文章目錄

• 引言
• 二十世紀(jì)初-通風(fēng)柜的起源
• 第二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)通風(fēng)柜發(fā)展
• 通風(fēng)柜應(yīng)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
• 引用

傳統(tǒng)通風(fēng)柜發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了成熟期。幾十年來，通風(fēng)柜理論和設(shè)計(jì)理念并未有太大的變化。本文將通過整理通風(fēng)柜和實(shí)驗(yàn)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(gè)章節(jié)，濃縮了很多新穎的觀點(diǎn)，篇幅小，但值得細(xì)細(xì)思索。在未來一段時(shí)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。

引言

通風(fēng)柜是幾乎所有實(shí)驗(yàn)室中*的設(shè)備，從教學(xué)實(shí)驗(yàn)室到研究實(shí)驗(yàn)室再到工業(yè)實(shí)驗(yàn)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(hù)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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）或后來的托馬斯·愛迪生（Thomas Edison），據(jù)說這兩個(gè)人都使用了壁爐的自然通風(fēng)和煙道來排出實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jī)電動(dòng)機(jī)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·杰斐遜Thomas Jefferson）

▲托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）

 二十世紀(jì)初——通風(fēng)柜的起源

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

▲托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜

1904年newbuilt 化工學(xué)院在格但斯克工業(yè)大學(xué)配備在觀眾席由木頭和玻璃的通風(fēng)柜，幾個(gè)教室，學(xué)生實(shí)驗(yàn)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?xì)庋b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(dòng)除去。超過110年的時(shí)間，這個(gè)早期的設(shè)計(jì)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(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，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(jì)，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(zhàn)促進(jìn)通風(fēng)柜的發(fā)展

由于擔(dān)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(dāng)大的進(jìn)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(jì)取得了重大進(jìn)展。

同樣在戰(zhàn)爭年代，該機(jī)構(gòu)開發(fā)了高效微粒空氣（HEPA）過濾器，后來該機(jī)構(gòu)成為了原子能委員會(huì)。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(hù)。

1943年，小約翰·韋伯（John Weber，Jr.）在愛荷華州艾姆斯的艾姆斯實(shí)驗(yàn)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(jì)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(dāng)時(shí)原子實(shí)驗(yàn)室中許多通風(fēng)柜所采用的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間，韋伯還認(rèn)識到，當(dāng)開發(fā)出作為其系統(tǒng)一部分的緊急快速關(guān)閉功能時(shí)，通風(fēng)柜中的（佳）密閉性是通過小的拉門開啟來實(shí)現(xiàn)的。 用作Weber系統(tǒng)一部分的排氣扇保持開啟。

 通風(fēng)柜應(yīng)用和理論持續(xù)發(fā)展

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(gè)）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(shí)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(biāo)志性特征。

▲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。

▲Erlab Captair 系列通風(fēng)柜

▲Erlab Captair 系列通風(fēng)柜

1970年代開始嘗試開發(fā)了補(bǔ)風(fēng)型的通風(fēng)柜，該補(bǔ)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(shí)驗(yàn)室回火空氣的損失。這種類型的通風(fēng)柜需要使用兩個(gè)風(fēng)道和鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)有名的項(xiàng)目是1995年，勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）申請并進(jìn)行的，稱為伯克利通風(fēng)柜（The Berkeley Hood），該項(xiàng)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(jìn)行工作。步入式通風(fēng)柜是當(dāng)今許多實(shí)驗(yàn)室的常見功能。

 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(biāo)準(zhǔn)ASHRAE 110-1985。通風(fēng)柜發(fā)展逐漸進(jìn)入規(guī)范化的發(fā)展時(shí)期。

1990年，英國發(fā)布了通風(fēng)柜英國標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(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(yàn)室具有管轄權(quán)。

1992年，美國引入了ANSI / AIHA Z9.5作為實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

▲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，美國完成了現(xiàn)代工業(yè)通風(fēng)（包括實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)）安全管理體系的建立。

▲ASHRAE 110-1995

1996年，引入了AFNOR AF X 15 211：1995標(biāo)準(zhǔn)，從而可以根據(jù)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)評估無管通風(fēng)柜的性能。該標(biāo)準(zhǔn)今天用作所有通風(fēng)柜的參考標(biāo)準(zhǔn)。

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(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(yùn)行。目前，全（國）各地安裝了1200多個(gè)Air Sentry通風(fēng)柜。

1998年，Erlab擴(kuò)展了Captair產(chǎn)品范圍，以滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室的需求。新的儀器包括CaptairStore（一個(gè)通風(fēng)的過濾儲物柜），CaptairBio（一個(gè)PCR工作站）和CaptairFlow（包含HEPA過濾的機(jī)柜）。

1999年美國推出UL 1805通風(fēng)柜標(biāo)準(zhǔn)，它除了通風(fēng)柜流體性能外，還涉及到實(shí)驗(yàn)室無管通風(fēng)柜火災(zāi)，電氣等其他危險(xiǎn)。要在美國銷售通風(fēng)柜，通風(fēng)柜必須經(jīng)過UL1805認(rèn)證。

▲UL 1805

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

▲SEFA 1-2010 通風(fēng)柜

在2000年代發(fā)生的一個(gè)重要里程碑是開發(fā)了以50-60 fpm運(yùn)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(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（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(biāo)志著新一代通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)，其主要目的是安全，節(jié)能，經(jīng)濟(jì)高效且環(huán)保。

同樣在2009年，AirClean Systems開始銷售獨(dú)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(jìn)的技術(shù)。

2010年，Air Science公司推出了一系列新的增強(qiáng)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(qiáng)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(jī)酸，醇，脂族烴，芳族烴，酯，醛，酮，醚，鹵素和無機(jī)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(jì)基于EFT過濾器，可在廣泛的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行化學(xué)和顆粒保護(hù)，旨在保護(hù)化學(xué)和顆粒。Purair ECO的開發(fā)是為了響應(yīng)全，球?qū)Π踩?，具有成本效益和高能效?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(shí)又不損害對人員和環(huán)境的保護(hù)。

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(bǔ)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(bǔ)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(gè)行業(yè)發(fā)展所需要的。無創(chuàng)新不進(jìn)步，時(shí)間和市場終會(huì)給出答案。

2019年，EN 14175-3推出了2019版。在數(shù)據(jù)收集和計(jì)算方式上做了修改，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更科學(xué)合理。

▲EN 14175-3:2019版

通風(fēng)柜的未來

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜和實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(gè)至關(guān)重要的點(diǎn)是，在提高安全性的同時(shí)，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(diǎn)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(xiǎn)等級的不同要求，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)將變得更加危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)室空氣稀釋概念將再次成為焦點(diǎn)，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(jì)將有助于減少污染物溢出，從而減少（每小時(shí)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(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的奴隸。實(shí)驗(yàn)室將變得更加智能，通風(fēng)柜將與實(shí)驗(yàn)室中的所有通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行通訊。通過減少實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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