一、概述
通风柜是实验室中控制污染物的重要设备。随着工业的发展，人们更关注实验人员的安全和健康，对实验室环境控制的要求越来越高，越来越多的国家和组织制定了相应的通风柜标准。如美国在1995年制定了ASHRAE 110-1995；欧洲在2013年制定了EN 14175；我国在1999年制定了JB/T 6412-1999标准。
ASHRAE 110是目前世界上最流行的通风柜性能测试标准之一（另外一个比较流行的是EN 14175）。
▲世界地图描述了通风柜测试方法的分布1
ASHRAE 110-2016里面描述了三种类型的测试：AM（As Manufactured），AI（As Installed）和AU（As Used）。AM为工厂内通风柜的性能测试，这个测试主要在满足特定条件下的实验室测试完成；AI为安装后，通风柜空载情况下的性能测试；AU为用户使用中的性能测试。
二、AM测试的目的
AM测试在具有接近完美条件的测试实验室中完成。 该测试的目的是允许用户或购买者比较来自不同供应商的通风柜。 通过比较每个供应商的测试，你可以看到通风柜的设计情况以及与其他设施相比的性能。 你还可以比较使用通风柜所需的能源成本。
但是这个测试决不会表明通风柜将如何在你的实验室中发挥作用。 它只是告诉你在完美的条件下它与其他人相比会如何表现。 但是，由于你的实验室比测试实验室复杂得多，因此你将面临许多影响性能的因素。 每个实验室都有不同的实验室通风系统，这也会对性能产生重大影响。
因此，该测试的有用性是确定通风柜的设计质量，而不是实际实验室中的性能。
Chip Albright 在做AM测试
三、AM测试的方法
根据ASHRAE 110-2016的标准，AM测试包含三个类型的测试：面风速测试，烟雾可视化测试和示踪气体测试。下图是AM测试概览图。
▲AM测试方法概览
1、面风速测试
所谓面风速，即通风柜操作面上的控制风速。面风速测试作为一个性能评价指标，其测试方法其实已经得到通风柜行业的认同。
美国国家标准学会（ANSI）和美国工业卫生协会（AIHA）在1992 年制定了ANSI/AIHA Z9.5-1992 实验室通风标准，强调面风速是评价排风柜性能的一项重要指标，一般要求面风速应控制在0.4~0.6m/s 的范围内。一般而言，面风速太小，很有可能导致对操作面污染物控制效果不够，柜内污染物容易溢出；而面风速太大，那么操作面入口，角落容易产生紊流而导致污染物溢出。理想的面风速测试结果，应使面风速大小在预定范围内，且在操作面上的风速分布尽可能均匀2。
通风柜的面风速与实验室能耗关系密切。目前根据发展情况，通风柜会朝低能耗方向发展，如德国Waldner这类靠降低面风速和排风量的降低能耗；也有倚世科技这类采取柜内补风减少房间新风用量。低面风速通风柜给行业带来了一些争议，但根据厂家的统计分析，低面风速带来的好处是在很大程度上节约了能耗。
ASHRAE 110-2016规定，将通风柜入口面分隔为等分的矩形小方块，每个小块的面积不大于1 平方英尺（0.09 平方米），且边长不大于12英寸（330mm）。风速仪传感器的采集点为这个小方块的中心。
在实际的测试过程中，我们更多采用更专业的软件来辅助完成这个测试。我们通过输入开口面的宽和高，软件自动生成了一些列的测试坐标。
▲此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
然后根据坐标的点，在通风柜边沿贴上标签。
▲根据软件给出的位置，将风速仪传感器安装于固定支架上
风速仪传感器安装于固定支架上。这样的一个好处是，每一次可以同时采集垂直多点的风速值，且采集点稳定。
通过软件读取这些方格内传感器的读数，最终得到如下结果：
▲此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
2、烟雾可视化测试
