实验室建设规范及标准(通风篇).doc

实验室建设规范及标准(通风篇）本文所收录的内容全部摘自当今工业领域被广泛应用各种相关的标准跟规范。制作此文的目的是为所有者，工程师,建筑师,以及实验室研究员提供一个应用于实验室建设及使用的各类规范的一个全景式的认识。针对每个不同实验设施，我们可依据地区或国家相应的建筑标准规范,采用适用的标准或规范进行设计。通风柜进口风速联邦公报美国职业安全和健康委员会(OSHA）Appendix A，section C。4(g）质量进入通风柜以及通风柜内的气体不应出现紊流；通风柜的进口风速应保持在一个合适的范围（通常0.30.5m/s）。Prudent PracticesP.178通常情况下，推荐的通风柜进口风速应在0。40.5m/s之间.对于少数药品毒性较高或当外界对于通风柜的气流抑制能力有不利影响时,可采取进口分速为0。5-0.6m/s。但是通风柜的能耗一般是与进口风速成线性关系的。当进口风速接近或超过0。75m/s时,会在通风柜内形成紊流，从而降低通风柜的气流抑制效率。工业通风美国政府工业卫生专家协会（ACGIH）P。1040供风分布：典型的通风柜使用是操作者站在通风柜前，伸手进入通风柜内部进行实验操作.此时进入通风柜的气流会在操作者身边形成旋转气流，从而引起柜内气体溢出，甚至沿操作者身体到底呼吸区域。进口风速越大，形成的旋转气流就越强。因此,事情并不象人们想象的那样,进口分速越大，气流抑制效果就越好。P。1040进口风速的选择：实验室内的供风口供风与通风柜进口风速的相互影响，会使得任何关于通风柜进口风速的总括性的规范标准失去参考价值。较高的进口风速在浪费能耗的同时,却不会提高，甚至有可能会恶化通风柜的气流抑制效果。美国国家标准化组织/美国暖通制冷和空调工程师协会（ANSI/ASHRAE)的通风柜性能测试标准可以用来作为通风柜生产厂家或者实验室气流控制设计者的规范。美国全国防火委员会(NFPA45）P.4512，section 6.4.6实验室通风柜的进口风速和排风量应能很好地够抑制通风柜内产生的污染气体，并尽快将其排出实验室。当通风柜内有化学物品进行操作时,应能够抑制潜在毒害气体的外溢，保护实验室员工的安全。P.4528,section A.6。4.6实验室通风柜气流抑制可参照ASHRAE 110实验室通风柜性能测试办法规定的步骤进行操作。通常情况下，当通风柜的位置要求和室内通风次数的要求被满足的基础上，进口风速0.4m/s0。6m/s是可以对柜内气体进行较好控制的。美国国家标准协会/美国工业卫生协会(ANSI/AIHA)PP.1618,section 3.3.1要求:通风柜平均进口风速应当能够很好地抑制柜内产生的危害性化学气体以防其泄漏。合适通风柜的进口风速对于实验室安全是很重要的，但也不是唯一标准，我们应对各种因素进行综合考虑实验室内的操作者及其他设备物品的运动都会对通风柜的安全性能，尤其当进口风速较低时,产生明显影响.所以,认识其影响,并据此制定相应的实验室操作流程规范是很有必要的.当进口风速过低时，通风柜对柜内气流的抑制能力会大大降低，从而产生相应的风险,因此，我们建议进口风速要大于0。3m/s。对排风机转速及通风柜排风阀进行控制以调节通风柜排风量的控制装置应合理设计,确保在定风量系统里，除非通风柜停止使用或者有书面的危险描述有另外的其他要求之外，最小排风量应取以下两值中的最大值：50cfm/ftft（通风柜宽度）或者25cfm/ftft（通风柜工作面积）。对于上述要求的解释：6080fpm（0。300.41m/s)：当对气流抑制性能很出色的通风柜在相对很理想的操作环境下（如实验室的设计特性）,并且遵循谨慎的实验室操作规范时，这个进口风速可以保证充足的气流抑制。抑制性能会在这个范围内有所波动,并且需要制定有效的实验室操作规范，并严格执行.80100fpm(0.410。51m/s）:尽管通风柜气流抑制性能仍会有所波动，但是绝大多数的通风柜可以在这个进口风速范围内有效，且低风险地运作。此时，我们仍然要求提供合适的实验室操作者培训以及严格执行有效的实验室操作规范。这个进口风速范围适用于大多数实验室的化学通风柜。100-120fpm(0。510.61m/s）：进口风速在该范围内时的气流抑制效果与80100fpm时相差不大，但是运行成本却显著提高。当一些特殊情况以至80100fpm范围仍不能提供充分气流抑制时，提高进口风速至此范围时，通风柜的气流抑制效果可能有稍微改善。120-150fpm(0。61-0。