CC BY
5
О
IJk
Кан Чен // Kang Chen kcheni/captechu.edu
доктор философии, FAIC, EngTech, CIE, генеральный директор, СНММ Anometal Aluminum Co., Ltd; Капитолийский технологический университет Rm 205-206, No 2, Нэйцзян Эр Кунь, район Ян Пу, Шанхай, Китай, 200093 11301 Спрингфилд-роуд, Лорел, Мэриленд, США, 20708
PhD, FAIC, EngTech, CIE, CEOP, СНММ Anometal Aluminum Co., Ltd; Capitol Technology University Rm 205-206, No 2, NeiJiang Er Cun, Yang Pu District, Shanghai, China, 200093; 11301 Springfield Road, Laurel, Maryland, USA, 20708
УДК 622.86
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ И ОПТИМИЗИРОВАННОЙ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЫТЯЖНЫХ УСТРОЙСТВ
USING SYSTEMATIC STRATEGY AND OPTIMIZED METHODOLOGY TO CONDUCT FUME HOOD CONTAINMENT PERFORMANCE EVALUATION
Вытяжной шкаф может считаться устройством технического контроля с достаточной защитой только после тщательного тестирования и проверки, в противном случае он может привести к ложноположительным показаниям защиты лабораторного персонала и внутренней среды. В настоящее время инженеры по вентиляции, промышленные гигиенисты и специалисты по охране окружающей среды обычно выбирают целевые влияющие факторы и соответствующие подходы для оценки эффективности составляющих вытяжных устройств путем мозгового штурма или основываются на собственных профессиональных суждениях. Как следствие, такая практика приводит к увеличению экономического и экологического результата в процессе оценки эффективности составляющих вытяжного устройства. Работа, о которой сообщается в этой статье, была направлена на разработку систематического метода определения приоритетности критических влияющих факторов и использования оптимизированной методологии для оценки их влияния на производительность вытяжки. Нечеткая комплексная оценка и анализ атрибут-веса позволили предположить, что термическая проблема, характер внутренних помех и выброса загрязняющих веществ должны быть дополнительно проанализированы посредством измерения скорости набегающего потока и тестирования индикаторного газа. Полевые испытания выявили ограниченное влияние тепловой нагрузки по сравнению со значительным влиянием большого внутреннего беспорядка на надежность улавливания составляющими. Кроме того, эти результаты еще раз подчеркивают, что поддержание адекватного положения крупных инструментов в вытяжке имеет решающее значение для предотвращения значительных колебаний скорости движения и потенциального воздействия высоких концентраций утечки загрязняющих веществ. Стратегия и методология, применяемые здесь, могут внести свой вклад в некоторое эталонное значение при проведении систематической и оптимизированной оценки производительности вытяжных устройств в будущих исследованиях.
The fume hood can only be deemed as an engineering control device with sufficient protection after careful testing and validation, otherwise it may cause a false positive indication of safeguarding the laboratory personnel and indoor environment. Currently, it is a commonplace that ventilation engineers, industrial hygienists and indoor environmentalists choose target influential factors and pertinent approaches for fume hood containment performance evaluation through brainstorming or based on their own professional judgement. Consequently, such kind of practice leads to increased economic and environmental footprint during the hood containment
performance evaluation process. The work reported in this paper aimed to develop a systematic method of prioritizing critical influential factors and using the optimized methodology to assess their impacts on the hood performance. The fuzzy comprehensive evaluation and attribute-weight analysis suggested that thermal challenge, inside clutter and contaminants emission character should be further analyzed through face velocity measurement and tracer gas testing. The field test revealed a limited impact of the thermal challenge versus significant impact of the large inside clutter on the robustness of the containment capture performance. Further, these findings reemphasize that maintaining an adequate setback of large instruments in the hood is of critical importance to avoid significant face velocity fluctuations and potential exposure to high concentrations of pollutants leakage. The strategy and methodology applied here can contribute to some reference value in conducting fume hood performance evaluation in a systematic and optimized way in future studies.
Ключевые слова: ВЫТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО, ОПАСНЫЙ МАТЕРИАЛ, НЕЧЕТКАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА, КОНТРОЛЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА; Key words: FUME HOOD, HAZARDOUS MATERIAL, FUZZY COMPREHENSIVE EVALUATION, OCCUPATIONAL EXPOSURE CONTROL, INDOOR ENVIRONMENT
Являясь одним из основных устройств контроля воздействия (ECD), вытяжной шкаф широко использовался в химических лабораториях для улавливания, локализации и удаления газообразных загрязняющих веществ, образующихся внутри корпуса во время исследовательских операций в последние десятилетия, благодаря надежной аэродинамической конструкции. [1] Поток отработанного воздуха вытяжного шкафа также может служить «регулятором давления» для подачи подпиточного воздуха и, таким образом, поддерживать слегка отрицательное давление, как это требуется в большинстве лабораторных условий [2-4], особенно когда объем общей вытяжной вентиляции недостаточен. Такие преимущества дают вытяжным шкафам повсеместное присутствие и широкое применение в химических или фармацевтических лабораториях. Вытяжные шкафы обеспечивают самый широкий спектр защиты от сценариев опасных выбросов, которые включают в себя от малых до очень больших количеств малоопасных и чрезвычайно опасных материалов, образующихся со скоростью от менее 0,1 л/мин до 8 л/мин [5, 6]. Более высокая скорость образования и начальная концентрация предназначены для имитации наихудших условий, при которых летучие химические вещества нагреваются для непрерывного испарения или газообразные загрязняющие вещества вытекают непосредственно из корпуса вытяжного шкафа. [7] Хотя скорость выброса может превышать 8 л/мин при некоторых особых условиях, таких как летящие частицы при шлифовке или газы из отверстия на трубопроводах высокого давления. [8] Эти сценарии не рассматриваются в данном исследовании, поскольку
Introduction
As one of the primary exposure control devices
(ECDs), the fume hood has been used widely
in chemical laboratories to capture, contain, and remove gaseous contaminants generated inside of the enclosure during research operations in the past decades, thanks to its sound aerodynamic design. [1] The exhaust airflow of the fume hood can also be served as a "pressure regulator" to makeup air supply and thus maintain the slightly negative pressure as required in most laboratory environment [2-4], especially when the volume of the general exhaust ventilation is inadequate. Such kind of advantages give fume hoods ubiquitous presence and extensive use in chemical or pharmaceutical laboratories. Fume hoods provide the widest range of protection from hazardous emission scenarios that include small to very large quantities of low to extremely hazardous materials generated at rates from less than 0.1 lpm to as much as 8 lpm [5, 6]. The higher generation rate and initial concentration is aimed to simulate the worst-case conditions under which volatile chemicals are heated to evaporate continuously or gaseous pollutants are leaked out directly from the enclosure of the fume hood. [7] Although the emission rate may exceed 8 Lpm at some specific conditions like projectiles from grinding or gases from an orifice on high-pressure pipelines. [8] These scenarios are not considered in this research because using a traditional laboratory chemical fume hood for such operations or under these conditions may not be appropriate. [9]
Chemists and chemical engineers working in laboratories mainly rely on the robust fume hood performance to protect themselves from overexposure to airborne hazardous materials
использование традиционного лабораторного химического вытяжного шкафа для таких операций или в данных условиях может оказаться нецелесообразным. [9]
generated during experimental activities. [10] This is critically important in case highly hazardous chemicals, e.g., ototoxicants or active pharmaceutical ingredients (APIs), are handled in the fume hood together with excessive noise exposure. [11-13] With the increasing complexity of laboratory research and development process, fume hood containment performance is affected by a wider range of both internal and external influential factors. Although there are a variety of methodologies which can be adopted by laboratory technicians to conduct fume hood containment performance evaluation, the major issue is that pertinent literatures are scattered and no systematic attempts have been made to optimize the process of hood performance evaluation. [9, 14-17] This motivated a comprehensive literature review and structured quantitative analysis of the strategy and methodology for fume hood containment performance evaluation.
Химики и инженеры-химики, работающие в лабораториях, в основном полагаются на надежные вытяжные шкафы, чтобы защитить себя от чрезмерного воздействия переносимых по воздуху опасных материалов, образующихся во время экспериментальной деятельности. [10] Это критически важно в случае, если в вытяжном шкафу работают с очень опасными химическими веществами, например, с ототоксикантами или активными фармацевтическими ингредиентами (АФИ), а также с чрезмерным шумовым воздействием. [11-13] В связи с возрастающей сложностью лабораторных исследований и процессов разработки эффективность локализации вытяжных шкафов зависит от более широкого спектра как внутренних, так и внешних влияющих факто-
ров. Несмотря на то, что существует множество методологий, которые могут быть приняты лаборантами для проведения оценки эффективности Literature Review of Influential Factors сдерживания вытяжных шкафов, основная проблема заключается в том, что соответствующая and Methodologies for Fume Hood литература разрознена, и не было предпринято
систематических попыток оптимизировать про- Containment Performance Evaluation цесс оценки эффективности вытяжки. [9, 14-17] Это побудило к проведению всестороннего обзора литературы и структурированному коли- The fume hood containment performance чественному анализу стратегии и методологии could be jeopardized by various impacts from оценки эффективности локализации вытяжных both internal and external influential factors, шкафов. and consequently leads to potential leakage of
Обзор литературы по определяющим contaminants, personal overexposure to hazardous
факторам и методологиям оценки эффектив- materials as well as indoor air pollution. [18-22]
ности составляющих элементов вытяжных Although there is no consensus on the categorization
шкафов of the influential factors, they can usually be divided
Эффективность составляющих элементов into two basic groups (challenging conditions
вытяжного шкафа может быть поставлена под and working behaviors) and several sub-groups.
