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通風(fēng)柜發(fā)展史

更新時(shí)間:2021-01-06瀏覽:1881次

文章目錄

  • 引言
  • 二十世紀初-通風(fēng)柜的起源
  • 第二次世界大戰促進(jìn)通風(fēng)柜發(fā)展
  • 通風(fēng)柜應用和理論形成
  • 通風(fēng)柜發(fā)展進(jìn)入新階段
  • 通風(fēng)柜的未來(lái)
  • 引用

 

傳統通風(fēng)柜發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了成熟期。幾十年來(lái),通風(fēng)柜理論和設計理念并未有太大的變化。本文將通過(guò)整理通風(fēng)柜和實(shí)驗室通風(fēng)安全的發(fā)展歷史,來(lái)暢想通風(fēng)柜未來(lái)的發(fā)展方向。

 

本文撰寫(xiě)過(guò)程中,得到行業(yè)內人多人的幫助,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(lái)的一些討論等,在此一并感謝。

 

“通風(fēng)柜的未來(lái)”這個(gè)章節,濃縮了很多新穎的觀(guān)點(diǎn),篇幅小,但值得細細思索。在未來(lái)一段時(shí)間,我將放大篇幅,寫(xiě)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)內更多專(zhuān)家參與討論。

 

引言

通風(fēng)柜是幾乎所有實(shí)驗室中*的設備,從教學(xué)實(shí)驗室到研究實(shí)驗室再到工業(yè)實(shí)驗室。通風(fēng)柜通過(guò)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(lèi)型的工作方式都是允許從通風(fēng)柜的正面(開(kāi)放)側吸入空氣,然后將其排出建筑物外或通過(guò)過(guò)濾使其安全并再循環(huán)回房間。

 

自化學(xué)研究初期以來(lái),實(shí)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(wèn)題的明顯方法。通風(fēng)柜已經(jīng)在實(shí)驗室中使用了幾代。實(shí)際上,一些歷史學(xué)家將第(一)個(gè)通風(fēng)柜歸功于托馬斯·杰斐遜(Thomas Jefferson)或后來(lái)的托馬斯·愛(ài)迪生(Thomas Edison),據說(shuō)這兩個(gè)人都使用了壁爐的自然通風(fēng)和煙道來(lái)排出實(shí)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(gè)實(shí)驗室化學(xué)排氣罩。隨著(zhù)電力和電氣工程的引入,第(一)臺鼓風(fēng)機電動(dòng)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。

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲托馬斯·杰斐遜Thomas Jefferson)

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲托馬斯·愛(ài)迪生(Thomas Edison)

 二十世紀初——通風(fēng)柜的起源

托馬斯·愛(ài)迪生(Thomas Edison)大約在1900年工作,是早關(guān)注實(shí)驗室通風(fēng)的科學(xué)家之一。愛(ài)迪生在他的實(shí)驗室中使用壁爐煙囪將實(shí)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】。

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲托馬斯·愛(ài)迪生(Thomas Edison)實(shí)驗室通風(fēng)柜

1904年newbuilt 化工學(xué)院在格但斯克工業(yè)大學(xué)配備在觀(guān)眾席由木頭和玻璃的通風(fēng)柜,幾個(gè)教室,學(xué)生實(shí)驗室和房間的科學(xué)家。上下玻璃面板可滑動(dòng),可防止煙霧和爆炸。每個(gè)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(lái)水。反應的有害和腐蝕性氣態(tài)副產(chǎn)物可通過(guò)壁爐煙囪的自然通風(fēng)主動(dòng)除去。超過(guò)110年的時(shí)間,這個(gè)早期的設計仍然可以使用【3】。

 

1923年,利茲大學(xué)使用了早的現代意義上的通風(fēng)柜之一。這個(gè)裝置由一個(gè)站立在工作高度的大櫥柜組成,并裝有垂直的拉門(mén),類(lèi)似于平行的窗戶(hù)【4】。

 

1936年,Labconco作為通風(fēng)柜的制造商之一,開(kāi)發(fā)出了第(一)款用于商業(yè)銷(xiāo)售的通風(fēng)柜。該裝置采用了現在熟悉的拉門(mén)式設計,允許單個(gè)操作員將手放在“柜子”中安全地工作。

 

 第二次世界大戰促進(jìn)通風(fēng)柜的發(fā)展

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期間,通風(fēng)柜技術(shù)取得了相當大的進(jìn)步。 在這種災難性的背景下,安全,通風(fēng)和通風(fēng)柜的設計取得了重大進(jìn)展。

 

同樣在戰爭年代,該機構開(kāi)發(fā)了高效微??諝猓℉EPA)過(guò)濾器,后來(lái)該機構成為了原子能委員會(huì )。HEPA過(guò)濾器的開(kāi)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(hù)的保護。

