有別于其他建筑物，實驗室設計中所考慮的最重要因素就是實驗室的安全，其次則是在保證安全前提下的降低能耗。而如何保障實驗室的安全也成了實驗室的使用者，設計者，乃至實驗設備提供商最關注的問題。通風柜作為化學實驗室最常規的實驗設備，也是實驗室用戶的第一道安全保障，如何確保通風柜在使用過程中內部毒害氣體不泄露，同時能合理降低能耗，就成了實驗室安全控制的核心。
通風柜定義
通風柜是用于抑制其內部可能產生的氣體、煙霧、蒸汽以及顆粒的封閉排風設備。其結構上為箱體結構，一面（或多面）可開啟用于內部操作。通風柜通常裝備透明可移動的調節窗，允許用戶限制或增大操作面面積。A laboratory fume hood is a ventilated enclosure designed to contain and exhaust fumes, vapors, mists and particulate matter generated within the hood interior. Fume hood structures are basically boxlike, with an open side (or sides) for access to the interior of the hood. A transparent, movable panel, called a shah, allows the user to restrict or enlarge the hood opening.
通風氣流控制目標：通風柜作為化學實驗室最通用的安全操作設備，其最終控制目標是在操作過程中，通風柜內氣體無泄漏，對此，各國均有相關規范要求。一般采用歐盟標準EN14175，要求通風柜泄漏率低于0.05ppm，中國建設部JG標準則要求使用過程中通風柜泄漏率低于0.5ppm。
影響通風柜氣流控制效果的因素：通常情況下，會影響通風柜氣流控制目標的因素包括：通風柜結構、面風速、擾流、響應時間、最小排風量。而為了應對管理目標以及可能發生的意外情況，各國規范通常對就地監視、緊急操作等方面也有較為具體的規范要求。 通風柜結構要求其通風柜內部結構設計合理，通風柜任意兩點處面風速偏差小于等于15%，整體結構阻力小于70Pa。且按照EN或ASHRAE相關標準，通風柜在出廠前需經過一系列嚴格測試。 通風柜面風速氣流經過通風柜操作面進入通風柜的速度，稱為通風柜面風速。
面風速是反應通風柜氣流抑制效果的重要參數之一，各國均有明確標準要求。通常情況下，要求通風柜前有人操作時，由于其身體在通風柜前會形成一個氣流真空，因此，面風速要求控制在0.5m/s，當通風柜前無操作人員時，則可適度降低面風速至0.3m/s。德國DIN標準，由于其對于通風柜結構要求有別于其他國家標準，因此其面風速標準要求低于其他各國標準。
美國職業衛生與安全管理局（OSHA） - 0.3 至 0.5 m/s
美國工業衛生委員會（ACGIH） - 0.3 至 0.5 m/s
美國國家標準化組織（ANSI） - 0.4 至 0.6 m/sPrudent Practices – 0.3 to 0.5 m/s
美國流體動力學會（NFPA）-“通風柜應嚴格限制可能發生的危險，保障人員安全”
德國國家標準協會（DIN） - 0.3 m/s中國建筑工業行業標準（JG/T） - 0.5 m/s
Prudent PracticesIn most cases, the recommended face velocity is between 80 and 100 feet per minute (fpm). Face velocities between 100 and 120 fpm may be used for substances of very high toxicity or where outside influences adversely affect hood performance. However, energy costs to operate the fume hood are directly proportional to the face velocity. Face velocities approaching or exceeding 150 fpm should not be used, because they may cause turbulence around the periphery of the sash opening and actually reduce the capture efficiency of the fume hood.大多數情況下，推薦采用的通風柜面風速為80-100英尺/分鐘（即0.4-0.5米/秒）。如通風柜內可能會產生高毒性或通風柜外部環境對通風柜性能可能會產生嚴重影響，可適當將面風速要求提高至100-120英尺/分鐘（即0.5-0.6米/秒）。但通風柜運行能耗是與面風速大小成正比的，面風速越高則能耗越大。但在任何時候，面風速均不應接近或超過150英尺/分鐘（即0.75米/秒），因為此面風速會導致通風柜操作面或通風柜內部產生紊流，從而導致柜內氣體泄露。
