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1、粉尘实验室通风橱安全人机分析及优化设计粉尘实验室通风橱安全人机分析及优化设计摘要：通风橱又称通风柜，是化学实验室的一种大型设备。其作用是减少实验者和和有害气态的接触，保证实验安全可靠。通风橱的种类有通用型、无管道型、补风型、连体型、桌上型、两面型、落地型。通风原理有无关通风和全通风。无关通风是空气由柜内前上方的排风扇抽走后，先用泡沫塑料（使用寿命约6个月）过滤除尘，再用活性炭（使用寿命约2年（过滤，吸附掉很多化学物质，之后重新循环使用。有点是不需要外连管道，不污染外部环境，而且对实验室温度影响较小；缺点是必须定期更换过滤材料，实验者接触有害气体的可能比使用抽气通风柜大，而且是因为多装的排风扇离
2、实验者很近会造成噪音；全通风是空气由柜内前上方的排风扇抽走后，经管道引导别处。优点是比无管道通风能更有效地出去实验室有害气体，噪音小，而且维护简单，缺点是要安装专用的排风管道，在室内外温度不同的情况先可能阻碍实验室维持恒温，而且对环境卫生不利。关键词：通风橱 人机协调 优化设计1通风橱概况31.1 通风橱的种类51.1.1 固定容积通风橱51.1.2 可变气体容积通风橱61.1.3 特殊用途通风橱61.2 实验室通风橱的设计要求81.2.1 实验室通风橱大小要求81.2.2 通风橱内衬材料81.2.3 进风调节板和气体导流板81.2.4 观察窗设计要求91.2.5 安全控制设计92系统中不合理
3、的人机关系及分析102.1实验人员与通风橱尺寸匹配分析评价102.1.1人体相关尺寸测量数据102.2人与通风橱及相关物品与环境（人机关系心理方面）匹配分析评价173系统中人机关系的一些改进19总结20致谢211通风橱概况通风橱是实验室中主要的安全设备，为了控制有害物质的外溢和保证实验正常进行，必须有效地控制罩面风速。在实验过程中，随着橱门的操作，通风橱开口面积发生变化，罩面风速变化较大，通风系统达不到设计要求，影响实验和效果。 伴随着科学技术和工业化进程的发展，科学实验必不可少，各个领域实验室建设已全面展开。科研院校、工矿企所、大专业都普遍要设置供试验研究用的实验室。实验室在试验过程中，伴随
4、着大量有害物如气体、蒸气、粉尘和悬浮颗粒等的产生，对试验人员的健康造成了严重的损坏。通风橱是实验室中主要的安全设备，大部分实验在通风橱中完成，通风橱是密闭罩的一种特殊形式，产生有害物的操作进程完全在罩内进行。通风橱一般设有可开闭的操作孔和观察孔，通过对通风橱进行抽风，使橱内形成负压，以防止通风橱内机械设备的扰动、化学反应或热源的热压，以及室内横向气流的干扰等原因引起有害物的逸出。问题的提出根据有害气体密度与空气密度大小的不同，通风橱的形式有很多，不同的地方应用不同形式的通风橱。通风橱主要形式包含：上部排风的通风橱，下部排风的通风橱，上下联合排风的通风橱。同时，还有节能型的供气式通风橱。通风橱的
5、罩面风速是衡量排风橱性能的主要技术指标，它是指排风橱开口拉门处的平均入口风速，通风橱罩面风速的选定准则是：既要使有害气体不能从橱内逸出，同时也要避免在通风橱内产生紊流。过高的罩面风速可导至排风橱内台上方空间内气流紊乱，污染物可能在橱内某个角落积聚，还有可能吹熄火焰，破坏正在进行的试验，过低的罩面风速势必造成污染物的逃逸，危害试验人员的安全。对于有毒或有危险的有害物，其通风橱操作口罩面风速一般取 0.40.5m/s。通风橱的排风量根据公式（1）计算1：对于一般试验室通风橱，当考虑房间内的干扰气流和通风橱操作口上吸速度的不均匀性，开启面积应取操作口量大的开启面积。由以上公式可以看出，对于传统的没有
