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傳統(tǒng)通風(fēng)柜發(fā)展已經(jīng)進入了成熟期。幾十年來,通風(fēng)柜理論和設(shè)計理念并未有太大的變化。本文將通過整理通風(fēng)柜和實驗室通風(fēng)安全的發(fā)展歷史,來暢想通風(fēng)柜未來的發(fā)展方向。
本文撰寫過程中,得到行業(yè)內(nèi)人多人的幫助,其中包括Erlab提供企業(yè)發(fā)展歷史,Chip Albright關(guān)于通風(fēng)柜的未來的一些討論等,在此一并感謝。
“通風(fēng)柜的未來”這個章節(jié),濃縮了很多新穎的觀點,篇幅小,但值得細細思索。在未來一段時間,我將放大篇幅,寫關(guān)于通風(fēng)柜可能的發(fā)展方向,并將討論更多可能用于下一代通風(fēng)柜的新技術(shù)。歡迎行業(yè)內(nèi)更多專家參與討論。
通風(fēng)柜是幾乎所有實驗室中*的設(shè)備,從教學(xué)實驗室到研究實驗室再到工業(yè)實驗室。通風(fēng)柜通過安全地從緊鄰的工作環(huán)境中清除這些物質(zhì),避免人員接觸有害或有毒煙霧,蒸氣或灰塵的可能性。通風(fēng)柜還用于保護樣品免受外部環(huán)境的影響。
通風(fēng)柜可以是有管道的,也可以是再循環(huán)的。兩種類型的工作方式都是允許從通風(fēng)柜的正面(開放)側(cè)吸入空氣,然后將其排出建筑物外或通過過濾使其安全并再循環(huán)回房間。
自化學(xué)研究初期以來,實驗室中就需要通風(fēng)。使用局部煙囪排出有害氣體是解決此問題的明顯方法。通風(fēng)柜已經(jīng)在實驗室中使用了幾代。實際上,一些歷史學(xué)家將第(一)個通風(fēng)柜歸功于托馬斯·杰斐遜(Thomas Jefferson)或后來的托馬斯·愛迪生(Thomas Edison),據(jù)說這兩個人都使用了壁爐的自然通風(fēng)和煙道來排出實驗中不需要的蒸氣【1】。但是,約瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestly)于1790年創(chuàng)建了第(一)個實驗室化學(xué)排氣罩。隨著電力和電氣工程的引入,第(一)臺鼓風(fēng)機電動機的發(fā)明為今天的通風(fēng)柜鋪平了道路。1923年,英國利茲大學(xué)安裝了第(一)臺管道通風(fēng)柜。
托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)大約在1900年工作,是早關(guān)注實驗室通風(fēng)的科學(xué)家之一。愛迪生在他的實驗室中使用壁爐煙囪將實驗中產(chǎn)生的有毒煙霧和氣味排放到加熱的橡膠混合物中,利用煙囪的自然氣流排出氣體【2】。
1904年newbuilt 化工學(xué)院在格但斯克工業(yè)大學(xué)配備在觀眾席由木頭和玻璃的通風(fēng)柜,幾個教室,學(xué)生實驗室和房間的科學(xué)家。上下玻璃面板可滑動,可防止煙霧和爆炸。每個通風(fēng)柜都被照亮,并配有用于加熱的燃氣裝置和帶排水口的自來水。反應(yīng)的有害和腐蝕性氣態(tài)副產(chǎn)物可通過壁爐煙囪的自然通風(fēng)主動除去。超過110年的時間,這個早期的設(shè)計仍然可以使用【3】。
1923年,利茲大學(xué)使用了早的現(xiàn)代意義上的通風(fēng)柜之一。這個裝置由一個站立在工作高度的大櫥柜組成,并裝有垂直的拉門,類似于平行的窗戶【4】。
1936年,Labconco作為通風(fēng)柜的制造商之一,開發(fā)出了第(一)款用于商業(yè)銷售的通風(fēng)柜。該裝置采用了現(xiàn)在熟悉的拉門式設(shè)計,允許單個操作員將手放在“柜子”中安全地工作。