76m/s）:尽管几乎所有的通风柜都可以在此范围内达到高效的气流抑制,但是其效果相对于80-100fpm和100-120fpm并没有本质的改善，但能耗却会因此而大大提高，所以，一般不推荐使用。150fpm(0.76m/s）:大多数实验室专家都同意该进口风速范围过大，可能会在通风柜内引起紊流从而导致柜内毒害气体溢出。美国科学仪器设备和实验家具协会（SEPA1。2）P。31，section 5。3.4根据测试以确定通风柜合适的进口风速。依据以下测试来决定满足规范要求的进口风速。合适的进口风速目的是为了使通风柜提供安全的气流抑制。进口风速本身并不是一个衡量安全的因素。参照ASHRAE1101995（或者最新版本）所规定的方法和步骤决定合适的进口风速。进口风速指引实验室通风柜进口风速的应根据通风柜内进行试验的药品或试剂的毒性以及潜在危险来确定.采用的最为广泛的通风柜进口风速为0。5m/s.通风柜柜口的进口风速会有0。1m/s的波动。（更多相关信息请查阅 Section 12。0 规范或者相关工业标准。）通风柜监测联邦公报美国职业安全和健康委员会（OSHA）Appendix A，section C.4（b)通风柜任何通风柜在使用前都应安装相应装置以方便并持续地监测通风柜的操作性能。Prudent PracticesP.180确定任何通风柜都有持续进行监控的装置用于监测通风柜操作性能，并且在每次使用前都要进行检查。工业通风美国政府工业卫生专家协会（ACGIH）P。104513.为通风柜排风系统和实验室供风系统提供定期维护.在通风柜排风阀处使用静压计或其他合适的仪器仪表来保证合适的流量。美国国立卫生研究院设计方针及规范参考资料机械pp.D141 to 142， section D.16.22任何新建的实验室设施内的通风柜都应安装具有压力独立性的气流量监测装置,并且与实验室区域内的视频或音频报警器相连.对于现有的实验室设施，应在进行改造更新项目时，安装相应监控装置。当通风柜排风降到预设的安全标准时,报警器灯应闪烁，并伴随报警铃声。通风柜的使用联邦公报美国职业安全和健康委员会(OSHA)Appendix A，section E.1(n）通风柜使用根据经验，当使用任何可能不稳定的物质时，通风柜或其他通风设施应保证阀极限值小于50ppm。当通风柜关闭时，如果不确定实验室总的HVAC系统是否能提供充足安全保障，或者当通风柜内储存有毒物品时，即使它不在使用当中,我们都应打开通风柜。Prudent PracticesP。179为了保护实验室操作者不被通风柜内产生的有毒有害的气体颗粒危害,通风柜应该能在柜内化学物品或试剂不慎溅出时，仍能提供有效的抑制。如果实验室进行的大多数实验都会使用毒害性化学物品，则应该保证每两个操作者至少拥有一台通风柜，并且通风柜尺寸应足够大，可以为每个操作者提供2。5英尺的操作宽度。如果不能满足上述要求，则需要额外增加其他通风排风措施，或者制定严格操作步骤，来限制危险化学品的使用。美国国家标准协会/美国工业卫生协会（ANSI/AIHA）Z9。5p。2,section 2。1。1（要求）当实验室雇员可能会暴露在实验室行为所产生的有毒有害物质中时，就应该采用以下措施进行解决:使用足够数量的通风柜,采用特殊通风柜,或者采用其他工程控制方法.实验室气流循环联邦公报美国职业安全和健康委员会（OSHA）Appendix A，section C。4（a）4。换气次数保障实验室气流不断更新，防止在工作日实验室内的毒害气体浓度增加Prudent PracticesP。192所有化学实验室内的空气都应被排放出室外而不得循环使用。因此，要保证实验室内衡为负压,实验室不会对周边区域形成交叉污染.美国暖通制冷和空调工程师协会（ASHRAE）应用手册p。14。9通常情况下，所有使用化学物品或者压缩气体的实验室,都要求使用100的全新风系统。最终采用全新风系统还是回风系统应该建立在风险评估的基础上，关于这部分内容的讨论,请参照相关风险评估的章节。全新风系统通常需要较大的制冷制热能力.实验室的供风系统包括定风量，双稳态和变风量系统，结合单风道或双风道，通过低压，中压，或高压管路进行供风分配。美国全国防火委员会（NFPA45）P.45-12，section 6。3.1实验室的通风系统应设计保障试验中产生的化学气体不被循环使用。试验中所释放出的化学气体都应被很好地控制或捕捉起来,以防止室内易燃易爆气体浓度增大引起燃烧.P。4512,section 6.4。1 实验室内通风柜或其他设备内排出的气体都应直接排放，而不得循环再用.