通风柜标准性能测试实验室

发布日期:2021-08-27 来源:软旗科技 分类: 技术文章

*ICT2编者按:通风柜性能测试正逐渐被关注。通风柜性能测试是一项严谨,要求严格的流程。目前国内通风柜性能测试并没有形成规范化的市场,进入门槛低,给行业和用户带来一些困扰。ICT2公众号将推出系列文章,介绍关于通风柜性能测试的各个方面,给关注的读者,实验室用户和实验室建设者厘清何为通风柜性能测试并如何控制实验室通风工程的质量。这些系列文章将包含:1、通风柜标准性能测试实验室;2、通风柜性能测试标准方法(ASHRAE 110-2016 AM-AI-AU和EN 14175-3/4);3、通风柜性能检测的仪器和设备;4、通风柜运行原理;5、通风柜/排气系统运行常见问题;6、如何正确使用通风柜;7、实验室通风和通风柜验收标准(推荐)。

本文内容导航
 
  • 引言

  • 为什么需要通风柜标准性能测试实验室

  • ASHRAE 110-2016通风柜标准性能测试实验室要求

  • EN 14175通风柜标准性能测试实验室要求

  • ASHRAE 110-2016和EN 14175-3:2019兼容性能测试实验室的要求

  • 如何判断第三方通风柜测试实验室是否满足标准

             A、拥有符合标准要求的测试实验室

             B、拥有符合标准的测试工具

             C、拥有第三方检测资质(CMA和CNAS)

                  • 如何查询CMA资质确认

                  • 如何查询CNAS资质

 


 

引言

通风柜是实验室污染物最重要的控制设备之一,在实验室空气质量的控制起着重要的作用。通风柜制造商必须通过成功的污染物控制测试来证明其产品的有效性。评估通风柜性能是实验室污染物控制重要的环节。对高效的污染物控制设备(通常是通风柜)的需求是真正具有国际化的。大部分实验室工作人员都想拥有安全的工作环境。

 

通风柜标准性能测试实验室是通风柜研发和第三方测试必不可少的,它也让不同国家,不同厂家生产的通风柜性能数据具有可比性成为可能。

 

通风柜性能测试(型式测试或者AM测试)有严格的环境和测试硬件要求。本文将详细介绍ASHRAE 110-2016和EN 14175-3:2019两个不同方法对测试环境的要求,并给出建立通风柜标准测试实验室的一些注意事项,为有志于建设标准测试实验室的通风柜制造商或者第三方公司提供参考,也为客户选择第三方通风柜性能测试公司提供参数的依据。

 

必须强调,任何不满足标准要求的测试实验室,其测试的数据将是无效的。

 


 

为什么需要通风柜标准性能测试实验室

关于通风柜标准性能测试实验室,应该从ASHRAE 110-AM/EN 14175-3测试说起。AM测试/型式测试的目的是在完美的条件下测试通风柜的设计。通风柜是一个关于空气动力学和流体力学的产品,任何影响流体行为的条件都会对通风柜的性能产生影响。为了避免外在的因素对通风柜性能产生影响,就必须有一个标准的测试环境。

 

另外一个重要的原因是,全世界范围内,有很多制造商,为了生产的通风柜性能具有可比性,测试的条件应该是一致的。标准的测试实验室为不同国家,不同厂家生产的通风柜性能参数具有可比性成为可能。

 


 

ASHRAE 110-2016通风柜标准性能测试实验室的要求

 

ASHRAE,美国暖通,制冷和空调工程师协会,是“一个致力于通过建筑环境的可持续技术促进人类福祉的全球协会。”包括建筑系统,能源效率,室内空气质量和可持续性,涵盖从住宅和个人车辆到商用飞机的HVAC系统,当然还有科学实验室的所有系统。它的历史可以追溯到1894年,使其成为行业内标准,操作实践,研究等领域的首要来源之一。

 

ASHRAE标准110,或简称ASHRAE 110,解释了一种测试实验室通风柜性能的方法。基本上,它概述了用于确定通风柜的污染物控制能力(例如捕获和排出废气)的定量测试方法。ASHRAE 110 是目前世界上适用范围最广的通风柜测试标准。

 

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▲ASHRAE 110的最新版本是2016版

 

关于通风柜性能测试实验室(AM测试实验室)需要满足的标准条件,ASHRAE 110-2016在章节5,测试条件(5. TEST CONDITIONS)给出了详细要求:

 

5. TEST CONDITIONS

5.1 Room Ventilation

5.1.1 Field Test Requirements. Room ventilating systems, both supply and exhaust, including the fume-hood exhaust, shall be in full normal operation.