 

1943年,小約翰·韋伯(John Weber,Jr.)在愛(ài)荷華州艾姆斯的艾姆斯實(shí)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。此設計應用于由通風(fēng)柜排氣扇提供服務(wù)的垂直上升式拉門(mén)通風(fēng)柜。該概念終成為當時(shí)原子實(shí)驗室中許多通風(fēng)柜所采用的標準功能,尤其是在通風(fēng)柜內的通風(fēng)控制上起到至關(guān)重要的作用。

 

大約在同一時(shí)間,韋伯還認識到,當開(kāi)發(fā)出作為其系統一部分的緊急快速關(guān)閉功能時(shí),通風(fēng)柜中的(佳)密閉性是通過(guò)小的拉門(mén)開(kāi)啟來(lái)實(shí)現的。 用作Weber系統一部分的排氣扇保持開(kāi)啟。

 

 通風(fēng)柜應用和理論持續發(fā)展

1951年,H.W.Johnson Service Co.(現為Johnson Controls,Inc.)首()現場(chǎng)工程師Alyea意識到,盡可能保持通風(fēng)柜的門(mén)關(guān)閉,并且在不使用通風(fēng)柜的情況下,可以節省大量的空氣。供應按比例減少了冷卻需求,提高了過(guò)濾器壽命,并節省了大量能源。

 

1961年,Labconco推出了首(個(gè))一體成型的玻璃纖維線(xiàn)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)柜的內襯。從那時(shí)起,一件式玻璃纖維襯里就成為L(cháng)abcono通用化學(xué)通風(fēng)柜的標志性特征。

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲Labconco的Fiberglass 28通風(fēng)柜于1965年推出

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(kāi)始銷(xiāo)售第(一)臺Captair無(wú)管通風(fēng)柜。如今,Erlab繼續開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售Captair系列通風(fēng)柜。

 

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲Erlab Captair 系列通風(fēng)柜

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲Erlab Captair 系列通風(fēng)柜

1970年代開(kāi)始嘗試開(kāi)發(fā)了補風(fēng)型的通風(fēng)柜,該補風(fēng)型通風(fēng)柜通過(guò)將外部空氣引入通風(fēng)柜來(lái)節省能源,從而減少了實(shí)驗室回火空氣的損失。這種類(lèi)型的通風(fēng)柜需要使用兩個(gè)風(fēng)道和鼓風(fēng)機系統。一個(gè)有名的項目是1995年,勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)申請并進(jìn)行的,稱(chēng)為伯克利通風(fēng)柜(The Berkeley Hood),該項目于2002年結束,在商業(yè)上并未獲得成功【5】。

 

1970年代,Labconco開(kāi)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)境中使用更大的設備進(jìn)行工作。步入式通風(fēng)柜是當今許多實(shí)驗室的常見(jiàn)功能。

 通風(fēng)柜發(fā)展進(jìn)入新階段

1985年,美國ASHRAE推出*(一)個(gè)通風(fēng)柜性能測試標準ASHRAE 110-1985。通風(fēng)柜發(fā)展逐漸進(jìn)入規范化的發(fā)展時(shí)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接受。

 

1990年代期間取得的一個(gè)重要里程碑是拉門(mén)限制裝置的開(kāi)發(fā),該裝置旨在限制拉門(mén)可以打開(kāi)的尺寸而不會(huì )妨礙進(jìn)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(shí)驗室具有管轄權。

 

1992年,美國引入了ANSI / AIHA Z9.5作為實(shí)驗室通風(fēng)的國家標準。

 

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲ANSI / AIHA Z9.5 版本為2012版

1995年推出了大大改進(jìn)的ASHRAE 110-1995。

 

以1995年為分界線(xiàn),美國完成了現代工業(yè)通風(fēng)(包括實(shí)驗室通風(fēng))安全管理體系的建立。

 

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲ASHRAE 110-1995

1996年,引入了AFNOR AF X 15 211:1995標準,從而可以根據嚴格的標準評估無(wú)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(zhuān)()的高性能Air Sentry通風(fēng)柜,這是第()款投放市場(chǎng)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 “現實(shí)世界”條件下進(jìn)行交叉通風(fēng)以及溫度和壓力波動(dòng)的情況下運行。目前,全()各地安裝了1200多個(gè)Air Sentry通風(fēng)柜。

 

