ヒュームフード

ヒュームフード
	一般的な現代のダクト式フード
その他の名前	フード; ヒュームキャビネット; ヒュームクローゼット;
用途	煙の除去、爆風や炎のシールド
関連商品	層流キャビネット; バイオセーフティキャビネット

ヒュームフード（ヒュームカップボードまたはヒュームクローゼットと呼ばれることもある）は、ユーザーが有害な煙、蒸気、粉塵にさらされるのを防ぐために設計された局所排気装置の一種です。この装置は、ガスや微粒子を捕捉して、その領域外（ダクト経由）または室内（空気濾過経由）に排出する、片側に可動式の上げ下げ窓が付いた囲いであり、実験室で最も頻繁に使用されます。

最初のヒュームフードは木材とガラスで作られ、有害なガス状反応副産物から人々を守る手段として 1900 年代初頭に開発されました。その後 1970 年代と 80 年代に開発が進み、エポキシ粉体塗装鋼と難燃性プラスチックラミネートでより効率的な装置を製造できるようになりました。現代のヒュームフードは、さまざまな実験室の実践のニーズを満たすために、さまざまな基準で製造されています。さまざまなサイズで製造される場合があり、島内の場所間で移動できるほど小さいデモモデルもあれば、大型の機器を囲むことができるより大きな「ウォークイン」設計もあります。また、過塩素酸や放射性核種の安全な取り扱いと換気を考慮して製造され、スクラバーシステムを備えている場合もあります。すべてのタイプのヒュームフードは、ユーザーの安全を確保するために定期的なメンテナンスが必要です。

ほとんどのヒュームフードはダクトでつながっており、設置されている部屋の空気を排出するため、調整された空気が常に部屋から排出され、研究室や学術機関のエネルギーコストが増大します。ヒュームフードに関連するエネルギー使用量を削減する取り組みは 2000 年代初頭から研究されており、可変風量、高性能、人感センサー対応ヒュームフードなどの技術的進歩がもたらされたほか、使用していないヒュームフードの窓を閉めて部屋から吸い込まれる空気の量を減らすよう促す「サッシを閉めよう」キャンペーンも普及しました。

歴史

換気の必要性は化学研究と教育の初期の頃から明らかでした。この問題に対する初期のアプローチには、従来の煙突の改造がありました。^[1]トーマス・ジェファーソンが1822年から1826年にかけてバージニア大学に建設した炉には、砂浴びと有毒ガスを排出するための特別な煙道が備えられていました。^[2]煙突の通風は、トーマス・エジソンも1900年頃に仕事で換気を行うために使用しました。 ^[3]

1904年、グダニスク工科大学に新設された化学学部には、講堂、いくつかの講義室、学生実験室、科学者用の部屋に木とガラスでできた換気フードが備え付けられました。ガラスでできた上下にスライドする前面パネルが煙や爆発から保護されていました。各換気フードには照明が付いており、暖房用のガス設備と排水口付きの水道水が備え付けられていました。反応によって生じる有害で腐食性のガス副産物は、暖炉の煙突の自然通風を利用して積極的に除去されました。この初期の設計は、110年以上経った今でも機能しています。^[4]

1923年、リーズ大学で、上昇するサッシを備えた最初の近代的な「ヒュームカップボード」設計が導入されました。^[3] 13年後、現在では著名なヒュームフード製造業者である Labconco 社が、正面にサッシ窓を備えた近代的な設計を彷彿とさせる、最初の市販ヒュームフードを開発しました。その後まもなく、第二次世界大戦中の 1943 年、ジョンウェーバージュニアが、有毒物質や放射性物質への曝露に関する懸念に応えて、専用の排気ファン、垂直に上昇するサッシ窓、一定の面速度を備えたヒュームフードのコンセプトを開発しました。この設計は当時の原子力研究所の標準となり、^[3]彼のコンセプトの多くの側面が現代のヒュームフードの設計に組み込まれています。^[5]