угрозу различными воздействиями как внутрен- The influential factors falling into the category of
них, так и внешних определяющих факторов, challenging conditions include but not limited to: что, следовательно, приводит, потенциально, к утечке загрязняющих веществ, чрезмерному
контакту с опасными материалами, а также к за- - geometry and location of the instrument грязнению воздуха в помещении. [18-22] Хотя inside of the hood; нет единого мнения о классификации определяющих факторов, их обычно можно разделить на - thermal load generated in the hood; две основные группы (сложные условия и пове- - emission character of airborne contaminants дение персонала) и несколько подгрупп. Опре- (e.g., hazardous materials dispensing, solvent деляющие факторы, попадающие в категорию evaporation); сложных условий, включают, помимо прочего:
- геометрия и расположение приборов - location of the fume hood in the laboratory внутри вытяжки; and distance between multiple fume hoods;
- тепловая нагрузка, создаваемая в вы-
тяжке;
- характер выбросов загрязняющих веществ, переносимых по воздуху (например, распределение опасных материалов, испарение растворителей);
- расположение вытяжного шкафа в лаборатории и расстояние между несколькими вытяжными шкафами;
- конструкция и геометрия вытяжки (например, аэродинамические пороги, конусообразные воздухозаборники, дефлекторы и расположение выхлопного трубопровода); [23]
- ТПМ (полное профилактическое обслуживание) нагнетателей и клапанов вытяжного шкафа;
- внутренняя прямоточная и общевытяжная вентиляция;
- hood design and geometry (e.g., aerodynamic sills, tapered inlets, baffles, and location of the exhaust pipeline); [23]
- TPM (total preventive maintenance) of blowers and valves of the fume hood;
- indoor cross-draft and general exhaust ventilation;
The influential factors generated by working behaviors of laboratory technicians are exemplified as below:
- speed of hood sash/human subject movement;
Ниже приведены примеры определяющих факторов, порожденных рабочим поведением лаборантов:
- скорость движения створки вытяжки/человека;
- высота/ширина проема створки;
- осанка техника (особенно высота головы);
- частота открывания двери лаборатории;
- обход сигнализации о неисправности вытяжки (особенно сигнализации скорости набегающего потока);
- использование вытяжного шкафа в качестве шкафа для хранения растворителя.
В самом последнем исследовании Chen et al. исследовали взаимосвязь между отказом деталей вытяжного шкафа и несколькими общими определяющими факторами с помощью всестороннего численного моделирования, и результаты были подтверждены полевыми испытаниями. [6] Авторы предположили, что характер выброса индикаторного газа, по-видимому, является более доминирующим фактором, способствующим нарушению работы деталей вытяжки, по сравнению с двумя другими факторами (тепловая нагрузка и внутренние помехи). Тем не менее, основным недостатком этого современного исследования является отсутствие систематического подхода к выбору множества определяющих факторов, и замена его профессиональным суждением. В другом старом исследовании, проведенном в 1960-х годах, Папа [24] пришел к выводу, что вертикальная высота створки вытяжки играет в контроле утечки загрязняющих веществ гораздо более важную роль, чем площадь от-
- the height/width of sash opening;
- posture of the technician (especially the height of the head);
- laboratory door opening frequency;
- bypass of hood malfunction alarm (especially the face velocity alarm);
- using fume hood as solvent storage cabinet.
In a most recent research, Chen et al. investigated the relationship between fume hood containment failure and several common influential factors through comprehensive numerical simulation, and the findings were verified by field tests. [6] The authors proposed that the tracer gas emission character seems to be a more dominant factor that contributes to hood containment failure, compared with the other two factors (thermal challenge and inside clutters). Nevertheless, the major drawback of this up-to-date research is that there is no systematical approach in selecting multiple influential factors and merely resort to professional judgement. In another old study conducted in the 1960's, Papa [24] concluded that the vertical height of the hood sash plays a much more important role than the area of hood opening does in controlling contaminants leakage. It is expected that there is a positive linear relationship between thermal load generated by instruments and higher breathing zone concentrations of tracer gas [25-29], while one research reported that removing the inside hood clutter is not effective in hood
крытия вытяжки. Ожидается, что существует положительная линейная зависимость между тепловой нагрузкой, создаваемой инструментами, и более высокими концентрациями индикаторного газа в зоне дыхания [25-29], в то время как в одном исследовании сообщалось, что устранение помех внутри вытяжки неэффективно для улучшения работы вытяжки. [30] Среди опубликованных исследований существует консенсус в отношении того, что частое движение перед вытяжным шкафом или наклон к нему увеличивает концентрацию или утечку вдыхаемого воздуха. [31, 32]
Точно так же многочисленные исследования постоянно указывали на то, что движение створки, особенно быстрое поднятие створки, может вызвать значительную утечку индикаторного газа. [33, 34] Общеизвестно, что уровень утечки индикаторного газа находится в прямой зависимости от скорости выброса [35, 36], тогда как в одном исследовании сообщалось лишь о незначительном эффекте, если не было достигнуто граничное условие [24], а в другом исследовании отмечалось комбинированное воздействие внутренних помех и скорости выброса трассеров. [6] Хорошо организованный всеобъемлющий обзор количественных исследований различных факторов, влияющих на производительность вытяжных шкафов, был проведен Ahn et al. [18], и авторы разделили все факторы на четыре группы (методы тестирования, элементы конструкции вытяжки и рабочие переменные, факторы воздуха в помещении и окружающей среды, деятельность работников и методы работы). Согласно их статистическому анализу, расстояние между эжектором и зоной дыхания, наличие манекена или реального человека, а также высота или расстояние открывания створки являются главными потенциально влиятельными факторами, влияющими на работу лабораторных вытяжных шкафов. Хотя полевые исследования (например, измерение скорости набегающего потока и визуализация потока) кажутся практичными и эффективными для оценки производительности вытяжки, эти экспериментальные исследования не могут комплексно проанализировать несколько сложных влияющих факторов, поскольку это будет либо неэффективным с точки зрения затрат, либо затратным по времени. потребление. Этот недостаток мотивировал развитие численного подхода в сообществе промышленной вентиляции в качестве альтернативного инструмента для количественной оценки производительности
performance improvement. [30] There is consensus among the reported studies that frequent moving in front of or leaning into the fume hood increased breathing concentrations or leakages. [31, 32] Similarly, multiple studies consistently indicated that movement of the sash, especially raising the sash quickly, could cause significant tracer gas leakage. [33, 34] It is a common awareness that the tracer gas leakage level is in direct proportion to the emission rate [35, 36], whereas one study reported only a marginal effect unless a boundary condition was attained [24], and another research highlighted a combined impact of the inside clutter and tracer emission rate. [6] A well-organized comprehensive review of quantitative studies on various factors affecting fume hood performance was conducted by Ahn et al. [18], and the authors categorized all factors into four groups (testing methods, hood design elements and operating variables, room air and environment factors, worker activities and work practices). In their statistical analysis, the distance between the ejector and breathing zone, the presence of a mannequin or real human subject, and the height or space of sash opening are the top potential influential factors that impact the performance of laboratory fume hoods.
Although the field investigation (e.g., face velocity measurement and flow visualization) seems to be practical and effective in hood performance evaluation, these experimental studies could not analyze multiple complex influential factors in an integrated manner because it will either be cost-ineffective or time-consuming. This disadvantage motivated the development of a numerical approach in the industrial ventilation community as an alternative tool for quantitative hood performance assessment in the past decades. [37, 38] Computational fluid dynamics (CFD) might be a promising emerging technology, having possibly first been adopted by researchers include Durst [39] and Fletcher [40, 36] for quantitative evaluation of fume hood performance. Subsequent examples of the application of CFD modelling in assessing hood performance include the series studies conducted by Hu et al. [41, 23] The modelling results suggested that the location of the exhaust duct should not be fixed adjacent to the plane of the hood sash, and the contaminant failure is most likely to happen either near the bottom of the sash or close to the working platform of the hood. These recommendations and conclusions are in line with the experimental studies by Fletcher and Johnson. [40, 36] Further, through CFD simulation, Hu et al. [23] indicated
вытяжки в последние десятилетия. [37, 38] Вычислительная гидродинамика (CFD) может быть многообещающей новой технологией, которая, возможно, впервые была принята такими исследователями, как Дерст [39] и Флетчер [40, 36] для количественной оценки производительности вытяжных шкафов. Последующие примеры применения CFD-моделирования для оценки характеристик вытяжки включают серию исследований, проведенных Ни et а1. [41, 23] Результаты моделирования показали, что расположение вытяжного канала не должно быть зафиксировано вплотную к плоскости створки вытяжки, а разрушение загрязняющих веществ, скорее всего, произойдет либо вблизи нижней части створки, либо вблизи рабочей площадки вытяжки. Эти рекомендации и выводы согласуются с экспериментальными исследованиями Флетчера и Джонсона. [40, 36] Кроме того, с помощью моделирования CFD Ни и соавторы [23] указали, что уровень утечки загрязняющих веществ был связан не только с объемом рециркуляционного воздушного потока за створкой вытяжки, но и с эффектом блокировки, вызванным дефлекторами. Они установили, что концентрация трассирующего газа в области нижней части створки, была наибольшей по всему рабочему проему, независимо от расположения эжектора трассера. Эти результаты, полученные с помощью численного моделирования, полностью согласуются с предыдущими экспериментальными наблюдениями [36], что делает CFD-моделирование эффективной альтернативой дорогостоящим полевым экспериментам. Другие исследования также продемонстрировали преимущество CFD в количественном определении и оценке эффективности деталей вытяжных шкафов. Численное моделирование помогло Микеле и Алессио проанализировать влияние засоров вокруг створки на эффективность работы деталей вытяжки. [42] В их исследовании была предложена новая вычислительная процедура для устранения эффектов, вызванных вязкостью, таких как разделение пограничного слоя, ленивый воздушный поток и рециркуляция. Усовершенствованное уравнение Далла-Валле хорошо описывает профиль падения скорости захвата перед вытяжкой и показывает приемлемое соответствие результатам численного моделирования, допуская максимальное отклонение 17,3 %. Хотя данные еще неполные, все больше данных указывают на то, что численное моделирование может быть одним из методов оценки эффективности сдерживания вытяжки. [43-47] Обзор литерату-
that the level of contaminant leakage was related to not only the volume of the recirculating airflow behind the hood sash, but also the blockage effect caused by the baffles. They found that the tracer gas concentration approximate to the bottom of the sash was the highest along the whole working aperture, regardless of the location of the tracer ejector. These findings derived through numerical simulation are highly in consistent with previous experimental observations [36], which makes CFD modelling an effective alternative to costly field experiments. Other studies have also demonstrated the advantage of CFD in quantifying and evaluating fume hood containment performance. Numerical simulation assisted Michele and Alessio in analyzing the impact of blockages around the sash on hood containment performance. [42] In their research, a novel computational procedure was proposed to address viscous-induced effects like boundary layer separation, lazy airflow, and recirculation. The improved Dalla-Valle Equation well describes the profile of capturing velocity decay in front of the hood and shows a reasonable match with the results of numerical simulation, allowing a maximum deviation of 17.3 %. While still incomplete, a growing body of evidences indicate that numerical simulation could be one of the methods to perform hood containment effectiveness evaluation. [43-47]
Although literature review has revealed the relationship between various influential factors and fume hood containment performance (either qualitatively or quantitatively), we are not aware of any studies adopting a systematic strategy and optimized approach for fume hood containment performance evaluation. Accordingly, through comprehensive literature review, the specific purpose and contribution of this research is to develop a practical method for prioritizing critical influential factors on fume hood containment performance and using optimized methodology to conduct statistical analysis of hood containment performance evaluation.
