Undersökningar, som gjorts av utläckage från dragskåp och dragbänkar då laborant arbetat vi dem redovisas i detta häfte.

Transkript

1 Byggnadsstyrelsen Tekniska byråns information Dragskåp, dragbänkar Sammanfattning av prov Sammanfattning Undersökningar, som gjorts av utläckage från dragskåp och dragbänkar då laborant arbetat vi dem redovisas i detta häfte. Arbetet har utförts av docent Bengt Ljungqvist i samarbete med tekniska byråns VVS- och drifttekniska sektion. Ref Svante Nilsson

2 INNEHÅLL Bakgrund 1 Provningsförfarande 4 Erhållna resultat för dragskåp 7 Erhållna resultat för dragbänkar 11. Slutord 15 Referenser 16 DRAGSKÅPSPROVNINGAR UTFÖRDA AV BSK/KTH UNDER PERIODEN MAJ 1979 TILL FEBRUARI 1982 KBS - Normaldragskåp KBS - Normaldragskåp Modifierat utförande med försöksperson med laborant KBS - Normaldragskåp med laborant Modifierad ledskena med utsug KBS - Normaldragskåp med laborant Fotografisk bedömningsmetod Anselmdragskåp Anselmdragskåp kompletterande med laborant med laborant, prov Dragbänk och dragskåp luf tf öring med vertikal Skyddsarbetsbox med laborant SVA-C Dragskåp typ Lab-flex med laborant (s k Leo-dragskåp) Dragbänk med vertikal luftföring under närvaro av laborant. En jämförelse mellan några olika bänkstorlekar Dragbänk med huv vid vertikal luftföring under närvaro av laborant Skyddsbox med laborant Materialet från dessa försök finns tillgängliga hos $yggnadsstyrelsen, Tekniska byrån, VVS-sektionen. Undersökning, text och foto Bengt Ljungqvist 1982, Kungl Tekniska Högskolan, Institutionen för värmeteknik.

3 1 BAKGRUND Vid dragskåp kan en mycket komplicerad strömningsbild uppstå, som väsentligen påverkas av dels dragskåps luckans läge, dels den arbetande personens egna rörelser. Man har all anledning befara att föroreningar frigjorda i dragskåpet kan läcka ut och inhaleras av den arbetande människan, laboranten. Utläckaget skulle i så fall bero på stationära eller icke - stationära virvlar eller ett i största allmänhet oroligt, instabilt bakströmningsområde. Ljungqvist (1) har visat att virvlar i vissa situationer kan framkalla områden med högre föroreningshalt än omgivningen i övrigt. Härvidlag spelar självklart föroreningskällans belägenhet i förhållande till virvlarna en avgörande roll. Avsikten med denna uppsats är att redovisa de prov, som utförts under de senaste åren med dragskåp och dragbänkar under närvaro av laborant. De i litteraturen beskrivna försöken med dragskåp har nästan alltid utförts utan försöksperson. Resultaten härifrån kan sammanfattas i att man betonar vikten av lugn luftföring i laboratoriet. Dragskåpens inloppskanter bör vara aerodynamiskt korrekt utformade så att en väldefinierad och jämnt fördelad lufthastighet i skåpöppningen möjliggörs. Malmström et al. (2) har sammanställt några från internationell synpunkt rådande uppfattningar om frontareahastighetens storlek vilket redovisas i tabell 1.

4 Mindre giftiga Mycket giftiga 2 >0,25 Chamberlin 0,25-0,75 Caplan 3 0,3 Fuller 0,50 1,0 Engelsmännen 1 0,17 Olander 0,30 0,50 0, Appi. Handbook 1) 600 m3/h vid 1 m2 lucköpp ning, god utf ormning av sk och tilluftssystem. 2) utan brukare (med brukare min 0,5 m/s). 3) förutsätter gott aerodynamiskt utförande.. 4) de lägre hastigheterna gäller för skåp med extremt god utformning. Tabell 1. Rekommenderade frontareahastigheter (ur Malmström et al. (2) ). Den för svenska förhållanden rådande uppfattningen har utförligt redovisats av Olander ( 3). Trots litteratursökning medelst dator vid dokumentationscentralen på KTH:s bibliotek har det inte gått att finna någon referens, som tar sikte på att systematiskt kartlägga laborantens egen närvaro, där man använder sig både av konventionella spårgasmätningar och av totalöverblickande visuella metoder. Dock må några arbeten nämnas. Chamberlin och Leaby (4) beskriver prov, där den arbetande människan vid skåpet simuleras med hjälp av en docka, där armrörelser erhålls genom att vicka på

