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实验室通风系统
实验室通风系统的定义是什么？
实验室通风系统是整个实验室设计和建设过程中规模最大、影响最大的系统之一。
通风是通过通风稀释或通风去除等手段，控制空气污染物的扩散和危害，实现室内外空气环境质量保证的建筑环境控制技术。 通风系统是实现通风功能的一整套装置，包括进风口、排风口、送风管道、风机、冷暖气、过滤器、控制系统及其他附属设备。
通风系统是否完善，将直接对实验室环境、实验人员的身体健康、实验设备的运行维护等产生重要影响。
最完整的实验室通风系统系列
良好的实验室通风在保护实验者免受伤害方面起着重要作用。 因此，通风设计是实验室设计中的重中之重。 那么，实验室通风设计的具体步骤有哪些呢？ 如何做好实验室通风设计？
工程设计特点
01.空调系统需按学院划分
①主楼（国家实验室）为集中冷热源、半集中空调系统。 办公室和一般实验室采用风机盘管加新风系统，洁净实验室采用全新风系统。
② 其他高校采用自带冷热源的半集中式空调系统，新风集中处理； 办公室采用集中新风加分体空调； 一般实验室采用集中新风加变冷媒流量空调系统。 洁净实验室采用单体直接蒸发式空调机组（新风集中处理）。
02.洁净实验室空调的形式有很多种
①新风净化空调系统设有三级过滤，采用顶送风、底排风，排风口安装净化处理装置。
②循环空气空调箱将空气通过送风管送入洁净室，再经过ULPA过滤器或HEPA过滤器。 气流向下送入洁净室，再经垂直回风通道进入吊顶回风。 空气多次进入循环空调箱进行过滤，采用不同型号的中高效过滤器，为节约成本和使用能源提供选择。
03. 排放量分类
根据甲方提供的实验室洁净度、实验内容、污染度、房间正负压特性设计排气系统，废气分类排放。 各实验室排风系统为独立系统，排风柜补风采用室外风，减少了空调负荷。
04.严格执行环境保护法
严格执行国家环保法，对可能污染环境的废气进行过滤后排放，根据废气成分采取吸附、过滤、净化处理，使废气有害成分低于国家标准环境保护和卫生要求。
05.采用DDC数字控制系统，提高楼宇智能化
专用实验室（恒温恒湿、无菌、冻干、超净工作台）温湿度按学校要求，换气次数10~25 h- 。 当对温湿度无工艺要求时，室温为20-26℃，相对湿度小于70%。
空调负荷：主楼冷负荷6616千瓦，热负荷2043千瓦； 动物学院实验楼冷负荷3200kW，热负荷1550kW； 农学院实验楼冷负荷4060kW，热负荷2230kW； kW，热负荷l600 kW。
表1 主要房间室内空调采暖设计参数和通风参数
蒸汽消耗：主楼空调热交换约3.5t/h，所有空调机组加湿约2.9t/h，合计约6.4t/h。
空调系统设计
01.洁净实验室
洁净实验室空调采用两级过滤净化空调机组。 粗效过滤器采用合成纤维滤芯，易于清洗和更换。 经高效空气过滤器或亚高效空气过滤器机组过滤。 洁净室应保持一定的正压。 在送风和排风管道上安装变风量（VAV）装置，以控制室内的压力梯度。 洁净区与缓冲区静压差不小于5Pa，洁净区与外界静压差不小于10Pa。
02.超净实验室
具有地方百级超净试验台的个别实验室采用小型空调净化机组（安装在天花板上）和超小型净化机组与洁净层流罩组合。 气流组织采用局部工作区空气净化与全室空气净化相结合的形式。 无菌室应设有无菌操作间和缓冲间。 无菌手术室洁净度应达到10000级。 室内温度应保持在20℃至24℃，相对湿度应保持在45%至60%。 超净台洁净度应达到100级。
03.温湿度要求
对于有恒温恒湿要求的实验室，采用独立冷源风冷恒温恒湿空调机组。 机组配备辅助电加热器或移动除湿机，以满足室温、湿度和干燥度的要求。 对恒温恒湿要求不高的地方，采用变冷媒流量机组。 空调系统及设备的选用具有经济实用、使用灵活、技术先进的特点。 万级恒温恒湿洁净实验室空调机组可布置在机房内，也可布置在天花板上。 通常需要的制冷量和热量都不是很大，系统的循环风量比较大。 与处理过的空气混合，通过过滤器输送。
04.低温库
低温库是实验室的一部分，用于保存基本种质资源。 有温度和湿度要求。 采用分体式制冷机组，配备除霜设备、恒温控制器和高温报警器。 库板为聚氨酯夹芯板，蒸发器风机为低速风机，风冷冷凝器安装在屋顶，缓冲间和冷库门处安装风幕。
05.通风量
普通实验室新风量按40m3/(人·h)确定，特殊实验室按满足工艺要求、满足换气量(一般为20m3/(m2·h))和压力要求确定梯度要求。
