兩個知名的通風柜污染物測試：ASHRAE 110和EN 14175的比較
Dr. Robert K. Haugen
一、概述：
對高效的污染物控制設備的需求是真正的國際化。許多這類設備的制造商都有全球客戶基礎。這些制造商必須通過成功的污染物控制測試來證明其產品的有效性。 然而，有兩種廣泛使用和完全不同的通風柜污染物控制測試。這兩個測試是ASHRAE 110-2016和EN 17145 - Part 3。前者是在美國開發的，后者是泛歐洲的。 這一事實經常混淆了兩種產品的國際比較，它們的有效性是通過不同的測試方法評估的。如果這些產品參與相同的評標過程，這種情況會更加嚴重。 下圖顯示的世界地圖描述了污染物控制測試方法的分布。使用這兩種標準的國家(橙色的星星)給通風柜制造商帶來了獨特的問題。
上述地圖明確標明每個區域所廣泛使用的測試標準。更廣泛的區域（橙色星星）同時使用兩種標準。當兩個污染物測試標準在這些地區發生沖突時，比較兩種不同測試產品的污染物控制結果會產生嚴重的商業和競爭問題。由于兩種測試都是如此不同，我們應該嘗試就如何選擇使用這些不同標準評估的產品達成共識。讓我們首先更仔細地看一下這些標準。
二、兩種污染物控制測試方法:
A. ASHRAE 110-2016
ASHRAE110-2016測試可以追溯到1982年美國工業衛生協會(Knudson和Caplan)發布的研究報告。1
通風柜的面風速測試是用熱風速儀和標準6.2節規定的平面風速網格來測量的。SF6在通風柜內釋放，通過紅外分光光度計或電離技術測量進入假人呼吸區的量，基本設置如下圖所示：2
假人和釋放器位置
ASHRAE110-2016測試方法使用100%六氟化硫作為示蹤氣體。氣體釋放器（高圈）的供應壓力為30 psi，擴散速率為4 LPM。測試用人體模型進行5分鐘，記錄人體模型呼吸區（寬圈）的SF6濃度。SME(拉門 運動效應)測試總共進行兩分鐘，包括在兩分鐘內30秒間隔內打開和關閉垂直拉門兩次。進行測試，記錄人體模型呼吸區SF6濃度。
ASHRAE 110 通風柜測試，圖片來源于ChipAlbright
雖然ASHRAE110沒有為測試定義通過-失敗級別，AIHA Z9.5規定平均呼吸區域示蹤氣體的通過/失敗水平為0.05 ppm 。3
B. EN 14175; 第三部分 3
EN 14175part3和ASHARE 110都是測量通風柜污染物控制的方法，但是他們在設備和計算上有很大的不同。
EN 14175共有六個部分：
*Hoodvocabulary 通風柜術語
*Hoodsafety requirements 通風柜安全的要求
*Hood containmenttesting 通風柜污染物控制測試
*Testingon-site methods 現場測試方法
*Installation& Maintenance 安裝和維修
*VAVperformance testing VAV性能測試
我們將只關注第3節，它定義了通風柜污染物控制和性能特征的評估。
EN 14175，第3部分的測試方法評估和報告示蹤氣體的泄露水平，它也產生了一系列的無單位數，稱為污染物控制因子，表示通風柜示蹤氣體流量除以排氣率乘以泄漏示蹤氣體濃度的乘積。在現今大多數書面報告中，泄漏示蹤氣體濃度和/或污染物控制因子被用來量化污染物控制性能。
EN14175;第3部分測試使用10%六氟化硫-氮混合物，總釋放率為2 LPM，用于內部平面測試(使用9點擴散器采樣陣列);外部平面和穩健性測試的速率為4.5 LPM，換氣效率測試的通風柜排氣速率流為[(5 - 8)/ 1,000,000]。
EN的這些釋放率遠小于ASHAER 110測試用的100% SF6，4 LPM釋放率；如下表格所示：
10%濃度的SF6，2-6 LPM的釋放率，只有ASHARE110 100% SF6，4 LPM的釋放率的5%-15%。
三、EN 14175測試細節：
1) 氣體擴散器陣列，用于外部污染物控制，穩健性和空氣交換效率測試。
用于外部污染物控制，穩健性和空氣交換效率測試的擴散器
2) 外部采樣陣列及采樣器：
“外部平面”定義為通風柜框的最外層部分，該框架承托拉門，根據拉門開口的尺寸由各種采樣點組成。
3) 內平面采樣陣列和內平面包容擴散器：
9個內部采樣點和1個釋放器放在一個裝置上，該裝置被放置在通風柜窗框平面的幾個位置上。該測試的釋放器(圈起來那個)位于同一組件上的采樣網格的前面。取樣口在窗框平面上。
采樣陣列/擴散器與Saf T Flow通風柜面對齊
4) 傳感器
