اصول پایه تهویه در سکوبندی آزمایشگاه‌های شیمیایی

صفحه سکو بندی آزمایشگاه 

تهویه در سکوبندی آزمایشگاه شیمیایی نقش حیاتی در کنترل آلاینده‌ها و حفظ ایمنی دارد. اصول پایه بر مبنای ایجاد جریان هوای کنترل‌شده برای حذف بخارات، گازها و ذرات معلق است. نرخ تعویض هوا (ACH) باید حداقل ۶-۱۲ بار در ساعت باشد تا غلظت آلاینده‌ها زیر حد مجاز باقی بماند. در سکوبندی آزمایشگاه، جریان هوا باید از مناطق تمیز به سمت مناطق آلوده هدایت شود تا آلودگی متقابل جلوگیری گردد. فشار منفی در اتاق‌های پرریسک برای جلوگیری از خروج آلاینده‌ها به فضاهای مجاور ضروری است. محاسبه حجم هوا بر اساس حجم اتاق و نوع مواد شیمیایی انجام می‌شود؛ برای مثال، در کار با حلال‌های فرار، ACH بالاتر از ۱۰ توصیه می‌شود. همچنین، فیلتراسیون هوا با فیلترهای HEPA یا کربن فعال برای جذب ذرات و گازها بخشی از اصول پایه است.

برای درک عمیق‌تر اصول پایه تهویه، باید به مفاهیم فیزیکی مانند قانون بویل و اصول دینامیک سیالات اشاره کرد. ACH (Air در سکوبندی آزمایشگاههای شیمیایی، جایی که مواد مانند بنزن یا کلروفرم استفاده می‌شود، ACH پایین می‌تواند غلظت را به بالای حد مجاز TLV (Threshold Limit Value) برساند، که طبق OSHA نباید بیش از ۱۰ ppm برای بنزن باشد. جریان هوا از تمیز به آلوده بر اساس اصل گرادیان فشار عمل می‌کند، جایی که فشار منفی (معمولاً -۵ پاسکال) هوا را به داخل می‌کشد. فیلترهای HEPA با کارایی ۹۹.۹۷% برای ذرات ۰.۳ میکرون، در سکوبندی آزمایشگاههای با ریسک بالا مانند کار با اسیدها ضروری هستند. مثال عملی: در یک سکوبندی آزمایشگاه تحقیقاتی، افزایش ACH از ۶ به ۱۲ غلظت بخارات را ۵۰ درصد کاهش داد و ریسک تنفسی را به حداقل رساند. اصول پایه همچنین شامل ارزیابی بار آلاینده است؛ برای حلال‌های فرار، حجم هوا باید حداقل ۱۰۰ فوت مکعب در دقیقه برای هر فوت مربع سطح کاری باشد. بدون رعایت این اصول، ریسک‌هایی مانند سردرد، سرگیجه یا حتی سرطان‌زایی افزایش می‌یابد. مدیران سکوبندی آزمایشگاه باید این اصول را در طراحی اولیه ادغام کنند تا ایمنی پایدار تضمین شود.

انواع سیستم‌های تهویه و کاربرد آن‌ها

سیستم‌های تهویه در سکوبندی آزمایشگاه به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. سیستم‌های تهویه عمومی (dilution ventilation) برای رقیق‌سازی آلاینده‌ها در کل فضا استفاده می‌شوند و برای آزمایشگاه‌های با ریسک پایین مناسب هستند. سیستم‌های تهویه موضعی مانند هودهای شیمیایی (fume hoods) برای کنترل آلاینده‌ها در منبع طراحی شده‌اند و در سکوبندی آزمایشگاه شیمیایی برای کارهای با مواد فرار ضروری هستند. هودهای لامینار فلو با جریان هوای لایه‌ای برای کارهای حساس به آلودگی کاربرد دارند. سیستم‌های تهویه VAV (variable air volume) حجم هوا را بر اساس نیاز تنظیم می‌کنند و انرژی را صرفه‌جویی می‌کنند. در سکوبندی آزمایشگاه، انتخاب نوع سیستم بر اساس طبقه‌بندی ریسک (مانند کلاس ۱ برای مواد کم‌خطر و کلاس ۳ برای مواد بسیار خطرناک) انجام می‌شود. سیستم‌های تهویه recirculating با فیلترهای پیشرفته برای فضاهای محدود مفید هستند اما نیاز به پایش و نگهداری دقیق دارند.