由于擔心暴露于劇毒化學(xué)物質(zhì)和放射性物質(zhì),因此在第二次世界大戰(zhàn)期間,通風(fēng)柜技術(shù)取得了相當大的進步。 在這種災(zāi)難性的背景下,安全,通風(fēng)和通風(fēng)柜的設(shè)計取得了重大進展。
同樣在戰(zhàn)爭年代,該機構(gòu)開發(fā)了高效微??諝猓℉EPA)過濾器,后來該機構(gòu)成為了原子能委員會。HEPA過濾器的開發(fā)對通風(fēng)柜和生物安全柜的有效性產(chǎn)生了巨大影響,大大提高了對用戶的保護。
1943年,小約翰·韋伯(John Weber,Jr.)在愛荷華州艾姆斯的艾姆斯實驗室工作,提出了恒定面速,可變排氣流量通風(fēng)柜控制的概念。此設(shè)計應(yīng)用于由通風(fēng)柜排氣扇提供服務(wù)的垂直上升式拉門通風(fēng)柜。該概念終成為當時原子實驗室中許多通風(fēng)柜所采用的標準功能,尤其是在通風(fēng)柜內(nèi)的通風(fēng)控制上起到至關(guān)重要的作用。
大約在同一時間,韋伯還認識到,當開發(fā)出作為其系統(tǒng)一部分的緊急快速關(guān)閉功能時,通風(fēng)柜中的(佳)密閉性是通過小的拉門開啟來實現(xiàn)的。 用作Weber系統(tǒng)一部分的排氣扇保持開啟。
1951年,H.W.Johnson Service Co.(現(xiàn)為Johnson Controls,Inc.)首(席)現(xiàn)場工程師Alyea意識到,盡可能保持通風(fēng)柜的門關(guān)閉,并且在不使用通風(fēng)柜的情況下,可以節(jié)省大量的空氣。供應(yīng)按比例減少了冷卻需求,提高了過濾器壽命,并節(jié)省了大量能源。
1961年,Labconco推出了首(個)一體成型的玻璃纖維線式通風(fēng)柜,即Fiberglass47。由于其耐用性,清潔性,高光反射率,耐火性和耐化學(xué)性,因此被選擇用作通風(fēng)柜的內(nèi)襯。從那時起,一件式玻璃纖維襯里就成為Labcono通用化學(xué)通風(fēng)柜的標志性特征。
1968年,弗朗索瓦·皮埃爾·豪維爾(Francois-Pierre Hauville)創(chuàng)立了Erlab公司,并于同年開始銷售第(一)臺Captair無管通風(fēng)柜。如今,Erlab繼續(xù)開發(fā)和銷售Captair系列通風(fēng)柜。
1970年代開始嘗試開發(fā)了補風(fēng)型的通風(fēng)柜,該補風(fēng)型通風(fēng)柜通過將外部空氣引入通風(fēng)柜來節(jié)省能源,從而減少了實驗室回火空氣的損失。這種類型的通風(fēng)柜需要使用兩個風(fēng)道和鼓風(fēng)機系統(tǒng)。一個有名的項目是1995年,勞倫斯·伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)申請并進行的,稱為伯克利通風(fēng)柜(The Berkeley Hood),該項目于2002年結(jié)束,在商業(yè)上并未獲得成功【5】。
1970年代,Labconco開發(fā)了玻璃纖維步入式通風(fēng)櫥,為研究人員提供了更大的操作空間,并允許在安全的環(huán)境中使用更大的設(shè)備進行工作。步入式通風(fēng)柜是當今許多實驗室的常見功能。
1985年,美國ASHRAE推出*(一)個通風(fēng)柜性能測試標準ASHRAE 110-1985。通風(fēng)柜發(fā)展逐漸進入規(guī)范化的發(fā)展時期。
1990年,英國發(fā)布了通風(fēng)柜英國標準BS 7258。它逐步演變?yōu)镋N 14175,并被大部分歐洲和世界其他地區(qū)接受。
1990年代期間取得的一個重要里程碑是拉門限制裝置的開發(fā),該裝置旨在限制拉門可以打開的尺寸而不會妨礙進出,并減少通風(fēng)柜的能耗。
