實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的操控方法

本文介紹實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求以及通風(fēng)柜的選擇；介紹實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案選擇；介紹各檢測部門的實(shí)驗(yàn)室、儀器室和輔助用房的通風(fēng)系統(tǒng)，并針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和討論。

　　一、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)簡介

　　1. 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)的目的和要求

　　實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)與舒適性空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)要求不同，主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少人員暴露在危險(xiǎn)空氣下的可能。通風(fēng)主要解決的是工作環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康和勞動(dòng)保護(hù)問題。

　　實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)要求新風(fēng)全部來自室外，然后100%排出室外，通風(fēng)柜的排氣不在室內(nèi)循環(huán)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣要求每小時(shí)大于10次，物理實(shí)驗(yàn)室每小時(shí)大于10次，實(shí)驗(yàn)室無人時(shí)換氣可減少為6次。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜設(shè)計(jì)數(shù)量要足夠，并且不作為唯一的室內(nèi)排風(fēng)裝置，儀器室或產(chǎn)生危險(xiǎn)物質(zhì)的儀器上方設(shè)局部排風(fēng)系統(tǒng)。

　　實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)風(fēng)一部分來自空調(diào)系統(tǒng)直接送入實(shí)驗(yàn)室的新風(fēng)，這部分新風(fēng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量的變化而變化；另一部分通過空調(diào)系統(tǒng)送入非實(shí)驗(yàn)室區(qū)域的走道、房間再通過實(shí)驗(yàn)室的門縫補(bǔ)給。實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓通過送、排風(fēng)風(fēng)量和送排風(fēng)口的布置來實(shí)現(xiàn)，氣流組織從辦公、管理用房、內(nèi)走道、到產(chǎn)生危險(xiǎn)物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)房間。通風(fēng)柜的位置布置在遠(yuǎn)離空氣流動(dòng)、紊流大的地方，遠(yuǎn)離行走區(qū)域和空氣新風(fēng)區(qū)。新風(fēng)從遠(yuǎn)離通風(fēng)柜的地方引入，空氣流動(dòng)路徑遠(yuǎn)離通風(fēng)柜。

　　2. 通風(fēng)柜的類別

　　建設(shè)現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室是個(gè)綜合的系統(tǒng)工程。在裝備各種儀器設(shè)備及其配套設(shè)施的同時(shí)，既要考慮供電、給水、排水、送風(fēng)、排風(fēng)、凈化、排污等要求，還要考慮到對(duì)人員、物體、周邊環(huán)境的安全性，噪音、異味、視覺環(huán)境的舒適性，儀器設(shè)備的可操作性、功能性，以及信息處理的便捷性。因此，現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室必須有最佳的設(shè)計(jì)和高品質(zhì)的設(shè)備去滿足。

　　在現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中有通風(fēng)柜、中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)、邊臺(tái)、藥品柜、器皿柜、氣瓶柜等，其中通風(fēng)柜是生化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中擔(dān)負(fù)著十分重要的功能，是必不可少的設(shè)備。因此，選擇通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的重要問題，必須引起足夠的重視。

　　通風(fēng)柜按照排風(fēng)方式分類：分為上部排風(fēng)式、下部排風(fēng)式和上下同時(shí)排風(fēng)式三類。為保證工作區(qū)風(fēng)速均勻，對(duì)于冷過程的通風(fēng)柜應(yīng)采用下部排風(fēng)式，對(duì)于熱過程的通風(fēng)柜采用上部排風(fēng)式，對(duì)于發(fā)熱量不穩(wěn)定的過程，可在上下均設(shè)排風(fēng)口隨柜內(nèi)發(fā)熱量的變化調(diào)節(jié)上下排風(fēng)量的比例，從而得到均勻的風(fēng)速。

　　通風(fēng)柜按照進(jìn)風(fēng)方式分類也分三類。通過室內(nèi)進(jìn)風(fēng)在柜內(nèi)循環(huán)后排出室外稱為全排風(fēng)式，這是應(yīng)用非常廣泛的一種類型。

　　當(dāng)通風(fēng)柜設(shè)置于采暖或?qū)貪穸扔锌刂埔蠓块g時(shí)，為節(jié)省采暖，空調(diào)能耗，采用從室外取補(bǔ)給風(fēng)在柜內(nèi)循環(huán)后排出室外的方式稱為補(bǔ)風(fēng)式通風(fēng)柜。

