實驗室通風係統的設計

一、實驗室常用的通風係統
實驗室通（tōng）風（fēng）係統（tǒng）經曆了定風量係統、雙風量係（xì）統（tǒng）、變風量（liàng）係統三個發展階（jiē）段。
1、排風係統
（1）定風量係統
排風（fēng）機（jī）采用單速定頻風機，排（pái）風（fēng）量基本不變，係統無法隨（suí）排風櫃使用數（shù）量及排風櫃門開啟（qǐ）高度而調節風量，因此采用（yòng）該係統所帶排風櫃不宜大於3 個，該係統優點是投資小，控製簡單；缺（quē）點是排風櫃麵風速難以保證，會有部分有毒有害氣體（tǐ）從（cóng）排風櫃中逸出（麵風速過小或過大都能（néng）造成氣體從排風（fēng）櫃中逸出），且運行費用高（gāo）。
（2）雙風（fēng）量係統
排風機采用雙速風機，較（jiào）定（dìng）風量係統有所改進，但沒有（yǒu）從根（gēn）本上改變定風量係統的缺點，采用該係統所帶排風櫃不（bú）宜大於5 個，目前應用不多。
（3）變風量係（xì）統（tǒng）
排風（fēng）機采用變頻風機，在排風主風道上（shàng）設（shè）壓力傳感器，將壓力傳感（gǎn）器（qì）測得的壓力與設定壓力值比較，由變頻器調節風機轉速，達到調節（jiē）風量的目的。在變風量係統中（zhōng）排（pái）風櫃采用麵風速控製，采（cǎi）用感應區紅外探頭檢測排風櫃前人（rén）員（yuán）的存在與否來（lái）控製櫃門麵風速，當操作人員出現在排風櫃前時，紅（hóng）外探頭傳感器輸出信號，將排風櫃麵（miàn）風（fēng）速設定到高排風量模式，此（cǐ）時排風（fēng）櫃（guì）麵風速控製在（zài）0.5m/s, 當操作人員離開的時候，紅外探頭傳感器輸（shū）出信號，將排風櫃麵風速設（shè）定到低排風量模式，此時排風櫃麵風速控（kòng）製在0.3m/s，當實驗室內（nèi）無人時，排風櫃麵設定到小排風量模（mó）式，即值（zhí）班（bān）排風模式，維持排（pái）風櫃和管道（dào）中保持負壓，保證有（yǒu）毒有害氣體不外逸，有時為滿足實驗室小排風量要求，房間還要設輔助排風，當排風櫃排風量不滿足實驗室小排風（fēng）量（liàng）要求時，輔（fǔ）助排（pái）風（fēng）自動（dòng）打開，保證實驗室小排風量。該係統有如下優點：①在實驗操（cāo）作過程中，排風櫃門開度（dù）變化較大，采用（yòng）麵風速控（kòng）製非常合理，與傳統定風量係統比較，運行能耗要節省很（hěn）多，且對操作人員的人身安全及實驗精度的影響都更（gèng）有利；②一個係統（tǒng）可帶多個排風櫃，可（kě）共用一個主管道，風井集（jí）中，有利於實驗室工藝布置，減少土建造價；③由於多個排風櫃合用一套排風係統，在（zài）實（shí）際工作過程（chéng）中，排風櫃不可能同時（shí）達到大排風量，因此在排風設備及主風道選擇時可考慮一定的（de）同時使用係數，比（bǐ）定（dìng）風量係統要（yào）小一些；④由於排風集中，便於能量回收及排風處理。
事故排風：當實驗室內有高危險（xiǎn）性實驗（yàn）時（一般由工藝設計人員提供），排風係統設計應考慮發生突然事故（gù）時，能即（jí）時將有毒有害氣（qì）體排除，排風量按12 次/h換（huàn）氣次數（shù）計算。
2、補（bǔ）風係統
實驗室一般排風量較大，且連續排風時間較長，容易造成室內負壓過大，為平衡室內外壓差，需要對（duì）實驗室進行補風，以維持房間設定的壓力。
補風量計算：
補風量應根據（jù）房間排風量及設定的（de）負壓值（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算（suàn）確定，補（bǔ）風量按下列公式計算：Lb=Lp-Ly式中，Lb為補風量（liàng），m3/h；Lp為排風量，m3/h；Ly為維持負壓所需風量，也叫餘風量（liàng），m3/h；Ly可按負壓（yā）值與房間換氣次數的關係確定，也可按縫隙（xì）法計（jì）算。
補風方式：有自然補風和機械補風兩（liǎng）種方式。