1998年,Erlab擴展了Captair產(chǎn)品范圍,以滿(mǎn)足現代實(shí)驗室的需求。新的儀器包括CaptairStore(一個(gè)通風(fēng)的過(guò)濾儲物柜),CaptairBio(一個(gè)PCR工作站)和CaptairFlow(包含HEPA過(guò)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(shí)驗室無(wú)管通風(fēng)柜火災,電氣等其他危險。要在美國銷(xiāo)售通風(fēng)柜,通風(fēng)柜必須經(jīng)過(guò)UL1805認證。

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲UL 1805

2000年,SEFA*改寫(xiě)并擴大了SEFA 1-化學(xué)通風(fēng)柜。

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▲SEFA 1-2010 通風(fēng)柜

在2000年代發(fā)生的一個(gè)重要里程碑是開(kāi)發(fā)了以50-60 fpm運行的低流量通風(fēng)柜。這些儀器可節省大量成本和能源,同時(shí)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(zhuān)(),一款*不同于傳統型式的化學(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(zhù)新一代通風(fēng)柜的設計,其主要目的是安全,節能,經(jīng)濟高效且環(huán)保。

 

同樣在2009年,AirClean Systems開(kāi)始銷(xiāo)售獨立式無(wú)管通風(fēng)柜。該設備集成了Silconazne過(guò)濾系統,該系統在氣相過(guò)濾,過(guò)濾監測,氣流控制和監測以及用戶(hù)友好的操作員交互方面提供了先進(jìn)的技術(shù)。

▲獨立式無(wú)管通風(fēng)櫥

2010年,Air Science公司推出了一系列新的增強型過(guò)濾技術(shù)(EFT)碳過(guò)濾器,用于該公司的無(wú)管通風(fēng)柜系列。增強過(guò)濾技術(shù)是一種通用過(guò)濾系統,開(kāi)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(wú)機酸。

 

同年,Air Science還推出了Purair ECO節能型無(wú)管通風(fēng)柜系列,其設計基于EFT過(guò)濾器,可在廣泛的實(shí)驗室和工業(yè)應用中進(jìn)行化學(xué)和顆粒保護,旨在保護化學(xué)和顆粒。Purair ECO的開(kāi)發(fā)是為了響應全,球對安全,具有成本效益和高能效的無(wú)管通風(fēng)柜不斷增長(cháng)的需求,該安全柜可,大,程度地降低設施HVAC系統的壓力,同時(shí)又不損害對人員和環(huán)境的保護。

 

▲SAFOO賽弗無(wú)管通風(fēng)櫥

ASHRAE 110更新到2016版,在數據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(mén),聲稱(chēng)解決了美國幾十年來(lái)沒(méi)有解決的氣流控制的問(wèn)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(chǎng)帶來(lái)更多活力和思考。更廣泛的包容和討論也是這個(gè)行業(yè)發(fā)展所需要的。無(wú)創(chuàng )新不進(jìn)步,時(shí)間和市場(chǎng)終會(huì )給出答案。

 

▲SAFOO賽弗無(wú)管通風(fēng)櫥

2019年,EN 14175-3推出了2019版。在數據收集和計算方式上做了修改,評價(jià)標準更科學(xué)合理。

通風(fēng)柜發(fā)展史——ICT2 林和虎

▲EN 14175-3:2019版

通風(fēng)柜的未來(lái)

實(shí)驗室通風(fēng)柜和實(shí)驗室通風(fēng)技術(shù)的未來(lái)將朝許多方向發(fā)展。未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)將放在解決傳統通風(fēng)柜和VAV系統目前存在的許多問(wèn)題上。一個(gè)至關(guān)重要的點(diǎn)是,在提高安全性的同時(shí),通過(guò)更具可持續性的概念來(lái)尋求更綠色節能的解決方案。重點(diǎn)將從通風(fēng)柜轉向污染物控制設備(Exposure Control Devices)。根據不同風(fēng)險等級的不同要求,實(shí)驗室通風(fēng)將變得更加危險。實(shí)驗室空氣稀釋概念將再次成為焦點(diǎn),同步供應(synchronized supply)等系統將變得更加普遍。更好的通風(fēng)柜設計將有助于減少污染物溢出,從而減少(每小時(shí)換氣次數)ACH。下一代智能通風(fēng)柜可能被統稱(chēng)為化學(xué)污染物控制設備(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),這些設備將變得更加智能,不再受到房間通風(fēng)系統的影響,作為實(shí)驗室通風(fēng)系統的奴隸。實(shí)驗室將變得更加智能,通風(fēng)柜將與實(shí)驗室中的所有通風(fēng)設備進(jìn)行通訊。通過(guò)減少實(shí)驗室空氣中的化學(xué)污染物數量,可以減少換氣次數,從而節省能源。節能不在于通風(fēng)柜使用多少空氣,而是實(shí)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(shí)驗室通風(fēng)進(jìn)行更全面的了解。

 

引用

【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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