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論生物安全柜流入風速的現場測試

返回列表 來源：發布日期： 2020.06.07

宋金輝¹ 陳群飛¹ 金暉¹ 周維華²

（1.熙邁（上海）科技服務有限公司，上海市郵編201201 ；

2. 上海瑞仰凈化裝備有限公司，上海市郵編 201801）

摘要：通過測試同一臺生物安全柜的流入風速，發現不同的方法所得出的結論是有差異的：

1 ，使用國標推薦的 4種檢測方法，所得結果存在影響結論的差異；

2 ，流入氣流測試時，風速儀探頭角度會影響結論；

3 ，測量面的選取偏差會嚴重影響結果的判定。試驗結論可對今后的檢測過程提供數據參考，以便提高數據準確性，減少爭議。

關鍵詞：生物安全柜；流入風速檢測；

0 引言

20世紀初期，出于保護試驗操作人員和 /或樣品的目的，生物安全柜問世， SARS大爆發后中國開始大量生產采購生物安全柜。時至今日，生物安全柜已經應用于對操作環境有要求的各行各業，包括醫院，疾控，實驗室。不合格的生物安全柜不僅保護性能下降，更嚴重的是會造成交叉污染及實驗室環境污染等。合格與否的判定一般由第 3 方檢測機構經現場非抽樣檢測后進行。然而，在其中一個關鍵參數流入風速的測試時，檢測結果經常會接受來自生產商的質疑，有時同一臺生物安全柜會出現不同的判定結果。究其原因：1 ，由于國標建議的不同方法之間會造成數據結果的不同； 2，操作細節，如探頭測量角度、風速測量面等的操作誤差； 3 ，更由于國標極其嚴苛的± 0.025的允許誤差限度。本文旨在發現現行主要標準YY0569 II級生物安全柜 推薦方法或未明確的操作細節所引入的誤差因素，從而在后續的檢測過程中少一些爭議，多一些準確的結果。

1 現行生物安全柜的檢測標準

目前國內針對生物安全柜的檢測參照的標準有3個：

(1) YY0569-2011 II級生物安全柜（中國主流執行標準）；

(2) NSF/ANSI 49-2018 Biosafety Cabinetry: Design, Construction, Performance, and Field Certification（美國標準）

(3) EN 12469-2000 Biotechnology - Performance criteria for microbiological safety cabinets (歐盟標準)

其中，NSF/ANSI 49為最早，在上世紀70 年代就已經出現，被公認為目前生物安全柜領域最完善的標準。主要檢測參數如表1：

表1 主要檢測參數

性能直接影響參數		操作人員舒適性及安全性參數
1	下降風速測試	10	光照強度
2	流入風速測試	11	震動
3	氣流煙霧模型測試	12	噪聲
4	高效過濾器泄漏測試	13	噪聲
5	安裝場地評估	14	接地電阻
6	報警功能	15	極性
7	風機連鎖控制
8	排風系統性能
9	柜體完整性測試（僅針對正壓型柜體）

表注：其中1~4項為最為必檢項，直接影響著生物安全柜的主要功能：保護操作人員；保護所操作的樣品。

1.1 流入風速測試國標推薦方法

以國內主流標準YY0569-2011(現行版) 為準，國標提供了4種方法：風量計法（見圖1 ）、風速儀測排氣氣流流速（下文簡稱排氣法，見圖 2）、限制前窗高度風速儀測前窗氣流流速（下文簡稱限高法，見圖 3）、風速儀測前窗氣流流速（下文簡稱前窗法，見圖 4 ）