Systematic Strategy and Optimized Approach for Fume Hood Performance Evaluation
Prioritization of influential factors on fume hood containment performance
Firstly, critical influential factors on fume hood
Таблица 1. Анкета предварительного обследования для определения приоритетности факторов, влияющих на эффективность работы составляющих вытяжных шкафов
Table 1. Preliminary Survey Questionnaire for Prioritization of Influential Factors on Fume Hood Containment Performance
Основная информация о применении вытяжного шкафа в лаборатории Basic information of fume hood application in the laboratory Поддержка конечного пользователя BU of end-user Отдел конечного пользователя Dept. of end-user
Время ввода в эксплуатацию Time of commissioning Статус операции Status of operation □ хорошо good □ приемлемо acceptable
tМножественный выбор Main purpose (Multiple choice) t1 □ нормальная операция normal operation □ дистилляция distillation □ работа с хлорной ксислотой perchloric acid operation □ радиоактивные работы radioactive operation □ ототоксические работы ototoxics operation
Количество вытяжек Quantity of fume hoods
Основные приборы, используемые в вытяжках Main instruments used in the fume hood Название: Name:
Факторы, влияющие на эффективность состав-ляющихвытяжных шкафовt t Influential factors on fume hood containment performancet Конструкция и геометрия вытяжки (например, перегородка и расположение выхлопного трубопровода) Hood design and geometry (e.g., baffle and location of the exhaust pipeline) □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Рабочие параметры Operational parameter Фронтальная скорость Face velocity □критический 90%?2 □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
VAV Вентиляция с переменным расходом воздуха VAV system □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Операционная среда Operational environment Расположение вытяжек Location of fume hoods □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Расстояние между вытяжками Distance between fume hoods □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Рабочий процесс (например, створка/движущийся человек) Operation process (e.g., sash/human subject movement) □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Экспериментальный процесс Experimental process Внутренние помехи (напр. Большое количество крупных приборов) Inside clutter (e.g., multiple large instruments) □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
характер выброса загрязняющих веществ (например, распыление опасных материалов, испарение растворителя) contaminants emission character (e.g., hazardous materials dispensing, solvent evaporation) □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
тепловая нагрузка (т. е. тепловая нагрузка внутри вытяжных шкафов) thermal challenge (i.e., thermal load inside of fume hoods) □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
TPM вентиляторов и клапанов TPM of blowers and valves □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
t Обязательные вопросы, на которые должны ответить участники опроса
$ Процент веса (степень принадлежности) в трех категориях для каждого влиятельного фактора
Продолжение таблицы 1. Анкета предварительного обследования для определения приоритетности факторов, влияющих на эффективность работы составляющих вытяжных шкафов
Continuation of the table 1. Preliminary Survey Questionnaire for Prioritization of Influential Factors on Fume Hood Containment Performance
Измерение фронтальной скорости Face velocity measurement □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Методики оценки эффективности составляющих вытяжки Methodologies Визуализация дыма Smoke visualization □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Визуализация с помощью лазера или ультрафиолетовой флуоресценции Laser-assisted or ultraviolet-fluorescence based visualization □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
for hood containment performance Испытания индикаторного газа Tracer gas testing □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?) □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
evaluation CFD Моделирование с помощью вычислительной гидрогазодинамики CFD modelling □критический 90%? □ critical (90%?) □ важный 50%? □ important (50%?), □ минимальный 10%? □ minor (10%?)
Потенциальные возможности 1. взаимосвязь между объемом выхлопа и скоростью образования или концентрацией загрязняющих веществ (пример) interlock between exhaust volume and contaminant generation rate or concentration (example)
улучшения безопасного применения вытяжных 2. Снижение аэродинамического шума (пример) aerodynamically-generated noise abatement (example)
3.......
шкафов potential improvement opportunities of fume hood safe application 4.
ры выявил взаимосвязь между различными влиятельными факторами и эффективностью сдерживания вытяжных шкафов (как в качественном, так и в количественном отношении), но нам пока еще не известны какие-либо исследования, применяющие систематическую стратегию и оптимизированный подход к оценке эффективности деталей вытяжных шкафов. Соответственно, благодаря всестороннему обзору литературы, конкретная цель и вклад этого исследования заключается в разработке практического метода для определения приоритетности критических факторов, влияющих на эффективность деталей вытяжных шкафов, и использования оптимизированной методологии для проведения статистического анализа оценки эффективности деталей вытяжных шкафов.
Систематическая стратегия и оптимизированный подход к оценке производительности вытяжных шкафов
Приоритетные факторы, влияющие на эффективность работы деталей вытяжных шкафов
Во-первых, критически важные факторы,
containment performance need to be prioritized because there are various factors in the real applications. In order to facilitate the process of prioritization, a comprehensive survey questionnaire was constructed and delivered to representative fume hood end-users from both research institutes and industrial companies. The specific items in the questionnaire are exemplified in Table 1 with four main columns: (1) history information regarding the application of fume hoods; (2) multiple influential factors of challenging conditions and working behaviors with different weight; (3) approaches for fume hood containment performance evaluation; and (4) potential opportunities of hood containment performance improvement. Thanks to the active participation of respondents, the feedback rate is satisfactory (75%). The information collected from the questionnaire survey is utilized to select critical influential factors and the best available methodology for hood containment performance evaluation in the following sections.
The selectivity (S) of each influential factor
влияющие на эффективность работы составляющего оборудования вытяжных шкафов, должны быть расставлены по приоритетам, поскольку в реальных условиях существуют различные факторы. Чтобы облегчить процесс определения приоритетов, репрезентативным конечным пользователям вытяжных шкафов из научно-исследовательских институтов и промышленных компаний была разослан составленный комплексный опросник. Конкретные пункты опросника представлены в таблице 1, состоящей из четырех основных столбцов: (1) информация об истории применения вытяжных шкафов; (2) несколько важных факторов сложных условий и рабочего поведения с разным весом; (3) подходы к оценке эффективности составляющих деталей вытяжных шкафов; и (4) потенциальные возможности улучшения характеристик составных деталей вытяжки. Благодаря активному участию респондентов уровень обратной связи удовлетворительный (75%). Информация, собранная в ходе анкетного опроса, используется для выбора критически важных факторов и наилучшей доступной методологии для оценки эффективности деталей вытяжного шкафа в следующих разделах. Селективность (5) каждого важного фактора определяли по следующему уравнению 10]:
was determined by the following equation [10]:
Sj -W;5>.-Ws2>s-W>£>',, j = 1, 2.....10
(1)
VjJni + WjYnj+w3y n,, J = 1,2.....10
(1)
где: дг q2 q3 - количество анкет, собранных по трем степеням принадлежности соответственно; 5. — избирательность каждого важного фактора в опроснике; w2, w3 - процент весомости (степень принадлежности) в трех категориях (90%, 50% и 10% соответственно) для каждого важного фактора в таблице 1; а п1, п2, п3 — сумма важных факторов, выбранных участниками опроса по трем степеням принадлежности для каждого важного фактора. Следуя алгоритму в приведенном выше уравнении, определены пять основных важных влияющих факторов: характер выбросов загрязняющих веществ (58 = 33,9), тепловая нагрузка (59 = 31,9), внутренние помехи (57 = 31,5), ТРМ нагнетателей и клапанов (510 = 31.1) и процесс работы (56= 30.7). После этого была реализована выборочная комплексная оценка ^СЕ), чтобы еще больше упорядочить группу важных факторов и, наконец, оптимизировать процесс оценки эффективности деталей вытяжных шкафов. Подробный процесс FCE включает в себя:
Шаг 1, был определен нечеткий набор предварительных влияющих факторов, таких,
where: q,, q2, q3, the number of questionnaires collected in three membership degrees, respectively; S, the selectivity of each influential factor in the questionnaire; w, w2, w3, the percentage of weight (membership degree) in three categories (90%, 50% and 10%, respectively) for each influential factor in Table 1; and nr n2, n3, the sum of influential factors selected by survey participants under three membership degrees for each influential factor. Following the algorithm in the equation above, the top five important influential factors are identified as contaminants emission character (S8= 33.9), thermal challenge (S9= 31.9), inside clutter (S7= 31.5), TPM of blowers and valves (S10=31.1) and operation process (S6= 30.7). The fuzzy comprehensive evaluation (FCE) was implemented thereafter in order to further streamline the group of influential factors and finally optimize the process of fume hood containment performance assessment. The detailed FCE process includes:
Step 1, the fuzzy set of preliminary influential factors was determined as X = {.x, x2, x3, x, x} = {thermal challenge, inside clutter, contaminants emission character, operation process, TPM of blowers and valves}.
Step 2, the evaluation set of preliminary influential factors was proposed based on economic affordability and technological feasibility. [48] Thus, the evaluation set was defined as U= {u,, u2, u3, u4, u} = {experimental complexity, financial cost, environmental footprint, computational complexity, impact quantifiability}.
Step 3, the weight vectors of each element in the evaluation set were derived from professional judgement and panel discussion as A= {a, a2, a3, a4,
a} = {0.25, 0.2, 0.2, 0.1, 0.25}.
Step 4, determination of the integrated selectivity set is a relatively straightforward, V= {v, v} = {good, poor}. Subsequently, fuzzy matrices of the integrated selectivity for each influential factor
0.7 0.3 OS 0.2 0.4 0.6 0.1 0.9 0.4 0.6
0.9 0.1 1 0 0 1 0.2 O.S 0.4 0.6
1 0 R, = 1 0 0.2 OS I4 = 1 0 R, = 0.9 0.1
0.4 0.6 0.4 0.6 O.S 0.2 0.1 0.9 0.1 0.9
1 0 1 0 0.9 0.1 0.1 0.9 0.1 0.9
как X = {хг х2, х3, х4, х5} = {тепловая нагрузка, внутренние помехи, характер выброса загрязняющих веществ, технологический процесс, ТРМ нагнетателей и клапанов}.
Шаг 2, был предложен оценочный набор предварительных важных факторов, основанный на экономической доступности и технологической осуществимости. [48] Таким образом, оценочный набор был определен как и = {и1, и2, и3, и4, и5} = {экспериментальная сложность, финансовые затраты, воздействие на окружающую среду, вычислительная сложность, количественная оценка воздействия}.
Шаг 3, весовые векторы каждого элемента в оценочном наборе были получены на основе профессионального суждения и группового обсуждения, при том, что А = {ар а2, а,, а4, а5} = {0,25, 0,2, 0,2, 0,1, 0,25}.
