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實驗室空調通風設計的主要目

 

前言: 
   
  實驗室空調通風設計的主要目的是提供安全、舒適的工作環境,減少室內空氣的汙染,若在實驗室的空調通風係統的設計和調試中采用一般舒適性空調的傳統方式則會出現問題,本文以上海張江高科某化學實驗室為例,對其在實際運行中產生問題提出一些在設計和調試中應注意的事項,該工程目前已竣工交付業主正常使用1年,經回訪後業主反饋運行效果良好。 
   
  工程概況: 
   本工程為張江某外資項目生物研發樓,由三棟主樓組成,其中兩棟研發樓每棟地上6 層,建築麵積7232m2。首層建築層高4.80m,2~6 層建築層高4.0m。研發樓主要由實驗室用房組成,另包含一些附屬辦公用房及車庫,每棟設通風櫃150 台。 
   
  通風係統的設計: 
  3.1 主要設計思路 
  (1)實驗室安裝獨立的送排風係統,以控製實驗室氣流方向和壓力梯度。應確保在使用實驗室時氣流由清潔區流向汙染區,同時做到實驗室有害氣體經處理後排放。 
  (2)實驗室通風櫃設計數量,要求能滿足實驗時所要求的排風量,通風櫃采用機械排風方式。由於實驗室通風櫃排風量很大,因此實驗室送風應考慮補風。 
  (3)在維持一個安全舒適的室內環境的同時應盡可能減少能耗,考慮采用熱回收方式。
  3.2 排風方式的確定: 
  要保證實驗人員的安全,則應保證通風櫃的麵風速恒定在安全範圍內,國際上認同的一般標準是(0.5 ~0.1)m/s。這就需要過在通風櫃的調節閥處的傳感器變風量控製係統,以確保通風櫃排風量達到給定的麵風速。當操作人員在通風櫃前有擾動行為時可實現較高的麵風速(0.5m/s);當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的麵風速(0.3m/s),在確保安全、舒適的工作環境的前提下,減少排風量,實現了節能。由於大部分時間均在小流量條件下運行,係統噪音較低;通風櫃變風量控製原理見圖1,主要設備和性能如下: 
  (1)配置Phoenix 文丘裏閥控製通風櫃排風量,閥門特性:閥門壓降在150~750Pa 範圍內風量與風道靜壓力無關;風量控製相對精度為5%;閥門控製響應速度小於1s;風量控製誤差小於依5%;閥門調節比大於16:1。 
  (2)調節門開度的檢測配置調節門開度傳感器(VSS)。 
  (3)每台通風櫃控製配置一台監控器(FHM),監控器根據調節門開度控製通風櫃排風量確保調節門任意開度下通風櫃麵風速恒定:有人操作時,麵風速0.5m/s;無人操作時,麵風速0.3m/s。監控器特性:LCD動態顯示實際的麵風速;對排風係統故障作出聲光報警;緊急情況下,操作人員可通過控製器麵板按鍵強製設定通風櫃排風為最大。 
   
   
   圖1:通風櫃控製原理圖 
   
  3.3 通風櫃排風量計算: 
  通風櫃的排風量按下式計算: 
  L = 3600 Av β 
  式中L— 通風櫃排風量,m3/h; 
  A — 通風櫃拉門麵積,m2; 
  v— 通風櫃的麵風速,m/s,設定為0.5m/s; 
  β— 通風櫃排風量修正係數。一般為1.05~1.1 
   
  3.4 實驗室通風櫃排風係統設計 
  (1)由於本工程通風櫃數量多,不能每台通風櫃單獨設排風係統,否則風機和垂直風管太多,占地麵積太大,不美觀也難以布置。故與業主方協商,采用壓力無關型集中變風量排風係統,即多個排風櫃共用一台風機及一個排風管的方法。配置原則:將實驗性質相同的實驗室排風係統集中布置;對於混合後可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設排風係統;對有可能造成空氣汙染的排放物設有酸霧淨化塔淨化後排入大氣,進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規定的限製,並通過有效的管理措施,以杜絕排放物混合後發生爆炸的可能。 
   
