实验室逐渐趋向大型化、集结化、综合化,对实验室通风空调系统提出了更高要求。为了满足市场需求,通风空调系统的设备和相关技术也在迅速的发展完善。
对于实验室通风空调系统的设计要求不外乎以下5点:
(1)安全性;
(2)经济性;
(3)实用性;
(4)灵活性;
(5)舒适性。
目前,排风柜、万向罩作为通风系统中*关键,其性能将直接影响到实验室人员的身体健康甚*生命安全;实验室综合性能要依靠整个通风空调系统的良好配合来保障。特别是全年空调实验室,高能耗与局部高速低温气流(draught)引起人们高度重视。勘探开发研究院实验中心实验室集成项目正面临这样的问题,对于目前品种繁多的排风柜以及多样的通风空调系统控制策略,项目经理部根据实际工程需要设计选用实验室的通风及控制系统。

01选用适宜的实验室通风柜
实验室通风柜是实验室操作人员重要的防护屏障,应选用气流组织较好的实验室通风柜。同样的通风柜排风量,柜内气流组织差的通风柜,通风柜调节门进风口面风速不均匀,易泄漏有害气体;柜内有涡流区,造成柜内有害气体浓度积聚,排风效果不好,对操作人员安全造成威胁。设计较好的实验室通风柜,在操作过程中,应保证通风柜调节门从关闭到*大开启度的过程中,调节门进风面风速始终保持在0.5m/s±20%,并且面风速均匀。实验表明,面风速过小,<0.3m/s,操作人员扰动易造成通风柜内有害气体外溢,对操作人员造成危害。通风柜调节门进风面风速过大,>0.8m/s,也易造成柜内有害气体外溢。通风柜内排风气流应均匀,减少涡流,避免有害气体浓度积聚,及时排出有害气体。通风柜的形式、规格很多,还有一些满足特殊要求的通风柜,如防爆型等。可根据实验室具体要求选用。
实验室通风柜通常配监控器。监控器主要功能包括:
(1)通风柜调节门进风面风速实时显示。
(2)通风柜前有人操作、无人操作模式控制(无人操作时降低风量,按60%风量运行)。也可采用区域存在传感器,自动探测通风柜前有无操作人员。
(3)紧急情况按钮(有试剂泄漏等紧急情况时,加大通风柜排风量)。

02实验室气流组织,送、排风控制阀设置
实验室通风柜内气流组织由通风柜设备结构实现,通风柜排风支管安装变风量阀,应保证通风柜排量与通风柜运行状态相适应,有人操作时,通风柜调节门进风面风速始终为0.5m/s±20%。无人操作时为0.3m/s。在通风柜调节门关闭时,应保证通风柜保持适当的*小排风量,一般为额定风量的20%,通风柜下部有试剂柜时,试剂柜排风量约75m3/h。实验室内万向排风罩排风汇总管装定风量阀,保证万向排风罩排风量。为保证实验室排风效果及维持室内温、湿度,应设置实验室*小排风换气次数,白天有人操作时8~10次/h,夜间无人操作时4~6次/h;若实验室各通风柜及万向排风罩*小排风量不能满足实验室*小换气次数要求时,应在实验室增设室内排风口,在排风支管装变风量阀,保证实验室达到*低排风换气次数要求。为避免实验室气流渗出实验室,造成交叉污染。应控制实验室相对走廊或办公区为负压。在实验室送风支管装变风量阀,控制实验室送风量与实验室各排风量差值始终为定值,维持实验室压差恒定。实验室气流控制图见图1、图2。

实验室送、排风量表
在实验室布置时,应尽可能减少送风气流、人员对通风柜调节门进风口扰动。实验室送风量较大,实验室送风口可采用孔板静压箱送风口,扩大送风口面积,控制送风孔板出口风速,通风柜调节门前送风风速宜<0.25m/s。通风柜前操作通道应足够宽敞,保证操作人员走动时,距通风柜面板0.6m以上,避免人员走动影响通风柜气流。通风柜调节门应远离实验室门,避免开门对通风柜气流影响。

03合理确定实验室送、排风系统*大风量
实验室送、排风系统一般带多个实验室。实验室送、排风系统*大风量的确定,应根据所带实验室数量及实验室运行模式,考虑适当的通风柜运行同时系数。实验室送、排风系统风量即要满足实验室*大运行风量要求,也不要盲目扩大风量,甚*取通风柜同时运行系数为1,造成空调通风系统及相关冷热源设备选型过大,增加初投资;国外资料显示,实验室通风柜每天有人员操作的时间平均少于1h。
实验室通风柜的额定排风量可根据通风柜调节门的*大开门面积,按面风速0.5m/s计算获得,也可依据通风柜样本。通风柜调节门关闭时*小排风量可按额定风量20%确定。实验室万向排风罩排风量根据不同规格选取,一般75万向排风罩排风量为200m3/h。实验室排风系统排风机宜采取调频控制,保持排风系统干管*远点静压恒定。使排风机风量与系统排风量相一致。减少排风机耗电量,维持排风系统风管压力恒定,提高排风管风量控制阀精度。同时,实验室送风系统空调机组送风机也宜采取调频控制,送风量应与实验室排风系统排风量相一致。因实验室为全新风系统,送风空调系统能耗非常高。在满足实验室补风要求前提下,尽可能减少送风量,节能实验室空调能耗。