圓圈部分是一種電離泄露檢測儀，用作Flow Sciences EN 14175測試中的傳感器。在測試期間，擴散器的尖端管連接到采樣裝置。
EN 14175使用的氣體分析儀，在5.3節有大致描述，要求如下：
a) 10-8體積比或以下的檢測水平(按體積計算為10 ppb，或0.01ppm)
b) 小于15秒的時間常數
c) 每兩秒或更少讀取一次的數據記錄能力
d) 對于Flow Sciences的測試，使用了符合a-c點規定的(如上所示)的電離泄露檢測儀
5) 穩健性測試
采用Saf T Flow通風柜的暴露控制技術的穩健性測試設備，北卡羅來納州卡
做這項測試，拉門要設置為指定開口位置。經過60秒的示蹤氣體釋放后，黑色矩形輪式手推車(見上圖左圖)在通風柜前面來回移動6次，移動的路徑應該從通風柜兩側600毫米處開始和結束。每個交叉口之間的時間應該是30秒。測量并記錄測試氣體濃度。當矩形運動停止后，記錄氣體分析儀測量信號30秒。
6) 換氣效率測試
換氣效率測試用流速測量，通風柜內部氣體濃度為5 ~ 8 ppm，這個濃度在設備氣道軸環處測量。當達到穩態濃度時，關閉氣體。濃度/時間數據被記錄，直到室內通風柜SF6濃度達到穩態值的20% ~ (1 - 2ppm)。
在靠近氣道軸環處的排氣口SF6濃度測試
接下來，求解實際的污染物變化率，λ，使用這個等式：[In Ci(t=ti)-In Cf(t-tf)]/△T = λ
在換氣效率測試期間，6英尺Saf T Flow通風柜的濃度與時間的關系
然后，將效率數計算為設備的觀察空氣變化率和理想空氣變化率之比。由于此數字不評估污染物控制，并且與通風柜效率之間的關系不明確，因此本白皮書將不再進一步討論。
7) 總結
記錄上面提到的所有污染物控制測試技術的平均讀數，并套到下面的污染物控制系數公式中：
q … 示蹤氣體釋放率（sf6——注意示蹤氣體釋放率只有測試氣體釋放率的10%，因為混合氣體是用90% N2和10%SF6組成的）
Q … 通風柜抽氣速率
Φ1 … 平均示蹤氣體體積分數，四舍五入到小數點后兩位
污染物控制因子是無量綱的; 只要使用所有涉及的變量和一致的單位，如圖所示，這個規定下的單位都將被抵消。
8) 通過- 不通過EN 14175數據等級
EN標準說明無限制值。德國化學工業專業協會，技術委員會化學，2003年7月29日，對測試體積流量的通風柜的安全要求進行了檢查和評估，以確定是否符合有效限值。
德國化學工業專業協會（BG Chemie），技術委員會化學，2003年3月29日，根據EN 14175-3:2004的通風柜測試的限值。
注意，德國圖表上的數據使用逗號而不是小數點，這是許多歐洲國家的習慣。
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對于內部測量平面上的測量值，法國NF XPX 15-203給出了每個測量點的平均濃度值的極限值0.1 ppm。 |
應該指出的是，商業產品的大多數公布的污染物值遠低于上面引用的這兩個來源中表達的限值。大多數通風櫥制造商發布的數據在任何測試期間都沒有檢測到任何未檢測到的示蹤氣體值。這也是Flow Sciences在此測試中的經驗！
9) 施普林格6用計算污染物控制因子的公式表達了幾個問題。 請記住，CF越大，污染物控制應該“更好”。 考慮以下：
a）對于大多數評論者來說，術語“污染物控制因子”意味著一個數字，其數量表示控制程度。 實際上，CF結合了包含的能力和系統使用的排氣量。
10) 當獲得數據并計算CF時，在現場實際看到了什么？ 這是在實際通風櫥上使用BS EN 4175第3部分程序的數據表4。
排氣率Q在該計算的分母中。 因此，包含因子的等式給出了更大（更好）的數字和更低的排氣速率。
你可以看到CF“魔數”5613和3426隨處可見，因為SF6的檢測為零，但“零”已被儀器檢測限0.01 ppm所取代！另請注意非標準使用“>”來區分污染物控制因子中的四個有效數字。
在該表上，下表面風速0.3m / s顯示出比0.5m / s更“更好”的污染物控制因子。這個數字已經顯示得更高，因為排氣量下降而逃逸的SF6仍然無法檢測到。 這種異常給人一種誤導性的印象，即在較低的面風速下，污染物控制特性得到改善。
Ali Bicen和其他人試圖將污染物控制因子分層為如下所示的方案：5
請注意，外部平面污染物控制因子（保護因子）趨勢越低，通風櫥的面風速（即等級）越低。（1級，2級，3級，最低級別）這種矩形列圖方案表明期望更高的面風速將產生更高的污染物控制因子（更大的數量），但正如我們從上面＃10的例子中看到的那樣，實驗和觀察 已經證明通常不是這種情況！
