关于优化实验室空调通风系统的探讨

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　　【摘要】实验室空调通风系统应充分满足实验所需温湿度、洁净度、噪声等要求，并有效地排除实验过程中所产生的有毒有害物质。本文结合实验室建设情况，重点介绍了优化实验室空调通风系统的几点措施。
　　【关键词】实验室；空调；通风系统；优化措施
　　1.前言
　　随着我国对科教领域的投入增加，改建、新建的高标准现代化实验室项目越来越多，作为现代化实验室，对室内温度、湿度控制、房间压差、空气洁净度、噪声、通风等都有一定的要求[1][2]。为了保证实验顺利进行，实验人员身心健康、创造安全舒适的实验环境，实验室空调通风系统设计显得尤为重要。下面以在大学教学科研中广泛存在的生物、化学实验室为例，从系统设计的几个关键技术环节及节能措施等方面[3]，探讨实验室空调通风系统优化设计。
　　2. 实验室空调系统设计
　　与常规空调系统设计比较，实验室空调负荷计算中要着重考虑实验人员、设备及实验过程所散发的热量（显热和潜热），准确估算实验设备的同时使用系数。另外，由于实验室排风设施多、排风量大，新风负荷在整个系统负荷中占据了很大的份额。我国除了使用放射性材料的实验室、压缩气体钢瓶储存区域和其它不能使用循环空气的实验室外，一般只要满足实验室排风设备的排风量和室内卫生条件，空调系统可采用循环空气，以节省工程的初投资和运行费用。在选择全新风空调系统时应考虑节能措施。目前实验室设计中往往考虑在使用中能够根据所研究的内容适当地改变其平面布置，因此实验室空调通风系统必须具备较强的机动性和适应性。例如，考虑到今后可能增加的仪器设备散热量，根据不同实验室的类型，设计时应考虑留有适当的余量。对于风管布置也应考虑这方面的可能性，应尽量减少空调通风系统的重大修改。
　　3. 实验室通风系统设计
　　3.1通风方式
　　生物、化学实验室的通风设计应以局部排风系统为主，尽量不使用全面通风。因为全面通风采用稀释的原理，不仅所需风量远大于局部排风，而且在气流组织不合理的情况下还会适得其反，造成有害气体扩散至操作区。实验室通风还应考虑送风的设计，在排风量不大的情况下，采用门窗缝隙补风尚可以满足所需补风量的要求，但在一些通风柜数量较多的实验室里，如果不考虑进风途径，就会增大排风系统阻力，造成排风量不足。现行的《科学实验建筑设计规范》[4] （JGJ91―93）6.3.4条就明确规定：“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。间歇使用排风系统且排风量大于每小时两次换气的实验室，应设置有组织的自然进风。”一般化学实验在通风柜内的操作常是间断性的，因此局部排风系统大多是间歇运行的，这样就可以通过在实验室外墙的适当位置设百叶窗来解决进风。这种方式不仅节省初投资和运行费用，而且，条缝形百叶窗的合理运用还会成为建筑造型上的亮点。
　　3.2局部排风设备
　　生物、化学实验室使用较多的局部排风设备是通风柜，通风柜的主要型式有以下几种：
　　（1）标准型 通风柜的面风速是随操作门的启闭而变化的，但排风量几乎是恒定的。操作门可以垂直或水平方向移动，或者垂直和水平两个方向均能移动。
　　（2）旁通型 通风柜的面风速和风量几乎是恒定的。在操作门的上方或下方设置进风百叶，通风柜的操作门只能垂直移动、通过操作门的开启大小来修正进风百叶的进风量。
　　（3）变风量型 通风柜的面风速是恒定的。通风柜设有当操作门关闭时提供规定的最小风量的旁通进风百叶，实际上该通风柜与标准型通风柜差别不大、但要求排风系统的风量随通风柜操作门不同开启度而变化的变风量系统。
　　（4）补风型 通风柜柜面上部设有进风静压箱，通道静压箱向柜内补入部分新风。这种型式的通风柜由于能通过补风系统补入一部分室外新风从而减少了室内的排风量。
　　3.3排风系统设计及有害气体排放