　　再一種就是變風(fēng)量控制式的通風(fēng)柜。普通的定風(fēng)量系統(tǒng)需要人工調(diào)整固定葉片的風(fēng)閥，調(diào)節(jié)通風(fēng)柜的排風(fēng)量，當(dāng)調(diào)節(jié)閥門到某一角度時(shí)達(dá)到希望的面風(fēng)速。變風(fēng)量控制是通過調(diào)節(jié)閥門的傳感器改變風(fēng)量達(dá)到給定的面風(fēng)速，當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)式成本低、變風(fēng)量成本高，適用于要求精度高的場合。

　　通風(fēng)柜按照使用狀態(tài)分類可分為整體式下部開放式、落地式、兩面式、三面玻璃式、桌上式、連體式以及根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)使用需要而設(shè)計(jì)的對(duì)放射性實(shí)驗(yàn)的、對(duì)合成實(shí)驗(yàn)的，對(duì)過氯酸實(shí)驗(yàn)的專用通風(fēng)柜。

　　3 通風(fēng)柜的主要功能

　　通風(fēng)柜的功能中最主要的是排氣功能，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)產(chǎn)生各種有害氣體、臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性物質(zhì)，為了保護(hù)使用者的安全，防止實(shí)驗(yàn)中的污染物質(zhì)向?qū)嶒?yàn)室擴(kuò)散，在污染源附近要使用通風(fēng)柜。

　　以往通風(fēng)柜使用臺(tái)數(shù)較少，只在特別有害且危險(xiǎn)的氣體及產(chǎn)生大量熱的實(shí)驗(yàn)中使用。通風(fēng)柜只擔(dān)負(fù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的輔助功能。近年來考慮到改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)逐漸轉(zhuǎn)移到通風(fēng)柜內(nèi)，這就要求在通風(fēng)柜里要有最適于設(shè)備使用的功能。

　　新建的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)有空調(diào)，因此通風(fēng)柜的使用臺(tái)數(shù)必須納入空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)劃。由于通風(fēng)柜在生化實(shí)驗(yàn)室中占有非常重要的位置，從改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、改善勞動(dòng)衛(wèi)生條件，提高工作效率等方面考慮，通風(fēng)柜的使用臺(tái)數(shù)日益增多。隨之而來的是通風(fēng)管道，配管、配線、排風(fēng)等都成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要課題。

　　使用通風(fēng)柜的最大目的是排出實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有害氣體，保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員的健康，也就是說要有高度的安全性和優(yōu)越的操作性，這就要求通風(fēng)柜應(yīng)具有如下功能：

　?。?）釋放功能：應(yīng)具備將通風(fēng)柜內(nèi)部產(chǎn)生的有害氣體用吸收柜外氣體的方式，使其稀釋后排至室外的機(jī)構(gòu)。

　?。?）不倒流功能：應(yīng)具有在通風(fēng)柜內(nèi)部由排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流將有害氣體從通風(fēng)柜內(nèi)部不反向流進(jìn)室內(nèi)的功能。為確保這一功能的實(shí)現(xiàn)，一臺(tái)通風(fēng)柜與一臺(tái)通風(fēng)機(jī)用單一管道連接是最好的方法，不能用單一管道連接的，也只限于同層同一房間的可并聯(lián)，通風(fēng)機(jī)盡可能安裝在管道的末端（或屋頂處）。