最初に大量生産されたヒュームフードは、石やガラスで作られていましたが、^[6]最も可能性が高いのはソープストーン^[7]またはトランタイト^[8] : ¹⁵³ですが、少なくとも1960年代にはステンレス鋼が使用されていました。^[9]ラボコンコは、耐久性と耐薬品性を向上させるためにグラスファイバーで裏打ちされたヒュームフードの概念を導入しましたが、^[3] 1990年代以降、エポキシ粉体塗装鋼、テフロン、ポリプロピレンコーティング^[8]^{: 169 が}ヒュームフードと排気構造での使用を文献で推奨されるようになりました。^[10]^[11]

説明

ドライアイスの霧で実証されたドラフト内の空気の流れ

ヒュームフードは、通常、作業エリアの6つの側面（可動式の上げ下げ窓またはドアを含む）を囲む大きな機器であり、その底部は、最も一般的には、立った状態で作業できる高さ（床から少なくとも28〜34インチ（71〜86cm）上）に配置されます。^[11]^{: 20}ヒュームフードは、バイオコンテインメント実験室で見られるような、有害な粒子、ガス状副産物、または有害物質のエアロゾルを生成する可能性のある材料を使用する必要がある実験室で最もよく見られます。^[11]

ヒュームフードには、ダクト式と再循環式（ダクトレス）の2つの主なタイプがあります。どちらのタイプも原理は同じです。空気はキャビネットの前面（開いた側）から吸い込まれ、建物の外に排出されるか、フィルターで安全にしてから室内に戻されます。^[12]この気流制御方法は、次のことを目的としています。

有害物質からユーザーを保護する^[11]^{: 6}
製品や実験を保護する^[11]^：6
環境を保護する（排気がフィルターでろ過されるか、作業場から逃げないようにする）^[13]^{: 311–337}
空間の換気を行う^[13]^：229

これらの装置の二次的機能には、爆発防止、流出防止、および装置内で行われる作業に必要なその他の機能が含まれる。これらの機能は、筐体設計、ダクト設計、および室内のヒュームフードの最適な配置によって達成される。^[14]^：5.3^[13]^：232–268

ヒュームフードは一般に壁側に設置され、排気ダクトを覆うために上部に充填材が取り付けられていることが多い。凹んだ形状のため、一般的な室内照明では十分に照らされないことが多いため、多くは防湿カバー付きの内部照明を備えている。^[15]^[16]^{: 502}装置の前面には上げ下げ窓があり、通常はガラスまたは透明なガラスでできており、垂直または水平にスライドできる。^{[14]教育用の特殊な筐体では、ユニットの側面と背面を}強化ガラスで構築することで視認性を高め、複数の人が同時にヒュームフード内を覗けるようにするが、換気能力は劣ることが多い。^[17]^[11]^{: 9}教育目的で製造されたデモモデルの中には、移動可能で、場所間で輸送したり、移動可能なアイランド上に構築したりすることができ、ダクトがないものがある。^[18]それらは耐薬品性に関する厳しい制限がそれほど厳しくないことが多いが^{[19] 、}エネルギーコストの削減など他の利点がある。^[17]

ヒュームフードは、一般的に 1000 mm、1200 mm、1500 mm、1800 mm、2000 mm の 5 種類の幅で販売されています。^[20]奥行きは 700 mm から 900 mm、高さは 1900 mm から 2700 mm です。主にメートル法以外の計測単位を使用する地域では、これらの寸法を最も近いインチまたはフィートの値に丸める建設基準に従うことがよくあります。^[16]^{: 503}これらの設計では、1 人から 3 人の作業員を収容できます。すべての最新の設計では、フードが使用中に適切に機能していることを確認するために、空気流量計を取り付ける必要があります。^[21]^{: 233}

非常に危険な物質については、密閉されたグローブボックスまたはクラスIIIバイオセーフティキャビネット^[22]が使用され、作業者は作業材料や工具との直接的な物理的接触から完全に隔離されます。^[11]

材料を構築する

ヒュームフードに使用されるフレームと構造材料は、機器の寿命中に予想される化学物質や環境への暴露に基づいて選択されます。^[23]現代のヒュームフードの外装構造に使用される一般的な材料には、次のものがあります。

