在实验过程中会产生有害或者具有爆炸性的化学物质,为了保证实验室人员的身体健康,给实验室创造一个安全舒适的实验环境,通风系统设计在其中起着举足轻重的重要。
它是整个实验室设计和建设过程中,规模最大、影响最广泛的系统之一, 借助换气稀释或通风排除等手段,控制空气污染的传播与危害,是实现室内外空气环境质量 保障的一种建筑环境控制技术。
本文将结合一些实验室设计手册和工程实践,对实验室通风系统进行简要的概述。
一、实验室通风方式
1.复杂性
有些较大的实验建筑内会设置大量的局部通风和全面通风系统,采用排风柜、原子吸收罩、万向排风罩等通风设备,因而管道多、布置较为复杂。
2.特殊性
实验室建筑中有各种各样的实验室,除常规实验室,其中部分实验室如洁净实验室、动物房、PCR实验室、生物安全实验室、恒温恒湿实验室等,这些实验室里的通风空调系统也有着特殊的要求和相应的技术标准。
3.通风量大
实验室一般的通风换气次数约为12-15次/h,新风量国内外取值有较大不同,国内新风量通常为2-3次/h,国外大多采取100%全新风。
二、实验室通风特点
实验室一般有两种通风形式:局部排风和全面排风。
如今大多数实验室采用的是局部排风方式,但对于有些特殊实验区域不能使用局部排风,或者局部排风无法满足实验室要求时,就需要采用全面排风。
1.局部排风
局部排风是指当实验室某些区域里产生了有害物质,利用排风末端对其收集和排除,这种排风方式可以用较少的排风量即刻排走产生的有害物质,效率高、时间短,并且能量省、效果好。
2.全面排风
对于局部排风无法满足实验室通风需求时,就需要采用全面排风。
三、实验室排风系统的设计
1.传统的排风系统
传统的实验室排风系统有如下几种方式:
(1)仅在实验室外墙上设置轴流风机或仅用通风换气扇通过外墙直接排至室外,这种排风系统的设计容易造成补风、排风气流短路,当有害气体被排出后又从外窗进入实验室的情况。
(2)采用专门的排风系统,像“通风柜+万向罩(原子吸收罩)+定频风机”和“通风柜+万向罩(原子吸收罩)+电动阀+变频风机”模式。这两种模式均能满足通风柜的风速要求,实验室排风末端的要求,及时有效的排出产生的有害物,而且系统简单可靠,运行稳定,但用电量大,运行成本较高。
2.新的排风系统
“通风柜+VAV变风量阀+万向罩(原子吸收罩)+电动阀+风道静压传感器+变频风机+自动控制系统”模式,VAV风量阀安装在通风柜的排风支管上,此阀门可根据通风柜柜门开启的位置调整,使通风柜面风速稳定在设定值0.5m/s左右。万向罩使用时人为开启对应的电动阀,不使用时可以关闭电动阀,减少实验室的排风量,达到节能的目的,目前已得到了广泛的应用。
四、实验室补风系统的设计
当排风量不大时,可以利用实验室的门窗缝隙补风,但当实验室里通风柜数量较多,没有其他补风方式,这时实验室的门窗缝隙补风量会出现不足,门窗缝隙处噪音很大,而且排风系统阻力会增加,造成排风量不足。
因此在排风量不大时,可采用在外墙设百叶窗或者在门上设下百叶风口。
另一种针对需要大风量补风的系统为机械补风系统,新风空调机先将室外新风经过冷热处理,甚至可以加湿,除湿处理到送风状态点,再通过新风管补风至实验室。当实验室通风柜,万向罩,或者其他排风末端数量较多,排风量很大,这时必然使补风量也很大,新风空调机处理补风的能耗就会很高。
因此,实验室空调系统的节能方式在于确保实验室安全的前提下,尽可能降低排风量,减少能源的浪费,同时减少空调系统补风量,减少新风处理的能耗。
五、实验室整体通风方案的设计
1.选用合适的实验室通风柜
实验室通风柜常见的几种形式有:定风量型通风柜、变风量型通风柜、补风型通风柜等,随着实验过程控制趋于严格,以及对节能性和安全性的要求,在通风柜的选择上更多的选择变风量通风柜。
同时变风量通风柜需达到一定的自控要求:
(1)通风柜需自带控制器,变风量阀及调节门位移传感器,当通风柜柜门开度变化时,位移传感器能实时检测并反馈给控制器,控制器控制变风量阀的开度以调节通风柜的排风量,保持通风柜面风速在设定值,通常在0.5m/s。
(2)当通风柜门完全关闭时,可保持一定的最小排风量。
(3)通风柜柜面上能显示实时的面风速,且当通风柜门开度变化时,面风速有一定的波动。
(4)通风柜门位、面风速异常以及出现其他故障时有声光报警。
(5)设置紧急排放按钮。
2.排风、补风控制方式的设计
为保证实验室的排风效果和维持室内温、湿度要求,应设置实验室最小换气次数。白天有人操作时8-10次/h,夜间没有人操作时为4-6次/h。如果实验室各通风柜及万向罩和其他排风设备的最小排风量的总和仍不能满足实验室规定的最小通风换气次数要求,这时应在实验室内增设房间排风口,增加实验室排风量,以保证实验室所要求的最低通风换气量。
实验室压力的控制:实验室的微负压控制(压力梯度)是保证各功能间所产生的有毒有害气体不相互扩散,这是整个实验室设计的核心,在设计上我们通常采用二级屏障来达到上述要求。一是在实验室内使用通风柜、万向罩、原子吸收罩、排风罩等局部排风设备,以此作为一级防护屏障。二是将有害物质产生的实验室设计成相对于相邻区域为微负压,以此作为二级防护屏障(无菌设施或洁净区例外)。
为此,在实验室各送风支管上设置变风量阀,根据房间的压力传感器来控制实验室送风阀的开度,使送风量小于排风量且保持一定的差值,保证实验室压差的恒定。
六、结语
在实际的实验室工程项目中,必须结合实验室的用途,实验室设备的布置情况,实验设备对环境的要求等实际情况,和与使用方研讨,结合使用方的资金投入采用相应的通风空调方案。
同时作为设计人员,必须严格按照国家规范进行设计,绝不能迫于使用方要节约投资的压力,而违反一些原则性问题。
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它是整个实验室设计和建设过程中,规模最大、影响最广泛的系统之一, 借助换气稀释或通风排除等手段,控制空气污染的传播与危害,是实现室内外空气环境质量 保障的一种建筑环境控制技术。
本文将结合一些实验室设计手册和工程实践,对实验室通风系统进行简要的概述。
一、实验室通风方式
1.复杂性
有些较大的实验建筑内会设置大量的局部通风和全面通风系统,采用排风柜、原子吸收罩、万向排风罩等通风设备,因而管道多、布置较为复杂。
2.特殊性
实验室建筑中有各种各样的实验室,除常规实验室,其中部分实验室如洁净实验室、动物房、PCR实验室、生物安全实验室、恒温恒湿实验室等,这些实验室里的通风空调系统也有着特殊的要求和相应的技术标准。
3.通风量大
实验室一般的通风换气次数约为12-15次/h,新风量国内外取值有较大不同,国内新风量通常为2-3次/h,国外大多采取100%全新风。
二、实验室通风特点
实验室一般有两种通风形式:局部排风和全面排风。
如今大多数实验室采用的是局部排风方式,但对于有些特殊实验区域不能使用局部排风,或者局部排风无法满足实验室要求时,就需要采用全面排风。
1.局部排风
局部排风是指当实验室某些区域里产生了有害物质,利用排风末端对其收集和排除,这种排风方式可以用较少的排风量即刻排走产生的有害物质,效率高、时间短,并且能量省、效果好。
2.全面排风
对于局部排风无法满足实验室通风需求时,就需要采用全面排风。
三、实验室排风系统的设计
1.传统的排风系统
传统的实验室排风系统有如下几种方式:
(1)仅在实验室外墙上设置轴流风机或仅用通风换气扇通过外墙直接排至室外,这种排风系统的设计容易造成补风、排风气流短路,当有害气体被排出后又从外窗进入实验室的情况。