5 3 dockan. Caplan och Knutsson (5, 6) redovisar i några arbeten försök med docka och anser att en docka av standardiserat utförande bör användas, eftersom man vid prov med människor med olika kroppsbyggnad funnit att skillnader i resultat kan bli stora. Mikell och Hobbs (7) har med en docka invid dragskåpet studerat utläckage vid variation av lufttillförsel, emissionskällans placering samt dockans och dragskåpsluckans belägenhet. Författarna drar slutsatsen att god arbetsdisciplin hos brukaren bör reducera utläckaget väsentligt. Harvey (8) har medelst rökprov under närvaro av en person konstaterat att utläckage kan uppstå. Huvudintresset härvid har lagts vid personens armrörelser in och ut genom skåpsöppningen samt hans förflyttning till och från skåpet. Byggnadsstyrelsen har intresserat sig för frågor huruvida människans egen närvaro vid dragskåp och dragbänkar inverkar på funktionen och ställt medel till förfogande för en serie undersökningar häröver. Dessa prov har utförts i samarbete mellan BSK BS Konsult AB och institutionen för värmeteknik, KTH. Enligt Ljungqvist s mening är skiljaktligheterna mellan prov med en docka och prov med en levande människa så stora att resultaten från de förra kan riskera ge en falsk bild av verkligheten. Denna bild kan i värsta fall visa tryggare förhållanden än vad som verkligen råder. Härvidlag stöder sig Ljungqvist på ett mycket stort antal försök. Därför har man konsekvent använt en levande laborant i det arbete, som beskrivs i det följande.

6 PROVNINGSFÖRFARANDE Den försöksmetodik, som valts har utvecklats vid institutionen för värmeteknik, KTH och provningsutrustningen finns noggrant redovisad i en KBS-rapport (9). Provningsförfarandet har tidigare använts vid försök med KBS-normaldragskåp utan laborant och finns redovisat i en KBS-rapport (10) och av Olander (3). Vid provens genomförande har till skillnad från (10) och (3) mätsonden hållits stillastående. Sonden har placerats mellan försöksperson och dragskåp samt har alltid varit belägen i ett plan 1 cm utanför skjutluckans ytterkant. Proven har utförts dels utan laborant, dels med laboranten orörlig och dels med laborantens händer i rörelse. Härvid har arbetsmoment utförts i skåpet med relativt lugna rörelser, innebärande att händer och underarmar varit i lugn rörelse, medan överarmar i stort sett varit stilla. Sammanfattningsvis gäller för alla prov att ett konstant flöde av en spårgas, dikväveoxid, tillförs skåpet dels invid bottenplattan dels på två olika höjder 30 cm resp 70 cm över bottenplattan. Med hjälp av en infrarödanalysator (Uras 2, Hartmann & Braun) och en stillastående sond mäts utläckaget framför laboranten utanför öppningen på ett antal olika höjder vid olika öppningsareor. Infrarödanalysatorns värden överförs via skrivare på remsa. Minsta detekterbara koncentration är 1 ppm. I en uppsats av Allander, Ljungqvist (11) diskuteras att i många.tekniska system finns sekundsnabba fluktuationer med våldsamma amplitudförändringar. Det finns Lördagen inga instrument, som tillfredsställande registrerar koncentrationspulser med en varaktighet av 1 sek eller mindre, p g a mätinstrumentens eftersläpning och tröghet.

7 5 Fig. 1 visar att sådana pulser eller som det även kallas, flashar, är en aerodynamisk realitet. Figuren återger koncentrationsmätning utförd vid ett dragskåp, där mätsonden placerats invid den framför dragskåpet arbetande laborantens andningszon. Dragskåpsluckan befinner sig i sitt övre läge. I II. III TID (min) Fig. 1. Karaktäristiska utläckageegenskaper hos ett dragskåp med laborant i vila resp rörelse. Dragskåpsluckan befinner sig i sitt övre läge. Vid kurvans första del 1-II är laboranten helt stilla medan i den andra delen II-III utförs normalt arbete med våldsamma pulsartade utläckage som följd. P g a att den direktvisande analysapparaten har en eftersläpning och då den använda skrivaren har en ej försumbar tröghet, kan man med visshet säga att verkligheten är våldsammare än vad fig. 1 visar. Detta medför