軟鋼、粉体塗装：ヒュームキャビネットの伝統的な製造方法は、亜鉛メッキ軟鋼を使用することです。コストは低いことが多いですが、時間の経過とともに腐食の問題があり、製造時に炭素排出量が多くなります。粉体塗装は、エポキシ樹脂またはポリ塩化ビニルなどの他のプラスチックから作られる場合があります。^[23]^[24]^{: 336}
ステンレス鋼：放射能のある用途、クリーンルーム、ATEX環境で一般的に使用されます。^[11]ステンレス鋼は汚染除去が容易な材料です。ステンレス鋼は化学的脆弱性とコストのため、他の材料に比べてあまり一般的ではありません。^[8]^：153
ポリプロピレン：現代の材料よりも耐薬品性に優れた建材。クリーンルームにも使用される。軟鋼やステンレス鋼よりもコストが低い^{[8]が、耐熱性は劣る。}^[5]

メーカーは、安全ガラス、強化ガラス、高衝撃性ポリ塩化ビニル、プレキシガラスなどさまざまな素材で上げ下げ窓を製造しています。上げ下げ窓の最も一般的な構成は、重いガラスを使用する際に動きやすいように垂直にスライドし、バランスが取れているタイプです。フッ化水素酸を扱う設備では、ポリカーボネート製の窓が使用される場合があります。^[8]^{: 154}

ライナー材料

ヒュームフードの内部は、有害な化学物質や高温にさらされることが多いため、予想される化学物質や環境に耐える材料で裏打ちされていることが多い。ほとんどの場合、密閉空間の底部の作業面のみがライナー材で作られており、最も一般的にはエポキシ樹脂またはステンレス鋼で作られているが^[23]、ヒュームフードは次のいずれかの材料で裏打ちされることがある。^[11]

フェノール樹脂;
繊維強化プラスチック;
ポリプロピレン;
耐久性と耐熱性に優れた角型ステンレススチール。
コーブコーナーステンレス鋼は、放射化学およびバイオハザード用途において除染が容易である。
過酷な使用に耐えるセメントボード。

制御および監視パネル

ほとんどのヒュームフードには、主電源制御パネルおよび/または空気流量監視装置が取り付けられています。通常、内部のバッフルを手動または自動で調整できますが、ANSI ^[25]^[26]およびEN ^[21]^{: 233}^[27]規格では、次の状況で視覚的および聴覚的な警告を提供することが義務付けられています。^[28]^{: 7}

空気の流れが高すぎるか低すぎる
ユニット前面の開口部が大きすぎる (ユニット前面のスライドガラスが安全とみなされる高さよりも高く上げられると、空気の速度が低下し、「高サッシ」アラームが発生します)

一部のコントロールパネルでは、排気ファンや内部ライトのオン/オフなど、フード内の機構を中央から切り替えることもできます。^[15]

ダクト式ヒュームフード

工業用のヒュームフードのほとんどはダクト式です。ダクト式ヒュームフードにはさまざまな種類があります。ほとんどの設計では、調整された（加熱または冷却された）空気が実験室からヒュームフードに引き込まれ、その後ダクトを介して外気中に放出されます。^[5]

実験室の換気エネルギーコストを削減するために、可変風量（VAV）システムが採用されており、これはフードのサッシが閉じられたときに排出される空気の量を減らすものである。この製品は、ユーザーがフードの正面から離れるとフードのサッシを閉じる自動サッシ閉鎖装置によって強化されることが多い。^[21]^{: 238}その結果、フードは、誰もその前で作業していないときは常に最小の排気量で稼働することになる。^[29]

米国の気候では、典型的なヒュームフードは住宅の3.5倍のエネルギーを消費するため^[30]、排気量を減らすか最小限に抑えることは、施設のエネルギーコストを削減するだけでなく、施設のインフラと環境への影響を最小限に抑えるために戦略的です。公衆の安全に対するリスクを軽減し、排気が建物の空気供給システムに戻らないようにするために、排気排出場所に特に注意を払う必要があります。ヒュームフードシステムの排気要件は、公衆や作業員の曝露を防ぐために規制される場合があります。^[31]