　?。?）隔離功能：在通風(fēng)柜前面應(yīng)具用不滑動(dòng)的玻璃視窗將通風(fēng)柜內(nèi)外進(jìn)行分隔。

　?。?）補(bǔ)充功能：應(yīng)具有在排出有害氣體時(shí)，從通風(fēng)柜外吸入空氣的通道或替代裝置。

　?。?）控制風(fēng)速功能：為防止通風(fēng)柜內(nèi)有害氣體逸出，需要有一定的吸入速度。決定通風(fēng)柜進(jìn)風(fēng)的吸入速度的要素有：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容產(chǎn)生的熱量及與換氣次數(shù)的關(guān)系。其中主要的是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和有害物的性質(zhì)。通常規(guī)定，一般無毒的污染物為0.25―0.38m/s ，有毒或有危險(xiǎn)的有害物為0.4―0.5m/s ，劇毒或有少量放射性為0.5―0.6m/s ,氣狀物為0.5m/s ,粒狀物為1m/s 。為了確保這樣的風(fēng)速,排風(fēng)機(jī)應(yīng)有必要的靜壓，即空氣通過通風(fēng)管道時(shí)的摩擦阻力。確定風(fēng)速時(shí)還必須注意噪音問題,通過空氣在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)以7―10m為限，超過10m將產(chǎn)生噪音，通常實(shí)驗(yàn)室的噪聲（室內(nèi)背景噪聲級(jí)）限制值為70dB（A），增加管道裁面積會(huì)降低風(fēng)速，也就降低噪音，考慮到管道的經(jīng)費(fèi)和施工問題，必須慎重選擇管道及排風(fēng)機(jī)的功率。

　?。?）耐熱及耐酸堿腐蝕功能：通風(fēng)柜內(nèi)有的要安置電爐，有的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生大量酸堿等有毒有害氣體具有極強(qiáng)的腐蝕性。通風(fēng)柜的臺(tái)面，襯板、側(cè)板及選用的水咀、氣咀等都應(yīng)具有防腐功能。

　　4. 氣體排放處理

　　由于實(shí)驗(yàn)室氣體排放中存在著很多有毒和酸堿腐蝕性極強(qiáng)的氣體，所以在排入大氣前要對(duì)氣體進(jìn)行過濾處理，通常情況下：酸性氣體選用立式酸霧塔；有毒和有機(jī)氣體選用光學(xué)催化凈化箱。兩種設(shè)備分別安裝在排風(fēng)系統(tǒng)末端，立式酸霧塔安裝在風(fēng)機(jī)的正壓段，光學(xué)催化凈化箱安裝在風(fēng)機(jī)負(fù)壓段。動(dòng)物房的氣體經(jīng)過初效和中效過濾后，直接排入大氣，但在排風(fēng)口處做高壓噴射流處理，噴射高度在3米以上。

　　二、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

　　綜上所述，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備（特別是通風(fēng)柜）是有一定標(biāo)準(zhǔn)和要求的。拋開設(shè)備因素，單純從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮以下幾個(gè)主要因素：（1）保證實(shí)驗(yàn)室的安全性，保證一定數(shù)量的換氣次數(shù)；（2）解決實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)控制；（3）在滿足換氣次數(shù)和全新風(fēng)條件下，控制能耗。（4）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

　　實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)采用以下步驟和方案：

　　（1）實(shí)驗(yàn)室根據(jù)工藝要求和功能布置選擇一定數(shù)量的通風(fēng)柜，有的還兼有部分局部排風(fēng)罩。通常校核下來換氣次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10次，一般在20-30次以上，滿足換氣次數(shù)要求。但是此換氣次數(shù)是按照通風(fēng)柜最大開啟面積計(jì)算的通風(fēng)量，資料和經(jīng)驗(yàn)表明100臺(tái)通風(fēng)柜99%的時(shí)間只有18個(gè)或更少的人在使用。故還應(yīng)校核通風(fēng)柜最小開啟面積時(shí)的通風(fēng)量和換氣次數(shù)，若小于換氣次數(shù)要求，則增加綜合排風(fēng)系統(tǒng)。

　?。?）實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)采用全新風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)柜的排氣不在室內(nèi)循環(huán)。由于實(shí)驗(yàn)室要求房間相對(duì)其他輔助區(qū)域?yàn)樨?fù)壓。所以實(shí)驗(yàn)室的新風(fēng)量設(shè)計(jì)為排風(fēng)量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新風(fēng)送至實(shí)驗(yàn)室輔助房間、辦公、管理用房、內(nèi)走道等，再由門窗縫隙補(bǔ)充到房間。

　　（3）通風(fēng)柜的風(fēng)量平衡可以采用定風(fēng)量控制系統(tǒng)，即排風(fēng)量恒定，送風(fēng)量和門窗縫隙補(bǔ)充風(fēng)量恒定。此方法適用于最大排風(fēng)量滿足最小換氣次數(shù)要求的實(shí)驗(yàn)室。