論生物安全柜流入風速的現場測試1

圖1 風量計法

論生物安全柜流入風速的現場測試2

圖2 風速儀測排氣氣流流速

論生物安全柜流入風速的現場測試3

圖3風速儀測前窗氣流流速（限制前窗高度）

論生物安全柜流入風速的現場測試4

圖4風速儀測前窗氣流流速（前窗操作高度）

1.2 4種國標推薦方法的優異

（1）風量計法最為準確，復現性也最高，但由于檢測用的風量計體積龐大，攜帶不方便；

（2）排風法用熱敏式風速儀作為檢測工具，需要通過公式計算倒推出流入風速，是最不直接的方法；

（3）限高法操作簡便，數據穩定，測量點數少，多為生物安全柜生產商使用；

（4）前窗法用熱敏式風速儀作為檢測工具，方法標準操作簡便，多為第3方檢測機構使用。

2 試驗

2.1 試驗設計思路

（1）檢測過程中發現雖然都是國標推薦的方法，但使用不同的方法所得的結果是有差異的，更為嚴重的是這種差異會直接影響結論的判定；

（2）國標中未對風速儀熱敏探頭的測量角度有規定，但以往的測試經驗說明不同的測試角度所得的結果是有巨大差異的；

（3）國標對測量面有要求，但檢測操作過程中通常會忽視測量面的概念，試驗后階段也會設計試驗說明忽視測量面會對結果造成多大的差異。不同測量面差異見圖5 ，圖6，圖7：

論生物安全柜流入風速的現場測試5

圖5 國標規定的測量面圖 6 測量面偏內側圖 7測量面偏外側

本試驗的目的是通過在同一臺生物安全柜上，設計不同的比對試驗，來說明在流入氣流的測試中：

1，國標推薦的幾種不同方法中，哪種方法更適用于常規檢測；

2，測量時風速儀熱敏探頭的哪種測量角度更合理；

3，測量面的偏差會對結果造成多大的差異。

2.2 試驗設計

在同一臺性能穩定的生物安全柜上進行如下試驗：

生物安全柜選取：上海瑞仰凈化裝備有限公司生產的A2型生物安全柜

試驗1，國標推薦的 4種方法測試流入風速（為排除其他因素造成的干擾，風速儀熱敏探頭的測量角度統一為與測量面平行，測量面為國標要求的測量面）

I. 風量計法（結果作為基準）測試流入風速

II. 排氣法測試流入風速

III. 限高前窗法測試流入風速

IV. 前窗法測試流入風速

試驗2，風速儀熱敏探頭不同測量角度測試流入風速（因限高前窗法數據較穩定，選用限高前窗法）

I. 探頭測量窗與測量面平行測試流入風速（與試驗1.4共享同一組數據）如圖 8

論生物安全柜流入風速的現場測試6

圖8 探頭測量窗與測量面平行圖 9 探頭測量窗與測量面呈傾斜45°夾角

II. 探頭測量窗與測量面呈傾斜45°夾角測試流入風速，如圖 9

試驗3，不同測量面測試流入風速（前窗法）

I. 標準測量面測試流入風速（與試驗1.4共享同一組數據）

II. 測量面向里5cm測試流入風速

III. 測量面向外5cm測試流入風速

2.3 試驗結果

試驗結果見表2~表 8 ：

論生物安全柜流入風速的現場測試

表4 限高前窗法試驗結果

試驗1.3	操作口長度（m）：									1.4
	操作口高度（m）：									0.2
	限制高度（m）：									0.1
	風速儀修正公式：							y=0.957x-0.001
	備注：風速儀精度較高，需要根據校準數據進行修正
	計算公式：				計算流入風速=限高風量 /操作口面積
測試值（m/s）		1.29	1.33	1.34		1.24	1.23		1.20			1.18
修正值（m/s）		1.24	1.28	1.29		1.19	1.18		1.15			1.13
測試值（m/s）		1.24	1.23	1.22		1.20	1.18		1.20
修正值（m/s）		1.19	1.18	1.17		1.15	1.13		1.15
平均值：											1.19
計算流入風速:											0.59

表5 前窗法試驗結果

試驗1.4	操作口長度（m）：									1.4
	操作口高度（m）：									0.2
	風速儀修正公式：							y=0.957x-0.001
	備注：風速儀精度較高，需要根據校準數據進行修正
	計算公式：				計算流入風速=風速平均值
測試值（m/s）		0.17	0.14	0.18		0.15	0.17		0.14			0.13
修正值（m/s）		0.16	0.13	0.17		0.14	0.16		0.13			0.12
測試值（m/s）		0.13	0.19	0.13		0.16	0.19		0.17
修正值（m/s）		0.12	0.18	0.12		0.15	0.18		0.16
測試值（m/s）		0.87	0.92	0.87		0.93	0.88		0.89			0.96
修正值（m/s）		0.83	0.88	0.83		0.89	0.84		0.85			0.92
測試值（m/s）		0.86	0.93	1.03		0.95	1.07		1.22
修正值（m/s）		0.82	0.89	0.98		0.91	1.02		1.17
平均值：											0.53
計算流入風速:											0.53