1991年,OSHA(職業(yè)安全與健康管理局)對實驗室具有管轄權(quán)。
1992年,美國引入了ANSI / AIHA Z9.5作為實驗室通風(fēng)的國家標準。
1995年推出了大大改進的ASHRAE 110-1995。
以1995年為分界線,美國完成了現(xiàn)代工業(yè)通風(fēng)(包括實驗室通風(fēng))安全管理體系的建立。
1996年,引入了AFNOR AF X 15 211:1995標準,從而可以根據(jù)嚴格的標準評估無管通風(fēng)柜的性能。該標準今天用作所有通風(fēng)柜的參考標準。
1997年,Lab Crafters推出了其專(利)的高性能Air Sentry通風(fēng)柜,這是第(一)款投放市場的高性能通風(fēng)柜。例如,該通風(fēng)柜提供了一種高效且安靜的操作,旨在 “現(xiàn)實世界”條件下進行交叉通風(fēng)以及溫度和壓力波動的情況下運行。目前,全(國)各地安裝了1200多個Air Sentry通風(fēng)柜。
1998年,Erlab擴展了Captair產(chǎn)品范圍,以滿足現(xiàn)代實驗室的需求。新的儀器包括CaptairStore(一個通風(fēng)的過濾儲物柜),CaptairBio(一個PCR工作站)和CaptairFlow(包含HEPA過濾的機柜)。
1999年美國推出UL 1805通風(fēng)柜標準,它除了通風(fēng)柜流體性能外,還涉及到實驗室無管通風(fēng)柜火災(zāi),電氣等其他危險。要在美國銷售通風(fēng)柜,通風(fēng)柜必須經(jīng)過UL1805認證。
2000年,SEFA*改寫并擴大了SEFA 1-化學(xué)通風(fēng)柜。
在2000年代發(fā)生的一個重要里程碑是開發(fā)了以50-60 fpm運行的低流量通風(fēng)柜。這些儀器可節(jié)省大量成本和能源,同時仍可提供早期型號的性能。典型的代表是Labconco 的X-Stream系列產(chǎn)品。
2006年,中國臺灣科技大學(xué)申請了氣簾式排氣柜專(利),一款*不同于傳統(tǒng)型式的化學(xué)排風(fēng)柜。2012年,又申請了斜氣簾式排風(fēng)柜。
2008年,Erlab在Pittcon*展示了他們的耐多碳技術(shù)綠飛蝶通風(fēng)柜技術(shù)。耐多碳技術(shù)綠飛蝶通風(fēng)柜技術(shù)標志著新一代通風(fēng)柜的設(shè)計,其主要目的是安全,節(jié)能,經(jīng)濟高效且環(huán)保。
同樣在2009年,AirClean Systems開始銷售獨立式無管通風(fēng)柜。該設(shè)備集成了Silconazne過濾系統(tǒng),該系統(tǒng)在氣相過濾,過濾監(jiān)測,氣流控制和監(jiān)測以及用戶友好的操作員交互方面提供了先進的技術(shù)。
2010年,Air Science公司推出了一系列新的增強型過濾技術(shù)(EFT)碳過濾器,用于該公司的無管通風(fēng)柜系列。增強過濾技術(shù)是一種通用過濾系統(tǒng),開發(fā)用于多種核心化學(xué)品,包括有機酸,醇,脂族烴,芳族烴,酯,醛,酮,醚,鹵素和無機酸。
同年,Air Science還推出了Purair ECO節(jié)能型無管通風(fēng)柜系列,其設(shè)計基于EFT過濾器,可在廣泛的實驗室和工業(yè)應(yīng)用中進行化學(xué)和顆粒保護,旨在保護化學(xué)和顆粒。Purair ECO的開發(fā)是為了響應(yīng)全,球?qū)Π踩哂谐杀拘б婧透吣苄У?span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700; margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">無管通風(fēng)柜不斷增長的需求,該安全柜可,大,程度地降低設(shè)施HVAC系統(tǒng)的壓力,同時又不損害對人員和環(huán)境的保護。
