Вентиляция лаборатории является неотъемлемым компонентом проектирования лабораторий. Чтобы предотвратить вдыхание или попадание внутрь организма токсичных, патогенных или токсикологически неизвестных химических веществ и организмов лабораторным персоналом, в лаборатории должна быть обеспечена хорошая вентиляция для сохранения физического и психического здоровья сотрудников. Для предотвращения поглощения некоторых паров, газов и частиц (дыма, сажи, пыли и аэрозолей) загрязняющие вещества должны удаляться с помощью вытяжных шкафов, вытяжных зонтов или местной вентиляции. Вытяжной шкаф — это одно из важнейших средств безопасности в лаборатории: он является эффективным средством локальной защиты, ограждает пользователей и другой лабораторный персонал от химических реактивов и других опасных веществ, а также обладает огне- и взрывозащитой.

I. Вытяжные шкафы

1. Конструкция

Вытяжной шкаф имеет двухъярусную конструкцию: в верхней части расположено вытяжное отверстие, в которое можно установить вентилятор. В верхнем коробе размещены перегородка (аэродинамический дефлектор), сенсорный выключатель с управлением электрическими цепями, розетки электропитания и т.д.; смотровое стекло изготовлено из закаленного стекла и может перемещаться влево/вправо или вверх/вниз для проведения работ. Нижний короб выполнен в стиле лабораторного пристенного стола: сверху расположена рабочая поверхность, под ней — корпус шкафа. На рабочей поверхности можно установить небольшую мойку и смеситель. См. рис. 7-39.

Вытяжные шкафы изготавливаются из таких материалов, как цельностальные, стально-деревянные, цельнодеревянные, алюминиево-деревянные, из пластикового профиля и ПВХ; рабочая поверхность, которая напрямую контактирует с экспериментальными образцами, обычно изготавливается из плит на основе эпоксидной смолы, прочного компактного ламината (физико-химической плиты), нержавеющей стали, ПВХ, керамики и других материалов. См. рис. 7-40.

Вытяжные шкафы старого образца в основном изготавливались из дерева, а современные — преимущественно из стали с эпоксидным покрытием. Стандартная ширина шкафов составляет 1200 мм, 1500 мм, 1800 мм и 2000 мм, глубина — 700–900 мм, высота — 1900–2400 мм. Одновременно в них могут работать от 1 до 3 человек. Вытяжные шкафы обычно устанавливаются у стены.

По центру передней части расположено вертикально перемещающееся прозрачное стекло (обычно стеклянное), высота открытого проема обычно составляет 100–550 мм. За стеклом находится рабочая поверхность для проведения экспериментов, к которой подведены необходимые для работ коммуникации: водопроводные трубы, канализация, электропитание, вакуумные насосы и газовые магистрали, а сверху размещен защищенный светильник. Вентилятор вытягивает воздух из верхней передней части внутреннего пространства шкафа, после чего он либо отводится по воздуховодам в другое место (это называется системой полной вытяжной вентиляции), либо фильтруется и рециркулирует (это называется безвоздуховодной вентиляцией).

Большинство вытяжных шкафов подают звуковой сигнал при слишком низком объеме вытяжки или чрезмерном открытии переднего стекла, оповещая оператора. Скорость вращения встроенного вытяжного вентилятора и освещение регулируются отдельными выключателями.

При использовании оператор стоит или сидит перед шкафом, опускает стекло как можно ниже и просовывает руки под стекло внутрь шкафа для проведения эксперимента. Поскольку вытяжной вентилятор затягивает воздух внутрь через открытый проем стекла, в нормальных условиях опасные газы не выделяются в большом количестве.

[Рисунок: Рис. 7-39 Конструкция вытяжного шкафа (разрезной конструктивный чертеж; размеры: ширина 1800 мм, глубина 800 мм, высота верхнего короба 1500 мм, общая высота 2350 мм, высота нижнего короба 850 мм; компоненты: вытяжное отверстие диаметром 250 мм, мойка и смеситель, рабочая поверхность из 8-мм фарфорово-белой ПВХ-плиты, сенсорный выключатель, корпус шкафа из 8-мм фарфорово-белой ПВХ-плиты, прозрачное смотровое окно из 5-мм закаленного стекла, дверца доступа, перегородка, розетки, синие ПВХ-ручки, ПВХ-бортик для предотвращения разлива жидкостей, синие ПВХ-петли, 4 регулировочные опоры в основании шкафа; примечание: в вытяжном шкафу установлена люминесцентная лампа с защитным экраном)]

[Рисунок: Рис. 7-40 Цельностальной вытяжной шкаф (фотография готового изделия)]

2. Виды

2.1 Вытяжной шкаф с верхним отсосом: отличается простой конструкцией и легкостью изготовления; подходит для работ, сопровождающихся выделением тепла. 2.2 Щелевой вытяжной шкаф: вытяжные щели расположены в верхней и задней частях; обеспечивает хорошие результаты в различных ситуациях, но имеет более сложную конструкцию и более трудоемок в изготовлении.