　?。?）對(duì)于排風(fēng)量遠(yuǎn)大于最小通風(fēng)量要求的房間還可以采用兩段式通風(fēng)控制系統(tǒng)保證風(fēng)量平衡，即根據(jù)通風(fēng)柜的位移信號(hào)，排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)有2種送風(fēng)工況，低風(fēng)量工況應(yīng)用于維持最小換氣次數(shù)的要求，節(jié)約能耗。此情形藥檢所采用了變風(fēng)量控制系統(tǒng)。通風(fēng)柜風(fēng)量變化時(shí)，排風(fēng)量也會(huì)相對(duì)變小，此時(shí)要求放置在屋頂?shù)呐棚L(fēng)機(jī)隨著通風(fēng)柜柜門的位置變化而變頻，降低風(fēng)量，保證通風(fēng)柜面風(fēng)速恒定。同時(shí)自控系統(tǒng)改變?nèi)嘛L(fēng)風(fēng)機(jī)的頻率，降低風(fēng)量，維持負(fù)壓平衡。變風(fēng)量系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)能耗。系統(tǒng)最大、最小換氣次數(shù)接近則考慮采用定風(fēng)量系統(tǒng)，使得系統(tǒng)簡單，降低初投資。

　　通風(fēng)系統(tǒng)除上文所述對(duì)通風(fēng)柜有特殊要求外，對(duì)其他設(shè)備和控制系統(tǒng)也有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。通風(fēng)柜的選擇除滿足排風(fēng)和捕捉能力外，還要注意需要根據(jù)調(diào)節(jié)門移動(dòng)而立即改變風(fēng)量，維持表面風(fēng)速的恒定。筆者建議系統(tǒng)風(fēng)量的測定和控制以柜門位移為信號(hào)而不是測定表面風(fēng)速來測定。實(shí)驗(yàn)室壓力控制和最小通風(fēng)量的控制除了設(shè)備選型因素以外，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)是關(guān)鍵因素，要保證系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間要足夠短（<1秒），通風(fēng)系統(tǒng)不平衡會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)柜排風(fēng)和捕捉能力散失，氣流流出實(shí)驗(yàn)室，建筑物內(nèi)壓力不穩(wěn)定。

　　還有一點(diǎn)要注意的是系統(tǒng)應(yīng)該是壓力變化無關(guān)型的，即系統(tǒng)風(fēng)量的變化不會(huì)因?yàn)轱L(fēng)管內(nèi)靜壓的變化而使得反應(yīng)時(shí)間緩慢影響系統(tǒng)流量的精確性。壓力相關(guān)型的系統(tǒng)也會(huì)造成系統(tǒng)流量設(shè)備無法精確控制，緩慢的反應(yīng)時(shí)間會(huì)讓送排風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生震蕩，速度不穩(wěn)定會(huì)有大量的平衡問題存在，波動(dòng)的送、排風(fēng)系統(tǒng)使氣流平衡復(fù)雜化，從而自控系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。

　　所以，系統(tǒng)首先監(jiān)測的是通風(fēng)柜的狀態(tài)，接受調(diào)節(jié)門感應(yīng)器信號(hào)后可以計(jì)算調(diào)節(jié)門面積（風(fēng)量），此時(shí)向（壓力無關(guān)型）閥門送出風(fēng)量控制信號(hào)，調(diào)節(jié)閥門的開度，送風(fēng)量跟隨排風(fēng)量即刻變化，送排風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)量。

　　三、結(jié)論

　　本文介紹了實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)的目的，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜的的要求和功能，排放氣體的處理方法和實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)首要解決的問題是安全性問題，通風(fēng)柜的捕捉集塵能力要符合一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，氣流方向?yàn)榱飨驅(qū)嶒?yàn)室，實(shí)驗(yàn)室要隨時(shí)保持負(fù)壓。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)還要考慮到為實(shí)驗(yàn)人員創(chuàng)造一個(gè)舒適的工作環(huán)境，解決溫度、氣流、噪音的問題，同時(shí)要保證最低的能源消耗，系統(tǒng)穩(wěn)定，容易控制，易于操作管理。簡而言之就是要從安全、舒適、節(jié)能、可靠運(yùn)行方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。