6、调节系统的通风橱，当操作门全开时，可以满足0.40.5m/s 的罩面风速，当操作门开启一半或全关时，操作面罩面风速将大于设计值，这将影响实验操作和排风的效果。根据某通风橱的实际测试2，当橱门完全开启时，罩面风速为 0.47m/s，当橱门开启一半时，罩面风速为 0.86m/s。当橱门接近全关时，其罩面风速将更大，这将大大影响排风及实验效果。因此，如何有效地控制罩面风速是对通风橱有效排风的保障。实验室通风橱是实验室设计中不可缺少的组成部分。为了使实验室工作人员免于吸入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质，实验室应有良好的通风。为避免一些蒸汽、气体和粒(烟雾、煤烟、灰尘等)的吸收，污染物质必须使
7、用通风橱、通风罩或局部通风的方法除去。1.1 通风橱的种类实验室通风橱一般分为两种类型：通用型和补风型通用型通风橱适用于最普通的物理、化学、生物等实验环境；补风型通风橱适用于室内有空调的实验环境，它能使橱内空气与室外空气直接对流，减轻实验室空调的负荷。通风橱使用排风系统类型可分为固定气体容积或可变气体容积。1.1.1 固定容积通风橱（1）通用型通风橱通用型通风橱是很常用的，其内部具有一个气体导流板以及活动的进风调节板通用通风橱通常以固定的排风容积运行，大部分有害气体通过进风调节板孔进入通风橱。减小进风调节板孔会增大通过进风调节板孔的空气的速度。通用通风橱最便宜，但是它的使用性能很大程度上取决于
8、进风调节板的位置的高低。当进风调节板接近关闭位置时，通过进风调节板孔的高速气流可能会吹翻重量微小的仪器，干扰测试设备，降低蒸馏速率，降低加热温度，吹散有价值的试样材料或在通风橱内产生紊乱。（2） 旁通式通风橱当实验室要大幅度排除室内空气时，采用这种通风橱比较合适，因为当橱门全闭时并不影响室内的换气量。旁通通风橱中的补偿进风孔起限制进风调节板孔进入通风橱的气流速度的作用，因为进风调节板可以上升或下降。旁通通风橱一般以固定气体容积工作当进风调节板关闭时，进入通风橱的气流方向将重新分布，因此使通风橱中的高速气流流量减至最少。进风调节板上升或降低，都会减小气流速度。因此，旁通通风橱的进风调节板孔进入通
9、风橱的气流速度一般不会妨碍通风橱的设备和操作。旁通式通风处优化了进气系统的设计，保证了进风调节板升降时橱内气体的平衡。（3）补风型通风橱补风型通风橱是旁通通风橱的变种。补风型通风橱能降低室内空调的负荷，将室外空气输入实验室内以降低室内有害物质的浓度，改善实验人员的工作环境。有空气调节系统的实验室采用这种通风橱是很理想的，既节省能量，又不影响室内的气流组织。补风型通风橱存在一些缺点。因为需要两个通风机和两套通风管道，所以组装成本比一般的通风橱高；因为辅助进气系统需要大功率的排风系统，所以要平衡辅助进气系统，防止在通风橱的正面有不希望的干扰气流。此外，辅助空气应该纯净、干燥，不能干扰正在进行的实验
10、。1.1.2 可变气体容积通风橱可变气体容积通风橱可以改变室内排风量，而在一定范围内保持操作面的气流速度。可变气体容积通风橱可使用不同的方法来改变排气容积一个方法是根据进风调节板打开的位置高低和排气控制板的闭合程度来调节；另一个方法是改变排风速度来满足风量要求。当多个通风橱共享一个抽风机时，两种方法都可使用。可变气体容积通风橱系统排风橱一般作为通用的通风橱使用。一些可变气体容积通风橱包括改良的旁通系统。可以保证足够的送风，以在进风调节板的位置最低时能够充分地控制和加入排出气体。可变气体容积通风橱系统可在制作时嵌入在通风橱的内部，作为一个辅助设备添加到通风橱上。一些可变气体容积通风橱配有电子设备
