實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的好壞，直接關(guān)系到實驗人員的身體健康、實驗數(shù)據(jù)的準確性、實驗室的初投資及運行費用。

　　在實驗操作過程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體，為確保實驗人員安全，產(chǎn)生有毒有害氣體的室驗，盡量在排風(fēng)柜或生物安全柜內(nèi)進行，不能在排風(fēng)柜內(nèi)進行的，要設(shè)局部排風(fēng)罩、萬向排氣罩等局部排風(fēng)設(shè)施，同時,驗室要設(shè)全面通風(fēng)(或稱輔助排風(fēng))。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的目的，是要控制排風(fēng)柜內(nèi)的有毒有害氣體不外逸，滿足房間換氣次數(shù)要求，維持房間正確的壓力，為實驗人員提供一個安全、舒適的工作環(huán)境。

　　1. 實驗室常用的通風(fēng)系統(tǒng)

　　實驗室通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)歷了定風(fēng)量系統(tǒng)、雙風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)三個發(fā)展階段。

　　1. 1 排風(fēng)系統(tǒng)

　　1.1.1 定風(fēng)量系統(tǒng)

　　排風(fēng)機采用單速定頻風(fēng)機，排風(fēng)量基本不變，系統(tǒng)無法隨排風(fēng)柜使用數(shù)量及排風(fēng)柜門開啟高度而調(diào)節(jié)風(fēng)量，因此采用該系統(tǒng)所帶排風(fēng)柜不宜大于3 個，該系統(tǒng)優(yōu)點是投資小，控制簡單;缺點是排風(fēng)柜面風(fēng)速難以保證，會有部分有毒有害氣體從排風(fēng)柜中逸出(面風(fēng)速過小或過大都能造成氣體從排風(fēng)柜中逸出)，且運行費用高。

　　1.1.2 雙風(fēng)量系統(tǒng)

　　排風(fēng)機采用雙速風(fēng)機，較定風(fēng)量系統(tǒng)有所改進，但沒有從根本上改變定風(fēng)量系統(tǒng)的缺點，采用該系統(tǒng)所帶排風(fēng)柜不宜大于5 個，目前應(yīng)用不多。

　　1.1.3 變風(fēng)量系統(tǒng)

　　排風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，在排風(fēng)主風(fēng)道上設(shè)壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力與設(shè)定壓力值比較，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。在變風(fēng)量系統(tǒng)中排風(fēng)柜采用面風(fēng)速控制，采用感應(yīng)區(qū)紅外探頭檢測排風(fēng)柜前人員的存在與否來控制柜門面風(fēng)速，當操作人員出現(xiàn)在排風(fēng)柜前時，紅外探頭傳感器輸出信號，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定到高排風(fēng)量模式，此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.5m/s, 當操作人員離開的時候，紅外探頭傳感器輸出信號，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定到低排風(fēng)量模式，此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.3m/s，當實驗室內(nèi)無人時，排風(fēng)柜面設(shè)定到*小排風(fēng)量模式，即值班排風(fēng)模式，維持排風(fēng)柜和管道中保持負壓，保證有毒有害氣體不外逸，有時為滿足實驗室*小排風(fēng)量要求，房間還要設(shè)輔助排風(fēng)，當排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿足實驗室*小排風(fēng)量要求時，輔助排風(fēng)自動打開，保證實驗室*小排風(fēng)量。該系統(tǒng)有如下優(yōu)點：①在實驗操作過程中，排風(fēng)柜門開度變化較大，采用面風(fēng)速控制非常合理，與傳統(tǒng)定風(fēng)量系統(tǒng)比較，運行能耗要節(jié)省很多，且對操作人員的人身安全及實驗精度的影響都更有利;②一個系統(tǒng)可帶多個排風(fēng)柜，可共用一個主管道，風(fēng)井集中，有利于實驗室工藝布置，減少土建造價;③由于多個排風(fēng)柜合用一套排風(fēng)系統(tǒng)，在實際工作過程中，排風(fēng)柜不可能同時達到*大排風(fēng)量，因此在排風(fēng)設(shè)備及主風(fēng)道選擇時可考慮一定的同時使用系數(shù)，比定風(fēng)量系統(tǒng)要小一些;④由于排風(fēng)集中，便于能量回收及排風(fēng)處理。

　　1.1.4 事故排風(fēng)

　　當實驗室內(nèi)有高危險性實驗時(一般由工藝設(shè)計人員提供)，排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮發(fā)生突然事故時，能即時將有毒有害氣體排除，排風(fēng)量按12 次/h換氣次數(shù)計算。

　　1. 2 補風(fēng)系統(tǒng)

　　實驗室一般排風(fēng)量較大，且連續(xù)排風(fēng)時間較長，容易造成室內(nèi)負壓過大，為平衡室內(nèi)外壓差，需要對實驗室進行補風(fēng)，以維持房間設(shè)定的壓力。

　　1.2.1補風(fēng)量計算

　　補風(fēng)量應(yīng)根據(jù)房間排風(fēng)量及設(shè)定的負壓值(相對相鄰房間、走廊或大氣)計算確定，補風(fēng)量按下列公式計算：Lb=Lp-Ly