04实验室送、排风系统控制阀选择及控制系统
要实现实验室理想的气流组织,送、排风系统风量控制阀及控制系统是关键,其占实验室空调通风系统投资比重也比较大。用于实验室送、排风系统的变风量、定风量控制阀类型有阀、文丘里阀等,品牌很多,控制系统工作原理各不相同,风量阀反应速度、控制精度、风量可调节比、可靠性、初投资、维护费用差别较大。
这里以数字式文丘里风量控制阀为例,说明风量控制阀选型要求。
(1)反应速度快,系统的响应时间<1s,达到*终控制要求风量值或系统稳定<1s。风量控制精度高,风量控制精度<±5%的指令信号。在通风柜调节门启闭过程中,始终能保持柜门面风速0.5m/s±20%。
(2)风量可调节比高,阀门精确的调节比为10∶1。高调节比,系统可利用的参差系数大,可适用于大的排风系统及通风柜数量较多的房间。特别是对通风柜数量较多的房间,通风柜的排风阀调节比大,可降低通风柜*低运行风量,有效降低通风柜的低风量运行能耗。增大排风系统,可减少排风系统数量,减少送、排风管道、建筑管井数量,减少送、排风系统管道占用建筑空间。
(3)控制方式采用位移传感器控制,且在150~750Pa阀前后压差范围内,与压力无关,阀内气囊可自动平衡阀前后压差变化影响。控制简单可靠,阀前后不需预留气流稳流管段,安装方便。没有风速传感器等部件,不需定期清洗校验传感器。控制阀压力无关性,可保证系统接入通风柜数量不受影响,且系统稳定性好。
(4)每台风量控制阀自带控制器,可相互联网。
每台通风柜排风支管装1台Phoenix变风量数字式文丘里控制阀,根据通风柜监视器反馈的通风柜调节门开启高度,及运行状态(有人或无人),控制通风柜的排风量。在实验室各万向排风罩排风汇总管上安装1台定风量数字式文丘里控制阀,造价较数字式变风量文丘里控制阀低,保证实验室万向排风罩排风量。实验室排风口排风管装1台慢变风量数字式文丘里控制阀,造价较变风量阀低。在实验室通风柜、万向排风罩排风量低于实验室设定*低排风换气次数时,打开实验室排风口,保证实验室*低排风换气次数。在实验室送风支管上安装1台变风量数字式文丘里控制阀,根据实验室各排风阀风量,控制实验室送风量,保证实验室送风量与排风量差值恒定,维持实验室压差恒定。
05节能
实验室空调通风系统,通常为直流风。送风空调机将室外风处理到送风状态点,送入实验室内,补充实验室排风,维持实验室内温、湿度,因为实验室送风量很大,特别是有多台通风柜的实验室,空调机处理送风温、湿度的能耗很高,占实验室能耗和运行电费的比重很大。实验室空调送风系统节能的主要手段是在保证实验室安全的前提下,尽量减少排风量,相应减少空调送风量。
?实验室通风柜,大部分时间为无人操作或调节门关闭状态,采用高性能的送、排风风量控制阀,根据实验室各通风柜运行状态不同,始终以*小风量满足通风柜排风要求,送风量也始终保持*小值,在保证实验室安全的前提下,节省实验室送风空调系统能耗。即使工程中选用高性能送、排风控制阀费用有所增加,但综合考虑实验室运行电费的降低,空调通风系统及相关冷热源等设备的费用减少,在实验室寿命周期内,空调通风系统综合费用还是大幅减少。据资料显示,实验室每减少1m3/hr空调送风量,每年减少运行电费10~12元。
06其它
对于强酸碱等有腐蚀性气体挥发的实验室排风系统风管应采用pp管或塑料管等耐腐蚀风管。实验室通风柜排风支管风量控制阀,万向排风罩排风管风量控制阀应选用有防腐涂层的防腐型阀。排风机应采用玻璃钢或涂防腐涂层的防腐型风机。实验室排风应在屋面上向高空排放。如有必要,实验室排风应经吸收塔处理后排放。多层实验室送、排风系统宜按竖向划分,减少水平送、排风管,减少送、排风管占用建筑空间。实验室建筑层高宜≥4.80m,预留通风柜顶排风竖管安装风量控制阀空间。