Waldner的Steffen Springer使用我在下面重述的分析清楚地說明了污染物控制因子的不適當性，從計算前面定義的因子的公式開始：6
他發表了以下評論：
1）方程的結構非常簡單。
2）理論上，結果意味著：因數越高，通風柜的污染物控制性能越高。
3）污染物控制因子的大小取決于三個值：
a) 示蹤氣體的流速
b) 提取通風柜的流速
c) 通風柜內外的平均示蹤氣體濃度（后者是該等式中唯一與通風柜容納能力有關的值）。
4） 根據EN14175，CFR應四舍五入到最接近的整數，并且必須“如果結果受到儀器檢測限的限制”
5）現在這里有趣！對于q，示蹤氣體流速始終恒定（在EN 14175中規定）和假定的測量設備的檢測限為0.01ppm，唯一剩下的變量是通風柜的排氣量，因為沒有可檢測到的示蹤氣體逸出。這個結果（CF如前所述計算）是否適合于通風柜圍護結構的客觀比較？
Springer不認為污染物控制因子適合作為通風櫥污染物控制性能的客觀指標，除非所有型號在相同條件下進行測試，具有相同的提取體積和相同的測試設備。如果這些變量中只有一個不相同，則會計算出完全相同的通風櫥性能的不同污染物控制因子！因此，用戶無法根據污染物控制因子來選擇污染物控制性能良好的通風柜。
CF的這些問題導致使用EN 14175-3的評估人員根據逃逸的示蹤氣體（φ）的ppm來評估通風柜，而不是污染物控制因子CF！9
剩下的問題是大多數EN 14175測試顯示在上述許多測試中的任何一種測試下沒有示蹤氣體逸出。換句話說，EN 14175在通風柜性能從一種設計到另一種設計之間存在很大的差異。
Andy Sinnamon在領英上回應了這一觀點，他說：“（我的公司）不久前經歷了這個過程。缺乏人體模型和稀釋的示蹤氣體使得大多數任何通風柜設計幾乎都能保證通過。“11
我同意測試在不同面風速下的性能條件差異很大，但我不確定測試能否檢測到故障的通風柜，因為我們可能不會看到這樣的測試發布。
四、EN 14175的重大問題摘要：
1) EN14175設備的復雜性：
判斷通風柜性能的最準確方法是通過評估“污染物控制”，φ，CF不是一個有用的因素。
由于設備復雜性，EN14175-3污染物控制測試通常僅在設計階段（在測試實驗室中）執行。實際的施工實踐已演變為通過簡單的“測試”進行現場調試的通風柜，而不是EN 14175 7的一部分。7
在安裝的通風柜上進行EN 14175-3測試的唯一情況是，當其他實驗室條件產生對通風柜工作的懷疑時。 “例如，當煙霧測試表明在通風柜內有湍流的空氣流動時（盡管平均表面風速可以接受），以及從通風柜散發的令人不快的氣味的投訴（盡管表面風速測量令人滿意）。”8
2) 污染物控制因子CF的含義不明確：
通風柜是為了保護人們免受使用廢氣的危險物質。根據設計和抽取的空氣量，任何密封裝置都應該能夠將危險煙霧保持在內部并保護設備開口前的人。據稱EN 14175-3稱之為“污染物控制因子”，描述了通風柜如何“有效”。通風柜可以用更少的空氣控制污染物，污染物控制性能系數應該越大。 然而，不可檢測的逃逸示蹤氣體水平導致不確定值的因素，這與使用不同檢測器的其他情況不可比。因此，如果使用具有不同靈敏度的檢測器，則具有相同量的抽取空氣和前部相同開口的兩個相同的通風柜可具有不同的污染物控制因子。
在煙氣控制裝置的選擇中，操作員的安全性（少量逃逸的煙霧）是最重要的，而不是污染物控制和排氣量數據的代數組合。在作者看來，污染物控制評估不應該使用像污染物控制因子這樣的混合值來量化通風柜性能。 因此，作者認為EN14175-3中的重點應該是在指定的面風速下檢測到的逃逸示蹤氣體（φ），而不是污染物控制因子（CF）。 劍橋大學指出，“根據EN14175-3進行的型式試驗顯然符合理想條件。這意味著即使是經常發生的干擾也不會被考慮在內，如果發生任何輕微的干擾，具有適用的極低面風速的通風柜就會爆發。”8
如前所述并由EgbertDittrich指出，除非所有模型在相同條件下進行測試，具有相同的提取體積和相同的檢測器設備，否則污染物控制因子不適合作為通風柜污染物控制的客觀指示。這些變量中只有一個不相同，會導致不同的污染物控制因子。實際上，污染物控制因子不能使用戶根據CF的值選擇最佳的通風柜。7
3) 無法區分通風柜性能。
除非我們能夠更好地測量逃逸的示蹤氣體，否則幾乎所有用EN 14175-3測試的通風柜的公布數據都會對所有逃逸的示蹤氣體測試產生相同的結果,零。（即0.00 PPM）
我的經驗是ASHRAE110-2016通常顯示可測量的低示蹤氣體逸出。生成有限讀數的能力使開發人員能夠在某種程度上調整設計并獲得表現出改進性能的數據。12
