化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用

　　摘要:實(shí)驗(yàn)室是用于完成各種實(shí)驗(yàn)工作的特殊場(chǎng)所，其通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)人員的身體健康、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)室的初投資及運(yùn)行費(fèi)用。實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)中產(chǎn)生化學(xué)和生物污染源，通風(fēng)對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是必要的。不適當(dāng)?shù)耐�風(fēng)可能不僅污染實(shí)驗(yàn)室，還會(huì)污染整個(gè)工作環(huán)境。

　　關(guān)鍵詞:化學(xué)實(shí)驗(yàn)室;換氣次數(shù);氣流組織;室內(nèi)壓差;控制

　　實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)是行業(yè)中常用的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，包括了化學(xué)、生物、動(dòng)物、物理實(shí)驗(yàn)室等各個(gè)類(lèi)別�？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含了空氣處理、制冷加熱和除濕、氣流組織、控制、安全等部分，它們是一個(gè)整體而不是獨(dú)立系統(tǒng)。

　　1化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要求

　　實(shí)驗(yàn)室是廣泛存在于化工類(lèi)企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)中，其特點(diǎn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置通風(fēng)柜或者萬(wàn)向排風(fēng)罩將有害氣體排除室內(nèi)再經(jīng)尾氣吸收裝置達(dá)標(biāo)后排至大氣中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室要求送風(fēng)全部采用新風(fēng)，排風(fēng)100%全部排出室外，通風(fēng)柜的排氣不能在室內(nèi)循環(huán)。在研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中，由于參與化學(xué)反應(yīng)的原料一般具有一定的可燃性和毒性，再加上反應(yīng)過(guò)程中操作等原因，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣受到污染，如果不及時(shí)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的有害氣體排出，勢(shì)必影響實(shí)驗(yàn)人員的身體健康(一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)要求，有機(jī)合成化學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)要求，實(shí)驗(yàn)室無(wú)人時(shí)換氣可減少;其次，實(shí)驗(yàn)室有毒有害氣體如果散發(fā)到廠房外，也會(huì)造成周?chē)�其他環(huán)境的污染。因此如何將實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生出來(lái)的有害氣體及時(shí)排出并且對(duì)其無(wú)害化處理便是我們?cè)O(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。而在設(shè)計(jì)如何做到有效控制有害氣體的擴(kuò)散污染使實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境滿足衛(wèi)生生產(chǎn)要求是我們實(shí)驗(yàn)中的主要任務(wù)。

　　2研發(fā)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)分析

　　創(chuàng)造一個(gè)美觀、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)適用的現(xiàn)代化理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境是我們?cè)O(shè)計(jì)的宗旨。而通風(fēng)系統(tǒng)則是此次設(shè)計(jì)的核心，以往國(guó)內(nèi)許多研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有從根本上考慮到通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的重要性，在初期通風(fēng)系統(tǒng)的選擇上往往以成本來(lái)定奪，而忽略運(yùn)行的費(fèi)用;然而通過(guò)對(duì)幾種通風(fēng)系統(tǒng)模式的市場(chǎng)調(diào)查及以往項(xiàng)目的的成果分析得出，從初期投資及運(yùn)行費(fèi)用這兩方面綜合比較，采用變風(fēng)量控制系統(tǒng)中的補(bǔ)風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式是比較經(jīng)濟(jì)適用的，既能節(jié)約資金，又能降低能耗。

　　3研發(fā)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

　　根據(jù)以上對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的分析，選擇變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)中補(bǔ)風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式，結(jié)合試驗(yàn)室的布局及尾氣處理，減少尾氣對(duì)環(huán)境的危害，確定優(yōu)化技術(shù)方案如下：

　　首先通風(fēng)柜配備二級(jí)調(diào)控及面板、風(fēng)閥、變風(fēng)量控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制使用方便，可自由控制通風(fēng)設(shè)備的開(kāi)啟或關(guān)閉;通過(guò)面風(fēng)速傳感器實(shí)施監(jiān)測(cè)實(shí)際面風(fēng)速，面風(fēng)速不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)監(jiān)控器聲光報(bào)警;當(dāng)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門(mén)位置變化時(shí)，通風(fēng)柜的面風(fēng)速變化，面風(fēng)速傳感器感知風(fēng)速變化，將值傳遞至通風(fēng)柜監(jiān)控器，后者將比較通風(fēng)柜面風(fēng)速值與設(shè)定面風(fēng)速值，并調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，使面風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值且響應(yīng)時(shí)間小于2秒的目標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)需求，普通實(shí)驗(yàn)室采用蝶閥，特殊實(shí)驗(yàn)室采用文丘里風(fēng)量控制閥，文丘里風(fēng)量控制閥是一個(gè)高密度、高速反應(yīng)的風(fēng)量控制設(shè)備，具有高精度、高速反應(yīng)、高調(diào)節(jié)比、無(wú)需直管段、維護(hù)簡(jiǎn)單等特性。

　　其次實(shí)驗(yàn)室根據(jù)更能劃分，需要排風(fēng)的部位集中布局，從而使風(fēng)管緊密銜接，盡量不上下穿插，從而也減少了風(fēng)管的走向，節(jié)約成本。再次為保證排風(fēng)盡可能的全部排出室外，減少人員暴露在危險(xiǎn)空氣下的可能性，采用變頻排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)組與變風(fēng)量通風(fēng)柜連鎖控制。風(fēng)機(jī)風(fēng)量隨通風(fēng)柜的開(kāi)啟數(shù)量的增加而增大，隨開(kāi)啟數(shù)量的減少而減小，根據(jù)每組通風(fēng)柜的排風(fēng)量確定排風(fēng)機(jī)組的大小。變頻排風(fēng)機(jī)排風(fēng)效果好、噪音低，節(jié)能降耗。