補助空気

補助空気供給付きのヒュームフードは、設置されている部屋から調整された空気を取り込むのではなく、建物の外から空気を取り込むため、議論の的となっており、推奨されないことも多い。^[8]^{: 158}ヒュームフードは、調整された空気を部屋から取り込まないため、状況によってはエネルギーを節約する選択肢として検討されてきた。^[32]ヒュームフードの外側と比べて、フード内部は調整されていない環境となり、作業員に不快感や刺激を与える可能性があるだけでなく、^[33]^{: 148}補助空気供給付きの化学フードでは、従来の非空気供給フードに比べて、作業員がフード内の物質にかなり高い割合でさらされることが実証されている。^[32]

定常空気量（CAV）

定風量（CAV）ヒュームフードは、サッシ窓の位置に関係なく、フード内の空気量を一定に保ちます。これにより、サッシの位置に応じて空気の速度が変わります。^[34]サッシは適切な作業高さに調整され、適切な面速度を実現します。^[a]^[5] 2010年に実施された247人のラボ専門家を対象とした調査では、ラボマネージャーマガジンが約43％のヒュームフードがCAVヒュームフードであることがわかりました。^[36]

非バイパスCAV

CAV フードの最も基本的な設計では、空気が通過できる開口部は 1 つ、つまりサッシ開口部のみです。^[5]バイパスのない CAV フードのサッシを閉じると、面速度 (流入速度または「引き」) が増加します。^[a]これは、総容積をサッシ開口部の面積で割った関数です。したがって、フードの性能 (安全性の観点から) は主にサッシの位置に依存し、フードが閉じられると安全性が高まります。この設計は「従来型」フードと呼ばれます。多くの従来型フードでは、安全な空気流量を維持するために、サッシ窓を開けられる最大高さが指定されています。^[37]

従来のCAVフードの主な欠点は、サッシが閉じられているときに速度が上昇して計器類を妨害したり、熱いプレートを冷却したり、反応を遅くしたり、乱流を発生させて汚染物質を室内に押し込んだりする可能性があることである。^[37]^[5]

バイパスCAV

バイパス CAV フードは、従来のフードに影響を及ぼす高速度の問題を克服するために開発されました。^[37]これらのフードは、サッシが閉じると、上から「バイパス」開口部を通して空気を引き込むことができます。バイパスは、ユーザーがサッシを閉じるとバイパス開口部が大きくなるように配置されています。サッシが完全に閉じると、空気はサッシ窓の下部の翼型のみを通って流れます。 ^[38]^{: 12}フードを通過する空気は、サッシの位置に関係なく、ファン速度を変えずに一定の量を維持します。その結果、CAV フードによって消費されるエネルギー (または、建物の HVAC システムによって消費されるエネルギーとフードの排気ファンによって消費されるエネルギー) は、サッシの位置に関係なく一定、またはほぼ一定のままです。^[39]

低流量/高性能バイパスCAV

高性能または低流量バイパスCAVフードは、バイパスCAVフードの最新タイプであり、通常、改善された封じ込め、安全性、および省エネ機能を備えています。これらのフードには、窓のサッシストップ、サッシ位置および気流センサーによる自動バッフル制御、ユーザーと筐体の間に空気のバリアを作成するファン、層流を維持するための改善された空気力学などの機能が含まれています。^[37]^[39]これらのフードの設計は、ユニットがASHRAE基準を満たしながら、より低い面速度を維持し、したがってより少ないエネルギー消費を可能にすることを目的としています。^[5]^[22]^{: 320}

可変風量（VAV）

最新世代の実験室用フードであるVAVフードは、面の速度を一定に保ちながら、室内の排気量を変化させます。VAVフードはそれぞれ異なる方法で排気量を変化させます。たとえば、サッシの位置に応じて開閉する排気ダクトのダンパーやバルブ、空気量の要求に応じて速度を変えるブロワーなどです。ほとんどのVAVフードは、従来のフードシステムに改良されたバイパスシステムを統合し、フードの面の開き具合に応じて排気量を可変にしています。^[38]^{: 15}ただし、バイパスを使用しない設計も使用され、動作に必要な空気の総量をさらに減らしています。^[5]

