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实验室通排风系统工程
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一、实验室设计是行业中常用的专项设计,包括了化学、生物、动物、物理实验室等各个类别。空调通风系统的设计包含了空气处理、制冷加热和除湿、气流组织、控制、安全等部分,它们是一个整体而不是独立系统。对实验室的功能了解是通风系统选择和设计的决定因数,提供一个安全的环境给工作人员是首要目标,在实验室的系统设计中,设计者要彻底研究所有的因数,找到最合适的设计。化学实验室由湿法化学间,加热间,恒温恒湿间,通用试验间、注塑间和办公间组成。除恒温恒湿间的环境,其他房间只需要温度控制,并且都没有洁净要求。ASHRAE 规定实验室空调和通风设计参数包括以下:


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1、室内外温度湿度要求;

2、空气质量;

3、设备和工艺热负荷,包括显热和潜热;

4、内部负荷的预期增加;

5、最小换气次数;

6、进风和补风;

7、排风设备类型;

8、控制和报警;

9、通风柜的尺寸和数量的调整可能;

10、房间压差;

11、设备和电源的备用。

1、换气次数的选择

      《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室房间的最小换气量一般6次/h~8 次/h。ASHRAE规定验室内的整体换气次数应由下列风量之决定:从局部排风设备或其他房间排风所排出的总风量;带走房间热负荷所需的制冷风量;最小换气次数需求。在使用情况下,实验室的最小换气次数应维持6次/h~10 次/h。

      在通常情况下>10 次/时房间换气次数被认为是合适的。但是当实验室内有可能产生高热负荷的分析设备,或房间内有较大量的局部排风时,则可能需要相应增大换气量。湿法化学室有通风柜,加热间有大量的加热炉。通风柜的计算方法则参照《化工采暖通风和空调调节设计规范》中对轻、中度危害或有危险的有害物质,在室内顶棚有补风的情况下,通风柜的操作口最小吸风面速度0.5m/s。对于通风柜的使用率,当通风柜的数量大于2个时,则应该取60%~70% 同时使用率。加热炉则是以维持炉内加热温度的热平衡法则计算所需的排风量。通过以上可以计算出总的安全通风量,此外负荷计算的空调风量,还有最小换气次数 10次进行比较,三者取最大值。


2、送风和排风形式

      《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室的排风量较大时,应设置室外新风补风系统,并计入新风负荷。

      《科学实验室建筑设计规范》规定每个排风装置宜设独立的排风系统。同一个实验室内的所有排风装置宜合用一个排风系统。工作时间连续使用排风系统的实验室应设置送风系统,送风量宜为排风量的70%,并应根据工艺要求对送风进行空气净化处理。对于采暖地区,冬季应对送风进行加热。送风气流不应破坏实验室排风装置的正常工作。

      ASHRAE规定所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外,而不能循环利用。因此,除非化学实验室也有洁净要求,否则均需保持其相对于相邻区域为负压。而是否选择100%全新风送风系统,应做为实验室危险评估的一个重要部分。

      实验室各个单元间设置了独立的排风系统,排风都安装在屋顶上。湿法化学间和加热间由于产生有毒、腐蚀、高温的气体,必须采用全新风处理。其他如工作人员进行计算机分析的通用实验间和进行材料测试的恒温恒湿间,100%全新风送风系统并不是唯一的选择。因为实验室不同的工艺职能,不一定要全新风通风或全新风空气处理。能满足工艺只能是首要的,100%的新风是针对通风柜的环境,而对于一般实验室循环空气处理能达到要求的,就不必要100%全新风。何况在全新风的空调环境下,能耗非常高。

3、房间压差

       《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室应保持相对负压。

       ASHRAE规定所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外,而不能循环利用。因此,除非化学实验室也有洁净要求否则均需保持其相对于相邻区域为负压。

      这个规定其实要根据具体的实施对象。本项目中恒温恒湿间需要严格的温度、湿度控制范围,应该设计成正压。因为如果设计成负压,则相邻区域的空气去进入,一方面可能破坏温、湿度的控制精;另一方面如果污染的空气进入,也可能造成安全问题。而对于湿法化学间和加热间,为防止有毒、腐蚀、高温的气体或挥发物散发到房间,甚至散发到其他的区域,设计成负压是必须的。实验室建筑的办公区域,应相对于走廊和实验室始终维持正压。实验室内气流应从低危险区域流向高危险区域,最终通过各类通风柜或加热设备排到室外。