通风系统
实验室通风设计与舒适空调系统的通风设计是有区别的。 实验室通风设计有两种：实验通风柜排风和室内正常排风。 通风柜用于排出实验中产生的有害气体（臭味、水分、易燃易爆、腐蚀性气体）。
过去，通风柜是作为实验台的辅助设备，但在实验台上进行的实验逐渐转移到通风柜上，使用通风柜的人数也越来越多，所以通风柜要求具有最适合实验的功能，要求通风柜具有排风功能、小回流功能、隔离功能、补风功能等，不仅提供舒适的工作环境，减少人员暴露在危险空气中，也保证了工作人员的健康而不造成伤害。 通风柜的种类很多，有中心实验台、边桌、药柜、器物柜等，这些通风柜是实验室设备中最重要的设备。 但它并不是房间内唯一的排气装置。 实验室也有常用的排风口，布置在仪器室内或产生危险物质的仪器上方。
01. 单独放电
实验室通风系统的设置原则是有毒物质和无毒物质分开排放，有机物和无机物分开排放。 根据各学院实验室的实际情况，各实验室排风系统基本独立设置，少数实验室排风系统为同一楼层功能相同的房间内的多台并联系统。
02.共享系统
实验室通风柜排风与室内排风共用一套排风系统（风管和风机）。 风机风速三档（或变频风机）。 低速为正常室内排风（换气次数见室内设计参数），中速为通风柜排风（1600m3/（单位·h）），高速为正常室内排风。 排气加通风柜排气。 风机安装在屋顶，排风管为负压，完全杜绝了有害气体向室内外泄。
03.补气系统
每个通风系统都配备了排气和补充空气系统。 低速排风时补风，补充新风供室内人员使用。 通风柜补风量大。 为避免室内大量空气被使用造成能源浪费，采用带补风的通风柜，补风直接从室外送入。 补风管上装有电动风阀，与通风柜排风相连。 补风在柜内循环，并从室外排出。 设计中的通风柜大多采用通风柜上排风后侧的形式。 虽然控制起来比较复杂，但是为以后的使用提供了方便。 图2为实验室排风通风示意图。
04.速度控制
控制通风柜操作面的吸入风速，防止有害气体逸出。 一般无毒污染物风速控制在0.25～0.38m/s。 一般无毒危险物质风速控制在0.4-0.5米/秒，剧毒或放射性物质风速控制在0.5-0.6米/秒。 为保证通风顺畅，排风扇应具有必要的静压。 此外，在确定排风风速时必须注意噪声问题，通风管道内的流速限制在5～8m/s。
05.洁净实验室设计
① 对于有洁净度等级要求的正压实验室，回风经集中处理后与新风混合后进入空调机组洁净实验室。 该装置配备中效过滤器。 阻尼层和气流组织采用上侧回流； 通过调节回风阻尼层的阻力来调节回风量，实现洁净室的正压控制。 机组新风进口处装有电动风阀，与洁净空调机组联动。 洁净实验室送风量通过缓冲室压出。 缓冲间外的实验室常设置通风柜排风和房间排风，以满足各房间的压力梯度。
②对于有洁净度要求的负压实验室，如动物科学院寄生虫实验室细胞培养室，需要保证洁净度，保持负压。 送入洁净室的风量为本室排风量的70%~80%，加装定风量阀锁定送风量。 排风机与空调联动，排风口加定风量阀，满足实验室压力梯度要求。 另外，与正压实验室不同，负压洁净实验室以外的房间仍需保证洁净度等级，所以将洁净空调剩余的20%~30%的风量送至实验室辅助用房和非实验区。 气流从安全区流向产生危险物质的实验室，既保证了污染源不外泄，又保证了实验室的洁净度。
06.排风变频
对于一些有特殊排风要求的实验室（如有药柜、安全柜的实验室），排风机配备变频器，实现24小时不间断排风。 一般实验室房间排风为负压，压差5Pa左右。
07.防腐功能
有些通风柜需要配备电炉，有些实验会产生大量腐蚀性极强的酸碱有害有毒气体。 在使用硫酸、硝酸、氢氟酸等强酸的地方，还要求通风柜的整体材质必须耐酸碱，必须采用不锈钢或玻璃钢材质。 风柜内衬板采用环氧树脂板。
08.噪音限制
实验室的A声级噪声限值为50dB。 增加管道的横截面尺寸可以降低噪音。 考虑到管道的造价和施工，大部分风量在1600m3/h的通风柜和实验室室内的管道都是正常排风。 所需轴的截面尺寸多为350×400mm。
09.净化处理
实验室排放的有毒、强腐蚀性气体会污染环境。 排放到大气前，根据气体成分采取吸收、过滤等措施进行净化，使排放气体有害成分低于国家环保卫生要求。 如动物房气体经粗、中效过滤后直接排入大气，出口应高于顶部3m以上。
10. 煤气
对于需要氢气、乙炔和煤气的实验室，房间应通风良好。 当实验室没有可开启的外窗时，应安装漏气报警装置（防爆型）和紧急排风装置（换气频率：12 h-），控制开关应设置在方便的地方用于实验室操作。