VAVフードは、実験室から排出される空調された空気の総量を減らすことで、かなりのエネルギーを節約できます。ただし、この節約はユーザーの行動に左右されます。フードが開いている時間（高さと時間の両方）が少ないほど、エネルギーの節約が大きくなります。サッシが1日の作業時間中のみ開いているVAVフードを使用する実験室は、サッシの高さに関係なく、常に100％完全に開いているCAVフードを使用する実験室と比較して、エネルギーコストを大幅に節約できます。^[29]^[40]

2010年にラボマネージャーマガジンが247人のラボ専門家を対象に実施した調査では、ヒュームフードの約12%がVAVヒュームフードであることがわかりました。^[36]

キャノピーフード

キャノピー型ヒュームフードは排気キャノピーとも呼ばれ、商業施設や一部の住宅のキッチンのコンロの上にあるレンジフードに似ています。キャノピーのみで、囲いやサッシはなく、対流によって自然に上方に運ばれる煙、蒸気、熱、臭気などの無毒物質を排出するように設計されています。^[33]^{: 145}耐薬品性フィルター付きキャノピーフードは厳選されたベンダーによって製造されていますが、^[41]下にある機器から吸い込んだ煙が作業者の呼吸ゾーンを通過するため、作業者の安全の面では理想的ではありません。^[^33]^{: 145}これらは、ヒュームフードの囲いの中に保管または操作するのが不便な大型機器の排気を行うために、または一般的には追加の換気を必要とするプロセスが実行される実験室のベンチエリアで使用される場合があります。^[43]^{: 42–43} 2010年にラボマネージャーマガジンが247人のラボ専門家を対象に実施した調査では、約13%のヒュームフードがダクト式キャノピーヒュームフードであることが分かりました。^[36]

キャノピー型フードは、他のダクト式フードに比べて追加のダクト工事が必要であり、密閉型フードよりも周囲の環境から温度調節された空気を大量に取り込むことが多いが、^[44]^{: 25}メンテナンスは比較的容易である。^[42]

ダクトレスフード

ダクトレスフードは、再循環型フード^[16]^{: 502}または自己完結型フード^[8]^{: 160}とも呼ばれ、建物や作業環境から空気を排出しないユニットです。むしろ、空気はフードの前面開口部から吸い込まれ、フィルターを通過した後、フードの上部（ソフィット）または作業台の下に取り付けられたファンを通過し、作業場に戻されます。^[16]^{: 502}ダクトレスフードでは、フィルター媒体が使用されている特定の危険物質または有害物質を除去できることが不可欠です。異なる物質には異なるフィルターが必要なため、再循環型フードは、特定の危険性がわかっていて、使用するフィルターの種類に適している場合にのみ使用する必要があります。^[38]^{: 26}また、そのようなフィルターは定期的に交換する必要があります。^[17]フード内部に使用される材料には、フィルターが粒子や蒸気を捕らえるのに失敗したことを臭気や味などで示す警告特性も必要です。^[38]^{: 26}循環式ヒュームフードの生産は、1940年代にHEPAフィルターが発明されてから初めて可能になりました。 ^[3]当初、このユニットは蒸気から作業員を保護するには不十分であると考えられていましたが、1980年代以降、その設計と性能が改善されました。^[45]

ダクトレスフードの空気ろ過は、通常2つのセグメントに分けられます。^[45]

前濾過:これは濾過の最初の段階で、通常はオープンセルフォームなどの物理的なバリアで構成され、大きな粒子が通過するのを防ぎます。このタイプのフィルターは一般的に安価で、使用状況に応じて約 6 か月間持続します。
主な濾過：前濾過の後、煙は活性炭の層に吸い込まれ、通過する化学物質の大部分が吸収されます。ただし、アンモニアと一酸化炭素はほとんどの炭素フィルターを通過します。これらのフィルターは、揮発性有機化合物を吸着するように設計されていることが多いです。^[46]化学物質が室内に逆流しないように、追加の特別な濾過技術を追加することもできます。^[47]^{: 416–420}