گسترش این بخش: سیستم‌های تهویه عمومی با فن‌های سقفی هوا را گردش می‌دهند و برای آزمایشگاه‌های آموزشی با مواد کم‌خطر مانند نمک‌ها ایده‌آل هستند، اما کارایی آنها در رقیق‌سازی ۲۰-۳۰ درصد کمتر از سیستم‌های موضعی است. هودهای شیمیایی با سرعت صورت ۱۰۰ fpm (فوت در دقیقه) بخارات را مکش می‌کنند و طبق استاندارد ASHRAE، برای مواد مانند اسید نیتریک ضروری هستند. هودهای لامینار فلو کلاس II با جریان عمودی یا افقی، در سکوبندی آزمایشگاههای بیوشیمیایی برای جلوگیری از آلودگی متقابل استفاده می‌شوند. سیستم‌های تهویه VAV با سنسورهای CO2 حجم را تنظیم می‌کنند و می‌توانند مصرف انرژی را تا ۴۰ درصد کاهش دهند. طبقه‌بندی ریسک بر اساس NFPA ۴۵ است؛ کلاس ۳ نیاز به هودهای با مکش بالا دارد. سیستم‌های تهویه recirculating با فیلترهای کربن فعال، در فضاهای کوچک مانند آزمایشگاه‌های سیار مفید هستند، اما فیلترها باید هر ۳ ماه تعویض شوند تا کارایی حفظ شود. مثال: در یک سکوبندی آزمایشگاه صنعتی، ترکیب VAV و هودهای موضعی ریسک انفجار گازها را ۶۰ درصد کاهش داد.

طراحی سیستم تهویه بر اساس استانداردهای ایمنی

طراحی سیستم تهویه در سکوبندی آزمایشگاه باید با استانداردهای مانند ASHRAE ۶۲.۱ و OSHA ۱۹۱۰.۱۴۵۰ همخوانی داشته باشد. سرعت جریان هوا در هودها باید ۰.۴-۰.۶ متر بر ثانیه باشد تا کارایی حداکثری داشته باشد. در سکوبندی آزمایشگاه، کانال‌کشی باید از مواد مقاوم به خوردگی مانند PVC یا فولاد گالوانیزه ساخته شود. محاسبه بار حرارتی و حجم آلاینده‌ها برای تعیین ظرفیت سیستم ضروری است. فشار اتاق باید ۵-۱۰ پاسکال منفی نسبت به فضاهای مجاور باشد. فیلترهای پیش‌فیلتر، متوسط و نهایی (HEPA) برای تصفیه هوا استفاده شوند. طراحی سیستم تهویه باید امکان گسترش آینده را در نظر بگیرد، مانند اضافه‌کردن هودهای اضافی بدون اختلال در جریان کلی.

جزئیات بیشتر: ASHRAE ۶۲.۱ حداقل ACH را برای فضاهای شیمیایی ۱۰ تعیین می‌کند. سرعت ۰.۵ m/s در هودها بر اساس اصل برنولی است و مکش مؤثر را تضمین می‌کند. کانال‌های PVC در برابر اسیدها مقاوم هستند و فولاد گالوانیزه برای دوام بالا استفاده می‌شود. بار حرارتی با فرمول Q = m × Cp × ΔT محاسبه می‌شود. فشار منفی با دمپرها کنترل می‌شود. فیلترهای HEPA در سه مرحله کار می‌کنند. طراحی سیستم تهویه با نرم‌افزار CFD (Computational Fluid Dynamics) جریان را شبیه‌سازی می‌کند.