5.1.1.1 Airflow systems in the laboratory shall be properly commissioned prior to beginning the test. This includes calibration of airflow controls; calibration of automatic temperature controls; balance of supply air; completion of a duct traverse on the exhaust duct and, if used, on the auxiliary air duct; and completion of an air balance of the total exhaust flow. If the laboratory has standard procedures limiting the number of hoods in use at any one time, the conditions of use corresponding to the standard procedures shall be established.

5.1.1.2 The temperature of the room shall be typical for laboratory use, nominally 72°F±5°F (22°C±2.7°C).

5.1.2 Manufacturer’s Test Laboratory (AM Testing).

The following additional requirements shall apply when testing in a manufacturer’s test laboratory.

5.1.2.1 The manufacturer’s test laboratory shall not have excessive drafts or crosscurrents. Measured crosscurrents in an area 1.5 ft (0.5 m) from the face of the hood shall be no greater than 30 fpm (0.15 m/s).

5.1.2.2 The manufacturer’s test laboratory shall have room pressurization control capable of measuring and maintaining a pressure differential of 0.02 in. of water (5 Pa) below the static pressure outside the test room.

5.1.2.3 The manufacturer’s test laboratory shall have the hood volumetric flow measured in accordance with ASHRAE Standard 41.2, Standard Methods for Laboratory Airflow Measurement.3

5.1.2.4 The manufacturer’s test laboratory shall have the hood static pressure measured at the exit plane at the top plane of the collar(s) in accordance with ASHRAE Standard 41.3, Standard Method for Pressure Measurement.4

5.1.3 Reporting. The report for an “as manufactured” (AM) test shall include a sketch of the test laboratory that documents the location of the test hood and any equipment that might affect hood performance. In particular, the sketch, or accompanying text, shall identify the location and type of supply fixtures, the supply air system, and the supply air controls (volumetric flow, temperature, pressure, etc.).

5.3 Background Level

5.3.1 Zero Background Test. Before beginning the testing and frequently during the testing period, verify that the instrument is adequately zeroed.

5.3.2 Background Tests. Occasionally during the hood testing, verify that the room background has remained below the detection limit. Background levels of contaminants can be observed if the ventilation system demonstrates reentry or if the laboratory releases compounds that are detected by the

instrument.

5.3.3 Test Results. If air contaminants are sensed by the detector as tracer gas at more than 10% of the presumed control level, use of such materials shall cease until background readings fall below 10% of the presumed control level. Otherwise, substitution of another tracer gas meeting the requirements of Section 4.1.2 shall be implemented.

 

整理相关内容并翻译如下:

1、实验室必须保持在22±2.7℃;
2、距离通风柜开口面0.5米处,干扰流必须低于0.15 m/s;
3、测试实验室房间必须维持-5pa的静压差;
4、测试实验室必须按照ASHRAE 41.2“实验室气体流量的标准方法”测量通风柜的体积流量;
5、测试实验室必须按照ASHRAE 41.3“压力测量的标准方法”在通风柜集气罩顶部出口的位置测量静压;
6、示踪气体的浓度应小于控制浓度的10%;

 

以上就是ASHRAE 110对AM测试条件的规定,它给定了测试所需要的条件参数。它作为判断一间测试实验室硬件和控制是否满足标准的全部依据。

 


 

EN 14175通风柜标准性能测试实验室要求

EN 14175是泛欧洲的通风柜性能测试方法。EN 14175-3和ASHARE 110都是测量通风柜污染物控制的方法,但是他们在设备和计算上有很大的不同。

 

EN 14175共有7个部分: 

*EN 14175-1 通风柜术语 

*EN 14175-2 通风柜安全的要求 

*EN 14175-3 通风柜型式测试 

*EN 14175-4 现场测试方法 

*EN 14175-5 安装和维修 

*EN 14175-6 VAV性能测试

*EN 14175-7 用于高热和酸性负荷的通风柜

 

我们将只关注EN 14175-3,它定义了通风柜污染物控制和性能特征的评估。

 

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▲ EN 14175-3最新版本是2019版

 

关于通风柜性能测试实验室(EN 14175-3 型式测试)需要满足的标准条件,EN 14175-3在章节5,测试房间和常规测试条件(4 Test room and general test conditions )给出了详细要求:

 

4 Test room and general test conditions

4.1 Dimensions and construction

The test room shall consist of an enclosure of cuboid shape, constructed of suitable materials, within a building or laboratory. The internal width and length shall be not less than 4,0 m and the ceiling height not less than 2,7 m. The ceiling and floor shall be level and the room shall be devoid of internal supports, internal walls or other obstacles to the airflow.

