淺談實驗室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

通風(fēng)系統(tǒng)引起的空調(diào)補風(fēng)能耗在實驗室空調(diào)能耗中占較大比例，是實驗室節(jié)能潛力的部分。按照我國現(xiàn)實國情，從各地項目的經(jīng)濟條件出發(fā)，選用合理的實驗室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采取靈活適用的空調(diào)冷熱源方案，研究實驗室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方案，是較大幅度地減少實驗室新風(fēng)能耗的一些方法，目的是從總體上降低實驗室空調(diào)能耗。同時，排風(fēng)柜自循環(huán)過濾系統(tǒng)的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的排風(fēng)柜形式，其在新風(fēng)能耗方面的節(jié)能潛力優(yōu)勢明顯，值得進一步研究及推廣。

有資料表明，一個實驗室規(guī)范及人員舒適性要求的實驗室，其單位面積的空調(diào)負(fù)荷明顯大于一般的辦公室需求，有些實驗室的空調(diào)負(fù)荷(制冷)實際需求甚至超過 300w/m2，遠(yuǎn)大于甲級辦公樓的負(fù)荷值。因此，如何在工程設(shè)計上有效降低實驗室空調(diào)能耗，為用戶帶來客觀的運行費用節(jié)省，有其探討價值。

環(huán)境要求

本建筑內(nèi)質(zhì)量實驗室、車間實驗室、化學(xué)室位于2層，環(huán)保實驗室、樣品室位于3層，室內(nèi)布置有臺式通風(fēng)柜、萬象抽氣罩、安全柜及烤箱架等需要通風(fēng)的實驗設(shè)施;根據(jù)業(yè)主方的要求，實驗室及樣品室的濕度均要求在50%，質(zhì)量實驗室、車間實驗室及環(huán)保實驗室有恒溫要求。實驗室及樣品室均要求為室內(nèi)負(fù)壓，負(fù)壓數(shù)值無需準(zhǔn)確控制。

實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計原則

實驗室的通風(fēng)設(shè)計應(yīng)滿足實驗室的安全性、經(jīng)濟性、技術(shù)*性與安裝使用維護的便利。實驗室通風(fēng)必須保證工作人員的安全和健康，即需保證排風(fēng)柜入口合適的面風(fēng)速，送排風(fēng)閥的快速啟動及風(fēng)機風(fēng)量的匹配，實驗室內(nèi)相對于建筑其他區(qū)域一定為負(fù)壓，回風(fēng)不可利用，全新風(fēng)，并保證室內(nèi)最小的換氣次數(shù)。據(jù)以上原則，本項目實驗樓根據(jù)樓層布局采用獨立的空調(diào)新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)和獨立的排風(fēng)系統(tǒng)。實驗室每個排風(fēng)柜為變風(fēng)量排風(fēng)，保持其入口平均面風(fēng)速隨著柜門開度的變化快速反應(yīng)。在安全柜等排風(fēng)設(shè)備為定風(fēng)量排風(fēng)。根據(jù)實驗室的具體情況，可能配置變風(fēng)量或定風(fēng)量室內(nèi)輔助排風(fēng)閥從吊頂上排風(fēng)。通過這些排風(fēng)控制閥，既保證了通風(fēng)設(shè)備的正常工作，又能滿足室內(nèi)換氣次數(shù)的要求。

考慮實驗室的實際需要和使用情況，配置有變風(fēng)量閥的通風(fēng)柜的實驗室設(shè)置2個開關(guān):緊急排風(fēng)工況開關(guān)和夜間工況開關(guān)。在緊急排風(fēng)工況時，排風(fēng)柜的排風(fēng)量始終保持最大排風(fēng)量，而無論柜門處于什么樣的位置。當(dāng)實驗室有藥品試劑打翻等緊急情況下，或某臺排風(fēng)柜需要大量排風(fēng)時，可以置于此種工況。當(dāng)晚上下班后可置于夜間工況，關(guān)閉房間送風(fēng)及排風(fēng)柜的排風(fēng)，維持實驗室最小風(fēng)量排風(fēng)，節(jié)約能耗。

實驗室通風(fēng)量確定

下面以車間實驗室為例進行說明實驗室風(fēng)量的確定。車間實驗室內(nèi)有2臺排風(fēng)柜，1臺安全柜(排風(fēng)量為 180m3/h)

1）實驗室負(fù)壓控制

為防止實驗室的氣體擴散到周圍區(qū)域，實驗室內(nèi)需保持負(fù)壓，也就是說實驗室內(nèi)總排風(fēng)量應(yīng)始終大于送風(fēng)量。實驗室的負(fù)壓就由2臺通風(fēng)柜排風(fēng)，1臺安全柜排風(fēng)，1臺房間送風(fēng)閥送風(fēng)和自然滲透風(fēng)之間的平衡來保證。根據(jù)工程經(jīng)驗，當(dāng)送排風(fēng)量差為2次換氣次數(shù)對應(yīng)的風(fēng)量時，室內(nèi)負(fù)壓約為-5Pa。該實驗室面積為 25m2，層高為 3m，2 次換氣次數(shù)對應(yīng)的風(fēng)量為:ΔV=25x3x2=150m3/h。室內(nèi)送排風(fēng)量差確定為 150m3/h 時，門窗關(guān)閉時室內(nèi)負(fù)壓通過自然滲透可維持在-5Pa左右。實際上由于門窗的縫隙和吊頂?shù)拿芊庑砸约暗蹴斏戏块g與走廊的隔墻的密封性差異，維持-5Pa的負(fù)壓可能需要不同于150m3/h 的風(fēng)量差，這個問題可以在調(diào)試時再根據(jù)實際情況來確定風(fēng)量差加以解決。

2）實驗室總排風(fēng)量的確定

排風(fēng)柜最大排風(fēng)量:排風(fēng)柜規(guī)格為(面長x高度x深度):xx。柜前有人操作時面風(fēng)速可選/s，柜門拉起開度取，此時為排風(fēng)柜最大排風(fēng)量。

柜門最大開口凈面積為:A排=x=。

排風(fēng)柜最大排風(fēng)量:V柜max=A排xx3600=1512m3/h.

