低流量排烟柜设计及测试之研讨.docx
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低流量排烟柜设计及测试之研讨
LowFlowFumeHoodsDesignandTestingConcerns
低流量排煙櫃設計及測試之研討
Thelowflowfumehoodsarethebuzzintheindustry.Theconceptisattractivebecausethemessageissimple:
低流量排煙櫃現在工業界已造成某種反應,這種觀念之所以吸引人,道理很簡單:
1.Constantvolumehoodsthatuse40-60%lessairthanconventionalhoods;
為定風量排煙櫃,比傳統排煙櫃風量需求少40-60%。
2.NocomplicatedVAVcontrols;
沒有很複雜之變風量控制。
3.Safetybecausetheycan“pass”ASHRAE110testingwithanANSItracergasconcentrationcriterion.
安全:
因為可以引用ANSI偵測氣體濃度之條款,通過ASHRAE110測試。
Thepurposeofthisbulletinisto:
本文之目的為:
●ReviewtheapplicableCodes,Standards,andGuidelines,noneofwhichsupportstheuseofverylowfacevelocities(e.g.<60ft/min)
檢視各現行法令、標準及指南,均無支持使用此種極低表面風速(如<60ft/min)之有利證明。
●ReviewsomeoftheessentialaspectsoftheASHRAE110-1995FumeHoodMethodofTestingPerformanceofLaboratoryFumeHoods.
檢視某些ASHRAE110-1995實驗室排煙櫃性能測試法之基本觀點。
●Dispelsomeofthemythsurroundingtheso-calledANSIrecommendedtracergasconcentrationlevelforfumehoods.
消除一些所謂ANSI主張之排煙櫃偵測煙霧濃度之盲點。
●Addperspectivewhyasingletestmethodisinsufficienttojudgethesafetyperformanceofafumehood.
增加為何單一的測試方法,不足以評鑑排煙櫃之安全性能的觀點。
●Providereferencematerialthatsupportstheuseofhigherfacevelocitytoensurecontainmentwhentheoperatorsarepresent,andthehoodsareinusewiththesashfullyopen.
提供參考資料以證明當使用時調節門於全開位置時,使用較高表面風速可確保捕捉率。
LowFlowFumeHoods–DesignandTestingConcerns
低流量排煙櫃設計及測試相關事宜
Thereisconsiderableinterestinreducingthelaboratoryfumehoodexhaustflows,inanefforttoreducethefirstcostandannualoperatingcosts.Lowflowfumehoodsarenotnew;infact,somefacilitieshavebeenapplyinglowflowhoodsformanyyears.Morerecently,somehooddesignershaveredesignedtheaerodynamicfeaturesoftheirhoodsorhaverestrictedthesashopeningssothatthefumehoodsrequirelessairandconsequentlycostlesstooperate.Aswithmanyapproacheswithreducingflowsyoucanbesurethattherearesomeshortcomings,althoughnewandpossiblyinnovativetechniquesareusedtoimprovetheircontainmentcharacteristics.
有關減低實驗室排煙櫃排氣流量、降低初期投資及年度營運成本上一直都是主要的話題,低流量排煙櫃並不是一項新觀念,事實上在幾年前就有某些實驗室使用低流量排櫃。
最近,一些許多的設計者早已在從事重新設計其排煙櫃流體力學特質,或是以限制其排煙櫃開度的方式以降低排煙櫃所需之氣流量,進而降低經常營運成本。
雖然在改進排煙櫃捕捉率上可能會有一些創新的技術,但在這麼多減低流量的方法之中,常常會有一些不足之處。
Somefumehoodmanufacturershavemanufacturedproductsthatmeetsomeminimalperformanceobjectivesometimesreferredtoas“PassinganASHRAE110testwithaANSIrecommendedspillcriteria”.Thepurposeofthisdocumentistodemonstratetothereaderthatthismethodoftestingafumehoodaloneisinsufficienttoassurethesafetyofaresearcherbecauseitdoesnotaddressmanyoftheissueswhenanoperatorispresentatthefumehood.
某些排煙櫃製造商已經生產出一些符合最低本功能需求之產品,並宣稱“援用ANSI所建議之部份條款下,可通過ASHRAE110測試”而這份報告之目的是使使用者明暸,如果只使用這種方法來測試排煙櫃,並不能確保研究人員之安全,因為其中並沒有註明當使用者站在排煙櫃前時,所會引發之許多變數。
Belowpleasefindashortdescriptionofthedifferenthoodtypessothatyoucanbecomefamiliarwiththem:
以下為一些不同型式排煙櫃之簡短概述,以便能對排煙櫃有初步的了解:
Conventionalbypassfumehood(e.g.conventionalfumehood,sashstopat18")
傳統bypass排煙櫃(如:
傳統排煙櫃,調節門開度限制在18")
Thisisthemostcommonofthelowflowconstantvolumetypefumehood.Whenthesashisraisedbeyondthesashstoptoitsfullyopenposition,thefacevelocitycandroptoaslowas60ft/min(theminimumfacevelocitythatisdescribedintheOSHAcode).Someuserslowertheso-calledsashdesignheight(wherethesashstopsarelocated)tolowerthan18"toaslowas10",inthiscase,thefullyopenpositionvelocitywoulddropevenfurther.Theintenthereisthatundernormalconditions,thehoodshouldonlybeoperatedbelowthesashstops.