ANSI/AIHA Z9.5Room and operator dynamics have significant eects on hood performance at low face velocities. Therefore, it is important to understand the eects of dynamic challenges on hood performance so that standard operating procedures and user restrictions can be established. Operating a hood below 60 fpm (0.30m/s) is not recommended since containment cannot be reliably quantified at low velocities and significant risk of exposure may be present.當通風柜面風速較低時，實驗室內部的動態變化，如操作人員移動等，均會對通風柜的氣流抑制效果產生顯著負面影響。因此需建立標準的實驗室操作程序及通風柜使用規范。不建議在低于60英尺/分鐘（0.3米/秒）的面風速下操作通風柜。在過低面風速下，通風柜的防護性能無法保障，并可能因此產生嚴重危害。
總結：通風柜變風量控制，即當通風柜處于使用狀態中，無論操作高度如何變化，系統均能維持面風速0.5m/s，因此變風量已逐步成為實驗室安全中最重要的環節之一。通常變風量系統會依據采用的閥門類型，以及控制方式作為區分。進口品牌，以英國TEL為例，其控制方式采用面風速、位移雙路測量方式，閥門則有蝶閥、文丘里閥可選。國內變風量品牌也順應國內市場需求而生，上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控，依賴超過50名軟硬件研發人員，使其在使用性能、可靠性等方面，均已逐步接近眾多進口知名品牌產品。變風量系統首先解決的是實驗室安全性問題，同時由于其良好的節能特性，可降低實驗室能耗30%~60%，因此已被實驗室系統廣泛采用，并將逐步成為實驗室安全系統的標配。
擾流Prudent PracticesTracer gas containment testing of fume hoods has revealed that air currents impinging on the face of a hood at a velocity exceeding 30% to 50% of the hood face velocity will reduce the containment efficiency of the hood by causing turbulence and interfering with the laminar flow of the air entering the hood. Thirty to fifty percent of a hood face velocity of 100 fpm, for example, is 30 to 50 fpm, which represents a very low velocity that can be produced in many ways. The rate of 20 fpm is considered to be still air because that is the velocity at which most people first begin to sense air movement.示蹤氣體測試表明，當通風柜前氣流流速超過通風柜面風速30% -50%時，其形成的擾流，會影響正常進入通風柜的層流氣流，從而降低通風柜防護效率。如當面風速控制要求為100英尺/分鐘（即0.5米/秒）時，其30% - 50%即為30-50英尺/分鐘（即0.15-0.25米/秒），而這種低風速在實驗室內可能會由于多種原因而時常產生。20英尺/分鐘（即0.1米/秒）風速的空氣通常會被認為是靜止的，因為在該風速下，大多數人才能開始感受到空氣流動。
EN14175：Dynamic Testing-“Robustness Test”測試要求模擬通風柜前人員移動所產生的風速干擾通風柜定義
通風柜是用于抑制其內部可能產生的氣體、煙霧、蒸汽以及顆粒的封閉排風設備。其結構上為箱體結構，一面（或多面）可開啟用于內部操作。通風柜通常裝備透明可移動的調節窗，允許用戶限制或增大操作面面積。A laboratory fume hood is a ventilated enclosure designed to contain and exhaust fumes, vapors, mists and particulate matter generated within the hood interior. Fume hood structures are basically boxlike, with an open side (or sides) for access to the interior of the hood. A transparent, movable panel, called a shah, allows the user to restrict or enlarge the hood opening.
