高校实验室通风柜污染物泄漏原因与对策探究

庄 挺

（遵义医科大学珠海校区设备管理科，广东珠海 519041）

0 引言

在高校实验室中，实验室人员常因实验需求使用多种类型的化学品，如酸、碱、有机挥发性溶液、气体及粉体等。在操作这些化学品的过程当中，实验室人员存在暴露于危害性气体、蒸汽、熏烟或粉尘污染中的风险。因此，为降低这种暴露风险，高校实验室常通过通风柜来控制实验室环境中的空气传播污染物。

常见的通风柜是一种“包围式气罩”，利用通风柜中的抽气装置产生稳定气流，以抽离通风柜中的污染物。通风柜的内部因气体被抽离而产生负压，并造成室内空气和通风柜内空气之间气压的差异，使实验室内的空气得以流入通风柜内，进而稀释污染物，再随着通风柜的气流抽出实验室。通风柜的设置不仅能减少操作者的暴露风险，保障操作者的健康与安全，还能维护实验室的整体环境质量。

1 高校实验室通风柜的类型及特点

实验室通风柜类型众多，根据进风方式可分为：传统式、旁通式、补风式和变风量式。其中，传统式和旁通式皆为定风量型（Constant Air Volume,CAV），使用最为广泛。在实际应用中，以上4 种类型的通风柜各有特点：传统式及旁通式通风柜的初期设置成本较低，但因其抽气量固定，长期运转下对室内空气净化系统所产生的能耗较大，导致整体运转成本提高；补风式使用外气做为补气来源，能有效降低室内空气净化能耗，但未经空气净化系统过滤处理的外气可能成为污染源，造成化学品的污染及室内洁净度的破坏；变风量式通风柜可随柜门开关变化来调整抽气风量，以维持柜门面风速一致性及有效的污染物捕集能力[1]。

另外，黄荣芳等人依照流体力学观点，设计出IAC（inclined air-curtain，斜气帘式）气柜[2-3]。该气柜能较好控制流体几何结构，并在柜内形成一道下吹上吸式的倾斜空气帘幕，以此来加强防护柜内污染物的泄漏，在整体污染物的防护及捕集能力效果上优于传统式通风柜，且能源消耗部份较传统型通风柜节省40%以上，有效达到节能效果[2-4]。此外，与在高热负荷下运行的传统通风柜相比，IAC 通风柜具有优异的通风柜封闭性能，且能耗低[5]。

2 通风柜污染物泄漏原因分析

在设计良好的情况下，通风柜的运作应能有效限制、稀释及排除经由化学操作过程所释放的污染物，进而保障操作者的安全和实验室环境。但在实际操作过程中，常发现通风柜里的污染物会出现泄漏情况，主要原因可归纳为两大类。

2.1 人为因素

操作者的站立位置不同，如操作者站立在柜门前方、两侧及中间形成的涡旋型式不同，所形成的气流卷出情况各异。通风柜拉门开关的速度所造成的拖引气流也会对泄漏率产生不同的影响。柜门迅速开关或有侧流时，大量的紊流涡漩伴随喷流式气流，可明显地将柜内污染物携出至外界，而产生泄漏。操作者倾倒溶液动作时，产生的气流能让柜中污染物泄漏至操作员的呼吸区域。而操作者在通风柜内操作化学物质时，其污染物泄漏程度为没有操作者操作时的5 倍以上。除此之外，周围人员迅速通过通风柜附近时，产生的紊流也能将通风柜内的污染物卷出。

2.2 非人为因素

在没有操作者操作或无其他气流流动干扰的前提下，造成通风柜性能不佳的因素被归类为非人为因素。

2.2.1 通风柜因素

（1）通风柜的大小。通风柜在排气运作时，在其内部后侧的上端会形成旋转涡流，而通风柜本身内部的设计结构（如通风柜的大小）会影响此涡流的型态、大小和旋转方向。有研究显示，通风柜内部的流场和复杂的三维性结构（长、宽、高）有关[6]。

（2）操作窗口因素。按照操作窗口类型，通风柜可分为水平拉门式、竖直拉门式和组合拉门式3 种。有研究指出，操作窗口水平开度的大小对通风柜污染物的控制效果有较大影响，操作窗口水平开度每降低400 mm，污染物控制浓度则降低一个数量级水平[7]。另有研究则表明，竖直开度是影响通风柜污染物控制效果的最主要因素，而竖直开度与水平开度的交互作用对通风柜的污染物控制效果也有重要影响[8]。

（3）柜门因素。已有研究证明，柜门高度对气流形态产生影响，如增高柜门高度，操作者前方的低速区则会上移并接近呼吸区，从而给呼吸区污染物的控制造成难度[9]。另一方面，通风柜的排气性能和通风柜拉门开口假想平面上的平均面风速有关：柜门开口大时，降低了通风柜面风速，同时造成通风柜对污染物的捕集能力的降低；但柜门开口过小，拉门开口面风速值增加，不仅会造成无效的污染物捕集，还易产生紊流而将污染物带出通风柜。

2.2.2 污染源的挥发速度

通风柜内污染物的泄漏程度与通风柜内化学品的浓度和挥发性有一定关系[6]。由于通风柜内污染物挥发速度的增加，污染源与操作者距离的拉近，以及释放污染源高度的提高，往往在操作者呼吸区域可测量到较高的挥发性化学品泄漏浓度值。

2.2.3 安装不当和维护保养欠缺

不良的设计和安装或欠缺维护保养均能对通风柜的排气性能产生影响。例如，操作口前的障碍物会增大柜内涡流，降低通风柜性能，增加污染物泄漏的风险。通风柜风扇的选择及通风柜的功效与排气流量、系统的总静压损值等因素有关，并受到是否定期执行自动检查、风扇保养、排气系统及其组件检查的影响。

3 预防污染物泄漏的对策

3.1 加强培训、规范使用，减少人为因素

最近的研究显示，通风柜规范使用率仅53.3%[10]，尽管报道的是企业化验工人，但仍可见在实际运用过程中，通风柜的非规范性使用问题还是较为突出。因此，有必要对相关人员加强培训，强调规范使用的重要性，提升规范使用意识和技能，可引进先进的实验室5S（Seiri Seiton Seiso Setketsu Shitsuke，整理、整顿、清扫、清洁、素养）管理理念，促进相关人员职业素质的提高和实验室环境的改善[11]。

3.2 定期维护，保证通风量和风速

（1）在选择或使用实验室通风柜时，需留意通风柜拉门开口的平均风速是否能保持在理想范围。

（2）鉴于通风柜的性能受通风柜前外部障碍物的影响，应根据通风柜的特点进行合理安装和摆放，如通风柜的摆放远离进出门15 cm 以上，以减少或避免周围人员迅速通过通风柜附近时带来的气流干扰。

（3）应注意定期维护，如定期进行通风柜的自动检查、对风扇保养排气系统以及组件进行检查，以避免因机器效能不良而增加操作者吸入污染物的机会。

3.3 加强监测，进行泄漏评估

通风柜样式较多，实验过程中使用的化学品种类也较多。因此，在使用过程中，应结合通风柜的特点，及时监测实验室通风柜内各种污染物的泄漏状态，进行科学评估以提前预防。

4 小结

实验室通风柜设置的主要目的是将污染物排出实验区域，避免污染物泄漏至操作者呼吸区域。在实际运用过程中，应针对污染物泄漏的常见原因加以科学评估和规范管理，控制实验室内的空气污染，并减少排出室外对大气的污染，这不仅利于保障实验教师和学生的身体健康，对周围环境的保护也有益处。