8 6 att den registrerade kurvan i fig. 1 återger ett mellanting av mätinstrumentets egenskaper och det sanna förloppet. Malmström et al. (2) diskuterar vilken roll kuvettvolymen spelar vid snabba förlopp och finner att vid samma situation med olika analysapparater kan stora skillnader i resultat erhållas. Med utgångspunkt från de brister som finns vid konventionella analysmetoder, har även överblickande registreringsmetoder använts för att få information om de aerodynamiska förhållandena. Den naturliga vägen är att medelst filmning vid kontinuerlig röktillförsel under isoterma förhållanden skaffa sig en total överblick av situationen. Metoden finns beskriven av Allander, Ljungqvist (12), varför en närmare redovisning ej behöver ske här. Nackdelen med rökfotograferingsmetoden är att ett främmande ämne substituerar spridningsförloppet i stället för det verkliga ämnet. Frågan om i vad mån gaser och partiklar följer samma spridningsförlopp, får på detta sätt en fundamental betydelse. Ljungqvist (1) har visat att i laminära eller stillastående system, gaser och partiklar har helt olika spridning, men att olikheten drastiskt avtar i turbulenta system. I stort sett kan man säga att i system med väl etablerad turbulens behöver ej någon åtskillnad göras mellan gaser och här använda partiklar, under det att i laminära system måste alltid spridningsbilderna vara olika. Vid bedömning av spridn-ing av gasformiga föroreningar har sålunda metoden med rökfotografering vissa svagheter. I samband med proven har även jämförande registreringar med en termovisionskamera gjorts, där man direkt kan fotografera gasformiga föroreningars utläckage. Metoden, som beskrivits av Allander, Ljungqvist

9 7 (13) bygger på att registrera den extinktion, som gasersabsörption medför i infrarödområdet. ERHÅLLNA RESULTAT FÖR DRAGSKÅP I en serie undersökningar, vilka strömningstekniskt kännetecknas av att rumsluft sugs horisontellt in i skåpet genom dragskåpsöppningen, redovisar Ljungqvist et al. (14, 15, 16) att utläckage uppstår p g a det bakströmningsområde, som bildas vid den arbetande människan, laboranten. Fig. 2 visar ett karakteristiskt rökspridningsförlopp utan närvaro av laborant vid ett dragskåp, som kännetecknas av väl rundade inloppskanter, medan fig. 3 visar den dramatiska förändring, som kan uppstå, då en laborant befinner sig vid skåpet. Luftflödet är det normenliga 500 m3/h per löpme ter dra g skå P sö pp nin g, d v s i detta fall 600 m3 / h....::::.. Fig. 2. Rökspridning i ett dragskåp med 2/3-dels lucköppning vid ostörd strömning vid normenligt luftflöde 600 m3/h.

10 8 Fig. 3. Rökspridning i ett dragskåp med 2/3-dels lucköppning med laborant i arbete vid normenligt luftflöde 600 m3/h. Dragskåpets lucka är öppnad till 2/3-delar av full öppning och detta kan medföra att en relativ stabil bakvirvel kan bildas. Den vanligaste orsaken för utläckage vid dessa lucköppningshöjder är dock laborantens egna rörelser, se fig. 1. Jämförande prov med fotografering av gaser har utförts med infrarödmetoden (IR-metoden). Fig. 4 visar en sådan IR-bild av ett gasformigt utläckage, som förorsakas av laborantens bakströmningsområde.

11 9 Fig. 4. IR-bild. Gasformigt utläckage vid ett dragskåp med laborant. Samma fall som i fig. 3. Erfarenheter från olika dragskåpstyper med horisontell luftföring visar att fig. 3 och 4 återger på ett representativt sätt spridningsförloppen under närvaro av laborant vid den angivna lucköppningen. Sålunda gäller att vid högre lucköppningar är förhållandena instabila och utläckagets storlek är synnerligen beroende av laborantens egna rörelser. Vid lägre lucköppningar och oförändrat flöde är strömningen så energirik att virvelbildningen, som uppstår mellan laborant och skåpöppning syns spela en avgörande roll på utläckaget. Kvantitativa spårgasmätningar visar att utläckage uppstår även vid de minsta praktiskt användbara öppningar. Fig. 5 visar ett sådant utläckage med luckan i s k säkerhetsläge (27 cm öppningshöjd), där en laborant är i arbete.

