ECD 和實驗室利用氣流來控制、捕獲、稀釋和去除污染物、將實驗室與相鄰區域隔離并控制空間溫度。提供充分保護所需的氣流量取決于風險以及所采用ECD的設計和操作模式。ECD,例如化學通風柜,通常需要比通風天平罩或萬向罩更大的排風流量。此外,可變風量(VAV)通風柜和其它類型的ECD可以根據其使用率和可用的操作模式改變排風流量。調節通過通風柜和其它設備的流量會影響通過實驗室的氣流量,從而導致可變的換氣率和不同的氣流模式,從而對ECD性能和實驗室氣流平衡產生潛在的不利影響。能耗是許多因素的函數,包括流量和系統靜壓。盡可能減少氣流體積和系統阻力是可取的,但絕不能以犧牲安全為代價。安全是不可侵犯的限制條件,性能要求可以規定ECD和實驗室的最小氣流和操作規范。
圖3A 和3B 描繪了一個實驗室案例,顯示了平面圖和立面圖,指示了位于其中的通風設備的位置和類型。適當的性能要求在可能的操作范圍內為每個排風和補風裝置指定最小和最大流量。
實驗室總排風量
ΣQex-Qfh+Qgex+Qlev
實驗室氣流平衡
∑ Qex-Qs=Qt
空氣置換率(ACH)
∑Qex / Vlab
所有 ECD、通用排風、補風和保持空間壓為所需的補償量(送風)都需要氣流規范。負壓對于提供隔離以防止污染物逸出或最大限度地減少污染物滲透也許是至關重要的。ECD的氣流規范和實驗室環境取決于許多因素,包括暴露風險和對通風的總體需求。不正確的氣流規范會導致ECD的性能不良和有害的操作條件。
排風流量的調節必須與機械補風,適當調節,置換空氣加上或減去所需實驗室增壓所需的傳輸氣流相平衡。任何設備的排風變化都需要立即相應地改變補風流量以補償和保持平衡。無論操作模式如何變化,通常保持恒定的補償體積以保持空間壓力關系。對于實驗室使用 VAV 通風柜,可以調節通用排風和補風流量以控制房間溫度,可以有多種操作模式、操作順序和較大的流量范圍。通過實驗室的總流量可能會有所不同,從無人使用時的低流量到使用通風柜的最大流量以及高空調負荷需要額外補風的情況。表1描述了四種常見的操作模式,它們展示了對具有 VAV 通風柜和 VAV 終端再熱、補風系統的實驗室總氣流的影響。理論上,當通過ECD和實驗室的流量變化等同于服務實驗室的排風單元和補風單元的流量變化時,ECD系統正常運行。通過系統的總氣流可以根據所有空間的總運行模式而變化,其中最小流量對應于所有以最小流量模式運行的空間,而當所有空間以對應于最高流量的模式運行時,會產生最高流量。能量消耗是通過系統的總流量的函數,并且通常可以通過隨時間降低平均流量來降低能耗。圖4中的圖表描繪了一個ECD系統,其中流量調節的范圍與能耗相關,一段時間內的平均操作應與通風需求密切相關。
為了有效管理安全和能源消耗,ECD選擇和氣流規范的制定標準,應側重于降低風險和滿足通風需求,同時避免過度或不必要的通風。當ECD系統調節流量以滿足和跟蹤通風需求的變化時,會產生最安全和最有效的操作。遺憾的是,許多系統因風險評估不當或不充分、氣流規范不當以及控制裝置未能在通風需求規定的流量范圍內正確調節補風和排風風機而遭受損失。未能正確調節流量會損害安全性和能源效率。這種理解是實現安全、節能和可持續實驗室的關鍵。以下部分描述了評估通風需求的風險和方法。