五、ASHRAE 110-2016和EN14175第3部分比較：
作者認為這兩項測試都可以改進。 ASHRAE 110-2016測試似乎具有更大的SF6挑戰，產生更多可區分的結果，并且是在現場執行的更容易的測試。
EN14175-3測試測量更多潛在的污染物逃逸點。它還具有標準化的穩健性挑戰，采用飛行矩形來模擬步行。下表總結了許多這些測試比較。
六、兩種標準對品牌競爭的影響
從事國際業務的公司必須準備好測試通風柜的性能，并根據具體情況指定任何污染物控制測試。兩種污染物控制測試都有其獨特的優點和缺點。
因為測試是如此不同，將一個測試數據轉換為其他測試程序的預計讀數是愚蠢的。
評論客觀性。上圖中“ASHRAE 110”方面的數量較多，反映了作者在整個職業生涯中主要使用ASHRAE110-2016測試。它不應被視為“證明”一項測試優于另一項測試。
其他人在商業上致力于一項測試或另一項測試也不應該有偏見。
因此，應該嘗試為二十一世紀的實驗室建設世界建立一個單一的標準。無論實驗室位于何處，這樣的標準將有助于在所有競爭者的公平競爭環境中評估污染物控制產品。
七、引用附注:
1. Influenceof room air supply on laboratory hoods, October 1982, Knowlton J. Caplan,Gerhard Knutson, American Industrial Hygiene Association Journal
2. ASHRAE110-2016, p. 13.
3. ANSIAIHA Z 9.5 – 2012, section 6.1.2.7, p 79
4. Typetesting of fume hood according to EN 14 175-3:2004, Institut furIndustrieaerodynamik GmbH, Certificate No. 1/FC-Z81/P3/06/13, 2013
5. Instituteof Local Exhaust Ventilation Engineers – Information Day – 17 May 2016,PowerPoint presentation, Melvyn Sargent, Lab Containment Services LTD
6. BSEN 14175-3:2003 Containment Factor deciphered, Steffen Springer, Jan. 2011,PowerPoint presentation.
7. EgbertDittrich, The sustainable Laboratory Handbook, Wiley, 2015
8. FumeHoods, Guidance for Safe Use, University of Cambridge, October2016 https://www.safety.admin.cam.ac.uk/files/hsd029c.pdf
9. Universityof Birmingham Health and Safety Department, Hazardous Substances PolicySchedule 3.8, Supplement1,
https://intranet.birmingham.ac.uk/hr/documents/public/hsu/hsupolicy/hs15/HS38LEVSupplement1.pdf
10. AirChange Measurements Using Tracer cases, Chemistry, Emission Control,Radioactive Pollution and Indoor Air Quality, 2011,David Laussmann and DieterHelm
11. https://www.linkedin.com/in/robert-haugen-22918546/detail/recent-activity/shares/
12. TheFume Hood Product Life Cycle: A Cost of Ownership Analysis Robert K. Haugen,Ph.D., Director of Product and Technology Developmen, Flow Sciences,Inc.10/31/2017