Шаг 4, определение интегрированного набора селективности является относительно простым, V = {у1 , у2} = {хорошо, плохо}. Соответственно, были разработаны нечеткие матрицы интегральной селективности по каждому важному фактору:
Шаг 5, для нечеткой композиции и преобразования был выбран г.педневзвешенный со-
■ я М ( ■ £ I -
ставной оператор М , который мог бы
интегрировать весовой коэффициент с нечеткой взаимосвязью и должным образом учитывать интерактивный эффект нескольких важных факторов. Вектор нечеткой комплексной оценки для каждого важного фактора рассчитывался соответственно на основе уравнения (2) ниже:
'0.7 0.3 0.S 0.2 0.4 0.6 0.1 0.9 0.4 0.6
0.9 0.1 1 0 0 1 0.2 0.8 0.4 0.6
1 0 R, = 1 0 Jt,= 0.2 OS I4 = 1 0 R, = 0.9 0.1
0.4 0.6 0.4 0.6 O.S 0.2 0.1 0.9 0.1 0.9
1 0 1 0 0.9 0.1 0.1 0.9 0.1 0.9
(2)
где п = 1, 2, 3, 4, 5, соответствует пяти основным предварительно важным факторам, выбранным из анкетного опроса.
Таким образом, что касается тепловой задачи,
аналогично, векторы нечеткой комплексной оценки для других факторов (внутренние помехи, характер выброса загрязняющих веществ,
Step 5, the weight averaged composite operator M(.,ei was selected for fuzzy composition and transformation, which could integrate weight coefficient with fuzzy relationship, and address the interactive effect of multiple influential factors properly. The vector of fuzzy comprehensive evaluation for each influential factor was calculated respectively based on the equation (2) below:
(2)
where n= 1, 2, 3, 4, 5, represents for the top five preliminary influential factors screened out from the questionnaire survey.
In this way, as for the thermal challenge,
likewise, the vectors of fuzzy comprehensive evaluation for the other factors (inside clutter, contaminants emission character, operation process, TPM of blowers and valves) are calculated as below, respectively.
73
процесс работы, ТРМ нагнетателей и клапанов) рассчитываются следующим образом соответственно.
В конечном счете, три влиятельных фактора с более высоким нечетким членством (тепловая нагрузка 85%, внутренние помехи 89%, характер выброса загрязняющих веществ 49%) были дополнительно идентифицированы как оптимизированные объекты тестирования при оценке эффективности деталей вытяжных шкафов.
Оптимизация методики оценки эффективности составляющих вытяжных шкафов
По сути, методологии оценки эффективности составляющих вытяжных шкафов делятся на две категории, а именно численное моделирование и физические испытания. В то время как CFD-моделирование, описанное в нескольких исследованиях [28, 46, 47], является типичным примером первой методологии, последняя включает исследование, проведенное Ahn et al. [49], которые предложили новый экспериментальный метод для изучения возможности использования диоксида углерода в качестве замены традиционного индикатора для проверки эффективности деталей вытяжки. Хотя в ближней и дальней зоне будут наблюдаться (значительные) градиенты концентрации и неоднородности, предыдущие исследования показали, что концентрации загрязняющих веществ, предсказанные моделью ближней/дальней зоны (NF/FF), могут быть достаточно точными в пределах фактора в полтора-два раза больше истинного. [50-53]. Недавно Гансер и Хьюитт дополнительно изучили возможность расширения модели NF/FF на реальные приложения, кото-
Ultimately, three influential factors with higher fuzzy membership (thermal challenge 85%, inside clutter 89%, contaminants emission character 49%) were identified further as optimized testing objects in fume hood containment performance evaluation.
Optimization of the methodology for fume
hood containment performance evaluation
Basically, methodologies for fume hood containment performance evaluation fall into two categories, namely numerical simulation and physical testing. While CFD modelling reported in several studies [28, 46, 47] are the typical example of the former methodology, the latter includes the research conducted by Ahn et al. [49] who proposed a novel experimental method to explore the feasibility of using carbon dioxide as a replacement of the traditional tracer to test the hood containment performance.
Although there will be (remarkable) concentration gradients and irregularities in both the near and far field, previous investigations have reported that the contaminant concentrations predicted by the near-field/far-field (NF/FF) model can be reasonably accurate within a factor of half to two times the true value. [50-53]. Recently, Ganser and Hewett further explored the opportunity in the extension of the NF/FF model to real applications, which involves recirculation of general exhaust ventilation (GEV), various forms of local exhaust ventilation (LEV), as well as their combinations. This improvement greatly simplifies the performance evaluation process of the fume hood, a typical type of LEV in the laboratory. Notwithstanding the advancement of these new models, it is critically important to know how to interpret the results especially to the general public who are concerned with the actual capture effectiveness of contaminants for their fume hoods. Similarly, the Exposure Control Efficacy Library (ECEL) proposed by Fransman et al. was the first comprehensive attempt to collate and analyze the capture efficacy of different types of ventilation strategies (Enclosure, LEV, Specialized ventilation, etc.). Nevertheless, the ECEL still needs to be supplemented with professional view, preferably in a formal expert elicitation procedure. [54] Thus, adoption of the optimized approach for fume hood performance evaluation is highly warranted. Following the procedure of selecting
рые включают рециркуляцию общей вытяжной вентиляции (GEV), различные формы местной вытяжной вентиляции (LEV), а также их комбинации. Это усовершенствование значительно упрощает процесс оценки производительности вытяжного шкафа, типичного типа LEV в лаборатории. Несмотря на продвижение этих новых моделей, крайне важно знать, как интерпретировать результаты, особенно для широкой публики, которая обеспокоена фактической эффективностью улавливания загрязняющих веществ для своих вытяжных шкафов. Точно так же Библиотека эффективности контроля воздействия (ECEL), предложенная Fransman et al. была первой всесторонней попыткой сопоставить и проанализировать эффективность захвата различных типов стратегий вентиляции (закрытие, LEV, специализированная вентиляция и т. д.). Тем не менее, ECEL по-прежнему нуждается в дополнении профессиональным мнением, предпочтительно в рамках формальной процедуры получения экспертных сведений. [54] Таким образом, принятие оптимизированного подхода к оценке производительности вытяжных шкафов весьма оправдано. Следуя процедуре выбора критически важных факторов, определяется наилучшая доступная методология оценки эффективности составляющих вытяжки, как показано ниже. S'= {S'1, S'2, S',, S', S'} = {Измерение лобовой скорости, визуализация дыма, визуализация с помощью лазера или ультрафиолетовой флуоресценции, тестирование индикаторного газа, моделирование CFD}, селективность каждого метода в опроснике представлена так:
S'1= 0.9x36+0.5x3+0.1x0= 33.9;
S'2= 0.9x24+0.5x10+0.1x5= 27.1;
S'3= 0.9x10+0.5x15+0.1x14= 17.9;
S'4= 0.9x35+0.5x4+0.1x0= 33.5;
S'5=0.9x25+0.5x10+0.1x4= 27.9;
5
critical influential factors, the best available methodology for hood containment performance evaluation is determined as below.
S'= {S'1, S'2, S3 S'4, S'} = {Face velocity measurement, Smoke visualization, Laser-assisted or ultraviolet-fluorescence based visualization, Tracer gas testing, CFD modelling}, the selectivity of each method in the questionnaire is:
S' = 0.9x36+0.5x3+0.1x0= 33.9; S'2= 0.9x24+0.5x10+0.1x5= 27.1; S'3= 0.9x10+0.5x15+0.1x14= 17.9; S'4= 0.9x35+0.5x4+0.1x0= 33.5; S'5=0.9x25+0.5x10+0.1x4= 27.9;
5
Through this attribute-weight analysis, face velocity measurement with tracer gas testing is selected as the optimal approach for fume hood performance evaluation in the next step.
Analysis of the Impact from Prioritized Influential Factors on the Robustness
of Face Velocity for Fume Hood Containment Performance Evaluation
Measurement and characterization of the face velocity under the influence of prioritized factors above (namely the thermal load, small and large inside clutter, tracer gas emission character) could demonstrate a detailed profile of the fume hood containment performance in the as-used condition, and further guide root cause investigation (RCI) of hood containment failure. [55] In this section,
Благодаря этому атрибутивно-весовому анализу измерение фронтальной скорости с испытанием индикаторным газом было выбрано в качестве оптимального подхода для оценки эффективности вытяжных шкафов на следующем этапе.
Анализ влияния приоритетных важных факторов на устойчивость фронтальной скорости для оценки эффективности составляющих вытяжных шкафов
Измерение и характеристика фронтальной скорости под влиянием указанных выше
4х / ч -г / ч Ч' / ч / ч / ч
\ 6 / V X ч Ч' / ч X ч X ч Nr / ч
чг / \ / ч хг / ч У ч чг / ч
Рисунок 1. Схема виртуальной сетки для отбора
проб на створке вытяжного шкафа Figure 1 Design of a virtual sampling grid at the sash opening of the fume hood
Таблица 2. Демонстрация переменных и условий тестирования Table 2. Demonstration of the testing variables and conditions
Состояние створки Sash Status Внутренние про-мехи Inside Clutter Термальная нагрузка Thermal Load Характер эмиссии индикаторного газа Tracer Gas Emission Character
Полуоткрыта Маленькие Small Без термальной нагрузки w/o thermal challenge 4 л/мин 4 Lpm
Half open 100 °C на поверхности термостатических нагревателей 100°C @ the surface of the thermostatic heaters 4 л/мин 4 Lpm
200 °C на поверхности термостатических нагревателей 200°C @ the surface of the thermostatic heaters 4 л/мин 4 Lpm
200 °C на поверхности термостатических нагревателей 200°C @ the surface of the thermostatic heaters 8 л/мин 8 Lpm
Большие Large Без термальной нагрузки w/o thermal challenge 4 л/мин 4 Lpm
100°C на поверхности термостатических нагревателей 100°C @ the surface of the thermostatic heaters 4 л/мин 4 Lpm
200 °C на поверхности термостатических нагревателей 200°C @ the surface of the thermostatic heaters 4 л/мин 4 Lpm
200 °C на поверхности термостатических нагревателей 200°C @ the surface of the thermostatic heaters 8 л/мин 8 Lpm
приоритетных факторов (а именно, тепловая нагрузка, малые и большие внутренние помехи, характер выброса индикаторного газа) могут продемонстрировать подробный профиль характеристик составляющих вытяжного шкафа в штатных условиях, а также стать руководством по расследованию основной причины ^С1) отказа составляющих вытяжки. [55] На этом участке было проведено комплексное измерение фронтальной скорости вместе с испытанием на содержание индикаторного газа. Влияние воздействующих факторов на фронтальную скорость вытяжного шкафа охарактеризовано средними и вариационными значениями, а также корреляцией с результатами теста на содержание газа-трассера.