11、，它们与实验楼的保温、通风和空调设备连接在一起，可从控制中心位置监视通风橱排气以及控制实验室送风情况。可变气体容积通风橱比传统的旁通和补风型通风橱节约能源。同时，它们提供稳定的气流，是操作复杂或实验时间较长的实验的最佳选择。此外，大部分可变气体容积通风橱系统拥有监视器和报警器，它可以警告实验人员气流不安全的情况。1.1.3 特殊用途通风橱特殊通风橱一般用于特殊的、专门的实验。以下是一些常用的特殊用途通风橱。（1） 过氯酸通风橱过氯酸通风橱专门用于过氯酸实验。有机材料不应用于制作过氯酸通风橱，因为过氯酸与有机材料起化学反应时会产生爆炸。它必须用相对惰性的材料来制作，如316型不锈钢、1型未加塑喷
12、涂的聚氯乙烯或陶瓷材料。特殊用途通风橱具有安全的工作面、耐蚀内腔材料和容易彻底清洁的排放口。该通风橱要求具有可冲洗特性，因为通风橱和管道系统在每一次使用后必须充分清洗，以防止潜在可反应的高氯酸盐类的物质积存通风橱内部应避免锐角或隐蔽位置，以便于残积物的彻底冲洗。过氯酸通风橱要求具有一定冲洗能力的专用排出系统。（2） 用于放射性实验的通风橱用于放射性实验的通风橱应具有高度安全的工作面和通风橱内部的安全防护。通风橱内部的衬料不应该为放射性物质所渗透。观察窗口应采用适当的屏蔽材料，不同的射线对屏蔽的要求也不同。由于射线粒子重、速度慢，故只要一张纸就可以挡住；射线用有机玻璃就可以挡住；而7射线则要求用
13、混凝土、铅砖、铅屏风等作防护层。一般在放射药品源和人体之间放置7个半值层厚度的屏蔽物，就可使剂量率降低1%。在排气管道系统中应使用易于高效吸收微粒的过滤器或活性炭过滤器。（3）蒸馏通风橱和落地通风橱蒸馏通风橱和落地通风橱具有较大的内部高度，以适应大仪器的实验的使用。蒸馏通风橱一般安装在一个平台上，而落地通风橱安装在地面上，以便于重仪器或大仪器的推入。虽然称为落地通风橱，当实验时操作员决不能站在通风橱里面。（4） 防爆式通风橱在进行易燃或易爆炸物的特定实验时要求使用防爆通风橱。防爆式通风橱实质上是配备特殊电器的通风橱，如防爆灯装置。防爆并不意味着通风橱能够控制或抵抗爆炸，它指的是其电气部件用来排
14、除电火花，防止可能点燃易燃材料的火花或发热源产生。防爆通风橱的电器部件，如防爆的电源开关、插座和内部线路是专利许可的，必须满足相应的国家标准。除通风橱上的部件外，通风橱内部使用的电气设备也应该是防爆的。1.2 实验室通风橱的设计要求1.2.1 实验室通风橱大小要求教师用通风橱一般高2.2m、长lm、宽0.65m。四面镶玻璃或用透明有机玻璃，正面设有供教师演示用的可以上下移动的进风调节板(橱门高、宽各为0.5m)。上部设有通风孔，与排气管、排风扇联接，在实验时可将有毒气体排出室外。学生实验用通风橱一般高2.2m，长0.8m，宽0.5m。正面镶玻璃并装有可以上下移动的橱门(橱门高、宽各为0.5m)
15、。上部设排气孔，可供自然排风或强迫排风用。特殊用途通风橱一般高2.2m，长11.2m，宽0.5m橱内装有可动式多层金属网气体导流板，或有孔木制气体导流板。上部都设有排气孔，底部侧面开进气口。通风橱尺寸可以根据实验室特点加以调整，如可以设计成可在教师演示台上操作的或可移动式通风橱。1.2.2 通风橱内衬材料选择的管道材料应该是耐用、抗化学侵蚀、阻燃和耐高温的材料通风橱的内衬材料最好按照特定的实验来确定实验室通风橱排出物从类属上可分为有机或无机的化学气体、汽化物、水蒸气或烟雾、微粒等；从特性方面可分为酸、碱、溶剂或油剂物质。通风橱内衬材料易受这些物质的侵蚀：(1)腐蚀(由化学或电化学作用，对金属或其它材料的破坏)；(2)分解(对涂覆材料和塑料的溶解作用)；(3)融化(在高温时对一些塑料和涂覆材料)。通风橱表面应该考虑使用防污染材料。通风橱内壁必须为全密封无缝连接，以满足最佳清洁条件和最大限度地保证实验人员的安全。1.2.3 进风调节板和气体导流板进风调节板在弹着点和防辐射方面提供一些人体防护它是透明的，故便于从外面观察。进风调节板可设计成垂直上下滑动、水平滑动或水平和垂直滑动的组合应