2.3 Байпасный вытяжной шкаф: оптимальный вариант, когда лаборатории необходимо выводить большие объемы внутреннего воздуха через вытяжной шкаф, поскольку воздухообмен в помещении не нарушается даже при полностью закрытой створке.

2.4 Вытяжной шкаф с подводом вспомогательного (подпиточного) воздуха: оптимально подходит для лабораторий с системами кондиционирования воздуха или чистых лабораторий, поскольку одновременно экономит энергию и не нарушает организацию воздушных потоков в помещении.

2.5 Вытяжной шкаф с естественной тягой: преимущества — не потребляет электроэнергию; может обеспечивать непрерывную вентиляцию круглосуточно (измеренный воздухообмен в помещении может достигать 6 циклов воздухообмена в час), что благоприятно сказывается на вентиляции помещения; отсутствует шум и вибрация; за счет отсутствия механического оборудования прост в обслуживании; имеет простую конструкцию и низкую стоимость. Однако его применение ограничено определенными условиями: его не следует использовать для высокотоксичных экспериментов или экспериментов, не сопровождающихся выделением тепла, а в некоторых помещениях он не подходит для эксплуатации в летний период.

2.6 Передвижной вытяжной шкаф: в современных лабораторных зданиях иногда обустраивают универсальную лабораторию (лабораторный зал), в которой лабораторные рабочие столы, вытяжные шкафы со встроенными мойками и другое оборудование можно в любой момент переместить, а при неиспользовании откатить в соседнее складское помещение. Для удобства перемещения такие вытяжные шкафы должны изготавливаться из дерева, пластика или легких металлов. См. рис. 7-41.

[Рисунок: Рис. 7-41 Передвижные вытяжные шкафы (фотографии двух передвижных вытяжных шкафов)]

3. Классификация

3.1 По способу вытяжки

Делятся на три категории: с верхней вытяжкой, с нижней вытяжкой и с комбинированной верхне-нижней вытяжкой. Для обеспечения равномерной скорости воздушного потока в рабочей зоне для вытяжных шкафов, используемых при холодных технологических процессах, следует применять нижнюю вытяжку, а для шкафов для горячих процессов — верхнюю; для процессов с нестабильным выделением тепла вытяжные отверстия можно размещать и сверху, и снизу, регулируя соотношение объемов верхней и нижней вытяжки в зависимости от изменения тепловыделения внутри шкафа, что позволяет обеспечить равномерную скорость воздушного потока.

3.2 По способу забора воздуха

Вытяжной шкаф с полной вытяжкой: внутренний воздух помещения поступает в шкаф, циркулирует в нем, а затем выводится наружу — такой тип называется полностью вытяжным; он получил очень широкое распространение.

Вытяжной шкаф с подводом вспомогательного (подпиточного) воздуха: если вытяжной шкаф установлен в отапливаемом помещении или помещении с регулируемой температурой и влажностью, для экономии энергии на отопление и кондиционирование подпиточный воздух забирается снаружи, пропускается через шкаф и затем выводится наружу — такой шкаф называется вытяжным шкафом с вспомогательным воздухом.

Вытяжной шкаф с переменным расходом воздуха (ПРВ): в обычной системе с постоянным расходом воздуха требуется ручная регулировка воздушной заслонки с неподвижными лопатками для изменения объема вытяжки вытяжного шкафа; после регулировки заслонки до определенного угла достигается требуемая скорость воздушного потока в проеме шкафа. Система управления ПРВ изменяет расход воздуха с помощью датчика на заслонке для обеспечения заданной скорости потока в проеме. Стандартные системы, естественно, имеют низкую стоимость, тогда как системы ПРВ обходятся дороже и подходят для применений, требующих высокой точности.

3.3 По конфигурации применения

Делятся на цельный тип с открытой нижней частью, напольный тип, двусторонний тип, тип с трехсторонним остеклением, настольный тип и комбинированный (модульный) тип, а также специализированные вытяжные шкафы, предназначенные для радиоактивных экспериментов, синтезных экспериментов и экспериментов с хлорной кислотой, в зависимости от различных экспериментальных потребностей.