ダクトレスフードを使用する利点としては、ダクト付きフードに比べて導入が容易であること、および調整された空気が建物から排出されないことが挙げられます。これらの要素だけでも、エネルギー使用量を大幅に節約できます。^[17]ただし、ダクトレスフードの安全性と有効性は、最も制約のある条件を除いて、ダクト付きフードよりも大幅に低くなります。ダクトレスフードは、活動や使用または生成される材料が変化するか不明な可能性がある研究用途には適していません。この欠点やその他の欠点により、ウィスコンシン大学ミルウォーキー校^[48]、コロンビア大学^[49]、プリンストン大学^[50] 、ニューハンプシャー大学^[51]、コロラド大学ボルダー校^[52]などの研究機関では、ダクトレスフードの使用を推奨または禁止しています。さらに、通常はそのように分類されないものの、ダクトシステムに接続されていない場合のバイオセーフティキャビネットの操作方法は、機能的にはダクトレスヒュームフードと同じです。 ^[47]^{: 417}ただし、バイオセーフティキャビネットの用途と、ヒュームフードと比較して建物の排気システムに接続するのが難しいという点が、異なる安全上の考慮事項をもたらします。^[53]

2010年にラボマネージャーマガジンが247人の研究室専門家を対象に実施した調査では、約22%のヒュームフードがダクトレスヒュームフードであることが分かりました。^[36]

特殊デザイン

ダウンフロー

ダウンフローヒュームフードは、ダウンフローワークステーションとも呼ばれ、作業面から発生する危険な蒸気からユーザーと環境を保護するために設計されたヒュームフードです。下向きの空気の流れが発生し、危険な蒸気は作業面のスリットから集められます。ダウンフローヒュームフードは、粉体を扱う用途でより頻繁に使用され、^[54]ラミナーフローキャビネットに匹敵します。これらの装置内のラミナーフローは、従来のヒュームフードよりも簡単に中断されるため、フード内で危険にさらされる可能性があります。^[55]

水洗い

過塩素酸を使用する処理用に設計されたヒュームフードユニットは、ダクト内に水洗浄システムを備えており、船舶用ステンレス鋼または硬質ポリ塩化ビニルで作られていることが多い。^[43]^{: 36}濃い過塩素酸の煙は沈殿して反応性の高い過塩素酸塩結晶を形成するため、ヒュームカップボードとダクトの内部バッフルは、一連の噴霧器で内部を洗浄する必要があり、^[56]すべての角を湾曲させたり丸みを帯びさせたりして、結晶が蓄積する可能性をさらに減らすことができる。排水口は、廃水を除去するために設計に組み込まれている。^{[57]この設計は、1964年に}米国鉱山局によって最初に開発され、^[58]「酸分解フード」と呼ばれることもある。^[59]^[60]

放射性同位元素

放射性物質を取り扱うために設計されたヒュームフードは、湾曲したステンレス鋼のライナーと湾曲した一体型ステンレス鋼のカウンタートップで作られており^[43]^{: 40} 、ガンマ線から保護するために鉛で裏打ちされている場合があります。^[21]^{: 230}フードの設計に関係なく、放射性同位元素を扱う作業は、流出による放出を防ぐために吸着パッドの上で行うことをお勧めします。^[61]規制により、放射性同位元素の環境放出を防ぐために、排出された物質を定期的に交換するHEPAフィルターまたは活性炭フィルターでろ過することが求められる場合があります。^[62]

スクラバー

一部のヒュームフードには、環境やユーザーの安全上の懸念から、特に有害な化学物質の煙を排出前に吸収するように設計されたスクラバーシステムが装備されています。 ^[21]^{: 230}スクラバーシステムには、計画された手順で使用される標的化学物質を効果的に除去するために、酸または塩基の中和塩が補充されます。この要素は、標準的なヒュームフードよりも高いレベルのメンテナンスを必要とし、^[43]^{: 47}また、有害な廃水を生成します。^[21]