4.2 Test room conditions

The room air temperature shall be (23 ± 3) °C. The make-up air temperature during measurements shall be room air temperature ±1 °C. Temperature gradients shall be avoided as far as possible. The make-up air shall be supplied at a distance greater than 2 m from the front of the fume cupboard.

The test zone boundary shall extend approximately 1,5 m in front of the fume cupboard and approximately 1,0 m from the outer sidewalls of the fume cupboard over the full room height.

Room extract air shall be extracted symmetrically on the opposite side to the make-up air supply and from outside the test zone. The air speed shall be less than 0,1 m/s at the test zone boundaries. Care shall be taken regarding uncontrolled air streams and draughts entering into the test room.

Any device the temperature of which exceeds 40 °C, except components which form part of the fume cupboard and/or the test equipment, shall be located outside the test zone boundaries.

The air extracted from the test room shall be discharged to atmosphere in such a way as to prevent its re-entrainment in the make-up air.

4.4 Test conditions

4.4.1 General

No person other than the operator(s) shall be present in the test room during the measurements. No person shall remain in the test zone during the measurements.

There shall be no unnecessary obstructions or equipment within the test zone. No equipment other than that necessary for the tests shall be in the fume cupboard.

Windows and doors of the test room shall remain closed during measurements.

NOTE Observance of all test conditions is crucial for reproducibility and repeatability of the test results.

 

整理相关内容并翻译如下:
1、实验室应建在房间内,并由合适的材料建成长方体外壳;
2、内部宽度和长度应不少于4米,天花板高度应不少于2.7米;
3、天花板和地板应水平,房间内应没有内部支撑,内墙和其他阻碍气流的障碍物;
4、室内空气温度应为23±3℃。测量期间的补充空气的温度应为室温的±1℃;
5、新风供应位置距离通风柜正面应大于2米;
6、测试区域边界内干扰流必须小于0.1m/s;
7、从测试室排出的空气应防止再次通过新风进入室内;
8、测试区域内不得有不必要的障碍物或设备;

 

以上就是EN14175-3对通风柜性能测试的规定,它给定了测试所需要的条件参数。它作为判断一间测试实验室硬件和控制是否满足标准的全部依据。

 


 

ASHRAE 110-2016和EN 14175-3:2019兼容测试实验室的要求

(以ICT2通风柜标准性能测试实验室为例)

 

ASHRAE 110和EN 14175是两种被广泛使用的通风柜测试标准。下图显示的世界地图描述了这两种标准方法的分布。橙色星星表示使用这两种标准的国家。上述地图明确标明每个区域所广泛使用的测试标准。更广泛的区域(橙色星星)同时使用两种标准。

 

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在我们国家, ASHRAE 110和EN 14175这两种方法都有人采用。那么就有必要建立同时兼容两种方法的测试实验室。

 

从上述描述可知,要建立同时兼容ASHRAE 100和EN 14175的测试实验室应完全满足以下要求:

1、实验室应建在房间内,并由合适的材料建成长方体外壳;
2、内部宽度和长度应不少于4米,天花板高度应不少于2.7米;
3、天花板和地板应水平,房间内应没有内部支撑,内墙和其他阻碍气流的障碍物;
4、实验室必须保持在22±2.7℃;测量期间的补充空气的温度应为室温的±1℃;
5、新风供应位置距离通风柜正面应大于2米;
6、测试区域边界内干扰流必须小于0.1m/s;
7、从测试室排出的空气应防止再次通过新风进入室内;
9、测试区域内不得有不必要的障碍物或设备;
10、测试实验室房间必须维持-5pa的静压差;
11、测试实验室必须按照ASHRAE 41.2“实验室气体流量的标准方法”测量通风柜的体积流量;
12、测试实验室必须按照ASHRAE 41.3“压力测量的标准方法”在通风柜集气罩顶部出口的位置测量静压;
13、示踪气体的浓度应小于控制浓度的10%;