這是一種最常用之低流量定風量型式排煙櫃,當將調節門移動超過其調節門制止器直到全開位置時,表面風速會降至60呎/分(依OSHA之標準規定中,此為最小之風速)。
有些操作人員會將降低至所謂的調節門設計高度(調節門制止器所在位置),從18"降到10"的位置,在這種情形之下,調節門於全開位置時之風速將會降到更低。
如此即意味在正常操作情況下,排煙櫃只能調節門制止器以下之高度工作。
HOPEC(Handoperatedpositionpositiveenergycontrol)designfumehood(e.g.fumehood,sashstopat18",hoodhasdeeperchamber,andcombinationsashes)
HOPEC排煙櫃(例如:
排煙櫃:
調節門制止器高度18"”較深之工作區及組合式調節門)
Thisfumehooddesignisnotunlikethepreviouslydescribedfumehood,withonenotableexception,ithasadeeperchamber(about6")whichaccordingtothedesignersofthisfumehood,hasbettercontainmentcharacteristicsthanaconventionalfumehood.Theintentofthishoodisthattheflowsbesizedtoachievethedesiredfacevelocitywiththehorizontalsashescompletelyopen(thisisapproximately50%ofthefullopenverticalsashopening).Italsohassashstopsontheverticalriseatabout18"whichrestrictsthesashheightandresultswiththedesiredfacevelocity(usually100ft/min).Whenthesashisopenedbeyondthestopsandthefacevelocityfallstoaslowas60ft/min,thehoodshouldonlybeusedforsetup,eventhough,itscontainmentissaidtobegoodinthiscondition.
這種型式排煙櫃之設計與上述排煙櫃有所差異,其最顯著之不同在於本型排煙櫃有一較深之工作區(約6"),其深度依設計者不同而有所差異,比傳統之排煙櫃具有較佳之捕捉率。
這種排煙櫃的設計目的是,藉由水平調節門於全開位置時(約為垂直調節門全開位置之50%)來限制氣流量。
這種排煙櫃在垂直高度約為18”處也裝有調節門制止器,用以限制調節門之開度並達到所預期之表面風速(通常為100呎/分)。
但當調節門開度超過限制器之高度時,表面風速會降至60呎/分,雖然在這種情況下,可以說排煙櫃是處於良好之狀態,但此時僅可實施排煙櫃之調適工作。
Labcrafters“AirSentry”fumehood(e.g.fumehoodsimilartotheHOPECdesign,withsashstopat18",hoodhasdeeperchamber,combinationsashes,andanintegratedcontrolsystemthatarticulatestherearbaffle)
Labcrafters“AirSentry”排煙櫃(如:
類似HOPEC排煙櫃之設計,調節門制止器高度18",具有較深之工作區,組合式調節門及導流板之控制系統)
Thepremiseofthisfumehoodcontrolschemeisthatthekeytocontainment(accordingtothemanufacturer)istheabilitytocontrolthephenomenonknownas“FumeHoodRoll”.Aswithanyturbulentairflow,atthecenteroftherollingflowvectorsisavortex.
這種排煙櫃的控制結構前提為:
捕捉率是以控制所謂“排煙櫃滾動”現象之能力來達成(根據製造者自述),但是就像任何亂流一樣,滾動氣流之向量中心點為一渦流。
Thepresumptionhereisifthevortexpressureisaknownparameter,then,onecancontroltheenvironmentthatsurroundsthevortexandconsequentlycontrolthefumehoodcontainment.Inordertocontaintheroll,itmustbecontrolledasupsetconditionsoccur,posingchallengestothefumehoodcontainment.Upsetconditionssuchas:
movingthesash,reachinginsidethehood,cross-draftsandroompressurefluctuationsmustbecompensatedfor.ByplacingaVortexsensor(through-the-wallvelocitysensor)strategicallyonthesideofthefumehood,thevortexpressureiscontinuouslyreadandcorrectionstothebafflepositionsaremadeinstantly.TheBaffleopens,orclosestherebyintroducingacorrectiveeffecttothefumehoodroll.Thegoalhereistomaintainthevortexpressuretosomepredeterminedvelocityrange.Iftheintegrityofthevortexismaintained,then,themanufacturerclaimsthatthefumehoodwillcontain.Asecondsensor(pressuresignal)isusedinconjunctionwithatransducertoindicatetotheHoodAlarmMonitorthatthehoodcontroliswithinnormaloperatingrange.