　　实验室排风系统可以设置为独立排风系统或者集中排风系统，型式的选择应综合考虑功能的需要、维护的便利及安全可靠性。集中排风系统不宜用于室内有高度危险物质或放射性物质的通风柜等排风设施，它的主要优点是：风管制作费用较低，屋面穿孔及排风管较少，排风口可集中布置，便于设置备用排风机，保证系统正常运行。与集中排风系统相比，独立排风系统占用的建筑空间较多，它的主要优点是：系统平衡调节简单，适合对排风有特殊过滤或处理，及对风管有防腐蚀要求的系统。独立的排风系统中，可根据通风柜的工作需要来启闭通风机，相互不受干扰，运行管理方便。但在一个实验室内有数台通风柜的情况下，所有通风柜宜合用一台排风机，以防止通风柜未同时使用时造成室内空气污染。通风柜不宜布置在门窗附近和空调送风口附近，以防止通风柜操作口气流被干扰，排风管道的弯头、水平管道尽可能最少。为了保证通风柜与风机之间的管道处于负压状态，防止管道不严密或破损时有害气体扩散至建筑内部，同时还可使风机的振动和噪声对室内的干扰降到最小，局部排风系统中排风机宜设置在接近排气出口处，如屋面、顶层风机房等。当实验室建筑所处区域为人员密集的地区，或实验室产生有害气体量大，或为剧毒性气体时，一般应经净化后再排至大气，净化设备通常采用喷淋塔、填料塔等。对于一些有害气体排放量小、毒性不大的实验楼，也可采用直接高空排放的方式。排气口的高度不仅应满足设计计算结果，而且还应高出周围50m范围内最高建筑物0.5m～1.5m，以避免有害气体卷入周围建筑物造成的涡流区。在排气立管上还应设置止回阀，以防止本系统排风机未运行时邻近排气口排出的有害气体通过排气管逸入室内。
　　4. 系统控制形式
　　实验室空调通风系统的控制十分重要，它涉及到室内温度、相对湿度的稳定性和系统的节能，以及分别对保护室内工作人员和室外环境的设备的监测。过去，实验室空调通风系统通常是采用压力相关型定风量系统，系统在运行中由于空气过滤器在使用中造成的静压的变化、表冷器盘管在长期运行中造成的阻力变化、风机传动皮带原因造成风机转速的变化、通风柜操作门位置的变化和实验室门、窗开启造成的干扰气流等所造成的气流变化等因素，破坏了系统的风量平衡，达不到设定的风量值。随着定风量阀、变风量阀等压力无关型技术的发展以及风机变频调速技术在空调通风系统中的广泛应用，对风量的控制已完全能达到允许偏差的要求，压力无关型定风量（CAV）控制及变风量（VAV）控制均己得到成功地应用。
　　CAV系统通过定风量调节阀和变频调速风机进行调节，在设计中考虑了保持通风柜面风速恒定以及室内相对压差的恒定要求。因此该系统适合使用在危险程度高及有特殊安全要求的实验室。VAV系统的特点是通过排风量的自动调节能够在通风柜操作门不同开启位置上保持恒定的面风速，还能通过送排风量的自动调节保持实验室内恒定的相对压差，既满足了实验室的安全要求又具备节能的优点。选择VAV系统还是CAV系统，在设计时应从多方面进行评估，包括：实验工艺的操作方式、实验室内危害物质的危险程度、实验室的安全要求、室内温湿度稳定性的要求及节能的需要。同时还要根据投资费用与常年运行费用比较的评估来确定。
　　5.结论
　　实验室空调通风系统应充分满足实验室温湿度、洁净度、噪声等要求，并能有效地排除实验过程中所产生的对健康有危害的污染物质。只有在充分考虑空调系统和送排风系统的优化设计的基础上，才能保证实验人员身心健康，创造安全舒适的实验环境。
　　参考文献
　　[1].杨 玲.浅议化学实验室的通风设计[J].空调与制冷，2002，（3）：19―2lI
　　[2].刘 琳.实验室空调通风系统设计的关键环节[J].洁净与空调技术，2001，（3）：36
　　[3].孙一坚.工业通风[M].中国建筑工业出版社，1984.
　　[4].JGJ91―93科学实验建筑设计规范[S].
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