3.4 По наличию подключения к внешней сети воздуховодов

Делятся на вытяжные шкафы с воздуховодами (с внешней вытяжкой) и бесканальные вытяжные шкафы. Вытяжной шкаф с воздуховодами выводит токсичные и опасные газы, образующиеся во время экспериментов, непосредственно наружу через внешние воздуховоды. Бесканальный вытяжной шкаф адсорбирует токсичные и опасные газы, образующиеся во время экспериментов, непосредственно фильтром из активированного угля. См. рис. 7-42.

[Рисунок: Рис. 7-42 Бесканальные вытяжные шкафы (фотографии двух вытяжных шкафов)]

3.5 Основные функции вытяжного шкафа Самая важная функция вытяжного шкафа — его вытяжная функция. В химической лаборатории при проведении экспериментальных операций образуются различные вредные газы, запахи, влага, а также легковоспламеняющиеся, взрывоопасные и коррозионно-активные вещества. Для защиты безопасности пользователей и предотвращения распространения экспериментальных загрязнителей по помещению лаборатории вытяжной шкаф необходимо использовать непосредственно рядом с источником загрязнения. Раньше вытяжные шкафы применялись в небольшом количестве — только для экспериментов с особо вредными и опасными газами, а также работ, сопровождающихся выделением большого объема тепла; при этом вытяжной шкаф выполнял лишь вспомогательную функцию по отношению к лабораторному столу. В целях улучшения условий проведения экспериментов работы, ранее выполнявшиеся на открытых лабораторных столах, постепенно переносились в вытяжные шкафы, что требует от последних наличия функций, оптимально подходящих для используемого оборудования. В частности, большинство вновь строящихся лабораторий оснащаются системами кондиционирования воздуха, поэтому количество вытяжных шкафов должно быть учтено в проекте системы кондиционирования уже на предварительном этапе архитектурного проектирования здания. Поскольку вытяжной шкаф занимает крайне важное место в биохимической лаборатории, количество его единиц резко возросло на фоне улучшения лабораторной среды, совершенствования условий профессиональной гигиены и повышения эффективности работы. Вместе с этим организация вентиляционных воздуховодов, трубопроводов, электропроводки и системы вытяжки стала важными направлениями при строительстве лабораторных комплексов.

Основная цель применения вытяжного шкафа — удаление вредных газов, образующихся в ходе экспериментов, и защита здоровья лабораторного персонала, то есть обеспечение высокого уровня безопасности и удобства эксплуатации. Это обуславливает необходимость наличия у вытяжного шкафа следующих функций:

Функция выпуска: должен быть предусмотрен механизм, который разбавляет вредные газы, образующиеся внутри вытяжного шкафа, за счет засасывания воздуха из внешнего пространства и удаляет полученную смесь наружу.

Функция защиты от обратного тока: она должна предотвращать перенос вредных газов из внутренней полости вытяжного шкафа обратно в помещение воздушным потоком, создаваемым вытяжным вентилятором. Для обеспечения этой функции оптимальным решением является подключение одного вытяжного шкафа к одному вытяжному вентилятору по отдельному выделенному воздуховоду; если организация отдельного воздуховода невозможна, параллельно допускается подключать только шкафы, расположенные на одном этаже и в одном помещении. При этом вытяжной вентилятор по возможности следует монтировать в конце воздуховода (или на крыше здания).

Функция изоляции: со стороны рабочего места перед вытяжным шкафом должно быть установлено противоскользное стеклянное смотровое окно, разделяющее внутреннюю полость шкафа и внешнее пространство помещения.

Функция подпитки (восполнения воздуха): должен быть предусмотрен канал или альтернативное устройство, обеспечивающее засасывание воздуха из внешнего пространства вытяжного шкафа в процессе удаления вредных газов.