這種控制的假定前題為:
如果渦流壓力為一已知之參數,那麼,就可以控制渦流四週的環境,而且必然可以控制排煙櫃之捕捉率。
為了抑止排煙櫃內滾動現象,就必須以最壞的狀況做控制設計依據,以避免影響排煙櫃之捕捉率。
最壞的狀況諸如:
調節門高度之變動、橫越氣流干擾及因室內壓力改變而所做之補償動作等。
這種排煙櫃會於側面安裝渦流感測器(穿牆式風速感測器)於排煙櫃櫃邊,此感測器可持續偵測櫃內之渦流,並以此信號來做為立即調整導流板之依據,再藉由導流板之開或關去修正排煙櫃內之滾動效應。
這種控制方式其目的在維持渦流之壓力在一可預測之範圍,如果渦流的完整性得以保持(製造廠商宣稱此排煙櫃設計可以達此目標),那麼,排煙櫃就可以保持正常之捕捉性能。
另外一個感測器(壓力信號)用來做為轉換器以連接至排煙櫃監視警報器上,以控制排煙櫃維持正常操作狀態。
Kewaunee“DynamicBarrierLCV”(lowconstantvolume)fumehood,(e.g.restrictedsashopening,sashstopsat10"vertical,andauniqueairinletinthebypassareacalleda“dynamicbarrier”)
Kewaunee“DynamicBarrierLCV低定風量排煙櫃(如:
限制調節門之開度、垂直調節門制止器高度10"、輔助進氣區具一特殊進氣口,稱為“氣流動力屏障”)
Thisfumehooddesignisbasedontheconceptofarestrictedsashopeningwheretheoperatorisexpectedtooperatethisfumehoodbelow10"verticalriseorwithinausuallysmallhorizontalopening.
此型排煙櫃之設計理念是限制調節門開度,而使操作人員只能在垂直高度10"以下或在具有較小之水平開度下進行實驗工作。
Thehorizontalsashopeningismoveabletoaccommodatetheoperatorsdesiretogettotheplacestheywishtoreachbyshufflingthesashesintothedesiredposition.Ifthehoodisraisedtoitsfullyopenpositionthefacevelocitycanfalltoaslowas39ft/min,whichaccordingtothemanufacturerappearstocontainwell(undercontrolledtestconditions).Thishoodisnotintendedtobeoperatedabovethesashstops,themanufacturersuggeststhattheproperwaytousethishoodistousethehorizontalopeningfordailyoperations.Themanufacturercreditstheso-calleddynamicbarrierwithimprovingthecontainmentcharacteristicsofthishood.Theairthatentersinthebypassareaofthefumehoodwashesdownbehindthesash,creatingabufferzoneinfrontoftheuser.Whenthesashesareopen,themanufacturerbelievesthatthereisareducedeffluentconcentrationandthereforethefumehoodislessapttospilltowardstheoperatorthanaconventionalfumehood.ThemanufacturerclaimsinarecentpublicationofLabDesignNewsletterthatmoremustbestudiedtounderstandtheeffectsofdynamicconditionssuchasoperatorswalkingbythefumehoodbeforethisconceptcanbeapplied.
水平調節門開度可以調整,以使操作人員能夠調整至所需之開度,如果排煙櫃調節門升至全開位置時,表面風速會降至39呎/分但根據製造廠商表示此時仍然可以保持良好之捕捉率(在可控制之測試狀況下)。
這種型式之排煙櫃,並不適合在調節門制止器以上之高度操作,製造廠商也建議在使用這種類排煙櫃時,最好使用水平調節門。
製造廠商標榜所謂之氣流動力屏障,可具有增進此型排煙櫃捕捉率之特質。
空氣在進入排煙櫃輔助進氣區後,由調節門後流向下方,以在使用者前方產生一緩衝區,製造廠商相信,當調節門開啟時,從輔助進氣口進入的空氣會降低污染氣體濃度,也使會流向使用者的氣體煙霧小於一般傳統型之排煙櫃。
製造廠商近期也在LabDesignNewsletter刊物中聲稱,在應用此觀念時,必須再考慮到例如操作者在排煙櫃前走動所產生之氣流動力效應所造成之影響等問題。
T
LaboratoryCodes,Standards,andGuidelines
實驗室法規、標準及指南
FederalRegister-OSHAp.484FumeHoodFaceVelocity
“(g)Quality...airflowintoandwithinthehoodshouldnotbeexcessivelyturbulent...hoodfacevelocityshouldbeadequate(typically60-100fpm)...”
(g)品質….進入排煙櫃以及在排煙櫃內之氣流不應有太大之擾動……排煙櫃應有足夠之表面風速(典型為60-100fpm)..
PrudentPracticesp.178
“Inmostcases,therecommendedfacevelocityisbetween80and100feetperminute(fpm).Facevelocitiesbetween100and120fpmmaybeusedforsubstance
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