēng)是不可能的。這種通風(fēng)柜最大的缺陷是:一旦主排風(fēng)機(jī)突發(fā)故障,而補(bǔ)風(fēng)機(jī)沒(méi)有立即停止,補(bǔ)入的空氣瞬間把柜內(nèi)污染物倒灌進(jìn)入房間,所以危險(xiǎn)性較大。即使不考慮主排風(fēng)機(jī)的故障概率,平時(shí)的建筑排風(fēng)管網(wǎng)壓力波動(dòng),連在一起的各個(gè)通風(fēng)柜之間相互串氣,也加劇了補(bǔ)風(fēng)管內(nèi)氣流的不穩(wěn)定性,補(bǔ)在柜前的氣流更是直接干擾面風(fēng)速。
2.補(bǔ)風(fēng)雖經(jīng)過(guò)濾網(wǎng),但是溫濕度沒(méi)處理,也就說(shuō)補(bǔ)進(jìn)來(lái)的是“野風(fēng)”,冬季三九,夏季三伏,直接補(bǔ)進(jìn)柜內(nèi)還好,如果是補(bǔ)在柜前,工作人員會(huì)有不舒適感,如果要進(jìn)行溫濕度處理,則失去了節(jié)能的初衷,就和其他類型通風(fēng)柜也沒(méi)有區(qū)別了。
首先,應(yīng)該告知年輕一代的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)師:“補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜”并不是一種新型通風(fēng)柜,而是一種曾在上世紀(jì)九十年代產(chǎn)量很大的傳統(tǒng)型的通風(fēng)柜,但為什么后來(lái)慢慢地從市場(chǎng)上消失了呢?(當(dāng)然在印刷資料上還是能找到的)原因眾說(shuō)紛紜,有的說(shuō)是排煙效果不好,有的說(shuō)室內(nèi)溫濕度亂了,其實(shí)歸根到底只有一個(gè)原因:為了單純追求節(jié)能,反而在通風(fēng)柜的根本原則(安全性)上做了妥協(xié),強(qiáng)行補(bǔ)風(fēng)是一種不成熟的技術(shù),干擾了通風(fēng)柜正常的氣流組織,導(dǎo)致通風(fēng)柜相對(duì)于房間形成的寶貴的局部負(fù)壓降低甚至產(chǎn)生負(fù)壓會(huì)短暫消失的風(fēng)險(xiǎn),這就是“削足適履”。在沉寂多年后,補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜又在市場(chǎng)上出現(xiàn),實(shí)屬沉渣泛起。
通風(fēng)柜相對(duì)于房間形成的局部負(fù)壓是通風(fēng)柜的防護(hù)力的源泉
眾所周知,通風(fēng)柜作為一種實(shí)驗(yàn)室防護(hù)設(shè)備誕生的目的就是把實(shí)驗(yàn)室操作種產(chǎn)生的污染物限制在其柜內(nèi),要想做到這一點(diǎn),就必須依賴其柜內(nèi)腔體相對(duì)于房間形成的“局部負(fù)壓”! 注意是相對(duì)于“房間”,只有面向房間的一面維持足夠的負(fù)壓,通風(fēng)柜才會(huì)形成氣流從房間向通風(fēng)柜內(nèi)的穩(wěn)定流向,保證污染物被向內(nèi)吸入,不致逸出到房間內(nèi),從而保護(hù)房間內(nèi)的人和環(huán)境。
通風(fēng)柜相對(duì)于房間形成的局部負(fù)壓是通風(fēng)柜的防護(hù)力的源泉,并且最終反映到一個(gè)指標(biāo)上,即通風(fēng)柜面向房間的視窗截面上的“面風(fēng)速”,這也就是為什么世界各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定通風(fēng)柜面風(fēng)速應(yīng)有一個(gè)最佳值:
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 0.5 - 0.6 m/s
加拿大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 0.5 m/s
澳大利亞標(biāo)準(zhǔn) 0.5 m/s
英國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 0.5 m/s
瑞典標(biāo)準(zhǔn) 0.5 m/s
日本標(biāo)準(zhǔn) 0.4 m/s
德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 0.3 m/s
中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 0.5 m/s
所以面風(fēng)速是一個(gè)通風(fēng)柜最重要的指標(biāo),在美國(guó),沒(méi)有安裝面風(fēng)速顯示報(bào)警器的通風(fēng)柜,如同一輛車沒(méi)有尾燈,是不能使用的,當(dāng)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI在正文使用“shall be”這種措辭的時(shí)候,是沒(méi)有商量余地的。
但是面風(fēng)速太高也不好,為什么呢?這里打個(gè)比喻:山中的小溪,如果溪水中央有一塊石頭(好比通風(fēng)柜前氣流中站著一個(gè)人),當(dāng)水流速過(guò)快時(shí),在石頭下游的下方(相當(dāng)于柜前人正面部呼吸區(qū))會(huì)形成渦流回旋,引發(fā)氣流紊亂(污染物逸出),反而水流速平穩(wěn)有力,才會(huì)持續(xù)帶走污染物,所以大多數(shù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求通風(fēng)柜的面風(fēng)速最好穩(wěn)定在0.3-0.6m/s之間。
以下內(nèi)容摘自美標(biāo)ANSI Z9.5-2003,這些數(shù)據(jù)很多科學(xué)家多年試驗(yàn)和研究的結(jié)晶:
60–80 fpm (0.30–0.41 m/s):
Hoods with excellent containment characteristics operating under relatively ideal environmental conditions (i.e., room design characteristics) and with prudent operating practices can provide adequate containment in this velocity range although at an increased level of risk. Containment must be verified quantitatively in this range and effective administrative controls should be in place and compliance must be enforced.