Инструмент и процесс тестирования
Сетка для отбора проб фронтальной скорости снаружи вытяжки была разработана в соответствии со стандартом ASHRAE 110-2016
the comprehensive face velocity measurement, together with tracer gas containment test was conducted. The impact from influential factors on the fume hood face velocity was characterized in terms of the average and variation values, as well as the correlation with tracer gas containment test results.
Testing instrument and process
A face velocity sampling grid exterior to the hood opening was designed per ASHRAE standard 110-2016 [9] (refer to Figure 1) and the airflow velocity at the center of each grid box perpendicular to the sash was recorded using a calibrated hot wire anemometer (TSI, VelociCalc 9545) mounted on a moveable stand. One potable electron capture detector (D-Industrial Technology Inc., Q200)
[9] (см. рис. 1), а скорость воздушного потока в центре каждой ячейки сетки, перпендикулярной створке, регистрировалась с помощью калиброванного анемометра с термоанемометром. (TSI, VelociCalc 9545) на подвижной подставке. Один переносной детектор захвата электронов (D-Industrial Technology Inc., Q200) и два ГХ (газовый хроматограф-разрядно-ионизацион-ный детектор, 816-0022002117-02, GOW-MAC Instrument Co. Bethlehem, PA и газовый хроматограф-детектор по теплопроводности, 6890 , Agilent Technologies, Санта-Клара, Калифорния) использовались для получения уровней индикаторного газа в реальном времени и средневзвешенных по времени (TWA) уровней индикаторного газа соответственно.
При этом два одинаковых термостатических нагревателя (100 мм х 100 мм х 145 мм, Hanbang Electronics Co., Ltd., HP-1010) были размещены симметрично на расстоянии 50 мм от эжектора, один небольшой гофрокороб (220 мм х 160 мм х 160 мм) и один большой гофроко-роб (300 ммх70 ммх380 мм) стояли на 50 мм позади плоскости створки, представляя собой тепловую нагрузку, малую и большую внутренние помехи соответственно. Эжектор газа-трассера (диаметр 90 мм, высота 400 мм) был установлен в центре рабочего стола вытяжки. Индикатор (гексафторид серы, чистота >99,9%, The Linde Group) был использован в качестве идеального заменителя потенциального загрязнителя благодаря его высокой плотности, сильной специфичности и химической стабильности Таблица 2 содержит более подробную информацию о переменных и условиях процесса тестирования.
Двадцать показаний скорости были зарегистрированы анемометром и сняты со скоростью один в секунду. Повторяя эту процедуру в каждой сетке слева направо и сверху вниз, исследовали весь проем створки. Среднее значение 20 показаний для каждой сетки затем рассчитывалось как ее зональная скорость соответственно. Сценарии испытаний включают различные внутренние помехи (маленькие и большие), тепловые нагрузки (без теплового воздействия, 100 °C и 200 °C) и характеристики выбросов индикаторных газов (4 л/мин и 8 л/мин). Концентрации индикаторных газов в реальном времени в центре нижней части створки непрерывно контролировались при тех же условиях испытания фронтальной скорости. Кроме того, несколько проб воздуха были собраны в одном и том же месте с помощью тефлоновых пакетов SKC с насосами для отбора проб Casella Apex2 и проанализиро-
and two GC (Gas Chromatograph-Discharge Ionization Detector, 816-0022002117-02, GOW-MAC Instrument Co. Bethlehem, PA and Gas Chromatograph-Thermal Conductivity Detector, 6890, Agilent Technologies, Santa Clara, CA) were used to acquire real-time levels and Time-Weighted Average (TWA) levels of the tracer, respectively. Meanwhile, two identical thermostatic heaters (100 mmx100 mmx145 mm, Hanbang Electronics Co., Ltd., HP-1010) were placed 50mm away from the ejector bilaterally in symmetry, one small corrugated box (220 mmx160 mmx160 mm) and one large corrugated box (300 mmx70 mmx380 mm) stood 50 mm behind the sash plane, representing the thermal load, small and large inside clutter respectively. The tracer gas ejector (Diameter 90 mm, Height 400 mm) was constructed at the center of the hood desktop. The tracer (sulfur hexafluoride, >99.9% pure, The Linde Group) was used as an ideal surrogate for the potential contaminant thanks to its heavy density, strong specificity, and chemical stability. Table 2 provides more details of variables and conditions of the testing process.
Twenty velocity readings were recorded by the anemometer and taken at the rate of one per second. By repeating this procedure in each grid with the sequence of left to right and top to down, the entire sash opening was investigated. The average of the 20 readings for each grid was then calculated as its zone velocity respectively. The testing scenarios include different inside clutters (small and large), thermal loads (no thermal challenge, 100 °C and 200 °C) and tracer gas emission characters (4 Lpm and 8 Lpm). Real-time tracer concentrations at the bottom center of the sash were continuously monitored under the same condition of the face velocity test. Furthermore, multiple air samples were collected at the same place using SKC Teflon sample bags with Casella Apex2 sampling pumps, and analyzed through gas chromatograph in an accredited third-party laboratory.
Characterization of the face velocity and distribution of the tracer concentration
There is merely a minor and slow decrease of the average face velocity with the increasing of the thermal load regardless of the size of the inside clutter, leading to the maximum difference of 0.07m/s and a minimum difference of 0.01m/s. Accordingly,
ваны с помощью газового хроматографа в аккредитованной сторонней лаборатории.
Характеристика фронтальной скорости и распределение концентрации индикаторного газа
Существует лишь незначительное и медленное уменьшение средней фронтальной скорости с увеличением тепловой нагрузки независимо от размера внутренних помех, что приводит к максимальной разнице 0,07 м/с и минимальной разнице 0,01 м/с. Соответственно концентрации утечки индикаторного газа под влиянием малых помех и разного уровня тепловых нагрузок постоянно ниже предела обнаружения гексаф-торида серы (10 частей на миллиард) или контрольного уровня (0,1 частей на миллион), что свидетельствует о незначительном воздействии тепловой нагрузки. Даже при наличии комбинированного эффекта больших помех и тепловой нагрузки максимальное увеличение утечки индикаторного газа из-за увеличения тепловой нагрузки все еще незначительно (0,16 частей на миллион). Кроме того, фронтальные скорости в верхнем и среднем рядах (точки 1~5 и 6~10 соответственно) относительно близки друг к другу, и все они выше, чем в нижнем ряду. Следует отметить, что фронтальная скорость в точке 10 и точках 12/13/14 всегда является самым высоким и самым низким значением (значениями) соответственно во всех сценариях. Это явление можно объяснить отрывом пограничного слоя у порога и эффектом блокировки от внутренних помех. Аналогичный профиль фронтальной скорости можно наблюдать в каждом ряду. Значения фронтальной скорости в среднем ряду (точки 6 и 7) всегда самые высокие, тогда как фронтальные скорости в точках 8 и 13 при различной тепловой нагрузке и скорости выброса индикаторного газа самые низкие. Эффект блокировки от больших внутренних помех, как правило, более заметен, чем от малых, из-за чего фронтальная скорость резко падает до 0,13 м/с с вариацией 69%, заметно отклоняясь от фона и предполагаемой максимальной вариации (7и 15% соответственно). [9] Соответствующие концентрации индикаторного газа в центре нижней части створки при различных условиях (от 0,2 до 19,3 ррт) чрезвычайно высоки, даже при низкой скорости выброса индикаторного газа и без какой-либо тепловой нагрузки. Эта большая утечка предупреждает ученых о том, что неправильное размещение крупных инструментов внутри вытяжки может поставить под угрозу стабильность воздушного
the tracer gas leakage concentrations under the influence of the small clutter and different level of thermal loads are constantly below the LoD of sulfur hexafluoride (10 ppb) or the control level (0.1 ppm), indicating the minor impact from the thermal load. Even when there is a combined effect of large clutter and thermal challenge, the maximum increment of tracer gas leakage due to increased thermal load is still negligible (0.16 ppm). In addition, the face velocities in the upper and middle rows (point 1~5 and 6~10 respectively) are relatively close to each other, all of which are higher than those in the bottom row. It is noteworthy that the face velocity at point 10 and points 12/13/14 are always the highest and lowest value(s) respectively in all scenarios. This phenomenon might be explained by boundary layer separation at the doorsill and the blockage effect from the inside clutter. A similar profile of the face velocity in each row can be observed. The face velocity values in the middle row (points 6 and 7) are always the highest, whereas the face velocities at points 8 and 13 are the lowest with different thermal load and tracer emission rate.
