影响Ⅱ级B2 型生物安全柜排风的关键因素

2022-01-10苏建程王会如

医疗装备 2021年23期

苏建程，王会如

北京市医疗器械检验所（北京 101111）

Ⅱ级B2型生物安全柜流入气流的状态直接影响其运行状态，而排风系统是流入气流状态修正的唯一技术保障。但由于安装Ⅱ级B2型生物安全柜的场地条件复杂多样，工况可重现性低，所以建造Ⅱ级B2型生物安全柜的排风系统时无统一的施工方案。本研究鉴于排风系统的设计参数与生物安全柜的性能良好兼容是保证Ⅱ级B2型生物安全柜安全运行的基础，综合思考工业通风的设计理论与安全柜的设备特性，提出具有实践意义的观点。

1 Ⅱ级B2 型生物安全柜排风系统的排风量

Ⅱ级B2型生物安全柜排风系统重要的输入参数之一是排风量，排风量计算公式如下：

式中，Q为排风量，Qd为下降气流流量，Qi为流入气流流量[1]。

1.1 下降气流流量

下降气流流量计算公式如下：

式中，Qd为下降气流流量，v为下降气流平均流速，A为送风面截面积。

根据Ⅱ级B2型生物安全柜的下降气流平均流速应在下降气流标称值±0.025 m/s 之间的要求，推导出公式如下：

式中，QdMAX为下降气流流量最大值，QdMIN为下降气流流量最小值，v标为下降气流标称值，A为送风面截面积。

1.2 流入气流流量

流入气流流量计算公式如下：

式中，Qi为流入气流流量，v为流入气流平均流速，h为前窗操作口高度，w为前窗操作口宽度。

根据Ⅱ级B2型生物安全柜的流入气流平均流速应在流入气流标称值±0.025 m/s 之间的要求，推导出公式如下：

式中，QiMAX为流入气流流量最大值，QiMIN为流入气流流量最小值，v标为流入气流标称值，h为前窗操作口高度，w为前窗操作口宽度。

1.3 排风量

根据下降气流流量、流入气流流量的最大值和最小值，推导出Ⅱ级B2型生物安全柜的排风量应满足正常运行状态下的工作参数Q，QiMAX+QdMAX≥Q≥QiMIN+QdMIN。

2 Ⅱ级B2 型生物安全柜排风系统的构成

Ⅱ级B2型生物安全柜排风系统主要由风机和管路组成，风机为流体提供动能，管路为流体提供导流。流体在管路导流过程中会产生阻力，风机动能除需克服管路导流过程中产生的阻力外，还需克服生物安全柜排风过滤器的阻力。排风过滤器虽然被安装在生物安全柜内部，但不应被忽视，其阻力会随着生物安全柜运行时间的增加而增加。相比于排风过滤器的阻力，管路导流过程中产生的阻力才是排风系统设计工作的核心，其专业性和复杂性直接关乎排风系统设计的成败。

管路导流过程中产生的阻力主要由沿程阻力和局部阻力叠加而成[2]，根据达西公式分析影响管路导流过程中产生的阻力的主要因素，达西公式如下：

式中，H为管路导流过程中产生的阻力，λ为沿程阻力系数，l为管路长度，d为管路直径，υ为管路内平均流速，g为重力加速度

2.1 沿程阻力

沿程阻力是指流体流过管路时由于流体内摩擦力而产生的阻力[3]。由于沿程阻力与沿程阻力系数呈线性关系，且沿程阻力系数随管路内壁粗糙度的增加而增大[4]，因此，控制管路内壁粗糙度可降低管路导流过程中产生的阻力；同时，由于沿程阻力与管路长度呈线性关系，因此，控制管路长度可降低管路导流过程中产生的阻力。

2.2 局部阻力

局部阻力是流体通过管路中的局部障碍时导致边界层分离产生旋涡而造成的能量损失。在排风系统中，局部障碍主要是管路的变向和变径，其中，弯头是主要的变向构件，90°接头造成的局部阻力远高于直管段或其他管件[5]，其原因为，管路的过渡不够通畅，流体在惯性的作用下会直接冲击外壁面，部分动压转变为静压，导致在局部区域内的压力场失衡，形成的旋涡消耗能量[6]；工程中应用的管件或阀门会导致局部管径变化，控制管径变化的正偏差，有利于降低局部阻力，此外，管路的通风阻力与截面积的三次幂成反比，管径变大可降低阻力，当截面积增加10%时，阻力至少可降低25%[7]，且管路的通风阻力与流速的平方成正比[8]，管径变小可增加阻力，相同的风量通过的截面越小流速越高。

3 Ⅱ级B2 型生物安全柜排风系统的性能

3.1 安全性

为保证生物安全柜的安全运行，排风系统的风量必须在QMAX≥Q≥QMIN范围内，但随着排风系统的性能老化，风量必会降低，而增加冗余风量可以平衡由于性能衰减导致的流入气流异常。确认排风系统的风量可采用毕托静压横动法，在生物安全柜外排风口的2倍管径处选择监测截面[1]，将测量的截面压差输入到如下公式计算风量：