  (2)各實驗室通風櫃,通風沿豎向劃分排風係統,通風管道采用垂直敷設方式接至屋頂風機。通風管道采用無機玻璃鋼風管。調查與其餘類似項目經驗表明此實驗樓150台通風櫃多數時間都不會同時運行,考慮到初投資與運行費用的節省,本項目采用變頻風機自控係統。由於通風櫃的使用數量及櫃門開啟大小變化,造成管道內靜壓的變化,通風機由風道內的靜壓信號實現變頻調速,從而達到節能運行。根據實驗室的性質及位置,本設計將150 個通風櫃劃分為10 個變風量排風係統,控製方法和功能如下: 
  1)通風櫃排風機控製配置DDC 實現控製功能; 
  2)每一組通風櫃排風機配置一台變頻器; 
  3)每一組通風櫃排風機的主風道上配置風道靜壓傳感器檢測風道壓力; 
  4)每一台通風櫃排風機的主風道上配置氣流開關,檢測風機的實際起停狀態; 
  5)風機控製包括啟停控製、變頻控製、風機報警; 
  6)DDC 控製係統根據風道壓力的變化,隨時調整風機的轉速,確保文丘裏閥正常工作; 
  7)DDC 控製係統根據風機氣流開關狀態判斷排風機是否故障,以作相應的報警。 
  3.5 實驗室通風櫃補風係統: 
  由於實驗室通風櫃排風量很大,造成實驗室內負壓過大。實驗室送風量除應滿足實驗室的舒適性外,同時還要考慮對排風的補充風量。設計由室外引進新風管道經過濾器送入實驗室,(進實驗室後加止回閥,以防止風從負壓小的實驗室進入負壓大的實驗室)。隨著實驗室內通風櫃啟動排風量增大,室外新風由負壓被吸進室內,氣流達到動態平衡。同時也保證實驗室氣流流向穩定,且始終處於負壓狀態,使被汙染氣體不進入走道。送風口設在通風櫃上方,使室外風直接經通風櫃排出室外,減少了房間冷熱負荷。實驗室空調係統設計為風機盤管空調係統,空調送風口應遠離通風櫃,以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內結露。為減少能量損失,此設計根據各房間使用功能分若幹係統設有全熱交換器,局部排風口設於實驗室內各試驗台上方。 
   
  實際試運行初期遇到的問題與原因分析: 
  該實驗室空調係統自夏天交付給業主使用以來,出現主要這樣兩個問題: 
  房間濕度有時過大,部分送風口出現了結露現象。 
  原因分析及解決方案如下:針對4.1的問題主要整個係統安裝完畢後分包單位未對送回排風口進行仔細調試,導致大量未經處理的無組織熱濕空氣進入。後根據檢查結果責令分包單位嚴格根據設計要求進行調試,重新定義了各風口風量,使無組織進入室內的風量減少,解決了結露問題。 
   
  房間的負壓過大,且不同房間冷熱不均。 
  原因分析及解決方案如下:針對4.2的問題主要是排風櫃本身有多處漏風,另局部排風點分包單位為貪圖簡便使用軟管連接而未安裝風閥,導致排風量大於設計值。後根據檢查結果要求供應商對排風櫃進行改造,封堵住了漏風的縫隙,還在局部排風罩上加裝了風量調節閥門,重新調整了風管斷麵風速下的排風量。 
   
  結語: 
  實驗室通風設計及通風櫃控製的安全性、可靠性,氣流流向、房間壓力、補風控製的穩定性,乃至整個係統的節能、環保等多方麵因素都直接決定實驗室通風係統設計的優劣,實驗室的排風量相對舒適性空調房間要大很多,換氣次數很大又要保持微負壓狀態還要控製室內的溫濕度有一定的困難,為避免出現以上問題,應在設計階段就對溫濕度控製引起充分重視,且充分考慮漏入室內的空氣對室內溫濕度的影響;施工階段應充分的監督施工單位的施工過程,施工完畢後應進行係統調整以使係統按設計要求運行。 

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