化學(xué)實驗室的通風設(shè)計標準和應(yīng)用

　　摘要:實驗室是用于完成各種實驗工作的特殊場所，其通風系統(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。實驗室活動中產(chǎn)生化學(xué)和生物污染源，通風對于每個實驗室來說是必要的。不適當?shù)耐�風可能不僅污染實驗室，還會污染整個工作環(huán)境。

　　關(guān)鍵詞:化學(xué)實驗室;換氣次數(shù);氣流組織;室內(nèi)壓差;控制

　　實驗室設(shè)計是行業(yè)中常用的專項設(shè)計，包括了化學(xué)、生物、動物、物理實驗室等各個類別。空調(diào)通風系統(tǒng)的設(shè)計包含了空氣處理、制冷加熱和除濕、氣流組織、控制、安全等部分，它們是一個整體而不是獨立系統(tǒng)。

　　1化學(xué)實驗室設(shè)計要求

　　實驗室是廣泛存在于化工類企業(yè)及科研機構(gòu)中，其特點是在實驗室內(nèi)設(shè)置通風柜或者萬向排風罩將有害氣體排除室內(nèi)再經(jīng)尾氣吸收裝置達標后排至大氣中，化學(xué)實驗室要求送風全部采用新風，排風100%全部排出室外，通風柜的排氣不能在室內(nèi)循環(huán)。在研發(fā)中心實驗室的設(shè)計中，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)過程中操作等原因，實驗室內(nèi)的空氣受到污染，如果不及時將實驗室內(nèi)的有害氣體排出，勢必影響實驗人員的身體健康(一般化學(xué)實驗室換氣次數(shù)要求，有機合成化學(xué)實驗室換氣次數(shù)要求，實驗室無人時換氣可減少;其次，實驗室有毒有害氣體如果散發(fā)到廠房外，也會造成周圍其他環(huán)境的污染。因此如何將實驗室產(chǎn)生出來的有害氣體及時排出并且對其無害化處理便是我們設(shè)計中的重點。而在設(shè)計如何做到有效控制有害氣體的擴散污染使實驗室內(nèi)環(huán)境滿足衛(wèi)生生產(chǎn)要求是我們實驗中的主要任務(wù)。

　　2研發(fā)實驗室通風系統(tǒng)分析

　　創(chuàng)造一個美觀、安全、舒適、經(jīng)濟適用的現(xiàn)代化理想實驗環(huán)境是我們設(shè)計的宗旨。而通風系統(tǒng)則是此次設(shè)計的核心，以往國內(nèi)許多研發(fā)中心實驗室沒有從根本上考慮到通風系統(tǒng)對于實驗室的重要性，在初期通風系統(tǒng)的選擇上往往以成本來定奪，而忽略運行的費用;然而通過對幾種通風系統(tǒng)模式的市場調(diào)查及以往項目的的成果分析得出，從初期投資及運行費用這兩方面綜合比較，采用變風量控制系統(tǒng)中的補風聯(lián)動型控制模式是比較經(jīng)濟適用的，既能節(jié)約資金，又能降低能耗。

　　3研發(fā)實驗室通風系統(tǒng)優(yōu)化

　　根據(jù)以上對實驗室通風系統(tǒng)的分析，選擇變風量通風系統(tǒng)中補風聯(lián)動型控制模式，結(jié)合試驗室的布局及尾氣處理，減少尾氣對環(huán)境的危害，確定優(yōu)化技術(shù)方案如下：

　　首先通風柜配備二級調(diào)控及面板、風閥、變風量控制系統(tǒng)，自動控制使用方便，可自由控制通風設(shè)備的開啟或關(guān)閉;通過面風速傳感器實施監(jiān)測實際面風速，面風速不在設(shè)定范圍內(nèi)時監(jiān)控器聲光報警;當通風柜調(diào)節(jié)門位置變化時，通風柜的面風速變化，面風速傳感器感知風速變化，將值傳遞至通風柜監(jiān)控器，后者將比較通風柜面風速值與設(shè)定面風速值，并調(diào)節(jié)閥門的開度，使面風速達到設(shè)定值且響應(yīng)時間小于2秒的目標。根據(jù)試驗需求，普通實驗室采用蝶閥，特殊實驗室采用文丘里風量控制閥，文丘里風量控制閥是一個高密度、高速反應(yīng)的風量控制設(shè)備，具有高精度、高速反應(yīng)、高調(diào)節(jié)比、無需直管段、維護簡單等特性。