11.能源消耗
虽然整个实验室配备了550多个通风柜。 但数据和经验表明，100个通风柜99%的时间都在使用，尤其是实验室不同时间使用或者学校放假的时候，使用次数会更少，不用担心通风柜. 到巨大的能源消耗。
12.温度
对于垂直布置、发热量大的网络机房，可采用垂直集中排风，有效控制服务器机房温度。
气体输送系统
01.气体类型
(1) 实验室需要的气体种类繁多防爆风柜，集中供应的气体有压缩空气、氮气、蒸汽等，其余气体采用瓶装分布供应。 但洁净室使用的气体是通过管道进入的，进入室内的管道预留于洁净室内，气瓶置于洁净室外。
02.设备间
(2)地下室动力室设有空压机、制氮机、真空泵及配套设备等设备间。 压缩空气从进气竖井取用（保证空气洁净），真空泵排气经水箱过滤消毒后排放至安全场所。 气体管道通过过滤器到达每个实验室的入口。
03.管理体系
(3)空压站配备远程通讯管理系统，可实时了解空压机的运行信息，根据用气量随时重新设置参数，及时加载/卸载并监控能源消耗。
结论与建议
01.设计前期，需要整理甲方资料，详细了解实验室的技术要求。 需要收集的信息包括：实验室类型、洁净度等级、安全性、是否有通风柜、是否正常排风； 做实验时，哪些办公室与实验室同时使用，是正压、负压还是普通实验室； 工作时间（按8h/d、12h/d、24h/d）、不能间歇工作的实验室、实验室使用间隔； 哪些是正常工作时间的行政办公室、综合办公室、会议室； 详细了解实验者的要求，必要时进行走访调研。
这些数据涉及负荷、新风量计算、系统分类和系统分区、机组功能区段、外形尺寸、机房位置、过滤等级、风量、风压等，便于设计. 系统按功能和运行周期划分。
02.了解实验室通风柜的作用，根据废气和实验室设计通风系统。 应充分注意实验室房间的通风安全。 通风柜的集尘捕集能力必须符合现行的标准和规定，保证一定的换气次数，让气流流向实验室，保持实验室的负压。 另外防爆风柜，为实验者创造舒适的工作环境，降低噪音。 系统应易于控制、易于管理、运行稳定、能耗低。
03、计算房间空调负荷时，应考虑排风和新风作为补风造成的能耗损失。 因此，必须考虑空调房间通风柜的数量。
04、有洁净度要求的空调机组，粗效空气过滤器不能采用油浸式，中效过滤器集中安装在空调机组正压段，洁净室内装有高效过滤器进风口。 选择中效和高效空气过滤器时，应按额定风量选择。 同一洁净室内设置阻力和效率相近的高效空气过滤器。 高效空气过滤器的安装应简单可靠，适用于检漏和更换。 洁净空调机组的送风风机应根据洁净空调系统的总送风量和总阻力值来选择。
中效和高效空气过滤器的阻力被认为是初始阻力的两倍。 设计净化空调系统时还需注意：回风口风速≤1m/s，回风支管风速≤3m/s，主回风管风速≤3-4m/s； 枯单位≤2.2m/s，新风单位≤2.5m/s； 对于送风装置，高效过滤器出风口的实际风量应小于样本给出的风量值； 在选择定风量控制器时，需要注意的是只能选用同规格的定风量控制器。
05.通风柜在运行过程中会与周围环境发生相互作用。 选择通风柜时要考虑实验室的空间和通风柜的摆放位置，根据实验内容选择其形状和尺寸。 体积太大会造成浪费，太小又会影响使用。 通风柜也应远离空气扰动大的地方和送风口，以免造成能源浪费。 排气管的设计原理是管内形成负压，防止废气从管内泄漏。 排气管的长度越短越好，连接风扇的通风柜越少越好。 排气通道应尽可能垂直布置，通道越高越好。 如需改变风道风速，应配置相应的变频调节系统。 注意排风管末端应避开补风管送风口。
06. 通风柜也有标准。 通风柜的选择除了满足排风和捕集能力外，还应能根据门的开度改变排风量，保持表面风速恒定在0.5m/s； 安装调试时，应以柜门的位移量作为确定排风量的信号。 风量，接收到门磁信号后，即可计算出门的开启面积（风量），送风量紧随排风量变化。 实验室压力梯度和最小通风量的控制也很关键，否则也会导致通风柜排气不稳定。
07、实验室有空调时，尽量使用带补风的通风柜，从节能的角度应该提倡。
08.电气系统的选择应考虑规格、型号、电压、防爆和耐用性。
09、确定排风机功率时，应考虑室外排风过滤装置的阻力。
10、办公楼层除按规定设置卫生通风外，还应根据各层及整栋楼的风平衡，在各层公共区域（如走廊）设置必要的集中通风系统。
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