The blockage effect from the large inside clutter tends to be more prominent than that from the small one, which makes the face velocity dropping dramatically to 0.13m/s with a variation of 69%, deviating remarkably from the background and suggested maximum variation (7 % and 15% respectively). [9] The corresponding tracer concentrations at the bottom center of the sash under different conditions (from 0.2 to 19.3 ppm) are extremely high, even when the tracer gas emission rate is low and without any thermal load. This large amount of leakage warns scientists that inadequate setback of large instruments inside of the hood could jeopardize the airflow stability at the hood inlet. There are some solutions could mitigate the contaminant leakage associated with the low face velocity at the bottom row area, including optimized aerodynamic design of the airfoil and baffle structures, and bracket setup to facilitate a uniform inward airflow pattern at the hood sash. [56] Finally, in contrast to the negligible impact of the small clutter, the maximum difference of average face velocity almost doubles (0.1m/s) under the influence of the large clutter. This demonstrates the dominant role of the size of the clutter in the stability of face velocity, which is highly consistent with the incredible increasing of tracer leakage (19.32 ppm vs. 0.1 ppm as the control level). [55]
потока на входе в вытяжку. Есть некоторые решения, которые могут уменьшить утечку загрязняющих веществ, связанную с низкой скоростью движения в области нижнего ряда, в том числе оптимизированный аэродинамический дизайн конструкции аэродинамического профиля и перегородки, а также установка кронштейнов для обеспечения равномерного направления потока воздуха на створку вытяжки. [56] Наконец, в отличие от незначительного влияния малых помех, максимальная разница средних фронтальных скоростей под влиянием больших помех почти удваивается (0,1 м/с). Это демонстрирует доминирующую роль размера помехи в стабильности фронтальной скорости, что хорошо согласуется с невероятным увеличением утечки индикаторного газа (19,32 ррт против 0,1 ррт в качестве контрольного уровня). [55]
Выводы, рекомендации и будущая работа
В этом исследовании описывается систематическая стратегия и оптимизированная методология проведения оценки эффективности герметизации вытяжных шкафов, включая выделение критически важных факторов, влияющих на производительность вытяжки, оптимизацию методологий оценки эффективности и статистический анализ влияния приоритетных факторов на эффективность работы составляющих вытяжного шкафа. Во-первых, с помощью анкетного опроса и нечеткой комплексной оценки были определены три влиятельных фактора с относительно сильной нечеткой принадлежностью для дальнейшей оценки их воздействия, а именно тепловая нагрузка, характер внутренних помех и выброс загрязняющих веществ (степень принадлежности 85%, 89% и 49% соответственно). Дальнейшее внедрение атрибутивно-весового анализа рекомендует, чтобы измерение фронтальной скорости с испытанием индикаторным газом было наилучшим подходом для оценки эффективности вытяжных шкафов. Наконец, с использованием этих оптимизированных методов была исследована устойчивость скорости потока и уровня утечки загрязняющих веществ. Результаты как физических измерений, так и испытаний на содержание индикаторного газа показывают очень ограниченное влияние тепловой нагрузки на устойчивость фронтальной скорости вытяжного шкафа. Детальное рассмотрение показывает, что разница фронтальных скоростей в верхнем и среднем рядах относительно невелика, а значения скоростей в этих двух рядах выше, чем в нижнем ряду. И наоборот, эффект
Conclusions, Recommendations and Future Work
This research describes a systematic strategy and optimized methodology to conduct fume hood containment performance evaluation, including prioritization of critical hood performance influential factors, optimization of performance evaluation methodologies and statistical analysis of the impact from prioritized factors on hood containment performance. Firstly, through questionnaire survey and fuzzy comprehensive evaluation, three influential factors with relatively strong fuzzy membership were identified for further evaluation of their impacts, namely thermal challenge, inside clutter and contaminants emission character (membership degree 85%, 89% and 49%, respectively). Further implementation of attribute-weight analysis recommends face velocity measurement with tracer gas testing is the best approach for fume hood performance evaluation. Lastly, the robustness of face velocity and leakage level of contaminants was investigated using these optimized methods. The findings in both physical measurement and tracer gas containment test show very limited impacts of the thermal load on the robustness of fume hood face velocity. Detailed examination demonstrates that the difference among face velocities in the upper and middle rows is relatively slight, while the velocity values in these two rows are higher than those in the bottom row. Conversely, the blockage effect from the large inside clutter has a critically important negative impact on the face velocity (decreasing by 24%), and this is further supported by tracer gas leakage testing (increasing by 190fold). Such significant fluctuations of the face velocity and high concentrations of leakage alerts laboratory operators that keeping adequate setback of large instruments in the hood should be mandated in order to maintain a smooth inward airflow at the hood entrance. [4]
While this study provides a systematic strategy and optimized methodology to conduct fume hood containment performance evaluation, there are some recognized challenges or limitations to be addressed in the future work. First and foremost, the number of the questionnaire samples should be increased in order to enhance the soundness of the survey and provide more useful data for fuzzy evaluation. Secondly, different types of the thermal
блокировки из-за большого внутреннего препятствия оказывает критически важное негативное влияние на фронтальную скорость (снижение на 24%), и это дополнительно подтверждается тестами на утечку индикаторного газа (увеличение в 190 раз). Столь значительные колебания фронтальной скорости и высокая концентрация утечек предупреждают операторов лаборатории о том, что для поддержания плавности потока воздуха входящего в вытяжку необходимо разрешать адекватное положение больших инструментов в вытяжке. [4] Хотя это исследование обеспечивает систематическую стратегию и оптимизированную методологию для проведения оценки эффективности составляющих вытяжных шкафов, есть некоторые признанные проблемы или ограничения, которые необходимо решить в будущей работе. В первую очередь следует увеличить количество выборок опросников, чтобы повысить надежность обследования и предоставить больше полезных данных для нечеткой оценки. Во-вторых, необходимо учитывать различные типы тепловой нагрузки (например, горелки, мешалки с подогревом и ванны) и компьютерного моделирования человека (CSP), представляющие более широкий спектр тепловых проблем, а также тепловое и аэродинамическое воздействие от присутствия человека перед вытяжкой в реальных лабораторных условиях. [6, 57] Аналогичным образом, полезно использовать больше вытяжных шкафов с различными характеристиками и марками, с помощью которых можно уменьшить ошибку отбора проб, а также устранить и в некоторой степени смягчить погрешность тестирования. [58] И последнее, но не менее важное: рекомендуется дальнейшее изучение математического моделирования воздействия химических веществ на кожу, а также взаимодействий между ототокси-кантами и шумом вытяжных шкафов, поскольку они могут быть дополнительным методом для оценки эффективности работы вытяжных шкафов. [13, 59, 60]
load (e.g., burners, heated stirrers, and baths) and a Computer Simulated Person (CSP) need to be considered, representing a broader spectrum of thermal challenges as well as the thermal and aerodynamic impact from the presence of a person in front of the hood in real laboratory environments. [6, 57] Likewise, it is beneficial to involve more fume hoods with different features and brands, through which the sampling error could be reduced and the testing bias could be addressed and mitigated to some extent. [58] Last but not least, further exploration of mathematical modelling of dermal exposure to chemicals as well as interactions between ototoxicants and fume hood noise is recommended because they could be the supplementary method for effective fume hood performance evaluation. [13, 59, 60]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Цзэн ЛК, Хуан РФ, Чэнь КК, Чанг КП. Корреляция между структурой воздушного потока и производительностью лабораторного вытяжного шкафа, Дж. Оккап. Окружающая среда. Hyg. 2006, 3(12): 694-706, DOI: 10.1080/15459620601015695.
2. Американская ассоциация промышленной гигиены. Американский национальный стандарт лабораторной вентиляции (ANSI/AIHA Z9.5-2012). Фэрфакс, Вирджиния: AIHA; 2012
3. Кейт Ф. Руководство CRC по лабораторной безопасности (5-е издание). Ратледж: Абингдон, 2000.
4. Национальный исследовательский совет Национальной академии наук. Разумные методы лабораторного обращения с химическими опасностями и управления ими, обновленная версия. The National Academies Press (NAP): Вашингтон, округ Колумбия, 2011. ISBN 978-0-309-13864-2.
80
5. Ассоциация научного оборудования и мебели. Руководство по выбору устройств контроля экспозиции и управлению ими в лабораториях (версия 3), Публикации SEFA: Гарден Сити, Нью-Йорк, 2017
6. Чэнь К., Ван УЗ., Чжан УДж. Исследование факторов, влияющих на эффективность защиты лабораторного вытяжного шкафа. Sci. Технол. Построенная окружающая среда. 2020, 26(3): 387-399. DOI: 10.1080/23744731.2019.1637192.
7. Каплан К. Дж., Кнутсон Г.В. Испытание производительности лабораторных вытяжных шкафов. Am. Ind. Hyg. Доц. J. 1982, 43: 722-737.
8. Вундер Дж. Количественная оценка вытяжного шкафа для обеспечения безопасности оператора. Хим.. Министерство здравоохранения, 2000, 7: 26-30.
9. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. Способ проверки работоспособности лабораторных вытяжных шкафов (ANSI/aShRAE 110-2016). Атланта, Джорджия: ASHRAE; 2016.
10. Чен К., Претти Дж. Выбор факторов, влияющих на эффективность защиты вытяжного шкафа, на основе анкетирования и нечеткой комплексной оценки. Химик. 2022, 93(1): 35-51.
11. Фуэнте А, Цю В, Чжан М, Се Х, Кан Ка, Кампо П, Мората ТК. Использование статистики эксцесса при оценке влияния шума и воздействия растворителей на пороги слуха работников: исследовательское исследование. J. Acoust. Soc. Am. 2018, 143(3): 1704. DOI: 10.1121/1.5028368.
12. Чен К., Ян Дж.Л., Чжан Х.Б., Чжан В.Дж. Анализ низкого уровня шума в лабораторном вытяжном шкафу. J. Chem. Свс здравоохранения. 2017, 24(1): 2-7. DOI: 10.1016/j.jchas.2016.03.002.
13. Чэнь К., Чжан Х.Б., Чжан УДж. Меры по снижению шума вытяжного шкафа. Am. Лаборатория. 2018, 50(3): 1013.
14. Ассоциация по тестированию контролируемой среды. Политика Национального совета по тестированию CETA для зарегистрированного специалиста по сертификации - Сертификация вытяжных шкафов. Олбани, Нью-Йорк: CETA; 2019.
15. Национальное бюро экологического баланса. Процедурные стандарты NEBB для тестирования производительности вытяжного шкафа. Гейтерсбург, Мэриленд: NEBB; 2009.
16. Европейский комитет по нормализации. Вытяжные шкафы Часть 2: Требования к безопасности и эксплуатационным характеристикам (EN 14175-2). Брюссель: CEN; 2003.
17. Немецкий институт нормирования. Лабораторная мебель; вытяжные шкафы; вытяжные шкафы общего назначения; типы, основные размеры, требования и испытания (DIN 12924-1). Берлин: DIN; 1991.
18. Ан К., Сьюзан У., Луис Д.Б., Майкл Э. Обзор опубликованных количественных экспериментальных исследований факторов, влияющих на производительность лабораторного вытяжного шкафа. J. Occup. Окружающая среда. Hyg. 2008, 5(11): 735-753. DOI: 10.1080/15459620802399989.
19. ACGIH. Промышленная вентиляция: Руководство по рекомендуемой практике, Публикации ACGIH: Цинциннати, Огайо, 2004.
20. Берджесс, Вашингтон, Элленбекер, М.Дж., Трейтман, Р.Д. Вентиляция для контроля рабочей среды, 2-е изд. John Wiley & Sons, Inc.: Хобокен, Нью-Джерси, 2004, стр. 220-224.
21. Кенигсберг Дж. Какова производительность вашего вытяжного шкафа? Новая оценка текущей конструкции и эксплуатации вытяжного шкафа. J. Chem. Обучающий. 1992, 69(5): 408-412. DOI: 10.1021/ed069p408.
22. Сондерс, Дж. Лабораторные вытяжные шкафы Руководство пользователя. John Wiley & Sons, Inc.: Нью-Йорк, 1993.
23. Hu PX, Ingham DB, Wen X. Влияние перегородок и байпаса с жалюзи на поток воздуха и конвективную структуру загрязняющих веществ внутри вытяжного шкафа. Am. Ind. Hyg. Доц. J. 1998, 59: 303-312.
24. Папа, Элджей. Количественный подход к надлежащей оценке лабораторного вытяжного шкафа. Воздушный англ. 1966, 5: 20-22, 25, 30.
25. Джонстон Дж. Ди, Чессин С.Дж., Чесновар Б.В., Лиллквист д-р Влияние тепловой нагрузки на производительность лабораторного вытяжного шкафа. Приложение. Захват. Окружающая среда. Hyg. 2000, 15(11): 863-868. DOI: 10.1080/10473220050175751.
26. Чессин С.Дж., Джонстон Дж.Ди. Тепловая нагрузка как причинный фактор превышения контрольного уровня лабораторного вытяжного шкафа на 0,1 промилле. Приложение. Захват. Окружающая среда. Hyg. 2002, 17(7): 512-518. DOI: 10.1080/10473220290035769.
