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中学实验室的通风设计

 

根据《中小学设计规范》(GB50099-2011),为了满足学校的教学要求,一般中学需设置化学、生物、物理实验室,且应附设药品室、仪器室、标本室、准备室等。同时根据规范5.3.7条,由于化学试验室每个实验桌下都有给水排水管和排气管,宜将化学实验室设在建筑物首层,这些管线不至于影响其它房间的使用,也易于检修。如某中学实验楼首层平面图1所示。 
  以下将分别对各类实验室通风系统的设置原因,通风系统的类型,通风系统的设计做具体阐述。 
  1 化学实验室 
  在做化学实验的过程中,化学实验室内有可能产生浓度较低或散发位置较分散的有害物质,为减小这些有害气体的危害,我们需在化学实验室设置全面排风系统。补风采用自然补风为主,根据《中小学设计规范》(GB50099-2011)10.1.9.3条,寒冷与严寒地区,可在化学实验室外墙或内走道开小气窗的方式进行补风,外墙上小气窗的面积不小于实验室面积的1/60,内走道上设置小气窗的面积不小于实验室面积的1/30。根据《实用供热空调设计手册》第二版P971页,全面换气量计算中稀释有害物所需要的换气量G: 
  G=ρM/(Cy- Cj) 
  G——稀释有害物所需要的换气量,kg/h 
  ρ——空气密度,kg/m3 
  M ——空气有害物的散发量,kg/h 
  Cy——空气有害物质的最高允许浓度,mg/ m3(可通过查表得出) 
  Cj ——进入空气中有害物质的浓度,mg/ m3 
  然而,我们往往不能确定有害物的散发量,所以实验室全面通风的换气量可按换气次数确定。根据《中小学设计规范》(GB50099-2011)9.1.3条实验室换气次数不应低于3次/h。同时,根据5.3.9条,“化学实验室的外墙至少设置2个机械排风扇,排风扇的下沿应在距楼面以上0.10m~0.15m高度处。在排风扇的室内一侧应设置保护罩,采暖地区应为保温的保护罩,在排风扇的室外一侧应设置挡风罩(图2)。” 
  在化学实验过程当中,仅仅考虑整个教室内全面排风是不够的,还应防止实验过程当中有害气体污染源在室内的扩散,这就要求我们采用有效的排风方式将有害气体在产生处及时地排走,所以在化学实验室中需设置局部排风系统。局部排风系统又分为排气罩局部排风系统和通风柜局部排风系统。当采用机械补风系统时,寒冷地区的补风应考虑对空气做加热处理。 
  排气罩局部排风系统: 
  根据《中小学设计规范》(GB50099-2011)5.3.9条化学实验室实验桌应有通风排气装置,排风口宜设在桌面以上,即桌面排风罩排风系统。排风罩的排风量L可按以下公式计算:
  L=3600×P×( H2- H1)×VX 
  L ——排风罩局部排风量,m3/h 
  P ——排风罩敞开面的周长,m 
  H2 ——罩口下沿的高度,m 
  H1 ——实验台台面的高度,m 
  VX ——吸入速度,m/s,查《实用供热空调设计手册》第二版P961页,可按0.25~0.35选取 
  在初步设计阶段,排风机的风量可按20次/h计算。 
  桌面排风罩系统设计方案的确定: 
  (1)由于化学实验过程中产生的有害气体是未知的,所以每个实验室的排风系统应单独设置,以免气体混合后发生化学反应产生对人体或对设备管道有损害的新的物质。 
  (2)由于化学实验过程中所产生的酸、碱等有害气体具有腐蚀性,通风管道不能采用常规的镀锌钢板,风管应采用无机玻璃钢风管或PVC管,风机材质也应采用玻璃钢材质。 
  (3)由于实验过程中会根据具体情况,排风罩的风量会发生变化,所以接每个排风罩的支风管上应设置风量调节阀,同时,风机宜采用变频风机,已达到经济节能的目的。 
  (4)为保证实验室台面的整洁美观,需对实验台的通风管道、水管、电管做管线综合。在预留管线管沟时,不能仅仅考虑风管的安装所需空间,还需考虑水管、电管桥架的安装空间。 
  (5)从环保角度出发,有害气体应高空排放,并在风机前设置空气净化装置,对有害气体进行进化处理,低于《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996中新污染源大气染物排放标准的规定值。同时,风机底部应设减震支座,以降低噪音。 
  针对以上几点,以某中学化学实验室图设计方案如图3~5所示。 
  成品的化学实验室桌面排风系统如图6。 
  通风柜局部排风系统: 
  由以上首层建筑平面图(图1)可以看出,在化学试验室旁的准备室及药品储藏室内均设置了通风柜,相应地,在这些房间应设置通风柜排风系统。 
  根据《实用供热空调设计手册》第二版P968页可知,通风柜的形式分为四种:上部排风的通风柜、下部排风的通风柜、上下联合排风的通风柜以及供气式通风柜。由于化学实验室的排风是要求排出有害气体,所以,化学实验室通风柜的形式只有前三种形式。上部排风的通风柜适用于柜内产生的有害气体比空气小的情况,下部排风的通风柜适用于柜内产生的有害气体比空气大的情况,上下联合排风的通风柜适用于有可能既产生密度大于空气的有害气体,又产生密度小于空气的有害气体的情况。 
  通风柜的排风量L可按以下公式计算:L=3600×F×v×β 
  式中 
  L ——通风柜的排风量,m3/h 
  F ——操作口面积,m2 
  v ——操作口平均风速,m/s,可通过查表得出,一般按0.4~0.7选取 
  β——安全系数,一般取1.05~1.1 
  准备室和药品储藏室排出的有害气体的性质与化学实验室排出的有害气体的性质类似,因此,通风柜通风管路与设备材质的选择与以上化学实验室的设计一致,准备室和药品储藏室的通风柜通风管路、排风风机宜单独设置。通风柜的排出口应设置可关闭的阀门,最好带有防止逆流装置,可以防止气体倒灌。 
  2 生物实验室与物理实验室 
  由于生物实验室与物理实验室不会像化学实验室中会瞬间产生浓度高的有害气体,一般的生物实验室与物理实验室只需设置全面排风即可,并满足《中小学设计规范》(GB50099-2011)9.1.3条实验室换气次数不应低于3次/h的要求。 
  充足的新鲜空气可以保证师生的健康,并能保证学生的听课质量。具体设计如图7、8所示。 
  3 结语 
  中小学化学实验室的通风系统需及时有效的排除实验过程当中产生的有害气体,根据这一要求,化学实验室需同时设置全面排风系统和局部排风系统,而且系统中设备及管路材质的选择应考虑排出有害气体的酸碱腐蚀性。生物和物理实验室应根据规范要求设置全面排风系统,以保证空气品质。通风系统在满足教学功能需要的同事,应充分考虑系统的成本和运行的经济行,同时应从环保的角度出发,保证排除气体能够达到国家相应的排放标准以及控制系统的噪音。

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