工业通风美国政府工业卫生专家协会(ACGIH)pp.720工业排风循环再用:当房间或建筑物内有大量空气由于要去处其中微粒，气体,烟雾或者蒸汽而要排出时，应向房间或建筑物内同时补充相当量清洁的空调气体.如果排气量和补气量较大时,用于空调方面的能耗就会很高。将室内排气进行彻底清洁之后循环再用是降低能耗的一种办法.而是否采用此种循环再用系统，却决于实验室产生的污染空气对人体健康的危害程度以及其他安全，技术，以及经济方面的因素。美国国家标准协会/美国工业卫生协会（ANSI/AIHA）Z9。5pp.4950,section 5。3。6.1(要求）从实验室一般区域（区别于通风柜排风）排放的气体不应循环再用，除非至少满足以下标准中的一条:1） 标准A实验室内没有危害极大或能够危及生命的材料；实验室内发生最大事故时所产生的危害气体浓度低于短期暴露极限值;为实验室通风柜提供保障的系统，还应包括备件，应急电源，以及其他提高可靠性措施.2） 标准B循环供风应该先经过处理降低其中污染物浓度； 循环供风应给对其中污染物浓度进行持续监控或者提供二级气体清洁设备，同样可以起到监测作用一旦系统报警，马上可以提供100的室外新风。美国国立卫生研究院设计方针及规范参考资料p。D16, section D。7.6实验室HVAC系统应使用100室外新风，通过空调处理之后补偿室内排风的需要。实验室内空气不应循环使用.实验室/实验楼压力联邦公报美国职业安全和健康委员会（OSHA)Appendix A，section C.4(a）通风气流应当从非实验室区域流入实验室区域,之后直接排放到建筑物外部.Prudent PracticesP.192在任何情况下，气流都应从办公区域，廊道，以及其他辅助区域流入实验室.所有化学实验室内的气体都应直接排放而不应循环处理。因此，化学实验室内应始终保持负压，以避免实验室内产生的毒害气体交叉污染.美国暖通制冷和空调工程师协会(ASHRAE)应用手册p.14.12实验室，作为污染抑制的二级屏障，应始终保持实验室为负压，以充分保障周边临界区域的安全。在洁净室或者无菌设施里，则相反，要求保持室内为正压，以防周边区域不洁净气体进入。美国国立卫生研究院设计方针及规范参考资料p.D17， section D。7。8实验室气流方向应从低危险区域向高危险区域流动，通常情况下，要求：shall be maintained at 47L/s per module negative to nonlaboratory spaces. 行政办公区应始终保证相对于廊道和实验室的相对正压。美国全国防火委员会（NFPA45）P。45-12,section 6.3。3使用化学药品的实验室应始终保持持续良好的通风。P.45-12，section 6。3.4实验室工作区域的压力相对于廊道和非实验区域应始终保持相对的负压。特例1:当实验操作要求在洁净空间内进行时,此时要求实验室相对于周边区域不得为负压。保持负压的目的是为了防止实验室工作区域产生的气体不会泄漏到周边区域.特例2：如果在进行实验室门开关，通风柜调节窗开合等一些操作时，实验室那的静压状况允许的短时变化为正压时，可视为特例。美国国家标准协会/美国工业卫生协会（ANSI/AIHA）Z9.5pp。2728,section 5.1.1（要求）除了当实验要求洁净空间（万级或以上)，或作为隔离或无菌实验室以及其他一些特殊类型实验室时，我们都要求实验室的气流方向为从低危险区域流向高危险区域.当进行控制的气流可能产生危害时必须加以控制时，我们通常要求安装监测报警装置,在气流可能泄漏时进行报警。除非在以下情况下才允许气流从实验室向周边区域流动。1， 实验室内没有使用危险的实验材料.2， 当实验室内产生的毒害气体可能的最大浓度小于规范2。1.1所规定的保露极限值时.对上述要求的说明虽然压差是导致气流从一个房间向另一个房间流动的驱动力，但是要求保证两个房间保持特定数值的压差却是进行设计的较差的规范。我们所需要的是气流通过门窗及其他缝隙由一个空间进入另外一个空间时，保持一个流速（通常0.25-0.5m/s）。同时，如果要严格维持两个空间存在特定数值的压差，往往需要非常复杂，快速反应，昂贵的控制系统。而且对于这样的设计，往往会导致在实验室门打开时，压差不足，或者在关门时，产生过大的压差，从而影响低压风机的性能.实验室应可以提供合适的供风和排风量，使得气流通过正确的流向，从某一区域进入另一区域时，维持最小0.25m/s,最好0.5m/s的气流速度。P30,section 5。1。