12 10 E 40 a a V.Z 0-30 Q z W U c 20 Y T10 (min) Fig. 5. Utläckage hos ett dragskåp vid normenligt luftflöde med luckan i s k säkerhetsläge (27 cm lucköppning), "r en laborant är i arbete. Mängden spårgas som släpps ut i skåpet ger i frånluften en genomsnittlig koncentration av 260 ppm. Approximativt kan sägas att utläckaget från öppningshöjder större än 2/3-dels lucköppning till det s k säkerhetsläget reduceras till 1/10-del. Härvid må nämnas att en förbipasserande person kan vid instabil bakströmning ge en störning som påverkar utläckaget. Faran härvidlag ökar starkt med ökande lucköppning. Mätningar på modifieringar av denna dragskåpstyp har redovisats av Ljungqvist et al. (17, 18). I ett fall har prov utförts med en skjutlucka försedd med två hål för laborantens händer. Med luckan i sitt nedre läge blir dragskåpsöppningens höjd 25 mm. Lägst utläckage (<6 ppm) genom denna spalt erhålls vid halverat dragskapsflode, d v s ca 300 m /h. 1 ett annat

13 11 fall har en ledskena, som försetts med separat utsug, placerats på hällen i skåpets framkant. Genom att ledskenans frånluftsslang kopplas direkt till dragskåpets frånluftskanal erhålls ett flöde genom ledskenan, som är ca 15% av skåpets totala flöde. Med detta arrangemang erhålls en klar förbättring av skåpets funktion i ett 30 cm högt område vid bottenplattan. Malmström et al. (2) har vid punktformig föroreningskälla med ett liknande arrangemang med punktutsug erhållit en reduktion av utläckaget. ERHÅLLNA RESULTAT FÖR DRAGBiNKAR I en uppsats av Innala, Ljungqvist (19) diskuteras att man bör göra åtskillnad mellan varmt och kallt dragskåpsarbete. I det kalla fallet används inga sådana värmekällor att termiska störningar uppstår. Ersätts vid detta fall dragskåpet med en perforerad bordsyta med en huv till skydd för störningar, erhålls ett väsentligt bättre resultat än vad som visas i fig. 5. Fig. 6 visar en sådan dragbänk med huv. Fig. 6. Rökspridning vid en perforerad bordsyta med huv med laborant i arbete.

14 12 Det utläckage som härvid erhålls framgår av fig. 7. Y 1o TID (min) Fig.?. Utläckage hos en perforerad bordsyta med huv med laborant i arbete. Samma öppningshöjd som i fig. 5. Av fig. 7 framgår att det erhållna utläckaget är ca 1/10-del av dragskåpets. Spårgasf lödet är i detta fall detsamma och ger därför på samma sätt som i fig. 5 en genomsnittlig koncentration i frånluftenv 260 ppm. Vid kallt arbete där önskemål finns om stor rörelsefrihet med åtföljande lägre säkerhetskrav, kan ett förhållandevis gott skydd erhållas med en dragbänk utan skyddshuv d v s endast en perforerad platta. För att få en uppfattning om betydelsen av plattans storlek, har prov utförts på tre olika storlekar. Luftflödet har härvid valts till 1000 m3 / h och m2 p erfo rerad yta. Dragbänkarnas data framgår av tabell 2.

15 13 Dmensioner (cm2) p erf orerad yta "Hydraulisk diameter" (cm) A Luftf löd e 3 m h 110 x 60 77, x , x 40 44,4 200 Tabell 2. Data för dragbänkar. Resultaten, som redovisas av Ljungqvist et al. (20, 21), visar att säkerhetshöjden, d v s spårgasutsläppets höjd över bänken, som medför ringa utläckage (<5 ppm ), varierar med dragbänkens storlek. Approximativt kan sägas att en fjärdedel till en femtedel av den perforerade ytans "hydrauliska diameter " bildar säkerhetshöjden. En förutsättning är givetvis lugna förhållanden i rummet. Inom kemisk och bakteriologisk verksamhet förekommer ofta hantering av preparat under isoterma förhållanden, där små mängder kan förorsaka stora obehag hos den arbetande människan, exempelvis vid cytostatikahantering. Önskemål från bl a personal inom sjukvården har framförts att vid riskfyllt arbete ha tillgång till en säker skyddsbox. Med utgångspunkt från här berörda erfarenheter har vid BSK BS Konsult AB en ventilerad skyddsbox med stänkskydd framtagits, vars principiella utförande framgår av fig. 8.

16 14 r & 9 I Fig. 8. Skiss av skyddsbox (patentsökt). Boxens botten, som är en perforerad platta med arean 0,2 m2 tjänst g ör som utsu g och luftflödet har valts till 200 m3/h. Sk y ddsboxen har en e g en fläkt, som via en slang för den förorenade luften till frånluftssystemet eventuellt via ett filter. Apparaten är så kompakt att den kan förses med hjul och därmed göras mobil. Mätresultaten, som redovisas av Ljungqvist, Andersson (22), visar att vid en aerodynamiskt korrekt utformad skyddsbox kan inget utläckage konstateras.