ASHRAE 110更新到2016版,在數(shù)據(jù)收集和測試流程上做了更新。此版本大的更新是減少了SF6的使用總量。
2016年,倚世科技(E3)在中國推出了補風(fēng)型通風(fēng)柜和妙流變風(fēng)量閥門,聲稱解決了美國幾十年來沒有解決的氣流控制的問題【6】,并再次引起關(guān)于補風(fēng)型通風(fēng)柜是否合理的討論。創(chuàng)新給市場帶來更多活力和思考。更廣泛的包容和討論也是這個行業(yè)發(fā)展所需要的。無創(chuàng)新不進步,時間和市場終會給出答案。
2019年,EN 14175-3推出了2019版。在數(shù)據(jù)收集和計算方式上做了修改,評價標準更科學(xué)合理。
實驗室通風(fēng)柜和實驗室通風(fēng)技術(shù)的未來將朝許多方向發(fā)展。未來發(fā)展的重點將放在解決傳統(tǒng)通風(fēng)柜和VAV系統(tǒng)目前存在的許多問題上。一個至關(guān)重要的點是,在提高安全性的同時,通過更具可持續(xù)性的概念來尋求更綠色節(jié)能的解決方案。重點將從通風(fēng)柜轉(zhuǎn)向污染物控制設(shè)備(Exposure Control Devices)。根據(jù)不同風(fēng)險等級的不同要求,實驗室通風(fēng)將變得更加危險。實驗室空氣稀釋概念將再次成為焦點,同步供應(yīng)(synchronized supply)等系統(tǒng)將變得更加普遍。更好的通風(fēng)柜設(shè)計將有助于減少污染物溢出,從而減少(每小時換氣次數(shù))ACH。下一代智能通風(fēng)柜可能被統(tǒng)稱為化學(xué)污染物控制設(shè)備(Chemical Containment Device)。物聯(lián)網(wǎng),智能化更加成熟,加上更加創(chuàng)新的污染物控制技術(shù),這些設(shè)備將變得更加智能,不再受到房間通風(fēng)系統(tǒng)的影響,作為實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的奴隸。實驗室將變得更加智能,通風(fēng)柜將與實驗室中的所有通風(fēng)設(shè)備進行通訊。通過減少實驗室空氣中的化學(xué)污染物數(shù)量,可以減少換氣次數(shù),從而節(jié)省能源。節(jié)能不在于通風(fēng)柜使用多少空氣,而是實驗室要保持可接受的空氣質(zhì)量需要多少ACH。為了提高安全性和減少能耗,將對實驗室通風(fēng)進行更全面的了解。
【1】"Fumehood". Archived from WIKAPEDIA.
【2】 Gillian Mohney (2015-10-18). "Thomas Jefferson's Hidden Chemistry Lab Discovered". ABC News.
【3】 Marzena Klimowicz-Sikorska (2010-09-30). "Wehiku? czasu na Politechnice Gdańskiej / Time machine at the Gdańsk University of Technology" (in Polish). Trojmiasto.pl.
【4】 John Buie (2011-12-09). "Evolution of fume hoods". Lab Manager.
【5】Applications Team Berkeley Hood Project
編輯:賽弗安全safoo
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