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实验室通风空调系统

 

实验室是用于完成各种实验工作的特殊场所,其通风系统设计的好坏,直接关系到实验人员的身体健康、实验数据的准确性、实验室的初投资及运行费用。实验室活动中产生化学和生物污染源,通风对于每个实验室来说是必要的。不适当的通风可能不仅污染实验室,还会污染整个工作环境。 
  通风系统设计的目的,是要控制排风柜内的有毒有害气体不外逸,满足房间换气次数要求,维持房间正确的压力,为实验人员提供一个安全、舒适的工作环境。不同的实验室对温度、湿度、压力、空气质量等有不同的要求,这就需要良好、合理的通风系统来完成。同时,实验室通风系统的设计,在满足实验室使用功能的前提下,还必须符合环保、消防、节能等领域相关规范。 
  1实验室通风空调系统设计 
  1.1实验室通风空调系统设计的主要目标 
  1.1.1保证实验人员和工作环境的安全:通过通风空调设计,捕捉和控制实验过程产生的有毒、腐蚀性、易燃易爆、颗粒等产物,为工作人员创造健康的工作环境和有利的工作条件。 
  1.1.2控制实验室内空气压力,保证空气质量:实验室通风空调设计的基本原则是使建筑物内的污染区(实验区、有害物存放区等)相对于清洁区(办公、走廊等)保持负压,即送风量小于排风量,以保证非实验区空气的相对洁净及人员工作区域的舒适状态。 
  1.1.3提供适当的换气次数:实验室内不仅要排出有害物,还要使房间内的空气保证一定的新鲜度,必须要有足够的新风量去补偿排风量,保证房间内的换气次数。 
  1.1.4满足相关环保标准,保证实验室废气排放不影响室、内外环境品质。 
  1.2实验室建筑平面设计 
  实验建筑平面设计除了遵循一般建筑物平面设计原则外,根据通风系统布置特点,还需要遵循下列原则,以利于环境卫生,防止不同性质的实验室相互干扰,有利于不同的分析检测顺利进行,并节约投资。 
  (1)同类实验室组合在一起。 
  (2)工程管网较多的实验室组合在一起。 
  (3)有隔振要求的实验室组合在一起,一般宜设于底层。 
  (4)有洁净要求的实验室组合在一起。 
  (5)有防辐射要求的实验室组合在一起。 
  (6)有毒性物质产生的实验室组合在一起。 
  1.3实验室通风空调设计参数的确定 
  根据不同类型实验室的要求,空调和通风系统的设计参数确定需主要考虑以下方面: 
  (1)室内温度湿度要求及空气质量如洁净度、压差值等要求; 
  (2)设备和工艺热负荷,包括显热和潜热,以及使用特点、备用要求、同时使用系数等; 
  排风设备类型、数量及使用中调整的可能性; 
  (3)进风和补风要求; 
  (4)排风设备类型及通风柜的尺寸和数量的调整可能。 
  2实验室通风系统构成 
  2.1实验室通风系统示意图 
  如上图所示,实验室通风系统的基本组成为: 
  (1)排风系统设备:主要包括通风柜、万向排烟罩、原子吸收罩、吹吸式排风罩、排风机和废气处理装置等。 
  (2)补风系统设备:主要包括补风机(必要时设置空气处理装置)、进风百叶、送风口等。 
  (3)通风管路系统:主要有风管、风阀、消声器等。 
  2.2实验室常用排风设备 
  实验室排风设备主要有通风柜、药品柜、万向罩、原子吸收罩等。 
  通风柜按照排风方式分类:分为上部排风式、下部排风式、上下同时排风式。为保证工作区风速均匀,对于冷过程的通风柜应采用下部排风式,对于热过程的通风柜采用上部排风式,对于发热量不稳定的过程,可在上下均设排风口随柜内发热量的变化调节上下排风量的比例,从而得到均匀的风速。 
  通风柜常用的进风方式为通过室内进风在柜内循环后排出室外,称为全排风式,当通风柜设置于对温湿度有控制要求的房间时,为节省采暖、空调能耗,避免室内温度波动;采用从室外取补给风在柜内循环后排出室外的方式,称为补风式通风柜。 
  普通的定风量系统需要通过人工调整固定叶片的风阀来改变通风柜的排风量,以达到需要的面风速。在精度要求高的场合,可使用变风量控制式的通风柜,通过调节阀门的传感器改变风量达到给定的面风速。 