4、控制系统

      控制应该把以上几项综合起来,可以满足整个实验室的房间压力、各房间压差、通风量、温湿度和各方面的安全控制要求,同时降低能耗。实验室内往往存在许多不利于人体健康的化学物质污染源,特别是有害气体,将其排除非常重要。但与此同时,能源往往会被大量的消耗,因而实验室的通风控制系统的要求从早期定风量,双稳态,变风量系统,到最新的适应性控制系统。所谓最为安全、舒适的环境,并要求最节能的方式是不能太过于奢望。系统响应迅速确保人身安全,以最高的精确性正确控制送排风的平衡和室内压力,提供最大的稳定性。尽量降低用户前期投入,同时减少用户在运行、能源消耗及维护等方面的费用。

      ASHRAE规定实验室控制一方面调整设备的温度和湿度控制;另一方面监控安全设施保护工作人员,用哪个系统,只要对当前实验室是合适的。

       化学实验室的通风采用定风量还是变风量控制系统,这取决于设计者、使用者和设施管理者对其所要求的功能初次投资和运行费用等问题的综合考虑。定风量(CAV)系统被设计用来为所有的通风柜和加热炉提供总的排风流量,不管这些通风柜和加热炉是否被占用,总的流量都保持一定。这一方法采用机械限位挡块限制调节阀门开度,可能最大减小 40%流量。变风量系统(VAV),则是系统容量的减小超过10%或20%的参差性设计。

      实验室的通风设计首要解决的问题是安全性问题,还要考虑到为实验人员创造一个舒适的工作环境,解决温度、气流、噪音的问题,同时要保证最低的能源消耗,系统稳定,容易控制,易于操作管理。简而言之就是要从安全、舒适、节能、可靠运行方面进行设计。通过对此类型化学实验室涉及的换气次数、送排风形式、房间压差、控制系统标准。

二、通风管设计要点:

      一台通风柜与一台通风机,用单一管道连接是最好的方法。

      不能用单一管道连接的,只限于同层同一房间的可采用互相并连。

      通风机尽可能安装在管道的末端(屋顶上等处)。

      管道长度越短越好。

      一台通风机连接的通风柜越少越好。排风通道尽可能直立,而且通道越高越好。

      如需改变风道风速,则应配置相应的变频调整系统。

      排风通道的末端应尽量避开补风管道送气口,防止排出的有害气体通过排风管道再被送至通风柜。

三、如何选择通风柜: 

      通风柜不是一台单独的设备,外部环境的变化会影响通风柜的性能。同时,通风柜以及其控制系统也会影响他周围的,当您在选择通风柜时, 

1、必须考虑到整个系统的因素,

      例如:实验室的空间、建筑物的通风控制系统、排气管路的安排及通风柜的摆放等等。


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2、您需要确定您所需要的是哪一类型的通风柜。在选择时,通常可以按照以下因素来衡量:

1、上柜部分:有三种样式:标准式、矮台式、落地式 通风柜的表面风速是否达到国际标准规定的安全风速要求:0.5m/s(国际标准规定:只有表面风速达到了0.5 m/s才可以 有效捕捉柜内的有害气体) 通风柜的开口高度是否满足您对操作空间的要求 通风控制系统:定风量、变风量还是自适应性控制系统 内衬板材质:抗贝特板、环氧树脂板。 调节门的原料是否采用安全玻璃,其设计是否符合人体力学,使操作者拉动自如

2、台面部分:台面是否采用了安全的碟状设计,从而方便用户清洁台面和防止毒性液体的外漏 台面的材质是否符合您实验的需求抵抗相应的分外浸蚀和高温 是否安装了杯槽和水槽,且安装的位置是否合理。 出风口的设计是否合理

3、低柜部分: 材质是否坚固耐用,是否为防火材料,是否可以抵抗实验室的酸碱环境对他的侵蚀 电源供给是否合理、安全 是否便于维修水、电、气系统 底柜是否需要抽气设计,以便您放置挥发性的药品 当您基本选择好了通风柜的型号、样式和尺寸之后,可以根据以下条件来确定您所需要的

4、附属配件: 水来源: 蒸馏水、纯水或是逆渗透水等等 气来源:氮气、氧气或是空气等等 电气系统的选择则要考虑:型号民、电压大小、防爆性、耐用性等等 出于美观,是否需要封板 在任何一个实验室中,尤其是化学实验室,通风柜是最重要的配制,好的通风柜配套以好的通风系统,可以让本来危险的实验操作变得安全、顺利。通风系统可以根据不同的需求来设计。