　　式中，Lb 為補風(fēng)量，m3/h;Lp 為排風(fēng)量，m3/h;Ly為維持負壓所需風(fēng)量，也叫余風(fēng)量，m3/h;Ly可按負壓值與房間換氣次數(shù)的關(guān)系確定，也可按縫隙法計算。

　　1.2.2 補風(fēng)方式

　　有自然補風(fēng)和機械補風(fēng)兩種方式。

　　自然補風(fēng)不設(shè)補風(fēng)機，將室外新風(fēng)經(jīng)過濾器、管道進入室內(nèi)，由于新風(fēng)是由負壓吸進室內(nèi)，氣流達到動態(tài)平衡，同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定，且始終處于負壓狀態(tài)。優(yōu)點是不需設(shè)補風(fēng)機，節(jié)省初投資和運行費用;缺點是需要的進風(fēng)井或進風(fēng)百頁面積大，占用建筑使用面積大或影響建筑立面效果，其次是補風(fēng)無法進行加熱或冷卻處理。

　　機械補風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)置機械補風(fēng)系統(tǒng)，將室外新風(fēng)經(jīng)集中處理后，由補風(fēng)機經(jīng)管道送入房間內(nèi)，采用定風(fēng)量還是變風(fēng)量系統(tǒng)，一般與排風(fēng)系統(tǒng)對應(yīng)，即排風(fēng)為定風(fēng)量系統(tǒng)，補風(fēng)也為定風(fēng)量系統(tǒng)，排風(fēng)為變風(fēng)量系統(tǒng)，補風(fēng)也為變風(fēng)量系統(tǒng)。

　　1.2.3補風(fēng)地點

　　補風(fēng)可直接補在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前，也可補在房間內(nèi)，補在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前的優(yōu)點是補風(fēng)不需要做加熱或冷卻處理，可節(jié)省能源;缺點是操作人員工作環(huán)境舒適性差，有時可能對實驗數(shù)據(jù)有影響，補在排風(fēng)柜內(nèi)方式不適用有面風(fēng)速要求的排風(fēng)系統(tǒng)。補在房間內(nèi)，補風(fēng)一般需經(jīng)過加熱或冷卻處理，其優(yōu)點是操作人員工作環(huán)境好，對排風(fēng)柜面風(fēng)速及柜內(nèi)氣流無影響;缺點是能量消耗要比直接補在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前大。

　　1. 3 排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器

　　目前常用的風(fēng)量控制器有兩類：一類是測量柜門面風(fēng)速，通過與設(shè)定風(fēng)速比較，調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度以達到設(shè)定值，風(fēng)閥一般采用蝶閥，其優(yōu)點是：①精度不受柜前有無人員遮擋影響。②閥門阻力小。缺點是：①精度受測量點的位置和數(shù)量影響。②測量到的風(fēng)速需要通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號調(diào)節(jié)風(fēng)閥，系統(tǒng)反映速度稍慢。另一類是通過測量柜門位置，調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度，風(fēng)閥一般采用文丘里閥，其優(yōu)點是：通過測量柜門位置直接控制風(fēng)閥開度，系統(tǒng)反映快，響應(yīng)時間短。缺點是：①排風(fēng)量會受柜前有無人員遮擋影響。②風(fēng)閥阻力較大。

　　2 通風(fēng)系統(tǒng)控制

　　2. 1 定風(fēng)量、雙風(fēng)量系統(tǒng)控制

　　定風(fēng)量、雙風(fēng)量系統(tǒng)控制比較簡單，在實驗室內(nèi)設(shè)風(fēng)機啟動按扭，根據(jù)需要直接啟停風(fēng)機。

　　2. 2 變風(fēng)量系統(tǒng)控制

　　2.2.1 送排風(fēng)機控制

　　風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，在主風(fēng)道內(nèi)設(shè)壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力與設(shè)定壓力值比較，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

　　2.2.2 排風(fēng)末端設(shè)備控制

　　在排風(fēng)柜的排風(fēng)支管上設(shè)風(fēng)量控制閥，當末端通風(fēng)設(shè)備風(fēng)量需要發(fā)生變化時，風(fēng)量控制閥迅速動作，響應(yīng)時間要在1s 之內(nèi)。

　　2.2.3 實驗室壓力控制

　　實驗室壓力控制主要有兩種方法，直接壓差控制法和余風(fēng)量控制法。直接壓差控制法即通過壓差傳感器測量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差，與設(shè)定壓差比較，控制器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)送風(fēng)量，從而達到要求的壓差，此法適用壓力控制精度不高的負壓實驗室;余風(fēng)量控制法，是讓排風(fēng)量與送風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓差，此法適用于壓力控制精度高的實驗室(如潔凈實驗室、生物安全實驗室)。

　　2. 3 變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制原理

　　常用的實驗室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制原理。(如下圖圖)

　　2.3.1 通風(fēng)柜面風(fēng)速控制系統(tǒng)工作原理

　　1) 面風(fēng)速控制系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測實際面風(fēng)速狀態(tài)，當任何因素影響風(fēng)訴變動時，系統(tǒng)將自動調(diào)整管道上的風(fēng)閥以恒定的面風(fēng)速值。