27. Каплан К. Дж., Кнутсон Г.В. Лабораторные вытяжные шкафы: проверка производительности. ASHRAE Trans. 1978, 84 (части 1, 2): 511-521.
28. Лан Н.С., Вишванатан С. Численное моделирование воздушного потока вокруг вытяжного шкафа с переменным объемом / постоянной лицевой скоростью. Am. Ind. Hyg. Доц. J. 2001, 62: 303-312.
29. Ивани РЕ, первый MW, Диберардинис Элджей. Новый метод количественного тестирования лабораторных вытяжек в процессе эксплуатации. Am. Ind. Hyg. Доц. J. 1989, 50: 275-280.
30. Гринли П.Л., Биллингс К.Э., Диберардинис Л.Дж., Эдвардс Р.В., Баркли МЫ. Проверка лабораторных вытяжек на загрязнение в том состоянии, в котором они использовались. Приложение. Захват. Окружающая среда. Hyg. 2000, 15: 209-216.
31. Гаффи С.Е., Барнеа Н. Влияние скорости забоя, фланцев и положения манекена на эффективность вытяжки настольного шкафа при отсутствии сквозняков. Am. Ind. Hyg. Доц. J. 1994, 55: 132-139.
32. Шайлер Г Производительность вытяжных шкафов в имитируемых лабораторных условиях. ASHRAE Trans. 1990, 96: 428-434.
33. Джонсон А.Е., Флетчер Б. Влияние условий эксплуатации на герметичность вытяжного шкафа. Свс. Наука. 1996, 24(1): 51-60.
34. Хардвик Т. Исследование того, как движение створок влияет на производительность вытяжного шкафа. ASHRAE Trans. 1997, 103: 845-850.
35. Каплан К. Дж., Кнутсон Г.В. Влияние загрязнения воздуха в помещении на эффективность лабораторных вытяжных шкафов (RP-70). Перевод АШРАЭ, 1977, 83 (часть 1).
36. Флетчер Б., Джонсон А^. Испытание герметичности вытяжного шкафа — II. Измерения в испытательной комнате. Энн. Захват. Hyg. 1992, 36(4): 395-405.
37. Шмидт С. Заполнение пробелов: новый инструмент для прогнозирования химических путей от производства до воздействия. Перспектива охраны окружающей среды. 2022, 130(2): 024002. DOI: 10.1289/EHP10756.
38. Эгеги П.П., Шелдон Л.С., Айзекс К.К., Озкайнак Х., Голдсмит M., Вамбо Дж.Ф. и др. Наука о вычислительном воздействии: развивающаяся дисциплина для поддержки оценки рисков 21 века. Перспектива охраны окружающей среды. 2016, 124(6): 697-702. DOI: 10.1289/ehp.1509748.
39. Дерст Ф., Перейра Дж.Ф. Экспериментальные и численные исследования производительности вытяжных шкафов. Строить. Окружающая среда. 1991, 26(2): 153-164. DOI: 10.1016/0360-1323(91)90022-4.
40. Флетчер Б., Джонсон А^. Тестирование герметичности вытяжных шкафов- I методы. Энн. Захват. Hyg. 1992, 36(3): 239-252. DOI: 10.1093/annhyg/36.3.239.
41. Hu Px, Ingham DB, Wen X. Влияние расположения вытяжного канала, внешнего препятствия и ручки на поток воздуха внутри вытяжного шкафа и вокруг него. Энн. Захват. Hyg. 1996, 40(2): 127-144. DOI: 10.1016/0003-4878(95)00071-2.
42. . Mикeлe П., Алессио С. Численный метод для эффективного проектирования свободно открывающихся вытяжек в промышленном и бытовом применении. Энергия, 2014, 74: 484-493. DOI: 10.1016/j.energy.2014.07.014.
43. Сэм КИ, Ли Ш., Бан Ж. Mодeлиpованиe вычислительной гидродинамики (CFD) по эффекту вытяжки дыма. J. Chem. Свс здравоохранения. 2019, 26(6): 20-31. DOI: 10.1016/j.jchas.2019.04.004.
44. Славомир П., Петр К., Mихал П. Экспериментальный и численный анализ расхода и оптимизация конструкции вытяжного шкафа с использованием метода CFD. Chem. Eng. Res. Des. 2018, 132: 627-643. DOI: 10.1016/j. cherd.2018.02.011.
45. Колесников А, Райан Р., Уолтерс Д.Б. Использование CFD для проектирования систем защитной оболочки для работы с опасными материалами. Хим.. Свс здравоохранения. 2003, 10(2): 17-20. DOI: 10.1016/S1074-9098(02)00456-2.
46. Флинн MИСТEP, Силлс ЭД. Об использовании вычислительной гидродинамики в прогнозировании и контроле воздействия загрязняющих веществ, находящихся в воздухе — иллюстрация с использованием аэрозольной живописи. Энн. Захват. Hyg. 2000, 44(3): 191-202. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00091-5.
47. Николсон Г.П., Кларк Р.П., Кальцина-Гофф M^. Вычислительная гидродинамика как метод оценки производительности вытяжного шкафа. Энн. Захват. Hyg. 2000, 44(3): 203-217. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00086-1.
48. Чэнь Л.К., Чжан П., Mа Дж.Л., Ван Кл. Нечеткая интегративная оценка рисков для нефте- и газопроводов. Натуральный. Газовый Инд. 2003, 23(2): 117-119.
49. Ан К., Элленбекер M.,E^., Воски-старший, Диберардинис Л.Дж. Новый количественный метод тестирования производительности используемых лабораторных химических вытяжных шкафов. J. Chem. Свс здравоохранения. 2016, 23(4): 32-37. DOI: 10.1016/j.jchas.2015.10.021.
50. Гансер Г.Х., Хьюитт П. Mодeли почти на все случаи жизни: Часть II - Две коробочные модели, Дж. Окружающая среда. Hyg. 2017, 14(1): 58-71. DOI: 10.1080/15459624.2016.1213393
51. Джейджок, Mассачусeтс, Армстронг Т., Тейлор M. Стандарт Дауберта применительно к моделированию оценки воздействия с использованием двухзонной (NF/FF) модели оценки концентрации воздуха в зоне дыхания в помещении в качестве примера. J. Occup. Окружающая среда. Здоровье. 2011, 8: D114-D122.
52. Никас M. Mодeль ближнего поля/дальнего поля (Двухкамерная) с постоянной скоростью выброса загрязняющих веществ. В "Mатeматичeских моделях для оценки профессионального воздействия химических веществ" К.Б. Кейл, К.Э. Симмонс, Т.Р. Энтони (ред.). Фэрфакс, Вирджиния: Американская ассоциация промышленной гигиены, 2009. Глава 6.
53. Чен К., Mаpтин Л.Ф. Правильный выбор и применение математических моделей для оценки профессионального воздействия химических веществ. Химик. 2021, 92(1): 95-107.
54. Франсман У., Шинкель Дж., Meйстep Т, Хеммен Дж.В., Тилеманс E, Геде Х. Разработка и оценка библиотеки эффективности контроля воздействия (ECEL). Ann. Захват. Hyg. 2008, 52(7): 567-575. DOI: 10.1093/annhyg/ men054.
55. Чен К. Факторы, влияющие на скорость забоя для защиты вытяжного шкафа. ЭШ^Й Дж. 2022, 64(6): 30-40.
56. Тингтинг В, Донг Л, Eн К, Йонгли В, Инцзюнь П. Сравнительный анализ и экспериментальная проверка методов контроля торцевой скорости вытяжных шкафов в лабораториях. Создайте энергетическую среду. 2013, 32(2): 15-19. DOI: 10.3969/j.issn.1003-0344.2013.02.005. Tseng LC, Huang RF, Chen CC, Chang CP. Correlation Between Airflow Patterns and Performance of a Laboratory Fume Hood, J. Occup. Environ. Hyg. 2006, 3(12): 694-706, DOI: 10.1080/15459620601015695.
57. Mотоp, Ито К. Влияние тепловыделения и использования экспериментальных приборов в вытяжном шкафу на эффективность улавливания загрязняющих веществ. Jpn Archit Rev. 2022, 5(4): 702-713. https://doi. org/10.1002/2475-8876.12300
58. Ян С, Донг Л, Тонг тонг В, Кан В, Синьлин У Требования к торцевой скорости вытяжных шкафов и их тестирование в лабораториях. Высокое напряжение и переменный ток. 2012, 42(8): 84-88. DOI: 10.3969/j.issn.1002-8501.2012.08.018.
59. Чанг Си Джей, Чен Си Джей, Лин Ч, Сун ФК. Потеря слуха у работников, подвергающихся воздействию толуола и шума. Окружающая среда. Перспектива здоровья. 2006, 114(8): 1283-1286. DOI: 10.1289/ehp.8959.
60. Чхве Ю.Х., Ким К. Потеря слуха, вызванная шумом, у корейских рабочих: совместное воздействие органических растворителей и тяжелых металлов на предприятиях по всей стране. Plos One. 2014, 9(5): e97538. DOI: 10.1371/journal.pone.0097538.
REFERENCES
1. Tseng LC, Huang RF, Chen CC, Chang CP. Correlation Between Airflow Patterns and Performance of a Laboratory Fume Hood, J. Occup. Environ. Hyg. 2006, 3(12): 694-706, DOI: 10.1080/15459620601015695.
82
2. American Industrial Hygiene Association. American National Standard Laboratory Ventilation (ANSI/AIHA Z9.5-2012). Fairfax, VA: AIHA; 2012.
3. Keith F. CRC Handbook of Laboratory Safety (5th Edition). Routledge: Abingdon, 2000.
4. National Research Council of the National Academy of Sciences. Prudent Practices in the Laboratory Handling and Management of Chemical Hazards, Updated Version. The National Academies Press (NAP): Washington, DC, 2011. ISBN 978-0-309-13864-2.
5. Scientific Equipment and Furniture Association. Guide to Selection and Management of Exposure Control Devices in Laboratories (Version 3), SEFA Publications: Garden City, NY, 2017.
6. Chen K, Wang WZ, Zhang WJ. Investigation of influential factors on laboratory fume hood containment performance. Sci. Technol. Built Environ. 2020, 26(3): 387-399. DOI: 10.1080/23744731.2019.1637192.
7. Caplan KJ, Knutson GW. A performance test for laboratory fume hoods. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 1982, 43: 722-737.
8. Wunder J. Quantitative fume hood evaluation for operator safety. Chem. Health Saf. 2000, 7: 26-30.
9. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Method of Testing Performance of Laboratory Fume Hoods (ANSI/ASHRAE 110-2016). Atlanta, GA: ASHRAE; 2016.