Функция контроля скорости потока на лицевой стороне: для предотвращения утечки вредных газов из вытяжного шкафа требуется поддержание определенной скорости всасывания. Факторами, определяющими скорость всасывания вытяжного шкафа, являются объем тепла, выделяемого при экспериментальных работах, и его взаимосвязь с кратностью воздухообмена; основными определяющими факторами выступают содержание эксперимента и природа вредных веществ. Национальные стандарты устанавливают норму скорости потока на лицевой стороне вытяжного шкафа на уровне 0,5 м/с ± 10%. Для обеспечения этой скорости вытяжной вентилятор должен создавать необходимое статическое давление, то есть компенсировать сопротивление трения воздушного потока при прохождении через вентиляционные воздуховоды. При выборе скоростного режима также необходимо учитывать уровень шума: скорость воздуха в воздуховоде следует ограничивать диапазоном 7–10 м/с; при превышении отметки 10 м/с возникает повышенный шум. Стандартный предельный уровень шума для лабораторий (уровень фонового шума в помещении) составляет 70 дБА; увеличение площади поперечного сечения воздуховода позволяет снизить скорость потока и, как следствие, уровень шума. Учитывая стоимость воздуховодов и особенности строительных работ, мощность вентиляционных каналов и вытяжного вентилятора необходимо подбирать тщательным образом. Устойчивость к нагреву, кислотной и щелочной коррозии: некоторые вытяжные шкафы предназначены для размещения электропечей, а при проведении ряда экспериментов выделяется большое количество высококоррозионных токсичных и опасных газов, таких как кислоты и щелочи. Рабочая поверхность, внутренняя облицовка, боковые панели вытяжного шкафа, а также используемые водяные и газовые фитинги должны обладать коррозионной стойкостью. В случаях применения сильных кислот — серной, азотной и плавиковой — в полупроводниковой промышленности или при коррозионных экспериментах все материалы вытяжного шкафа должны быть кислотостойкими и щелочестойкими, обычно для его изготовления используют нержавеющую сталь, ПВХ или ПП.

4. Безопасность

Безопасность — важнейшая задача, для решения которой предназначен вытяжной шкаф; использование вытяжного шкафа в лаборатории направлено в первую очередь на обеспечение безопасности пользователя и предотвращения загрязнения окружающей среды.

4.1 Щелевая вытяжная конструкция обеспечивает эффективное удаление опасных газов.

4.2 Обтекаемая ручка с зазором между ручкой и стеклом: поскольку воздушный поток над рабочей поверхностью имеет вихревой характер, обеспечивается эффективный приток воздуха.

4.3 Штифт защиты от падения створки: если стальной трос оборвется и стеклянная створка неожиданно упадет, защитный штифт задержит ее, предотвратив травмирование персонала.

4.4 Стеклянная створка изготовлена из закаленного стекла: даже если стекло случайно разобьется или раскрошится, несчастного случая с травмами не произойдет.

4.5 В верхней части вытяжного шкафа предусмотрены вентиляционные отверстия, благодаря чему приток воздуха осуществляется даже при закрытой стеклянной створке, что исключает избыточное разрежение.

4.6 Корпус вытяжного шкафа изготовлен из металла — огнестойкого и негорючего материала. Внутренняя облицовка выполнена из огнезамедлительных или негорючих материалов, таких как компактный ламинат или нержавеющая сталь, а рабочая поверхность — из цельного компактного ламината или нержавеющей стали, что обеспечивает устойчивость к кислотам и щелочам, термостойкость и огнезамедлительные свойства.

4.7 Эффективная высота стеклянной створки составляет 800 мм, высота внутренней полости — 1200 мм, высота рабочей поверхности — 800 мм. Конструкция соответствует требованиям эргономики, удобна в эксплуатации, имеет достаточное полезное пространство и отличается повышенным уровнем безопасности.

4.8 Водяные и газовые фитинги оснащены выносными рукоятками управления, расположенными снаружи шкафа, что удобнее и безопаснее прямого ручного управления.

5. Меры предосторожности

5.1 Перед началом эксперимента убедитесь, что вытяжной шкаф находится в рабочем состоянии, и только после этого приступайте к экспериментальным операциям.

5.2 Перед завершением эксперимента шкаф должен продолжать работать как минимум еще 5 минут перед отключением вентилятора, чтобы удалить остаточные газы из воздуховода. Также можно рассмотреть возможность установки реле задержки вытяжки для обеспечения отложенной остановки вентилятора.

5.3 Во время экспериментов не размещайте какое-либо оборудование на расстоянии ближе 150 мм от стеклянной створки; крупное экспериментальное оборудование должно иметь достаточное свободное пространство и не должно препятствовать воздушному потоку; переднюю створку во время использования следует держать как можно более закрытой.

II. Шарнирные вытяжные рукава (универсальные вытяжные зонты)

Шарнирный вытяжной рукав в основном представляет собой устройство для быстрого удаления небольших объемов пыли, горячего воздуха, летучих газов, опасных газов и других мелких взвешенных частиц или газов, образующихся во время экспериментов или производственных процессов. Он позволяет полностью удалить все опасные газы и является одним из незаменимых видов защитного оборудования в лаборатории.

[Рисунок: Рис. 7-43 Одношарнирный шарнирный вытяжной рукав]

[Рисунок: Рис. 7-44 Двухшарнирный шарнирный вытяжной рукав]

[Рисунок: Рис. 7-45 Трехшарнирный шарнирный вытяжной рукав]

[Рисунок: Рис. 7-46 Настенный вытяжной рукав]