排風(fēng)柜最小排風(fēng)量:V 柜 min=300m3/h。

室內(nèi)排風(fēng)量除了要考慮實驗室排風(fēng)設(shè)備的需要，還要考慮實驗室日間工作工況最小換氣次數(shù) 12 次/h的室內(nèi)排風(fēng)量要求。

室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最大排風(fēng)量:V室 max=2x1512+180=3204m3/h。

室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最小排風(fēng)量:V室min=2x300+180=780m3/h。

室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量:V室 reduce=25x3x2=150m3/h。

室內(nèi)日間工作工況，按照室內(nèi)最小換氣次數(shù) 12 次/h確定排風(fēng)量，最小排風(fēng)量為 900m3/h。當(dāng)通風(fēng)柜處于最小排風(fēng)量時，房間的總排風(fēng)量780m3/h，不能滿足最小換氣次數(shù)的要求，需要加裝室內(nèi)輔助排風(fēng)，輔助排風(fēng)量設(shè)為 120m3/h。

加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最大排風(fēng)量:

Vmax=2x1512+180+120=3324m3/h。

加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最小排風(fēng)量:Vmin=2x300+180+120=900m3/h。

室內(nèi)夜間工況，關(guān)閉輔助排風(fēng)及通風(fēng)柜排風(fēng)，保留安全柜排風(fēng)，用以保證室內(nèi)負(fù)壓，因此室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量:Vreduce=180m3/h。

3）實驗室送風(fēng)量的確定

此系統(tǒng)為變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)室內(nèi)總排風(fēng)量確定，為維持室內(nèi)負(fù)壓，本實驗室取送排風(fēng)量差為 150m3/h。

室內(nèi)日間工作工況時，根據(jù)送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為:

室內(nèi)最大送風(fēng)量:V送max=3324-150=3174m3/h。

室內(nèi)最小送風(fēng)量:V送 min=900-150=750m3/h。

室內(nèi)夜間工況時，根據(jù)送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為:

室內(nèi)夜間工況送風(fēng)量:V送reduce=0m3/h。

系統(tǒng)功能介紹

變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)安裝這些設(shè)備后，可分成日間工作工況變風(fēng)量運行、緊急運行工況及夜間運行工況定風(fēng)量運行。在實驗室工作時間，排風(fēng)柜排風(fēng)控制器保證排風(fēng)柜合適的面風(fēng)速，能迅速跟蹤排風(fēng)柜門位置和門前空氣流動阻擋物自動調(diào)整排風(fēng)量。室內(nèi)安全柜排風(fēng)及輔助排風(fēng)采用開啟、定風(fēng)量運行，保證實驗室最小換氣次數(shù)不低于 12t/h。室內(nèi)送風(fēng)量始終保持比排風(fēng)量少 150m3/h，送風(fēng)系統(tǒng)能根據(jù)控制系統(tǒng)獲得所有排風(fēng)設(shè)備的排風(fēng)量，通過風(fēng)量差限定計算送風(fēng)量，在 1s 內(nèi)跟隨排風(fēng)柜排風(fēng)量相應(yīng)調(diào)整送風(fēng)量，從而保證室內(nèi)負(fù)壓的穩(wěn)定。

實驗室空調(diào)設(shè)計

1溫度控制

質(zhì)量實驗室及樣品室均采用獨立全新風(fēng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)及獨立排風(fēng)系統(tǒng)，質(zhì)量實驗室、車間實驗室同時選用一套多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷熱負(fù)荷。環(huán)保實驗室采用一臺分體空調(diào)器負(fù)拍室內(nèi)冷熱負(fù)荷。新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)采用組合空調(diào)機組，在主風(fēng)管上設(shè)溫度傳感器，送風(fēng)溫度為室內(nèi)溫度(23+1)℃。送風(fēng)溫度控制通過控制冷熱盤管的冷熱水進管上的電動二通閥開度調(diào)整冷熱水量實現(xiàn)。實驗室獨立全新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)的冷熱源采用風(fēng)冷熱泵機組，機組設(shè)在實驗室的屋頂上，夏季供回水溫度為 7℃~12℃，冬季供回水溫度為40℃~45℃。室內(nèi)維護結(jié)構(gòu)及設(shè)備人發(fā)熱的冷熱負(fù)荷由多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)及分。體空調(diào)器負(fù)擔(dān)，根據(jù)計算，選用合適的機型。

2濕度控制

實驗室內(nèi)人員不多，且無大量散濕設(shè)備，因此室內(nèi)主要濕負(fù)荷為新風(fēng)濕負(fù)荷，當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時的相對濕度不小于 50%時，新風(fēng)由新風(fēng)空調(diào)機組設(shè)有的表冷段進行減濕處理。當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時的相對濕度小。于 50%時，根據(jù)主要求(室內(nèi)相對濕度不大于 50%)，因此不需要加減濕處理。