　　最后化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在排風(fēng)的同時(shí)需補(bǔ)風(fēng)，這樣才能保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)氣流平衡與溫度平穩(wěn)。補(bǔ)風(fēng)控制系統(tǒng)與排風(fēng)控制系統(tǒng)是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備每增加一組，排風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)讓排風(fēng)風(fēng)機(jī)增加一個(gè)排風(fēng)量，同時(shí)這個(gè)控制信號(hào)送給補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，同步增加一個(gè)補(bǔ)風(fēng)量，反之也相同，故根據(jù)選擇的排風(fēng)機(jī)組，對(duì)應(yīng)選擇相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)機(jī)組。

　　4注意事項(xiàng)

　　4.1換氣次數(shù)的選擇

　　驗(yàn)室內(nèi)的整體換氣次數(shù)應(yīng)由下列風(fēng)量之決定：從局部排風(fēng)設(shè)備或其他房間排風(fēng)所排出的總風(fēng)量;帶走房間熱負(fù)荷所需的制冷風(fēng)量;最小換氣次數(shù)需求。在通常情況下>10次/時(shí)房間換氣次數(shù)被認(rèn)為是合適的。但是當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有可能產(chǎn)生高熱負(fù)荷的分析設(shè)備,或房間內(nèi)有較大量的局部排風(fēng)時(shí)，則可能需要相應(yīng)增大換氣量。

　　濕法化學(xué)室有通風(fēng)柜，加熱間有大量的加熱爐。通風(fēng)柜的計(jì)算方法中對(duì)輕、中度危害或有危險(xiǎn)的有害物質(zhì)，在室內(nèi)頂棚有補(bǔ)風(fēng)的情況下，通風(fēng)柜的操作口最小吸風(fēng)面速度0.5m/s。對(duì)于通風(fēng)柜的使用率，當(dāng)通風(fēng)柜的數(shù)量大于2個(gè)時(shí)，則應(yīng)該取60%~70%同時(shí)使用率。加熱爐則是以維持爐內(nèi)加熱溫度的熱平衡法則計(jì)算所需的排風(fēng)量。通過(guò)以上可以計(jì)算出總的安全通風(fēng)量，此外負(fù)荷計(jì)算的空調(diào)風(fēng)量，還有最小換氣次數(shù)進(jìn)行比較，三者取最大值。

　　4.2送風(fēng)和排風(fēng)形式

　　化驗(yàn)室的排風(fēng)量較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置室外新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，并計(jì)入新風(fēng)負(fù)荷,每個(gè)排風(fēng)裝置宜設(shè)獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng),同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的所有排風(fēng)裝置宜合用一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)。工作時(shí)間連續(xù)使用排風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量宜為排風(fēng)量的70%，并應(yīng)根據(jù)工藝要求對(duì)送風(fēng)進(jìn)行空氣凈化處理。對(duì)于采暖地區(qū)，冬季應(yīng)對(duì)送風(fēng)進(jìn)行加熱。送風(fēng)氣流不應(yīng)破壞實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)裝置的正常工作。

　　4.3房間壓差

　　化驗(yàn)室應(yīng)保持相對(duì)負(fù)壓，所有從化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排出的氣體均需直接排出室外，而不能循環(huán)利用。因此，除非化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也有潔凈要求否則均需保持其相對(duì)于相鄰區(qū)域?yàn)樨?fù)壓。

　　4.4控制系統(tǒng)

　　控制應(yīng)該把以上幾項(xiàng)綜合起來(lái)，可以滿足整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的房間壓力、各房間壓差、通風(fēng)量、溫濕度和各方面的安全控制要求，同時(shí)降低能耗。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學(xué)物質(zhì)污染源，特別是有害氣體，將其排除非常重要。但與此同時(shí)，能源往往會(huì)被大量的消耗，因而實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)控制系統(tǒng)的要求從早期定風(fēng)量，雙穩(wěn)態(tài)，變風(fēng)量系統(tǒng)，到最新的適應(yīng)性控制系統(tǒng)。所謂最為安全、舒適的環(huán)境，并要求最節(jié)能的方式是不能太過(guò)于奢望。系統(tǒng)響應(yīng)迅速確保人身安全，以最高的精確性正確控制送排風(fēng)的平衡和室內(nèi)壓力，提供最大的穩(wěn)定性。盡量降低用戶前期投入，同時(shí)減少用戶在運(yùn)行、能源消耗及維護(hù)等方面的費(fèi)用。

　　綜上所述，通過(guò)以上對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)化，以及完善對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，可有效節(jié)約能源，減少運(yùn)行費(fèi)用，并能減少尾氣對(duì)人體及環(huán)境的危害。但對(duì)目前的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)試劑品種繁多，其中不乏易燃易爆及有毒物料，對(duì)人體的危害還是不能得到有效解決。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)還有很多的路要走，期待更多的技術(shù)人員去研究和實(shí)踐，創(chuàng)造一個(gè)適用、經(jīng)濟(jì)、健康、環(huán)保的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室。

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　　作者：周曉輝

　　建筑論文投稿刊物：《城市建設(shè)》現(xiàn)已更名為《城鄉(xiāng)建設(shè)》。(旬刊)創(chuàng)刊于2008年，是經(jīng)國(guó)家科技部、新聞出版總署批準(zhǔn)，中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)主管，聯(lián)合國(guó)全球人類(lèi)發(fā)展中國(guó)協(xié)會(huì)指導(dǎo)，國(guó)資委·商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)開(kāi)發(fā)中心主辦，科技部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步研究所、中國(guó)社會(huì)科學(xué)院城市發(fā)展與環(huán)境研究中心聯(lián)合承辦，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的綜合類(lèi)學(xué)術(shù)期刊。

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