پایش و نگهداری سیستم‌های تهویه

پایش و نگهداری مداوم سیستم‌های تهویه در سکوبندی آزمایشگاه برای اطمینان از عملکرد صحیح ضروری است. سنسورهای سرعت هوا، فشار و غلظت گاز باید به سیستم هشدار متصل باشند. پایش و نگهداری شامل تعویض فیلترها هر ۶-۱۲ ماه، بررسی فن‌ها برای لرزش و تمیزکاری کانال‌ها سالانه است. در سکوبندی آزمایشگاه، تست عملکرد هودها با استاندارد ANSI/ASHRAE ۱۱۰ انجام می‌شود که شامل اندازه‌گیری سرعت صورت و کارایی مکش است. کالیبراسیون سنسورها هر شش ماه یکبار ضروری است. ثبت داده‌های پایش برای تحلیل روند و تشخیص مشکلات زودهنگام مفید است. در صورت کاهش کارایی، سیستم باید فوراً خاموش و تعمیر شود تا ریسک افزایش نیابد.

گسترش: سنسورهای دیجیتال داده‌ها را به اپلیکیشن ارسال می‌کنند. تعویض فیلترها بر اساس افت فشار (معمولاً ۱ اینچ آب) انجام می‌شود. تست ASHRAE ۱۱۰ با گاز SF۶ کارایی را اندازه می‌گیرد.

مدیریت ریسک‌های مرتبط با تهویه ناکافی

تهویه ناکافی در سکوبندی آزمایشگاه می‌تواند منجر به تجمع بخارات سمی، آتش‌سوزی یا مشکلات تنفسی شود. ارزیابی مدیریت ریسک با روش HAZOP برای شناسایی نقاط ضعف سیستم انجام می‌شود. در سکوبندی آزمایشگاه، ریسک‌های مانند انسداد فیلترها یا شکست فن باید با سیستم‌های پشتیبان مدیریت شوند. پروتکل‌های اضطراری برای قطع برق شامل ژنراتورهای پشتیبان است. آموزش کاربران برای تشخیص علائم تهویه ضعیف مانند بوی نامطبوع یا کاهش سرعت هوا ضروری است. تحلیل درخت خطا برای پیش‌بینی سناریوهای شکست کمک می‌کند. کاهش مدیریت ریسک با طراحی redundant (دوگانه) سیستم‌ها امکان‌پذیر است.

جزئیات: HAZOP نقاط انحراف مانند “جریان کم” را شناسایی می‌کند. سیستم‌های پشتیبان ریسک را ۷۰ درصد کاهش می‌دهند.

فناوری‌های نوین در سیستم‌های تهویه

فناوری‌های نوین تهویه در سکوبندی آزمایشگاه کارایی را افزایش می‌دهند. سیستم‌های تهویه هوشمند VAV با سنسورهای بیشتر حجم هوا را بر اساس حضور افراد تنظیم می‌کنند و انرژی را تا ۳۰ درصد صرفه‌جویی می‌کنند. فیلترهای نانوتکنولوژی برای جذب ذرات بسیار ریز کاربرد دارند. در سکوبندی آزمایشگاه، هودهای با جریان متغیر (variable sash) سرعت را بر اساس ارتفاع درب تنظیم می‌کنند. سیستم‌های تهویه UV-C برای ضدعفونی هوا در هودهای بیولوژیکی استفاده می‌شوند. ادغام با BIM برای طراحی سه‌بعدی جریان هوا مفید است. این فناوری‌های نوین نه تنها ایمنی را بالا می‌برند بلکه هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهند.

گسترش: بیشتر داده‌های واقعی‌زمان را تحلیل می‌کند و فیلترهای نانو ۹۹.۹۹% ذرات را جذب می‌کنند.