1.1（要求）当进行高危险实验时，应采用空气闸对毒害气体进行控制，防止其扩散,或采用Section5。1。1所规定的最低供风量.空气闸应包括一个前室（空间不大的封闭区域），直接与实验室相连，并且在该封闭区域的两端各有一个门,以供实验室使用者进出。空气闸其中一个门与实验室相连，另一个门则与廊道，办公室等其他区域相连。空气闸的门要进行互锁控制，即只有当其中一个门完全关上的情况下才可以打开另外一个门。P30,section 5.1。1。2（要求）如果相邻空间区域之间的气流方向被人为是很重要的，则要求在出现风量不足或者是出现不利气流方向时，控制系统进行指示或报警。实验室换气次数联邦公报美国职业安全和健康委员会（OSHA）Appendix A，section C。4（f)性能换气次数：如果将排风系统如通风柜排风作为实验室气流控制的一级控制，则通常要求保证换气次数为412次/小时。Prudent PracticesP.192通常情况下，我们认为实验室应保证612次的换气次数。但是当实验室有较大的排风要求（较多通风柜）或实验室内热负荷较高（如有较多分析设备)时，可能会要求更多的换气次数.美国暖通制冷和空调工程师协会(ASHRAE)应用手册p.14.8实验室总的换气次数应由以下其中一项决定。1, 实验室排风设备总的排风量。2, 满足实验室中温度要求所需换气次数。3， 最小换气次数要求。如果实验室内有人进行操作，通常要求达到610次/小时的换气次数.但是特殊情况下（如动物房）会根据特殊规范或相应设施的政策要求，另外设定最小换气次数。最大换气次数则应保证在供风量较大时，采取合适的室内送风方式，是的送风气流不会影响排风设备的正常运作及其性能。工业通风美国政府工业卫生专家协会(ACGIH）pp。716对于需要对室内危险物,热负荷，特殊气味进行控制的实验室，采用通用的最小换气次数作为标准是不科学的,应根据室内毒害气体产生率，毒性等因素进行综合考虑设定，而不应简单地根据室内空间的尺寸进行设计。美国全国防火委员会（NFPA45）P。45-27,section A。6。3.3当实验室无人使用时(夜间或周末),我们要求最小换气次数为4次/小时，当有人使用时则通常要求不小于8次/小时，最小换气次数应与实验室的使用状况相一致。美国国立卫生研究院（NIH)设计方针及规范参考资料p。D18, section D。7。10实验室HVAC系统的换气次数应由一下三个因素决定：通风柜排风要求，室内温度要求,室内工作区域毒害气体气味消除要求。如不考虑温度要求，一般建议采用6次作为最小换气次数要求。并联排风系统(Manifolded Exhaust Systems）美国暖通制冷和空调工程师协会(ASHRAE）应用手册p。14.10可以为每一台通风柜配备独立的排风机，也可以将多台通风柜进行并联控制,作为一个整体连接到一个或多个普通的排风机上系统可分为压力独立和压力不独立两种类型。压力不独立系统通常是采用定风量控制,并对每台排风蝶阀的平衡叶片进行手动调节。如果压力不独立系统内增加额外的通风柜，那么整个系统必须重新调整平衡，排风机的转速可能也要进行调整.由于压力独立型的系统更加具有柔性，所以在当今的设计当中，已经很少采用压力不独立型的系统了。一个压力独立型系统可以采用定风量，双稳态，以及变风量控制。系统所有的排风设备都有压力调节装置.压力独立型系统具有以下两个优势：（1)系统内新增排风设备时，不需要对整个系统进行重新调整。（2)变风量控制对多台排风设备(如通风柜)进行并联排风控制具有以下优势：降低管路成本减少需要维护的设备量节省实验室屋顶空间以及减小排风设备层可将排风设备集中管理可以采用参差性控制对每一个并联排风系统增加一台备用风机，进行故障保护美国国家标准协会/美国工业卫生协会（ANSI/AIHAE Z9。5）P。38,section 5。3。2.1(说明）当满足规范5.3。2.2所规定的要求时，就可以对2台以上的排风设备进行并联控制.PP。4041，section 5。3。2.2（要求）对于化学通风柜进行并联排风控制时，需要考虑以下例外情况和限制。每一台排风设备都应配备一个流量调节装置，以对并联排风管道内的压力波动情况进行调节，从而保持风量的精度.高氯酸通风柜不可与非高氯酸通风柜并联，除非在通风柜和并联管道之间安装高氯酸气体处理设备。如果通风柜内可能产生规范Section 2。4中危险评估和分析章节中所定义的危险物质，如放射性同位素时，则不可与非放射性同位素通风柜相并联，除非在通风柜或并联管道之间存在内嵌式的高效微粒空气过滤器或其他空气处理设施。对特殊气体应增设活性炭过滤器。