通風氣流控制目標：通風柜作為化學實驗室最通用的安全操作設備，其最終控制目標是在操作過程中，通風柜內氣體無泄漏，對此，各國均有相關規范要求。一般采用歐盟標準EN14175，要求通風柜泄漏率低于0.05ppm，中國建設部JG標準則要求使用過程中通風柜泄漏率低于0.5ppm。
影響通風柜氣流控制效果的因素：通常情況下，會影響通風柜氣流控制目標的因素包括：通風柜結構、面風速、擾流、響應時間、最小排風量。而為了應對管理目標以及可能發生的意外情況，各國規范通常對就地監視、緊急操作等方面也有較為具體的規范要求。 通風柜結構要求其通風柜內部結構設計合理，通風柜任意兩點處面風速偏差小于等于15%，整體結構阻力小于70Pa。且按照EN或ASHRAE相關標準，通風柜在出廠前需經過一系列嚴格測試。 通風柜面風速氣流經過通風柜操作面進入通風柜的速度，稱為通風柜面風速。
面風速是反應通風柜氣流抑制效果的重要參數之一，各國均有明確標準要求。通常情況下，要求通風柜前有人操作時，由于其身體在通風柜前會形成一個氣流真空，因此，面風速要求控制在0.5m/s，當通風柜前無操作人員時，則可適度降低面風速至0.3m/s。德國DIN標準，由于其對于通風柜結構要求有別于其他國家標準，因此其面風速標準要求低于其他各國標準。
美國職業衛生與安全管理局（OSHA） - 0.3 至 0.5 m/s
美國工業衛生委員會（ACGIH） - 0.3 至 0.5 m/s
美國國家標準化組織（ANSI） - 0.4 至 0.6 m/sPrudent Practices – 0.3 to 0.5 m/s
美國流體動力學會（NFPA）-“通風柜應嚴格限制可能發生的危險，保障人員安全”
德國國家標準協會（DIN） - 0.3 m/s中國建筑工業行業標準（JG/T） - 0.5 m/s
Prudent PracticesIn most cases, the recommended face velocity is between 80 and 100 feet per minute (fpm). Face velocities between 100 and 120 fpm may be used for substances of very high toxicity or where outside influences adversely affect hood performance. However, energy costs to operate the fume hood are directly proportional to the face velocity. Face velocities approaching or exceeding 150 fpm should not be used, because they may cause turbulence around the periphery of the sash opening and actually reduce the capture efficiency of the fume hood.大多數情況下，推薦采用的通風柜面風速為80-100英尺/分鐘（即0.4-0.5米/秒）。如通風柜內可能會產生高毒性或通風柜外部環境對通風柜性能可能會產生嚴重影響，可適當將面風速要求提高至100-120英尺/分鐘（即0.5-0.6米/秒）。但通風柜運行能耗是與面風速大小成正比的，面風速越高則能耗越大。但在任何時候，面風速均不應接近或超過150英尺/分鐘（即0.75米/秒），因為此面風速會導致通風柜操作面或通風柜內部產生紊流，從而導致柜內氣體泄露。
ANSI/AIHA Z9.5Room and operator dynamics have significant eects on hood performance at low face velocities. Therefore, it is important to understand the eects of dynamic challenges on hood performance so that standard operating procedures and user restrictions can be established. Operating a hood below 60 fpm (0.30m/s) is not recommended since containment cannot be reliably quantified at low velocities and significant risk of exposure may be present.當通風柜面風速較低時，實驗室內部的動態變化，如操作人員移動等，均會對通風柜的氣流抑制效果產生顯著負面影響。因此需建立標準的實驗室操作程序及通風柜使用規范。不建議在低于60英尺/分鐘（0.3米/秒）的面風速下操作通風柜。在過低面風速下，通風柜的防護性能無法保障，并可能因此產生嚴重危害。