مطالعات موردی طراحی تهویه موفق

در یک سکوبندی آزمایشگاه شیمی در دانشگاه تهران، نصب سیستم VAV غلظت بخارات را ۵۰ درصد کاهش داد. در مورد دیگر، استفاده از هودهای ductless با فیلترهای کربن در آزمایشگاه کوچک، هزینه کانال‌کشی را حذف کرد. این مطالعات موردی نشان می‌دهند که طراحی سفارشی بر اساس نیازها موفقیت‌آمیز است. در سکوبندی آزمایشگاه صنعتی، ادغام سنسورها با سیستم هشدار، حوادث را به صفر رساند.

جزئیات: در تهران، ACH به ۱۵ رسید و در مورد ductless، هزینه ۴۰ درصد کمتر بود.

تحلیل هزینه-فایده سیستم‌های تهویه

تحلیل هزینه-فایده اولیه سیستم‌های تهویه در سکوبندی آزمایشگاه شامل تجهیزات، نصب و کانال‌کشی است و می‌تواند ۲۰-۳۰ درصد بودجه را تشکیل دهد. اما صرفه‌جویی در انرژی و کاهش ریسک‌های سلامتی بازگشت سرمایه را در ۳-۵ سال فراهم می‌کند. در سکوبندی آزمایشگاه، سیستم‌های تهویه VAV هزینه‌های عملیاتی را ۴۰ درصد کاهش می‌دهند. تحلیل هزینه-فایده NPV برای محاسبه ارزش فعلی خالص مفید است. هزینه‌های پایش و نگهداری مانند تعویض فیلترها باید در بودجه سالانه در نظر گرفته شود.

آموزش پرسنل برای استفاده از سیستم‌های تهویه

آموزش پرسنل در سکوبندی آزمایشگاه برای استفاده صحیح از سیستم‌های تهویه ضروری است. جلسات شامل شناخت انواع هودها، تنظیم سرعت جریان و واکنش به هشدارها باشد. در سکوبندی آزمایشگاه، آموزش پرسنل عملی برای تست عملکرد هودها برگزار شود. کاربران باید بدانند که چگونه جریان هوا را بدون اختلال حفظ کنند. برنامه‌های بازآموزی سالانه برای به‌روزرسانی دانش الزامی است.

جزئیات: آموزش شامل شبیه‌سازی سناریوها است و می‌تواند ریسک خطاها را ۵۰ درصد کاهش دهد.

ملاحظات زیست‌محیطی در طراحی سیستم تهویه

طراحی سیستم تهویه در سکوبندی آزمایشگاه باید با ملاحظات زیست‌محیطی همخوانی داشته باشد. استفاده از فیلترهای جذب‌کننده برای جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه‌ای ضروری است. سیستم‌های تهویه recirculating هوا را تصفیه و بازگردانی می‌کنند تا مصرف انرژی کاهش یابد. در سکوبندی آزمایشگاه، رعایت استانداردهای EPA برای انتشار آلاینده‌ها الزامی است. استفاده از مواد قابل بازیافت در کانال‌ها و فن‌های کم‌مصرف کمک می‌کند.

گسترش: فیلترها CO2 را جذب می‌کنند و recirculating انرژی را ۲۵ درصد کاهش می‌دهد.

ادغام تهویه با سایر سیستم‌های ایمنی

ادغام تهویه در سکوبندی آزمایشگاه باید با سیستم‌های اطفاء حریق، هشدار و کنترل دسترسی ادغام شود. برای مثال، در صورت آتش‌سوزی، سیستم‌های تهویه باید به‌طور خودکار خاموش شود تا گسترش دود جلوگیری گردد. در سکوبندی آزمایشگاه، سنسورهای گاز به سیستم‌های تهویه متصل شوند تا در صورت افزایش غلظت، مکش افزایش یابد. این ادغام تهویه ایمنی کلی را افزایش می‌دهد.

جزئیات: ادغام تهویه با BMS (Building Management System) کنترل یکپارچه را فراهم می‌کند.

---

بشتر بخوانید

سکو بندی آزمایشگاه در کشور های خارجی