10. Chen K, Pretty J. Selection of Influential Factors on Fume Hood Containment Performance Based on Questionnaire Survey and Fuzzy Comprehensive Evaluation. Chemist. 2022, 93(1): 35-51.
11. Fuente A, Qiu W, Zhang M, Xie H, Kardous CA, Campo P, Morata TC. Use of the kurtosis statistic in an evaluation of the effects of noise and solvent exposures on the hearing thresholds of workers: An exploratory study. J. Acoust. Soc. Am. 2018, 143(3): 1704. DOI: 10.1121/1.5028368.
12. Chen K, Yang JL, Zhang HB, Zhang WJ. Low level noise analysis in laboratory fume hood. J. Chem. Health Saf. 2017, 24(1): 2-7. DOI: 10.1016/j.jchas.2016.03.002.
13. Chen K, Zhang HB, Zhang WJ. Measures to alleviate fume hood noise. Am. Lab. 2018, 50(3): 10-13.
14. Controlled Environment Testing Association. CETA National Board of Testing Policies for the Registered Certification Professional -Fume Hood Certification. Albany, NY: CETA; 2019.
15. National Environmental Balancing Bureau. NEBB Procedural Standards for Fume Hood Performance Testing. Gaith-ersburg, MD: NEBB; 2009.
16. Comité Européen de Normalisation. Fume cupboards Part 2: Safety and performance requirements (EN 14175-2). Brussels: CEN; 2003.
17. Deutsches Institut für Normung. Laboratory furniture; fume cupboards; general purpose fume cupboards; types, main dimensions, requirements and testing (DIN 12924-1). Berlin: DIN; 1991.
18. Ahn K, Susan W, Louis DB, Michael E. A Review of Published Quantitative Experimental Studies on Factors Affecting Laboratory Fume Hood Performance. J. Occup. Environ. Hyg. 2008, 5(11): 735-753. DOI: 10.1080/15459620802399989.
19. ACGIH. Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice, ACGIH Publications: Cincinnati, OH, 2004.
20. Burgess WA, Ellenbecker MJ, Treitman RD. Ventilation for Control of the Work Environment, 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, 2004, pp 220-224.
21. Koenigsberg J. How does your fume hood rate? New assessment of current fume hood design and operations. J. Chem. Educ. 1992, 69(5): 408-412. DOI: 10.1021/ed069p408.
22. Saunders, GT. Laboratory Fume Hoods A User's Manual. John Wiley & Sons, Inc.: NY, 1993.
23. Hu PX, Ingham DB, Wen X. Effect of baffles and a louvered bypass on the airflow and the convective patterns of contaminant inside a fume hood. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 1998, 59: 303-312.
24. Papa, LJ. A quantitative approach to proper evaluation of laboratory fume hood. Air Eng. 1966, 5: 20-22, 25, 30.
25. Johnston JD, Chessin SJ, Chesnovar bW, Lillquist DR. The effect of thermal loading on laboratory fume hood performance. Appl. Occup. Environ. Hyg. 2000, 15(11): 863-868. DOI: 10.1080/10473220050175751.
26. Chessin SJ, Johnston JD. Thermal loading as a causal factor in exceeding the 0.1 PPM laboratory fume hood control level. Appl. Occup. Environ. Hyg. 2002, 17(7): 512-518. DOI: 10.1080/10473220290035769.
27. Caplan KJ, Knutson GW. Laboratory fume hoods: A performance test. ASHRAE Trans. 1978, 84(Parts 1, 2): 511-521.
28. Lan NS, Viswanathan S. Numerical simulation of airflow around a variable volume/constant face velocity fume cupboard. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 2001, 62: 303-312.
29. Ivany RE, First mW, DiBerardinis LJ. A new method for quantitative, in-use testing of laboratory fume hoods. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 1989, 50: 275-280.
30. Greenley PL, Billings CE, DiBerardinis LJ, Edwards RW, Barkley WE. Contaminant testing of laboratory hoods in the as-used condition. Appl. Occup. Environ. Hyg. 2000, 15: 209-216.
31. Guffey SE, Barnea N. Effects of face velocity, flanges, and manikin position on the effectiveness of a benchtop enclosure hood in the absence of cross-drafts. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 1994, 55: 132-139.
32. Schuyler G. Performance of fume hoods in simulated laboratory conditions. ASHRAE Trans. 1990, 96: 428-434.
33. Johnson AE, Fletcher B. The effect of operating conditions on fume cupboard containment. Saf. Sci. 1996, 24(1): 51-60.
34. Hardwick T. A study of how sash movement affects performance of fume hood. ASHRAE Trans. 1997, 103: 845-850.
35. Caplan KJ, Knutson GW. The effect of room air challenge on the efficiency of laboratory fume hoods (RP-70). ASHRAE Trans. 1977, 83 (Part 1).
36. Fletcher B, Johnson aE. Containment testing of fume cupboard — II. Test room measurements. Ann. Occup. Hyg. 1992, 36(4): 395-405.
37. Schmidt S. Filling in the Blanks: A New Tool to Predict Chemical Pathways from Production to Exposure. Environ Health Perspect. 2022, 130(2): 024002. ^ DOI: 10.1289/EHP10756.
38. Egeghy PP, Sheldon LS, Isaacs KK, Özkaynak H, Goldsmith MR, Wambaugh JF, et al. Computational exposure science: an emerging discipline to support 21st-century risk assessment. Environ Health Perspect. 2016, 124(6): 697-702. DOI: 10.1289/ehp.1509748.
39. Durst F, Pereira JCF. Experimental and numerical investigations of the performance of fume cupboards. Build. Environ. 1991, 26(2): 153-164. DOI: 10.1016/0360-1323(91)90022-4.
40. Fletcher B, Johnson AE. Containment testing of fume cupboards- I methods. Ann. Occup. Hyg. 1992, 36(3): 239-252.
DOI: 10.1093/annhyg/36.3.239.
41. Hu PX, Ingham DB, Wen X. Effect of the location the exhaust duct, an exterior obstruction and handle on the air flow inside and around a fume hood. Ann. Occup. Hyg. 1996, 40(2): 127-144. DOI: 10.1016/0003-4878(95)00071-2.
42. Michele P, Alessio S. A numerical method for the efficient design of free opening hoods in industrial and domestic applications. Energy, 2014, 74: 484-493. DOI: 10.1016/j.energy.2014.07.014.
43. Sam KY, Lee SH, Ban ZH. Computational fluid dynamics (CFD) modelling on effect of fume extraction. J. Chem. Health Saf. 2019, 26(6): 20-31. DOI: 10.1016/j.jchas.2019.04.004.
44. Slawomir P, Piotr K, Michal P. Experimental and numerical flow analysis and design optimization of a fume hood using the CFD method. Chem. Eng. Res. Des. 2018, 132: 627-643. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.02.011.
45. Kolesnikov A, Ryan R, Walters DB. Use of CFD to design containment systems for work with hazardous materials. Chem. Health Saf. 2003, 10(2): 17-20. DOI: 10.1016/S1074-9098(02)00456-2.
46. Flynn MR, Sills ED. On the use of computational fluid dynamics in the prediction and control of exposure to airborne contaminants—An illustration using spray painting. Ann. Occup. Hyg. 2000, 44(3): 191-202. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00091-5.
47. Nichnolson GP, Clark RP, Calcina-Goff ML. Computational fluid dynamics as a method for assessing fume cupboard performance. Ann. Occup. Hyg. 2000, 44(3): 203-217. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00086-1.
48. Chen LQ, Zhang P, Ma JL, Wang CL. Fuzzy integrative assessment of oil and gas pipeline risks. Nat. Gas Ind. 2003, 23(2): 117-119.
49. Ahn K, Ellenbecker MJ, Woskie SR, DiBerardinis LJ. A new quantitative method for testing performance of in-use laboratory chemical fume hoods. J. Chem. Health Saf. 2016, 23(4): 32-37. DOI: 10.1016/j.jchas.2015.10.021.
50. Ganser Gh, Hewett P. Models for nearly every occasion: Part II - Two box models, J. Occup. Environ. Hyg. 2017, 14(1): 58-71. DOI: 10.1080/15459624.2016.1213393
51. Jayjock, MA, Armstrong T, Taylor M. The Daubert Standard as Applied to Exposure Assessment Modeling Using the Two-Zone (NF/FF) Model Estimation of Indoor Air Breathing Zone Concentration as an Example. J. Occup. Environ. Health. 2011, 8: D114-D122.
52. Nicas M. The Near Field/Far Field (Two-Box) Model with a Constant Contaminant Emission Rate. In Mathematical Models for Estimating Occupational Exposure to Chemicals, C.B. Keil, C.E. Simmons, T.R. Anthony (eds.). Fairfax, VA: American Industrial Hygiene Association, 2009. Ch. 6.
53. Chen K, Martin LF. Proper Selection and Application of Mathematical Models for Estimating Occupational Exposure to Chemicals. Chemist. 2021, 92(1): 95-107.
54. Fransman W, Schinkel J, Meijster T, Hemmen JV, Tielemans E, Goede H. Development and Evaluation of an Exposure Control Efficacy Library (ECEL). Ann. Occup. Hyg. 2008, 52(7): 567-575. DOI: 10.1093/annhyg/men054.
55. Chen K. Factors Influencing Face Velocity for Fume Hood Containment. ASHRAE J. 2022, 64(6): 30-40.
56. Tingting W, Dong L, Yong C, Yongli W, Yingjun P. Comparative Analysis and Experimental Verification of Face Velocity Testing Methods for Fume Hoods in Laboratories. Build Energy Env. 2013, 32(2): 15-19. DOI: 10.3969/j.issn.1003-0344.2013.02.005.
57. Muta R, Ito K. Impact of heat generation and use of experimental instruments in a fume hood on pollutant capture efficiency. Jpn Archit Rev. 2022, 5(4): 702-713. https://doi.org/10.1002/2475-8876.12300
58. Yong C, Dong L, Tingting W, Kang W, Xinlin W. Requirement and testing of face velocity of fume hoods in laboratories. HV&AC. 2012, 42(8): 84-88. DOI: 10.3969/j.issn.1002-8501.2012.08.018.
59. Chang SJ, Chen Cj, Lien CH, Sung FC. Hearing loss in workers exposed to toluene and noise. Environ. Health Per-spect. 2006, 114(8): 1283-1286. DOI: 10.1289/ehp.8959.
60. Choi YH, Kim K. Noise-Induced hearing loss in Korean workers: Co-Exposure to organic solvents and heavy metals in nationwide industries. Plos One. 2014, 9(5): e97538. DOI: 10.1371/journal.pone.0097538.