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

　　最后化學(xué)實驗室在排風的同時需補風，這樣才能保持實驗室內(nèi)氣流平衡與溫度平穩(wěn)。補風控制系統(tǒng)與排風控制系統(tǒng)是聯(lián)動的。當實驗室內(nèi)排風設(shè)備每增加一組，排風系統(tǒng)自動讓排風風機增加一個排風量，同時這個控制信號送給補風系統(tǒng)，同步增加一個補風量，反之也相同，故根據(jù)選擇的排風機組，對應(yīng)選擇相應(yīng)的補風機組。

　　4注意事項

　　4.1換氣次數(shù)的選擇

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

　　濕法化學(xué)室有通風柜，加熱間有大量的加熱爐。通風柜的計算方法中對輕、中度危害或有危險的有害物質(zhì)，在室內(nèi)頂棚有補風的情況下，通風柜的操作口最小吸風面速度0.5m/s。對于通風柜的使用率，當通風柜的數(shù)量大于2個時，則應(yīng)該取60%~70%同時使用率。加熱爐則是以維持爐內(nèi)加熱溫度的熱平衡法則計算所需的排風量。通過以上可以計算出總的安全通風量，此外負荷計算的空調(diào)風量，還有最小換氣次數(shù)進行比較，三者取最大值。

　　4.2送風和排風形式

　　化驗室的排風量較大時，應(yīng)設(shè)置室外新風補風系統(tǒng)，并計入新風負荷,每個排風裝置宜設(shè)獨立的排風系統(tǒng),同一個實驗室內(nèi)的所有排風裝置宜合用一個排風系統(tǒng)。工作時間連續(xù)使用排風系統(tǒng)的實驗室應(yīng)設(shè)置送風系統(tǒng)，送風量宜為排風量的70%，并應(yīng)根據(jù)工藝要求對送風進行空氣凈化處理。對于采暖地區(qū)，冬季應(yīng)對送風進行加熱。送風氣流不應(yīng)破壞實驗室排風裝置的正常工作。

　　4.3房間壓差

　　化驗室應(yīng)保持相對負壓，所有從化學(xué)實驗室內(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)實驗室也有潔凈要求否則均需保持其相對于相鄰區(qū)域為負壓。

　　4.4控制系統(tǒng)

　　控制應(yīng)該把以上幾項綜合起來，可以滿足整個實驗室的房間壓力、各房間壓差、通風量、溫濕度和各方面的安全控制要求，同時降低能耗。實驗室內(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，能源往往會被大量的消耗，因而實驗室的通風控制系統(tǒng)的要求從早期定風量，雙穩(wěn)態(tài)，變風量系統(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，同時減少用戶在運行、能源消耗及維護等方面的費用。

　　綜上所述，通過以上對實驗室通風系統(tǒng)方案的優(yōu)化，以及完善對實驗室的設(shè)計，可有效節(jié)約能源，減少運行費用，并能減少尾氣對人體及環(huán)境的危害。但對目前的研發(fā)實驗室來說，試驗試劑品種繁多，其中不乏易燃易爆及有毒物料，對人體的危害還是不能得到有效解決。因此，對實驗室通風系統(tǒng)的優(yōu)化和改進還有很多的路要走，期待更多的技術(shù)人員去研究和實踐，創(chuàng)造一個適用、經(jīng)濟、健康、環(huán)保的現(xiàn)代化實驗室。

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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)國家科技部、新聞出版總署批準，中國商業(yè)聯(lián)合會主管，聯(lián)合國全球人類發(fā)展中國協(xié)會指導(dǎo)，國資委·商業(yè)網(wǎng)點建設(shè)開發(fā)中心主辦，科技部科學(xué)技術(shù)進步研究所、中國社會科學(xué)院城市發(fā)展與環(huán)境研究中心聯(lián)合承辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的綜合類學(xué)術(shù)期刊。

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