17 15 SLUTORD Vid projektering av laboratorier bör åtskillnad göras mellan varmt och kallt dragskåpsarbete. I det kalla fallet, d v s verksamhet under isoterma förhållanden,. bör dragbänkar med eller utan huv väljas allt efter åtkomlighet- och säkerhetskrav. Fördelar härmed är att dessa bänkar ger ett bättre skydd samtidigt s.om de är billigare än de mer luftkrävande dragskåpen. Då värmeavgivande verksamhet förekommer, måste konventionella dragskåpstyper väljas, vid vilka arbete bör ske vid så liten lucköppning som möjligt. Allmänt gäller att lugn luftföring måste råda i labyoratoriet, vilket även inkluderar att yttre störningar bl a i form av passage måste reduceras till ett 0 minimum. Vid val av dragskåp bör alltid kontrolleras att det är aerodynamiskt korrekt utformat. Vid verksamhet, som ställer b så höga krav att inget utläckage under några omständigheter kan accepteras' kan f n endast s k glovebox rekommenderas.

18 16 REFERENSER 1. Ljungqvist, B., Något om samspelet mellan luftrörelser och föroreningsspridning, doktorsarbete vid institutionen för värmeteknik, KTH, Malmström, T-G., Cariström, G., östlund, S., Vent.modifiering Normaldragskåp. Byggnadsstyrelsen, Tekniska byråns information, Olander, L., Dragskåp. Funktion-Installation- Handhavande, Arbete och Hälsa, 1978:4. 4. Chamberlin, R:I., Leaby, J.E., Laboratory Fume Hood Standards, recommended for the U.S. Environmental Protection Agency, Caplan, K., Knutson, G., The effect of room air challenge on the efficiency of laboratory fume hoods. ASHRAE Translations 1977 vol 83, part Caplan, K., Knutson, G., Laboratory fume hoods: A performance test. Laboratory fume hoods: Influence of room air supply. ASHRAE Translations 1978 vol 84, part Mikell, W., Hobbs, L., Laboratory Hood Studies, Journal of Chemical Education, vol 58, 5: Harvey, R.P., Investigation of some of the factors affecting the containment performance of fume cupboards. Proceedings from Symposium organized by the Laboratory of the Government Chemist. London Provning av dragskåpsventilation KBS-rapport nr 9, Byggnadsstyrelsen, KBS-normaldragskåp. KBS-rapport nr 1:2, Byggnadsstyrelsen, Allander, C., Ljungqvist, B., Luftrörelser - föroreningsspridning. En orientering. Ventilation i verkstäder. Handbok för beställare. Sveriges Verkstadsförening, 19'80.

19 Allander, C., Ljungqvist, B., Luftrörelser föroreningsspridning, Fotografisk metod, institutionen för värmeteknik, KTH, R 13. Allander, C., Ljungqvist, B., Luftrörelser - föroreningsspridning. Elementära försök med IRteknik, Arbetsmiljö, specialtryck, Ljungqvist, B., KBS-normaldragskåp med försöksperson, Nordiska R3-föreningens symposium, Åbo, Ljungqvist, B., Ahlström, M., Anselmdragskåp med laborant. BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Ljungqvist, B., Andersson, P-A., Dragskåp typ Lab-f lex med laborant (s k Leo-dragskåp), BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Ljungqvist, B., KBS-normaldragskåp med laborant. Modifierat utförande, BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Ljungqvist, B., Ahlström, M., KBS-normaldragskåp med laborant. Modifierad ledskena med utsug, BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Innala, ö., Ljungqvist, B., Ventilation som förhindrar att föroreningar sprids, VVS, 1: Ljungqvist, B., Ahlström, M., Dragbänk och dragskåp med vertikal luftföring, BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Ljungqvist, B., Andersson, P-A., Dragbänk med vertikal luftföring under närvaro av laborant. En jämförelse'mellan några olika bänkstorlekar, BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH, Ljungqvist, B., Andersson, P-A., Skyddsbox med laborant, BSK BS Konsult AB, institutionen för värmeteknik, KTH,

20 r w

21 á

22 ,

23 c r

24 Byggnadsstyrelsen Stockholm telefon 08 / Garnisonstryckeriet * Stockholm * 1983