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        1. TMOON實驗臺通風柜

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          【ASHRAE 110】ASHRAE 110-2016 之AM測試

          發布時間:2019-04-16 17:08來源:ICT2 林和虎點擊:

            一、概述

            通風柜是實驗室中控制污染物的重要設備。隨著工業的發展,人們更關注實驗人員的安全和健康,對實驗室環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的通風柜標準。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標準。

            ASHRAE 110是目前世界上最流行的通風柜性能測試標準之一(另外一個比較流行的是EN 14175)。

            


            ▲世界地圖描述了通風柜測試方法的分布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為工廠內通風柜的性能測試,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,通風柜空載情況下的性能測試;AU為用戶使用中的性能測試。

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            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商的通風柜。 通過比較每個供應商的測試,你可以看到通風柜的設計情況以及與其他設施相比的性能。 你還可以比較使用通風柜所需的能源成本。

            但是這個測試決不會表明通風柜將如何在你的實驗室中發揮作用。 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。 但是,由于你的實驗室比測試實驗室復雜得多,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系統,這也會對性能產生重大影響。

            


            ▲Chip Albright 在做AM測試

            因此,該測試的有用性是確定通風柜的設計質量,而不是實際實驗室中的性能。

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            三、AM測試的方法

            根據ASHRAE 110-2016的標準,AM測試包含三個類型的測試:面風速測試,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、面風速測試

            所謂面風速,即通風柜操作面上的控制風速。面風速測試作為一個性能評價指標,其測試方法其實已經得到通風柜行業的認同。

            美國國家標準學會(ANSI)和美國工業衛生協會(AIHA)在1992 年制定了ANSI/AIHA Z9.5-1992 實驗室通風標準,強調面風速是評價排風柜性能的一項重要指標,一般要求面風速應控制在0.4~0.6m/s 的范圍內。一般而言,面風速太小,很有可能導致對操作面污染物控制效果不夠,柜內污染物容易溢出;而面風速太大,那么操作面入口,角落容易產生紊流而導致污染物溢出。理想的面風速測試結果,應使面風速大小在預定范圍內,且在操作面上的風速分布盡可能均勻2。

            通風柜的面風速與實驗室能耗關系密切。目前根據發展情況,通風柜會朝低能耗方向發展,如德國Waldner這類靠降低面風速和排風量的降低能耗;也有倚世科技這類采取柜內補風減少房間新風用量。低面風速通風柜給行業帶來了一些爭議,但根據廠家的統計分析,低面風速帶來的好處是在很大程度上節約了能耗。

            ASHRAE 110-2016規定,將通風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。

            


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

            然后根據坐標的點,在通風柜邊沿貼上標簽。

            


            ▲根據軟件給出的位置,將風速儀傳感器安裝于固定支架上

            風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速值,且采集點穩定。

            通過軟件讀取這些方格內傳感器的讀數,最終得到如下結果:

            


            ▲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柜氣流的運動形態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,結果直觀,但測試過程中測試者觀察主觀性強。為了是煙霧測試結果更具參考性,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,主要檢測下通風板,工作面,左右面板,導流板,調節門內外,通風柜內外的氣體流型及溢出情況。詳細測試如下圖:

            


            ▲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,僅供讀者學習了解。圖片均來源于本公司團隊成員在測試實驗室的測試照片,如有轉載請獲得我們的批準。

            


            ▲下通風板小煙霧測試

            


            ▲工作面和左右面板小煙霧測試

            


            ▲工作面中間煙霧測試

            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,主要檢測下通風板,工作面,左右面板,導流板,通風柜內的氣體流型及溢出情況。詳細測試如下圖:

            


            ▲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,僅供讀者學習了解。圖片均來源于本公司團隊成員在測試實驗室的測試照片,如有轉載請獲得我們的批準。

            


            ▲下通風板大煙霧測試

            


            ▲工作面和左右面板大煙霧測試

            


            ▲通風柜內,調節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),周邊掃描測試和調節門開關測試。

            


            ▲SF6示蹤氣體測試

            ASHRAE 110-2016在示蹤氣體測試方面做了詳細的規定:

            【示蹤氣體】

            采用SF6或者分子質量相似和穩定的其他氣體,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】

            給出了標準的圖紙。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;儀器數據輸出可以連接到數據記錄儀,數據輸出頻率至少每秒1個數據。分析儀采樣口內徑應小于12mm。分析儀在使用前后還需要進行校準。

            【假人】

            假人肩寬為17±2 in. (430±50 mm);假人的雙臂需下垂在兩側;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,進行5分鐘的測試和數據記錄。

            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檢測數據。

            


            ▲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測試規范認為不需要使用假人,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ASHRAE 110,放置假人的目的是為了反應有人在通風柜前操作時,操作人和柜前區域形成的渦流是否能夠影響通風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(邊沿距離調節門面150mm),調節門位于設計高度,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,我們通過專業的軟件來收集這些檢測數據。

            


            ▲釋放器和假人位于中間SF6周邊掃描測試結果

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

            C、調節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節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;調節SF6釋放氣壓,4.0LPM(67Ml/S)/30psi; 預先釋放SF6氣體,關閉調節門60s;開始程序測試;關閉調節門60s,然后打開至設計工作高度60s,重復3次;關閉30s,然后結束測試。

            


            ▲調節門運動污染物控制性能測試

            同樣的,我們通過專業的軟件來收集這些檢測數據。

            


            ▲釋放器和假人位于中間SF6調節門運動污染物控制性能測試結果

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            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柜性能做出客觀的評估。

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

            煙霧測試作為可視化測試的方法,它主要的優勢是直觀,但劣勢是結果的描述主觀性強。在整個測試過程中,煙霧發生器的選擇可能會直接影響到測試結果,特別是大煙霧測試。主要原因大煙霧發生器一般產生的煙霧量很大,在出口處,煙霧處于噴射狀態。在這個測試中,應該盡可能避免大煙霧直接噴射入通風柜內,而應該緩慢釋放出來,讓通風柜自然排除/吸入這些煙霧。

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

            對于示蹤氣體測試,整個過程并不是很復雜。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。據筆者了解,目前使用比較流行的有Tracer gas detector Q200和Miran。根據對整個行業內專家對設備的選擇,我們推薦使用D-INDUSTRIAL Q200(原美國USON生產)作為示蹤氣體分析儀。擁有精度高,響應時間快的SF6 分析儀成為這個測試最關鍵部分1,3。


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