烟雾可视化是利用可视的烟雾来显示通风柜气流的运动形态以及是否有烟雾溢出。在ASHRAE 110-2016中，包含有两个测试：小烟雾可视化测试和大烟雾可视化测试。烟雾可视化测试方法操作简单，结果直观，但测试过程中测试者观察主观性强。为了是烟雾测试结果更具参考性，我们可以人为将烟雾测试做量化评估。如下表格：
▲烟雾测试做量化评估
*此评估表格由Chip Albright先生提供
A、小烟雾测试
在ASHRAE 110-2016中，小烟雾测试包含了10个小测试，主要检测下通风板，工作面，左右面板，导流板，调节门内外，通风柜内外的气体流型及溢出情况。详细测试如下图：
▲10项小烟雾测试
下面小编整理了AM测试烟雾小测试的一些图片，仅供读者学习了解。图片均来源于本公司团队成员在测试实验室的测试照片，如有转载请获得我们的批准。
▲气翼板下小烟雾和工作面中间烟雾测试
▲工作面和左右面板小烟雾测试
以上为小编整理的小烟雾的部分测试图片。按照上述描述，10个小测试为完整的AM小烟雾测试。
B、大烟雾测试
在ASHRAE 110-2016中，大烟雾测试包含了7个小测试，主要检测下通风板，工作面，左右面板，导流板，通风柜内的气体流型及溢出情况。详细测试如下图：
▲7项大烟雾测试
下面小编整理了AM测试烟雾大测试的一些图片，仅供读者学习了解。图片均来源于本公司团队成员在测试实验室的测试照片，如有转载请获得我们的批准。
▲气翼板下大烟雾测试
▲工作面和左右面板大烟雾测试
▲通风柜内，调节门开口之上大烟雾测试
以上为小编整理的小烟雾的部分测试图片。按照上述描述，7个测试为完整的AM大烟雾测试。
3、示踪气体测试
示踪气体的测试是ASHRAE 110 测试方法最重要的部分，它可以更客观评价通风柜污染物控制的性能。示踪气体测试包含三个测试：示踪气体测试（左中右），周边扫描测试和调节门开关测试。
▲SF6示踪气体测试
ASHRAE 110-2016在示踪气体测试方面做了详细的规定：
【示踪气体】
采用SF6或者分子质量相似和稳定的其他气体，示踪气体浓度大于99%。示踪气体的释放率为：在30 psig压力下，为4.0 Lpm（67 mL/s）；
【气体释放器】
给出了标准的图纸。参考ASHRAE 110-2016 FIGURE 4.1-4.6
▲SF6释放器
【SF6分析仪】
仪器对示踪气体分析要有专一性；分析仪的量程至少为0.01-20. ppm；仪器数据输出可以连接到数据记录仪，数据输出频率至少每秒1个数据。分析仪采样口内径应小于12mm。分析仪在使用前后还需要进行校准。
【假人】
假人肩宽为17±2 in. (430±50 mm)；假人的双臂需下垂在两侧；假人外观需要有人的特征，身上穿戴实验室特有的装饰。
满足以上条件后，我们就可以进行示踪气体测试了。
A、示踪气体测试
第一个测试为示踪气体测试，分别将释放器和假人放在左，中，右三个位置，SF6示踪气体分析仪取样口位于嘴巴处，示踪气体释放，进行5分钟的测试和数据记录。
这部分测试也主要借助软件的帮助，收集左中右三个位置，5分钟的SF6检测数据。
▲假人和释放器位置
▲假人和SF6释放器位置：左，中，右
▲释放器和假人位于左边SF6测试结果
*此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
▲释放器和假人位于中间SF6测试结果
*此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
▲释放器和假人位于右边SF6测试结果
*此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
值得一提的是，欧洲EN 14175测试规范认为不需要使用假人，理由是人的体型有差异，假人模型不能代表所有人的体型。
但根据ASHRAE 110，放置假人的目的是为了反应有人在通风柜前操作时，操作人和柜前区域形成的涡流是否能够影响通风柜对污染物的控制性能。