床置き型

床置き型フードは「ウォークイン」とも呼ばれ、背の高い機器を使用するために床から接続された排気ダクトの底まで作業エリアが広がっています。「ウォークイン」という名前にもかかわらず、危険物質が入っている稼働中の床置き型フード内に入ることは、使用者に重大なリスクをもたらします。^[63]床置き型フードは機器の初期セットアップのためにのみ入ることを意図しています。^[43]^{: 40}床置き型フードには、垂直方向に移動できるように配置した場合、1 つの長いサッシでは異常に長くなるため、複数のサッシが装備されていることが多く、フードの下部にアクセスできるようにスイングドアが付いています。^[8]^{: 158–160}

エネルギー消費

ヒュームフードは、研究室から調整された（加熱または冷却された）大量の空気を絶えず除去するため、大量のエネルギーを消費します。ヒュームフードは、研究室を一般的な商業ビルの 4 ～ 5 倍のエネルギー集約型にする主な要因であり、^[64]高温多湿の気候では、これらのエネルギー要件がさらに悪化します。^[65]一般的なフードのエネルギーコストは、冷却ニーズの違いに応じて、ロサンゼルスで年間 4,600 ドル、シンガポールで年間 9,300 ドルの範囲になります。 ^[30]ヒュームフードが消費するエネルギーの大部分は、研究室に送られる空気を加熱および/または冷却するために必要なエネルギーです。追加の電力は、HVAC システムのファンとヒュームフード排気システムのファンによって消費されます。^[39]

多くの大学では、実験室の利用者に、VAVサッシをできるだけ閉めておくことでヒュームフードのエネルギー消費量を減らすよう奨励するプログラムを実施または実施したことがある。例えば、ハーバード大学の化学・化学生物学部は「サッシを閉めろ」キャンペーンを実施し、ヒュームフードの排気量を約30%継続的に削減した。これは、年間約18万ドルのコスト削減と、二酸化炭素300トンに相当する年間温室効果ガス排出量の削減につながった。^[66]ヒュームフードのエネルギー消費量を削減するプログラムについて報告している他の機関には、次のようなものがある。

冬眠

2020年、コーネル大学は、COVID-19パンデミックへの対応により占有率が減少した期間に、ヒュームフードに接続されたシステムを含む多くのHVACシステムへの空気の流れを遮断することで、エネルギー消費を削減しようとしました。^[80]これらのヒュームフードを遮断する、つまり「冬眠」させるプロセスは、異なるモデルや年式の機器に一方的に実装することが困難であることが判明し、3か月以上の期間にわたって適用した場合にのみ大幅なコスト削減をもたらしました。^[80]プロセスの改善により、ヒュームフードの「冬眠」期間をより適切に実装できる機器とプログラムの開発が可能になり、2024年現在、アラバマ大学、^[81] ネブラスカ大学リンカーン校、^[82]マサチューセッツ工科大学など、いくつかの研究機関で実装されています。^[83]

センサーの使用

動作検知器や占有センサーなどの人検知技術は、フードの前のゾーン内にフード操作者が存在することを感知できる。センサー信号により、換気制御は、通常モードとスタンバイモードまたは「セットバック」モードの間で切り替えることができ、エネルギー消費が少ない。^[5]^{: 9.H.3}他の空間占有センサーシステムと組み合わせることで、^[84]これらの技術は、換気と照明の使用を調整し、実験室でのエネルギーの無駄を効果的に最小限に抑えることができる。^[85]ただし、サッシが開いたままになっている場合にセンサー信号によってフード内の空気の流れが減少することには安全上の懸念がある。一部のプログラムでは、「サッシを閉めよう」キャンペーンの原理と可変流量換気を組み合わせて、使用していないフードのサッシを閉めるようユーザーに積極的に通知する技術を使用している。^[86]実験室の包括的な制御には、動作センサーと連動して自動的にサッシを閉じて換気を停止する機械式サッシコントローラーモジュールの使用が必要になる場合がある。^[21]^{: 238}しかし、センサーや機械式サッシを使用しなくても、フード使用者にサッシを閉めるようリマインダーを提供することは、何もしないよりは効果的です。^[87]

建設と設置

フードは通常、フードのさまざまな支持部材と内張りを囲む上部構造で構成されています。この上部構造は、配管や電気コンセントや機器にアクセスできるように開口部が開けられた金属板で作られることが多いです。^[88]