四、一对一定风量控制
主要特点:
1、操作简单;
2、维修方便,故障系数低。
技术说明:
一对一定风量控制系统是指每台通风柜配制一台抽风机,各台通风柜之间没有联系,开关其中一台时不会影响到其他的通风柜。适用于实验室中通风柜数量较少的实验室。

五、变频器控制系统

主要特点:
1、可减少投资资金;
2、故障系数低,但维修较麻烦;
3、节约能源;
技术说明:
     这种控制系统可以支持多台通风柜共用一台风机,由中央控制系统来调节风机的转速达到调节总抽风量的目的,适用于实验室中通风柜数量不多于8台的实验室。

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六、变风量控制系统
主要特点:
1、可以根据通风柜拉门的高度自动调节抽风量,保证表面风速衡定;
2、安装后,可以节省能源;
3、保证换气频率,最大限度保证人员安全;
技术说明:
     这种通风系统组成复杂,每台通风柜的配制有感应装置、中央处理系统和执行装置,当风柜拉门改变高度时,中央处理系统接受到来自感应装置的信号,则控制执行装置完成动作达到改变抽风量的目的。适用于大型研发中心或实验室通风柜数量较多的实验室,可以在后期使用过程中,有效节省能源,降低运营费用。

七、通风柜表面风速标准的比较

1、通风柜的最大功能就是排出实验过程中产生的有害气体,保护实验人员的健康。为达到这一目的,必须保证在通风柜开口处有一定的吸入速度,即我们通常所说的表面风速。

决定通风柜表面风速的主要因素有:实验内容和有害物的性质。

    1.实验内容和产生的有害物不同,则通风柜的表面风速规定不相同。各国对于通风柜表面风速的规定各不相同
    2.较常用的有:DIN 12924(德国)、国内标准、BS7258(英国)、ANSI/ASHRAE 110-1995(美国)。

2、客户在选择通风柜时,往往会认为通风柜表面风速越大效果越好。其实不然,表面风速越大,在相同条件下,通风柜所需的排风量也越大,这将会带来很多不利因素。
主要表现在:
设备初投资增大
     这部分包括:排风设备、补风设备、空气处理设备、空调设备、消声减振设备和控制设备六部分。排风量增大,则排风机型号和排风管道尺寸必增大,从而增大了排风设备造价;
排风量增大,为维持室内正常工作压力,室外补风量增大,则其补风设备和补风管道尺寸也将要增大。当室内通风柜数量较少,且排风量较小时,室内补风可由空调送风来负担;
通风柜排出的有害气体,在排出室外前必须进行处理,若排风量增大,为了处理相应量的废气,则处理设备容量也要增大。
     为了保证实验室内舒适的工作环境,室内需维持稳定的温度和湿度。排风量增大,空调设备的负荷将增大,所以设备型号也将增大。当室内通风柜数量较多时,这部分投资增大更明显;
     由于排风设备、补风设备和空调设备型号增大,则其在运行过程中所产生的噪声和振动必须考虑。因此,排风量增大,也将影响到降噪减振设备投资的增大。
     排风量增大,由于排风系统、补风系统和空调系统的设备选型都增大,则其控制系统选型相应地也应增大。
工程安装费用和施工难度增大
     如前所述,通风柜排风量增大,相应的设备型号和管道尺寸都增大,这必将增加工程安装费用,加大了工程施工难度,延缓工程施工进度。
降低建筑层高
     增大通风柜排风量,为达到理想的排风效果,则管道尺寸相应地要增大。由于管道一般安装在吊顶内,风管尺寸增大,势必降低吊顶高度,减小建筑层高,造成空间压抑感。
系统噪声增大
     系统设备型号增大,则各系统设备在运行过程中所产生的噪声和振动也将增大。虽然在系统中增加了降噪减振设备,但由设备型号增大所引起的附加噪声和振动并不能完全消除。
运行费用增多
     设备型号增大,其相应的输入电功率也将增大,因此,系统总的运行费用将大大增加。为维持室内一定的温度,空调设备必须负担由于通风柜排风造成的能量损失。以下是不同表面风速标准下,由通风柜排风造成的空调设备全年的额外运行费用。

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