(2)采用专门的排风系统,像“通风柜+万向罩(原子吸收罩)+定频风机”和“通风柜+万向罩(原子吸收罩)+电动阀+变频风机”模式。这两种模式均能满足通风柜的风速要求,实验室排风末端的要求,及时有效的排出产生的有害物,而且系统简单可靠,运行稳定,但用电量大,运行成本较高。
2.新的排风系统
“通风柜+VAV变风量阀+万向罩(原子吸收罩)+电动阀+风道静压传感器+变频风机+自动控制系统”模式,VAV风量阀安装在通风柜的排风支管上,此阀门可根据通风柜柜门开启的位置调整,使通风柜面风速稳定在设定值0.5m/s左右。万向罩使用时人为开启对应的电动阀,不使用时可以关闭电动阀,减少实验室的排风量,达到节能的目的,目前已得到了广泛的应用。
四、实验室补风系统的设计
当排风量不大时,可以利用实验室的门窗缝隙补风,但当实验室里通风柜数量较多,没有其他补风方式,这时实验室的门窗缝隙补风量会出现不足,门窗缝隙处噪音很大,而且排风系统阻力会增加,造成排风量不足。
因此在排风量不大时,可采用在外墙设百叶窗或者在门上设下百叶风口。
另一种针对需要大风量补风的系统为机械补风系统,新风空调机先将室外新风经过冷热处理,甚至可以加湿,除湿处理到送风状态点,再通过新风管补风至实验室。当实验室通风柜,万向罩,或者其他排风末端数量较多,排风量很大,这时必然使补风量也很大,新风空调机处理补风的能耗就会很高。
因此,实验室空调系统的节能方式在于确保实验室安全的前提下,尽可能降低排风量,减少能源的浪费,同时减少空调系统补风量,减少新风处理的能耗。
五、实验室整体通风方案的设计
1.选用合适的实验室通风柜
实验室通风柜常见的几种形式有:定风量型通风柜、变风量型通风柜、补风型通风柜等,随着实验过程控制趋于严格,以及对节能性和安全性的要求,在通风柜的选择上更多的选择变风量通风柜。
同时变风量通风柜需达到一定的自控要求:
(1)通风柜需自带控制器,变风量阀及调节门位移传感器,当通风柜柜门开度变化时,位移传感器能实时检测并反馈给控制器,控制器控制变风量阀的开度以调节通风柜的排风量,保持通风柜面风速在设定值,通常在0.5m/s。
(2)当通风柜门完全关闭时,可保持一定的最小排风量。
(3)通风柜柜面上能显示实时的面风速,且当通风柜门开度变化时,面风速有一定的波动。
(4)通风柜门位、面风速异常以及出现其他故障时有声光报警。
(5)设置紧急排放按钮。
2.排风、补风控制方式的设计
为保证实验室的排风效果和维持室内温、湿度要求,应设置实验室最小换气次数。白天有人操作时8-10次/h,夜间没有人操作时为4-6次/h。如果实验室各通风柜及万向罩和其他排风设备的最小排风量的总和仍不能满足实验室规定的最小通风换气次数要求,这时应在实验室内增设房间排风口,增加实验室排风量,以保证实验室所要求的最低通风换气量。
实验室压力的控制:实验室的微负压控制(压力梯度)是保证各功能间所产生的有毒有害气体不相互扩散,这是整个实验室设计的核心,在设计上我们通常采用二级屏障来达到上述要求。一是在实验室内使用通风柜、万向罩、原子吸收罩、排风罩等局部排风设备,以此作为一级防护屏障。二是将有害物质产生的实验室设计成相对于相邻区域为微负压,以此作为二级防护屏障(无菌设施或洁净区例外)。
为此,在实验室各送风支管上设置变风量阀,根据房间的压力传感器来控制实验室送风阀的开度,使送风量小于排风量且保持一定的差值,保证实验室压差的恒定。
六、结语
在实际的实验室工程项目中,必须结合实验室的用途,实验室设备的布置情况,实验设备对环境的要求等实际情况,和与使用方研讨,结合使用方的资金投入采用相应的通风空调方案。
同时作为设计人员,必须严格按照国家规范进行设计,绝不能迫于使用方要节约投资的压力,而违反一些原则性问题。
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