B、周边扫面测试
示踪气体分析的第二个测试为周边扫面测试。SF6释放器放置于中间位置（边沿距离调节门面150mm），调节门位于设计高度，SF6释放率为30psi，4.0 LPM。手持SF6分析仪匀速沿窗扇绕一周，探针距离边沿25mm，移动速度不能超过75 mm/s。
▲ASHRAE 110-2016关于周边扫描的描述
▲周边扫描检测示意图
同样的，我们通过专业的软件来收集这些检测数据。
▲释放器和假人位于中间SF6周边扫描测试结果
*此截图来源于ASHRAE 110性能测试软件-ALC Collegedale
C、调节门运动污染物控制性能测试
示踪气体分析的第三个测试为调节门运动污染物控制性能测试。
放置SF6释放器和人体模型至测试位置；调节SF6释放气压，4.0LPM(67Ml/S)/30psi; 预先释放SF6气体，关闭调节门60s;开始程序测试；关闭调节门60s，然后打开至设计工作高度60s，重复3次；关闭30s，然后结束测试。
▲调节门运动污染物控制性能测试
同样的，我们通过专业的软件来收集这些检测数据。
▲释放器和假人位于中间SF6调节门运动污染物控制性能测试结果
四、对测试的一些见解和建议
ASHRAE 110作为目前最为通用和流行的测试方法，它包含的测试方法可行性高，精确度好，通过这些测试方法可以对通风柜性能做出客观的评估。
整个测试过程其实并不算复杂，测试方法相比于EN14175，更具可行性。特别是面风速测试和示踪气体测试。
烟雾测试作为可视化测试的方法，它主要的优势是直观，但劣势是结果的描述主观性强。在整个测试过程中，烟雾发生器的选择可能会直接影响到测试结果，特别是大烟雾测试。主要原因大烟雾发生器一般产生的烟雾量很大，在出口处，烟雾处于喷射状态。在这个测试中，应该尽可能避免大烟雾直接喷射入通风柜内，而应该缓慢释放出来，让通风柜自然排除/吸入这些烟雾。
对于面风速测试，如果在测试过程中没有设计好（硬件和软件配套），很多因素将影响测试结果。面风速测试需要测试通风柜开口整个面的风速，按照标准的规定，整个面往往需要采集很多点的数据。目前大多数厂家或者测试者使用手持的风速仪进行检测。手持风速仪检测采集位置准确性和稳定性不好控制，读数也难以记录，效率不高。事实上，我们团队所拥有的硬件和软件已经可以很好地解决这个问题了。我们可以使用风速仪传感器，将风速仪固定在铁架台上，根据软件自动生成检测面的坐标位置，然后通过软件收集这些位点的风速。整个过程自动化完成，采样点准确，读取数据客观。
对于示踪气体测试，整个过程并不是很复杂。ASHRAE 110里面对SF6分析仪的要求比较苛刻，精度0.01ppm。事实上，市面上能够满足的SF6分析仪并不多。据笔者了解，目前使用比较流行的有Tracer gas detector Q200和Miran。根据对整个行业内专家对设备的选择，我们推荐使用D-INDUSTRIAL Q200（原美国USON生产）作为示踪气体分析仪。拥有精度高，响应时间快的SF6 分析仪成为这个测试最关键部分1,3。
五、参考资料
1、https://www.flowsciences.com/two-well-known-fume-hood-containment-tests-ashrae-110-en14175-a-comparison/
2、实验室排风柜测试方法的比较与分析Comparison and Analysis of Testing Methods from Different Standards of Fume Hood in Laboratory 李斯玮,刘东,LI Si-wei,LIU Dong- 《建筑热能通风空调》2010年3期
3、https://uson-q200.com/q200-vs-miran/
粤公网安备 44011202001708号