  3实验室通风系统设计要点 
  3.1进风和排风系统设计原则 
  (1)当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。 
  (2)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补风系统,补风量宜为排风量的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。 
  (3)化学类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。产生有毒、腐蚀性或高温气体的实验室,必须将其排风进行处理并达到安全排放标准。 
  (4)实验室内的实验操作应在带有排风的通风柜(或排风柜)内进行。排风柜的排风量应确保工作窗口的面风速大于或等于0.5m/s。 
  (5)凡排风柜排出的有害气体与别的排风柜排放的气体混合后,可能引起燃烧、爆炸或者毒性加剧的,不得合并于一个系统。 
  (6)除通风柜的局部排风外,实验室内还应有全室排风。实验室内的总排风量折合房间换气次数每小时应大于或等于6次。
         (7)用于补给实验室内排风的新风补给系统应是不含回风的直流式系统。 
  (8)除洁净型实验室外,一般实验室的新风补风量应略小于房间的总排风量,以使室内相对于走道或办公室之间保持微负压。 
  (9)对温湿度有控制要求的实验室,为节省采暖、空调能耗,避免室内温度波动,可采用补风式通风柜。排风量的70%左右采用室外空气由上部风口供给,其30%左右则由新风系统补充。 
  3.2实验室排风量确定 
  实验室需要排风设计的设备主要有通风柜、药品柜、万向罩、原子吸收罩等。以通风柜为例,其排风量按下式计算: 
  分别计算房间内的排风设备各自的排风量,其总和为该房间排风量。不同楼层、不同房间、排风可以混合的设备可以合并为一个排风系统,屋面排风机风量为其所带排风设备风量的总和,不附加安全系数。 
  3.3实验室送风量确定 
  实验室补风系统的风量根据室内风量平衡进行计算,一般按保持室内-5Pa~-10Pa的负压,防止有害气体的散溢,保证实验人员的身心健康。 
  (1)当采用送风型通风柜时,通风柜排风量的70%由通风柜自行补充,房间新风量为通风柜排风量的21%(另9%为无组织渗风);采用其他排风设备时,房间新风量为排风量的70%(另30%为由走廊送风补入)。 
  (2)新风机组送风量为房间新风量与走廊新风量之和。 
  (3)排风柜如果采用送风型,将大大减少新风量,降低新风冷、热能耗。 
  (4)实验设备不工作时,实验室应有2~3h-1的通风换气量。 
  3.4排风、送风管道设计 
  圆形风管通风效率高但直径不宜太大。由于北方冬季室内外温差较大,室外管道可选用玻璃钢产品,对于一般的实验室,若室内排放的气体没有腐蚀性,风管可以采用镀锌铁皮。 
  若实验室排放的废气有一定的腐蚀性,风管应采用耐腐蚀材料的PVC、玻璃钢风管;如果通风系统废气含强酸(如盐酸、硝酸等),通风管道应该选用PP材质。对于没有或只有轻微腐蚀或客户要求的话,也可选用不锈钢风管。 
  补风系统管材选用镀锌管,在特殊情况下,也可考虑软管连接(如铝箔管、塑料软管等)。新风管道及新风口设计参考一般空调系统设计相关规范,通风设备和管道系统的设计须根据实验室的使用要求采取必要的消声减振措施。 
  4结语 
  实验室多种多样,其通风系统的设计也应该灵活多样,在一个实验楼内可能存在多种通风方式并存,通风系统设计的原则是在保证人员健康安全的前提下,应尽量减少通风量,这即可减少投资,又可节省运行费用。随着实验室建设标准的不断提高,变风量通风系统应用越来越广,对通风设计也提出了更高的要求,因此在进行实验室通风设计时,要多倾听使用人员及其他相关方面人士的意见,设计要有针对性,做到有的放矢。 

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