 

以上任何一条参数看起来都很简单。但其实并不是。下面先来看看为了满足这些标准的测试条件,一个标准的兼容测试实验室做了哪些事情:

 

▲图1 整体外观,屋顶排气系统和温度控制主机

 

▲图2 测试实验室屋顶,复杂的新风和排气系统

 

▲图3 测试实验室屋顶,复杂的管道系统

 

▲图4 测试实验室室外围屋顶,通风柜排风系统,房间独立排风系统和温度控制主机

 

▲图5 测试实验室内部-1

 

▲图5 测试实验室内部-2

 

▲图6 测试实验室内部-3

 

▲图7 测试实验室内部-4

 

▲图8 测试实验室内部-5

 

▲图9 按照ASHRAE 41.3标准方法的静压测量装置

 

 

▲图10 按照ASHRAE 41.2标准方法的通风柜流量测试装置

 

以上就是ASHRAE 110-2016和EN 14175-3:2019兼容通风柜标准测试实验室大概的预览。

 

一个标准的测试实验室,为了维持这些参数,需要谨慎地设计实验室,包括新风系统,排风系统,暖通和SF6气瓶存储区等。

 

需要特别注意的是,无论是ASHRAE 110还是EN 14175,在测试过程中都需要使用大量的SF6作为示踪气体。通风柜要求控制SF6不外泄的级别是0.05 ppm。1升的SF6足够污染2000万升的空气。一台普通型通风柜(1.5 米作为参考),整个测试过程中,ASHRAE 110需要大概94升的SF6,EN 14175需要大概20.6升的SF6。

 

测试实验室内SF6背景污染的控制成为一个比较困难的问题。在设计测试实验室时,一定需要谨慎考虑通风柜排风位置和当地的水文资料。

 

▲设计通风柜排风时,背景SF6控制需要考虑的当地水文信息

 


 

如何判断第三方通风柜测试实验室是否满足标准

一个第三方通风柜性能测试实验室,它应该至少满足以下三个方面:

 

A、拥有符合标准要求的测试实验室(参考本篇文章列出的参数);

B、拥有符合标准的测试工具(*在下一篇文章中,ICT2将重点讲解通风柜测试仪器和设备)

C、拥有第三方检测资质(*目前国内认可CMA或CNAS)

 

 

A、拥有符合标准要求的测试实验室

 

从上述描述可知,ASHRAE 100和EN 14175的测试实验室或者两者兼容的实验室应完全满足的条件。其中规范化了很多重要的参数。

 

要判断第三方测试实验室是否满足标准要求,有两个方法:

 

第一、向第三方测试实验室管理者索要符合标准的一些证明文件或者测试参数;

 

一般地,符合标准要求的测试实验室是第三方测试公司提供服务的基础。逻辑上来说,在提供第三方测试服务之前,就必须满足这些要求。第三方公司往往会寻求拥有资质的公司或者专家对测试实验室进行认证,以确保实验室符合标准的要求。

 

以ICT2通风柜性能测试实验室为例:ICT2邀请Creative Solutions对其测试实验室进行认证并获得了EN 14175和ASHRAE 110兼容的认证证书。

 

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另外,第三方测试公司有责任和义务向市场或者用户公布实验室的基本信息和参数,并提供相关的文件,以证明该实验室符合标准的要求。作为客户,也有权利向第三方测试实验室索要一些证明文件或者测试参数。

 

第二、通过实地参观,确认实验室参数是否符合标准要求。

 

作为一般的用户,可以从最容易判断的地方着手,以下这些参数可以通过简单的观察或者测试获得,可作为快速判断是否符合标准要求的方法。

比如:

  • EN 14175要求,实验室应建在房间内,并由合适的材料建成长方体外壳;
  • 测试实验室的尺寸,EN 14175给出了内部宽度和长度应不少于4米,天花板高度应不少于2.7米的要求;
  • 对于测试实验室的温度,ASHRAE 110要求实验室必须保持在22±2.7℃,EN 14175要求室内空气温度应为23±3℃;
  • 关于相对压力,ASHRAE 110 整个测试过程,房间必须维持-5pa的静压差,EN 14175要去整个过程保持微负压;
  • 关于横向干扰流,ASHRAE 110要求距离通风柜开口面0.5米处,干扰流必须低于0.15 m/s;EN 14175则要求测试区域边界内干扰流必须小于0.1m/s;