80–100 fpm (0.41–0.51 m/s):
Most hoods can be operated effectively with relatively low risk in this velocity range although containment should still be quantitatively verified. Proper operator training and enforcement of administrative controls are still highly recommended. This is the range recommended for a majority of laboratory chemical hoods.
100–120 fpm (0.51–0.61 m/s):
This velocity range has similar characteristics as 80–100 fpm (0.41–0.51 m/s) but at significantly higher operating costs. Containment may be slightly enhanced in this range and hoods that do not contain adequately in the 80–100 fpm (0.41–0.51 m/s) range may be improved by operating in this range.
120–150 fpm (0.61–0.76 m/s):
Although most hoods can operate effectively in this range, performance is not significantly better than at the lower ranges of 80–100 fpm (0.41–0.51 m/s) and 100–120 fpm (0.51–0.61 m/s) and the operating cost penalty imposed by high face velocities in this rage is severe and is not recommended for this reason.
>150 fpm (>0.76 m/s):
Most laboratory experts agree that velocities above 150 fpm (0.76 m/s) at the design sash position are excessive at operating sash height and may cause turbulent flow creating more potential for leakage.
所以面風(fēng)速即不能太低,也不能太高,那么想讓面風(fēng)速穩(wěn)定不變,而視窗優(yōu)勢(shì)升降不停的,所以只能是通過(guò)改變通風(fēng)柜的排風(fēng)量來(lái)讓面風(fēng)速穩(wěn)定,這就是通風(fēng)柜應(yīng)該是變風(fēng)量的原因.
通風(fēng)柜變風(fēng)量控制的一個(gè)副作用是能夠“按需排風(fēng)”也同樣起到了節(jié)能效果,不過(guò)我們始終不要忘記,安全性是通風(fēng)柜變風(fēng)量的主要?jiǎng)訖C(jī),節(jié)能只是一個(gè)副作用而已。
實(shí)驗(yàn)室節(jié)能,應(yīng)該是一個(gè)全局觀念,不能只盯著一個(gè)通風(fēng)柜,更不能犧牲通風(fēng)柜的安全性能來(lái)?yè)Q取一個(gè)局部節(jié)能。實(shí)驗(yàn)室可節(jié)能的環(huán)節(jié)很多,比如各種建筑熱交換技術(shù),再比如近年來(lái)實(shí)踐效果極佳的“變風(fēng)量加自動(dòng)關(guān)閉視窗”的通風(fēng)柜,都在不向安全性妥協(xié)的前提下實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的巨大節(jié)能。
無(wú)論科技如何更新?lián)Q代,物理學(xué)的基本原理不會(huì)改變,就如萬(wàn)有引力定律一樣。通風(fēng)柜的空氣動(dòng)力學(xué)原理來(lái)自于其相對(duì)于房間形成的“局部負(fù)壓”,這是通風(fēng)柜的命根子,不容挑戰(zhàn)。
最后說(shuō)一句,“補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜”畫面很美,但是彌補(bǔ)不了原理上的根本缺限,雖然也有廠家拿出檢測(cè)報(bào)告的數(shù)據(jù)說(shuō)明補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜在檢測(cè)時(shí)也顯示污染物溢出物濃度很低,其實(shí)這種檢測(cè)數(shù)據(jù)通常都是在理想的人造環(huán)境下模擬出來(lái)的,比如檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)柜視窗橫向距離一米內(nèi)干擾氣流小于0.1m/s,可是現(xiàn)實(shí)中這種氣場(chǎng)條件很難存在,這就是為什么很多人用過(guò)補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜之后就選擇常規(guī)通風(fēng)柜的原因。
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