实验室排风工程设计说明(实验室排风装置系统详解)

近几年来,国家不断增加对科学实验研究的投入,改建、新建、扩建的高标准、智能化实验室项目很多,当前实验室的温度和湿度,清洁度和噪声都有较高的标准和控制要求。另一方面,由于很多实验室的通风空调系统需要保持24小时连续不间断运行,导致能耗比较高,所以如今的实验室对通风空调系统的节能设计也有了更高的要求。另外,实验室在实验过程中,会产生对人体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,空调通风的系统设计在其中起着举足轻重的重要。本文结合国内外一些实验室设计手册和工程实践,对实验室通风进行了总结和分析。

实验室排风工程设计
实验室排风工程设计

一、实验室排风特点

1、复杂性

实验建筑内除设有空调系统外,还设置大量的局部通风和全面通风系统,采用排风柜、生物安全柜、万向排风罩等通风设备。因而管道多、布置复杂。

2、特殊性

实验室建筑中有各种各样的实验室,其中部分实验室如洁净实验室、动物房,化学实验室,PCR实验室,生物安全实验室,高温、低温实验室,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、实验室排风方式

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。

采用局部排风方式的实验室种类主要有:

A.实验室设有万向排风罩,通风柜,高速离心机,排风解剖台等设备。

B.实验室有需要排除有害气体的设备:如电感耦合等离子体发光光谱仪,电感耦合等离子体质谱仪,气相色谱仪,液相色谱仪,气质两用色谱仪,液质联用色谱仪,原子吸收分光光度计等。

2、全排风

以下的实验室房间需要全排风:

A.需要防止易燃易爆气体或其他有毒有害气体积聚的实验室房间,如中试实验室,化学品存放间、试剂柜间和气瓶间等。

B.全年需要排除热量的房间,如-80C超低温冰箱室,马弗炉室,烘箱、培养室等。

C.需要排除热湿气体和挥发到空气中的消毒剂的实验室辅助用房,如洗衣间,清洗间。

D.实验室里已经有排风末端,但排风末端会出现不使用全部关闭的情况,这时为了保证实验室的最小换气次数和相对负压,设置了一套辅助全排风系统,但其排风是可以控制的,需要时开启,不需要时关闭,不影响局部排风的使用。

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:

A.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。

B.采用专门的排风系统,采用“通风柜+万向罩+定频风机”和“通风柜+万向罩+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+电动阀+风道静压传感器+变颊风机+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。

这套系统能使实验室达到安全和一定的节能要求,在我国已经得到了广泛的应用。

四、实验室补风系统设计

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,甚至出现啸叫声,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

在有通风柜的实验室中,通风柜的选型对实验室通风空调系统的设计起着很重要的作用。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。随着实验过程控制趋于严格的控制,对节能型和安全性的要求,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如:

(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)通风柜门位过高时有声光报警。

(5)当面风速超过设定范围时有声光报警

(6)通风柜故障时有声光报警。

(7)设置紧急排放按钮。

当实验中通风柜发生异常情况,实验室操作人员按下紧急排放按钮,通风柜能立刻自动将排风阀门开至最大开度,使通风柜达到最大排风量,而且此时排风量不受面风速值的限制。

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,和与业主研讨,结合业主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,绝不能迫于业主要节约投资的压力,而违反一些原则性问题。

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