ダクト付きヒュームフードは、ダクトレスモデルと比較して、設計上必要な追加仕様があります。金属製排気ダクトの継ぎ目は、ファンまたはブロワーが配置されている外側の端を除いて溶接する必要があります。 ^[89]^{: 67}設計上の選択とHVAC機能に応じて、ブロワーはフード内またはフードの上部に設置される場合もあれば、通常は建物の屋根である排気ポイントに配置される場合もあります。^[16]^{: 652}

ヒュームフードは、筐体内で使用される材料への曝露を最小限に抑える目的で設置されます。そのため、ドアの開閉によって生じる空気の渦による曝露を防ぐために、壁に沿ってドアから離れた場所に設置されることがよくあります。 ^[23]あるEN規格では、ヒュームフードの表面は、頻繁に移動する空間から少なくとも1メートル（3.3フィート）離れた場所に設置することを要求しています。^[90]

地域基準では、機能的なヒュームフードを構築するための一般的な要件を超えたさらなる予防措置と設計上の考慮事項の実施が求められる場合があります。^{[88]これらの設計基準では、以前は}空気力学と清掃のしやすさを改善する特殊なフードに限定されていた、湾曲したコーナー、斜めの開口部、一体型の耐酸性シンクなどの考慮事項についてアドバイスする場合があります。^[90]^[91]

メンテナンス

フードは、安定した機能を維持するために定期的なメンテナンスが必要です。これは、通常の操作中に講じられる標準的な予防措置と対策に加えて、理想的には毎日、定期的に、そして毎年の検査が含まれます。^[94]

毎日のヒュームフードの点検には、ヒュームフード内の不適切な物質の保管やその他の目に見える障害物がないか目視検査が含まれます。これらの毎日の点検では、ティッシュペーパーをフードの開いた面にテープで貼り付けて内側に引き寄せることで空気の流れをモニターすることがよくあります。ティッシュペーパーが内側に引き寄せられない場合は、フードの排気が機能していません。^[95]
定期的なヒュームフードの機能検査では、風速計による捕捉速度または面速度^[a]の測定が必要です。^[13]^{: 359}ヒュームフード内またはダクト内の風速を測定するための特殊な機器は、多くの場合、「速度計」や「ベーンメーター」など、測定の仕組みを示す商標で呼ばれています。^[13]^{: 61–72}ほとんどのヒュームフードは、安全な操作のために、平均面速度を毎分 80～120 フィート (24～37 メートル) に維持することが一般的に推奨されています。^[22]^{: 306}平均面速度を決定するために使用される最小の読み取り値は ASHRAE 規格によって異なりますが、最新の規格は 2016 年に作成されました。^[96]ヒュームフードやその他の局所排気装置は、除去するように設計された汚染物質が適切に捕捉され、排出されているかどうかを判断するために煙テストが行われる場合があります。 ^[97]^[13]^{: 81}定期的なヒュームフードの検査には、装置を使用する作業員の適切な行動のチェックも含まれる場合があります。これは、乱気流を発生させるユーザーの行動によって作業員が危険物質にさらされないようにするためです。^[93]エアフローモニターのアラームや定期的な機能テストによって特定された場合でも、適切に機能していないフードは安全に使用できず、状況によっては、作業を続けるためにユーザーが装置にアクセスできないようにサッシを南京錠で閉じる必要があります。^[8]^[b]
年間メンテナンスには、機械的な修理（潤滑、ベルト調整、フィルター整備など^[98]）、機器メーカーが推奨するメンテナンス、または機器を基準^[99]や地域の建築基準に準拠させるためのアップグレード、またはユーザーの特定のニーズを満たすためのアップグレードが含まれます。^[100]国立衛生研究所などの組織は、規制ガイドラインの更新に、すでに設置されているヒュームフードの改造を要求する文言を含める場合があります。^[101]換気システムまたはいずれかのヒュームフードの機械的変更は、システムに接続されているさまざまなデバイスにも影響を与える可能性があり、一見無関係な作業の後に接続されたデバイスの検査と検証が必要になる場合があります。^[21]^{: 32.7.2}

参照

注記

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