表6 風速儀探頭45°夾角試驗結果

試驗2.2	操作口長度（m）：									1.4
	操作口高度（m）：									0.2
	風速儀修正公式：							y=0.957x-0.001
	備注：風速儀精度較高，需要根據校準數據進行修正
	計算公式：				計算流入風速=風速平均值
測試值（m/s）		0.12	0.13	0.12		0.15	0.16		0.14			0.12
修正值（m/s）		0.11	0.12	0.11		0.14	0.15		0.13			0.11
測試值（m/s）		0.09	0.09	0.08		0.07	0.10		0.11
修正值（m/s）		0.08	0.08	0.07		0.06	0.09		0.10
測試值（m/s）		1.21	1.08	1.11		1.08	0.97		0.97			1.02
修正值（m/s）		1.16	1.04	1.07		1.04	0.93		0.93			0.98
測試值（m/s）		0.99	1.05	0.99		1.00	1.04		1.20
修正值（m/s）		0.95	1.01	0.95		0.96	1.00		1.15
平均值：											0.56
計算流入風速:											0.56

表7 測量面向內側偏離試驗結果

試驗3.2	操作口長度（m）：									1.4
	操作口高度（m）：									0.2
	測量面向里（cm）：							5
	風速儀修正公式：							y=0.957x-0.001
	備注：風速儀精度較高，需要根據校準數據進行修正
	計算公式：				計算流入風速=風速平均值
測試值（m/s）		0.19	0.19	0.11		0.11	0.10		0.09			0.12
修正值（m/s）		0.18	0.18	0.10		0.10	0.09		0.09			0.11
測試值（m/s）		0.09	0.12	0.11		0.12	0.10		0.13
修正值（m/s）		0.09	0.11	0.10		0.11	0.09		0.12
測試值（m/s）		0.93	0.98	0.87		0.81	0.79		0.76			0.68
修正值（m/s）		0.89	0.94	0.83		0.77	0.76		0.73			0.65
測試值（m/s）		0.77	0.73	0.78		0.81	0.82		0.91
修正值（m/s）		0.74	0.70	0.75		0.77	0.78		0.87
平均值：											0.45
計算流入風速:											0.45

表8 測量面向外側偏離試驗結果

試驗3.3	操作口長度（m）：									1.4
	操作口高度（m）：									0.2
	測量面向外（cm）：							5
	風速儀修正公式：							y=0.957x-0.001
	備注：風速儀精度較高，需要根據校準數據進行修正
	計算公式：				計算流入風速=風速平均值
測試值（m/s）		0.26	0.21	0.20		0.21	0.20		0.19			0.21
修正值（m/s）		0.25	0.20	0.19		0.20	0.19		0.18			0.20
測試值（m/s）		0.23	0.23	0.21		0.24	0.29		0.32
修正值（m/s）		0.22	0.22	0.20		0.23	0.28		0.31
測試值（m/s）		0.97	1.01	0.97		0.95	1.04		1.07			1.01
修正值（m/s）		0.93	0.97	0.93		0.91	0.99		1.02			0.97
測試值（m/s）		1.05	0.96	1.01		0.97	1.03		1.11
修正值（m/s）		1.00	0.92	0.97		0.93	0.98		1.06
平均值：											0.45
計算流入風速:											0.59

2.4 試驗結果總結

試驗結果總結如下表9

表9 試驗結果總結

試驗序號	試驗名稱		試驗結果（m/s）	偏差（m/s）
方法比較
1．1	風量計法		0.53	/
1．2	排氣法		0.50	-0.03
1．3	限高前窗法		0.59	+0.06
1．4	前窗法		0.53	0
探頭角度比較
2．1	探頭測量窗與測量面平行		0.53	0
2．2	探頭測量窗與測量面呈傾斜45 °夾角		0.56	0.03
測量面比較
3．1		標準測量面	0.53	0
3．2		測量面向里5cm	0.45	-0.08
3．3		測量面向外5cm	0.59	0.06