 

B、拥有符合标准的测试工具

通风柜性能测试是一个专业,且复杂的过程。这个过程需要数名专业测试人员和一系列符合标准要求的测试仪器,设备和软件。

详细说明通风柜测试硬件已经超出了本文的范围,但值得强调的是:如果没有符合标准要求的测试工具,测试的通风柜数据将是无效的。

关于通风柜性能测试工具,ICT2将在下一篇推文中详细介绍。

 

C、拥有第三方检测资质

目前国内一般认可CMA和CNAS认证体系。一般地,当一个第三方检测公司获得CMA,CNAS合格证书,机构会颁发一个认证证书和检测能力范围的附件。用户可以通过向第三方检测机构索要认证证书或者网上查询,确认第三方公司的检测资质和能力。

 

那么作为一般的用户,我们如何查询一个第三方测试公司的资质和能力呢?以ICT2-上海软旗科技有限公司获得的CMA/CNAS合格认证为例:

 

  • CMA资质查询

 

CMA是China Inspection Body and Laboratory Mandatory Approval(中国检测机构和实验室强制认证)的英文缩写。取得实验室资质认定(计量认证)合格证书的检测机构,可按证书上所批准列明的项目,在检测(检测、测试)证书及报告上使用CMA标志。对检测机构来说,就是检测机构进入检测服务市场的强制性核准制度,即:具备计量认证资质、取得计量认证法定地位的机构,才能为社会提供检测服务。

 

一般地,当一个第三方检测公司获得CMA合格证书,机构会颁发一个认证证书和检测能力范围的附件。以ICT2-上海软旗科技有限公司获得的CMA合格认证为例:

 

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▲ICT2的CMA合格证书

 

 

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▲ICT2测试实验室CMA资质认证证书附表,附表里面包含检测的项目

 

注意:一个第三方公司仅仅出具CMA合格证书是不够的,还需要出具所批准的检测项目。一般地,如果一个检测报告中使用了CMA认证标志,意味着该第三方公司拥有了这份报告所包含的项目的检测资质。否则,将违法CMA有关规定,用户可以向有关部门举报。

 

CMA资格无法在官网上查询,所以一般地,为了确认第三方公司是否拥有相应的CMA资质,可以要求第三方公司出示CMA颁发的合格证书和检测项目附表原件。

 

  • CNAS资质查询

CNAS是Accreditation Service for Conformity Assessment(中国合格评定国家认可委员会)的英文缩写,是根据《中华人民共和国认证认可条例》的规定,由国家认证认可监督管理委员会批准设立并授权的国家认可机构,统一负责对认证机构、实验室和检查机构等相关机构的认可工作。CNAS通过评价、监督合格评定机构(如认证机构、实验室、检查机构)的管理和活动,确认其是否有能力开展相应的合格评定活动(如认证、检测和校准、检查等)、确认其合格评定活动的权威性,发挥认可约束作用。

 

一般地,当一个第三方检测公司获得CNAS管理水平或资格认定,机构会颁发一个认证证书和检测能力范围附件。

 

以ICT2-上海软旗科技有限公司获得的CNAS合格认证为例:

 

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▲ICT2测试实验室CNAS认可决定书

 

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▲ICT2测试实验室CNAS认可检测能力范围附件

 

注意:一个第三方公司仅仅出具CNAS认定证书是不够的,还需要出具认可检测能力范围的附件。另外,用户也可以通过CNAS官网上查询第三方公司的资质和认可的检测能力范围。

 

如何查询一个第三方测试公司的资质和能力范围呢?还是以ICT2-上海软旗科技有限公司为例:

1、进入CNAS官网https://www.cnas.org.cn/

2、点击黄色箭头,进入“获认可的机构名录”,选择查询的第三方测试公司所属范围。*ICT2通风柜性能测试归属于“检测和校准实验室”

3、进入查询界面,可以根据上面的选项查询相应的内容

4、进入查询结果,进一步查询资质及能力范围

 

以上就是第三方公司是否拥有CNAS资质以及能力范围的简单查询方法。

 

结束语

以上就是ASHRAE 110和EN 14175-3通风柜标准性能测试实验室的要求。希望本文可以给同行一些参考。同时也欢迎有兴趣的客户前来ICT2通风柜性能测试实验室参观和指导。

 


 

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