　　2)系統(tǒng)通過紅外線監(jiān)測器實現(xiàn)當通風(fēng)柜前有操作人員工作時面風(fēng)速控制在某一設(shè)定值(如0.5m/s),當通風(fēng)柜前無人操作時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到另一設(shè)定值(如0.3m/s)以節(jié)省運行費用。

　　3)通風(fēng)柜門位過高時有聲音報警。

　　4)由于故障面風(fēng)速過高或過低時有聲光報警。

　　5)當出現(xiàn)異常情況時，開啟事故排風(fēng)模式，控制系統(tǒng)將風(fēng)閥開到*大開度，不受面風(fēng)速值的控制。

　　6)通常面風(fēng)速控制系統(tǒng)本身對面風(fēng)速及風(fēng)量的設(shè)定及控制值只有兩中狀態(tài)即有人、無人或白天、夜間。

　　2.3.2 管道靜壓控制系統(tǒng)原理：

　　1)持續(xù)檢測管道內(nèi)的靜壓變化，通過調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速來恒定管道內(nèi)靜壓。

　　2)控制系統(tǒng)在0.1s 內(nèi)探測到壓差變化并輸出控制信號。

　　3)夜間工況時，控制系統(tǒng)有第二狀態(tài)設(shè)置。

　　3 能量回收

　　實驗室工作過程中，在排除大量有害氣體的同時，也帶走了大量的室內(nèi)能量，為減少這部分能量損失，在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮排風(fēng)能量回收，目前常用的回收方式有：

　　1)采用中間介質(zhì)進行能量回收，在排風(fēng)機組內(nèi)設(shè)盤管余熱回收段，在送風(fēng)機組內(nèi)設(shè)盤管新風(fēng)預(yù)熱段，二段之間通過管路、水泵形成一個循環(huán)系統(tǒng)，通過中間介質(zhì)(水或乙二醇)將排風(fēng)中的能量轉(zhuǎn)移到送風(fēng)中，該系統(tǒng)雖然回收效率不是很高(顯熱效率在60%以下)，但非常安全，不存在排風(fēng)污染新風(fēng)問題。

　　2)采用板式空氣換熱器，排風(fēng)與新風(fēng)在板換內(nèi)完成能量交換，系統(tǒng)比較簡單，但設(shè)備尺寸較大，占用機房面積大。

　　4 尾氣排放及排風(fēng)處理

　　有些實驗設(shè)備在工作過程中，要產(chǎn)生尾氣，其設(shè)備本身帶有排氣裝置，在通風(fēng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工藝要求，在房間適當位置設(shè)一直通室外的豎向尾氣排放管。管材一般選用塑料管，在排氣立管適當高度設(shè)可與排氣裝置連接的接口及閥門。

　　另外，實驗室有些排風(fēng)需經(jīng)過處理后，才能排向大氣，在排風(fēng)系統(tǒng)劃分時，要將不能直接排放的實驗室排風(fēng)集中在一個系統(tǒng)，以便于集中處理。采用何種處理方式，應(yīng)根據(jù)排氣性質(zhì)決定，一般常用的方法是采用活性炭吸附法。

　　5 設(shè)計中要注意的問題

　　1)在劃分通風(fēng)系統(tǒng)時，要將實驗性質(zhì)相同或相近的排風(fēng)設(shè)在一個系統(tǒng)，對混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強的有害物質(zhì)的排風(fēng)要分設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)。

　　2)排風(fēng)不允許直接排放，需經(jīng)處理后才能排向大氣的實驗室要盡量設(shè)在一個排風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。

　　3)要注意各末端排風(fēng)設(shè)備間的阻力平衡，如局部排風(fēng)罩阻力遠小于排風(fēng)柜及控制閥的阻力，這時要在局部排氣罩的支管上設(shè)定風(fēng)量閥。

　　4)萬向排氣罩阻力較大(一般在200Pa 以上)，在和其他末端并聯(lián)時，要特別注意，在系統(tǒng)壓力不能滿足要求時，可在其支管上設(shè)小型管道風(fēng)機，以滿足其壓力要求。

　　5)生物安全柜要單排。

　　6)當實驗室排風(fēng)量較大時，要在走廊、大廳等公共區(qū)域設(shè)補風(fēng)，以避免負壓過大，造成開門或關(guān)門困難。

　　7)選擇能量回收方式時，要注意防止排風(fēng)污染新風(fēng)問題。

　　6 結(jié)語

　　實驗室多種多樣，其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計也應(yīng)該靈活多樣，在一個實驗樓內(nèi)可能存在多種通風(fēng)方式并存，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的原則是在保證人員健康安全的前提下，應(yīng)盡量減少通風(fēng)量，這即可減少投資，又可節(jié)省運行費用。隨著實驗室建設(shè)標準的不斷提高，變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，對通風(fēng)設(shè)計也提出了更高的要求，因此在進行實驗室通風(fēng)設(shè)計時，要多傾聽使用人員及其他相關(guān)方面人士的意見，設(shè)計要有針對性，做到有的放矢。

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