總結：通風柜變風量控制，即當通風柜處于使用狀態中，無論操作高度如何變化，系統均能維持面風速0.5m/s，因此變風量已逐步成為實驗室安全中最重要的環節之一。通常變風量系統會依據采用的閥門類型，以及控制方式作為區分。進口品牌，以英國TEL為例，其控制方式采用面風速、位移雙路測量方式，閥門則有蝶閥、文丘里閥可選。國內變風量品牌也順應國內市場需求而生，上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控，依賴超過50名軟硬件研發人員，使其在使用性能、可靠性等方面，均已逐步接近眾多進口知名品牌產品。變風量系統首先解決的是實驗室安全性問題，同時由于其良好的節能特性，可降低實驗室能耗30%~60%，因此已被實驗室系統廣泛采用，并將逐步成為實驗室安全系統的標配。
擾流Prudent PracticesTracer gas containment testing of fume hoods has revealed that air currents impinging on the face of a hood at a velocity exceeding 30% to 50% of the hood face velocity will reduce the containment efficiency of the hood by causing turbulence and interfering with the laminar flow of the air entering the hood. Thirty to fifty percent of a hood face velocity of 100 fpm, for example, is 30 to 50 fpm, which represents a very low velocity that can be produced in many ways. The rate of 20 fpm is considered to be still air because that is the velocity at which most people first begin to sense air movement.示蹤氣體測試表明，當通風柜前氣流流速超過通風柜面風速30% -50%時，其形成的擾流，會影響正常進入通風柜的層流氣流，從而降低通風柜防護效率。如當面風速控制要求為100英尺/分鐘（即0.5米/秒）時，其30% - 50%即為30-50英尺/分鐘（即0.15-0.25米/秒），而這種低風速在實驗室內可能會由于多種原因而時常產生。20英尺/分鐘（即0.1米/秒）風速的空氣通常會被認為是靜止的，因為在該風速下，大多數人才能開始感受到空氣流動。
總結：實驗室氣流干擾往往由于系統設計原因，以及實驗室人員使用過程，如人、物的頻繁移動等產生，且很難完全規避。因此嚴格的系統通常要求能夠實際測量并應對此干擾。通常歐洲系統，由于EN標準的嚴格要求（在這一點上，歐盟標準的嚴格性是高于ASHRAE/SEFA標準的），因此所有歐洲變風量品牌無一例外，采用了流體測量方式，英國TEL采用的是面風速直接測量的方式，其余歐洲品牌，如德國Trox采用的是皮托管測量管道流量方式。上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控采用的則是和英國TEL一樣的面風速直接測量方式。
最小排風量ANSI/AIHA Z9.5The mechanism that controls the exhaust fan speed or damper position to regulate the hood exhaust volume shall be designed to ensure a minimum exhaust volume in constant volume systems equal to the larger of 50 cfm/ft of hood width, or 25 cfm/ft2 of hood work surface area, except where a written hazard characterization indicates otherwise, or if the hood is not in use.對于通過調節排風機或通風柜排風閥，以維持恒定通風柜面風速的變風量控制系統，應保證通風柜的最小排風量為50立方英尺/分鐘/英尺通風柜操作寬度（即280立方米/小時/米通風柜操作寬度）或者25立方英尺/分鐘/平方英尺柜內操作面積（即460立方米/小時/平方米柜內操作面積），除非有明確的危險特性說明，或通風柜未處于使用狀態。
總結：為確保通風柜內氣體徹底排放，需要保持通風柜維持一個最小排風量。換而言之，當調節窗關閉至一個最小開度的時候，再往下關閉，則會維持最小排風量值，而不會再維持恒定面風速0.5m/s。此時隨著調節窗逐步關閉，面風速通常會達到1~1.5m/s。規范中要求始終維持通風柜面風速0.5m/s，最高不得超過0.75m/s是指在操作高度，通常情況下操作高度的定義為最小開度位置（針對最小排風量）以上至0.45~0.55米高度。
響應時間:響應速度是指當通風柜開度到達最大開度90%的位置時，通過閥門的排風量達到設定最大風量90%位置時所需要的時間。
響應時間反映了系統控制的速度。通常情況下，規范要求操作通風柜調節窗時，從全開到全關或者全關到全開速度2~3秒，系統如果應對時間越快，則面風速維持越穩定。
各國關于通風柜響應時間均無具體且明確要求，《中華人民共和國建筑工業行業標準》JG/T 222-2007則明確要求響應時間小于3秒，且注明越快越好。
總結：由于操作習慣原因，人們操作調節窗的速度往往高于規范推薦的速度，而且由于操作人員本身處于通風柜前，其身體的阻擋對通風柜的氣流抑制性能也同時提出了更加苛刻的要求，因此，系統能夠及時進行應對，則會避免很多可能產生的潛在泄露危害。但提高響應時間，除了對于控制系統各控制部件提出了更加嚴格要求外，對于控制邏輯的優化等也會有較高要求。MacroAire默控和英國TEL的文丘里閥變風量控制系統，其響應時間均可達<1秒；蝶閥變風量控制系統的響應時間也完全可以達到各標準要求，<3秒
就地監視
AIAChemical fume hood systems may be constant-volume or variable-volume types depending on user and facility management considerations of function, first cost, and life cycle cost issues. The exhaust of the hood should be provided with a pressure-independent flow-monitoring device connected to a local audiovisual alarm within the laboratory.化學實驗室的通風柜可采用定風量或變風量控制系統，這取決于使用者和設施管理者對其所要求的功能，初次投資和運行費用等問題綜合考慮。無論采用何種控制方式，通風柜均需安裝相應的氣流監測設備，并就地連接至對應的聲光報警。
Federal Register—OSHAEach hood should have a continuous monitoring device to allow convenient confirmation of adequate hood performance before use.每臺通風柜均要求安裝實時的監測裝置，以便于在使用前及使用中及時準確地確認通風柜的防護性能。
總結：規范要求所有有可能產生危害性的實驗均應在有良好排風保障的環境中進行。通風柜則是典型的安全操作設備。就地監視則要求在通風柜人員操作的區域，通過就地顯示，或者聲光報警的方式進行設備狀態指示，實時提示操作人員通風柜安全狀況，以免在面風速過低或者無安全保障的情況下進行實驗。MacroAire默控品牌的通風柜監控器、房間狀態壓力監控器，均能實時顯示面風速數值、閥門開度、送風量、排風量、壓力等狀態。并在有報警發生時發生聲光報警提示。確保操作人員及時了解自身安全。
緊急操作
除了在系統正常情況下，需維持面風速恒定之外，系統必須應對各種實驗室的突發狀況，如斷電，通風柜內意外泄漏，實驗室房間內意外泄漏，火災等。當意外情況發生時，就地進行手動/自動安全應對，單臺通風柜可手動/自動切換至緊急排風，同時接受房間一鍵緊急排風需求，當送排風閥斷電情況下自動保護，針對緊急事件就地聲光報警，支持緊急事件遠程監視、報警及系統遠程診斷。MacroAire默控品牌的通風柜監控器、房間狀態壓力監控器，均能實現一鍵緊急狀態操作，分別對單個的通風柜、或者整個實驗室內所有排風設備做到最大開度排風及關閉送風。保證在緊急狀態下實驗室及相鄰未被污染區域的絕對安全。
變風量控制的發展趨勢：
化學實驗室整體安全當中，氣流安全作為首要因素，越發受到重視。而通風柜等局部排風設備，作為實驗室一級防護，其安全性首當其沖。任何一個化學類型實驗室，如果能精確、穩定控制住所有通風柜等局部排風效果，確保局部排風效果，此實驗室氣流安全則已基本成功。但正是由于其重要性，對系統控制設備的控制精度、穩定性、可靠性等也就提出了更加嚴格的要求。如果其可靠性低，則安裝后，不但無法保障用戶安全，反而可能起到反作用，大大增加用戶的維護成本，并導致意外產生。 但同時，作為確保通風柜性能的必要設備，變風量系統也越來越多地應用于各種類型的實驗室當中，并且在變風量基礎上，具備更可靠的通訊功能，支持自動位移，支持圖像識別，支持通風柜意外情況監測，以及支持遠程診斷等功能也在不斷豐富。
上海卓思智能科技股份有限公司，通過多年的努力，在國內已成功實施超過600個實驗室項目，并積累了豐富的經驗。同時，在整體軟硬件方面，卓思同樣投入了巨大的精力，目前整個研發團隊超過50人，專業涉及結構、流體、圖像識別、移動智能、室內定位、三維仿真等眾多專業，公司于2014年獲得上海高新技術企業稱號，2015年被評為上海市科技小巨人企業，目前已擁有40多項專利，其中發明專利8項，公司多項成果已獲上海高新技術成果轉換項目認定，2015年底，鑒于其在行業內地位以及專利領先性，拿到“上海院士專家工作站”，也是國內首家實驗室建設領域的院士級別工作站，并于2016年5月于北交所新三板上市。 上海卓思智能科技股份有限公司堅信科技與創新將改變中國的未來，而中國的實驗室正是孕育科技與創新的搖籃。我們潛心致力于為可能產生潛在安全威脅的實驗室嚴格環境，提供最可靠的智能化系統及產品解決方案，懷著敬畏之心為客戶提供最優質的服務。卓思希望通過不斷的努力，能夠為中國實驗室用戶創造真實而持久的價值，為用戶創造一個超越期待，更加安全、高效、節能、舒適的實驗環境。