自然（rán）補風不設補風機，將室外新風經過濾（lǜ）器、管道（dào）進入室內，由於新風（fēng）是由負壓吸進室內（nèi），氣流達到動態平衡，同時也保證實驗室氣流（liú）流向穩定，且始終處於負壓狀態。優點是不需設補風機，節省初投資和運行費用；缺點是需要的進風（fēng）井或進風百頁麵積大，占用建築使用麵積大或影響建（jiàn）築立麵效果，其次是補風無（wú）法進行加熱或冷卻處理。
機械補（bǔ）風與（yǔ）排風係統對應設（shè）置機械補風（fēng）係統，將室外新風經集中處理後，由補風機經管道送入房間內，采（cǎi）用定（dìng）風量還（hái）是變風量係統，一般與排風（fēng）係統對（duì）應，即（jí）排風為定風（fēng）量係統，補風也為定風量係統，排風為變（biàn）風量係統（tǒng），補風也為變（biàn）風量係統。
補風地點：補（bǔ）風可直接補在排風櫃內或櫃（guì）門前，也可補在房（fáng）間（jiān）內，補在排風櫃內（nèi）或櫃門（mén）前的優點是（shì）補風不需要做加熱或冷卻處理，可節省能源；缺點是操作人員工作環境舒適性差，有時可能對實驗數據有（yǒu）影響，補在排風櫃內方式不適用有麵風速要求的排風係統。補在房間內，補風（fēng）一般需經過加熱或冷（lěng）卻處理，其優點是（shì）操作人員（yuán）工（gōng）作環境好（hǎo），對排風櫃麵（miàn）風速及櫃內氣流無影響；缺點是能量消耗要比直接補在排（pái）風櫃內或櫃門前大。
3、排風櫃變風量控（kòng）製器
目前常用的風量（liàng）控製器有兩類：一（yī）類是測量櫃門麵風速，通過與設定風速比較，調節風閥（fá）開度以（yǐ）達到設定值，風閥一般（bān）采用蝶閥，其優點是：①精度不受櫃（guì）前有無人員遮擋影響。②閥門阻力小。缺點是（shì）：①精（jīng）度（dù）受測量（liàng）點的位置和（hé）數量影響。②測量（liàng）到的風速需要通過（guò）傳感器轉換成電信號調節風（fēng）閥，係統反映速度稍慢。另一類是通過測量櫃門位置，調節風閥開度，風閥一（yī）般采用（yòng）文丘裏閥，其優點是：通過測量櫃門位置直（zhí）接控製風閥開度，係統反映快，響應時（shí）間短。缺點是：①排（pái）風量會受櫃前有無人員（yuán）遮擋影響（xiǎng）。②風閥阻力較大。
二、通風係統控製
1、定風量、雙（shuāng）風量（liàng）係統控製
定風量、雙風量係統控製比較簡單，在實驗室內設風機啟（qǐ）動（dòng）按扭，根（gēn）據（jù）需要直接啟停風機（jī）。
2、變風量係統（tǒng）控製
送排（pái）風機控製：風機采（cǎi）用變頻風機，在主風道內設壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力（lì）與設定壓力值比較，由變（biàn）頻器調節風機轉速，達到調節（jiē）風量的目的。
排風末端設備控製：在（zài）排風櫃（guì）的排風支管上設（shè）風（fēng）量控製閥，當末端通風設備風量需要（yào）發生變化時，風量控製閥迅速動作，響應時間要在1s 之內。
實驗室壓力控製：實驗室壓力（lì）控製主要有兩種方（fāng）法，直接壓差控製（zhì）法和餘風量控製法。直（zhí）接壓差控製法即通過壓差傳感器測量室內與（yǔ）參照區域的壓差，與設定壓差比較，控製器根據偏差調節送風量，從而達（dá）到要求的壓差，此法適用壓力控製精度（dù）不（bú）高的負壓實驗室；餘風量控製法，是讓排風量（liàng）與送風量之間保持一定的風（fēng）量（liàng）差（chà），使室內（nèi）外產生（shēng）一定的壓差，此（cǐ）法適用於壓力控製精度高的（de）實驗室（如潔淨實驗室、生物安全實驗室）。
通風櫃（guì）麵風速（sù）控製係統工作原理：
（1）麵風速控（kòng）製（zhì）係統持續的監測實際麵風速狀態，當任何因素影響風訴變動時，係統將自動調（diào）整管道上的（de）風（fēng）閥（fá）以恒定的麵風速值。
（2）係統通過紅外線監測器實現當通風櫃前有操作人員工作時（shí）麵風速（sù）控製在某一設定值（如0.5m/s）,當通風櫃前無人操作時，係統自（zì）動轉換到另一（yī）設定（dìng）值（如（rú）0.3m/s）以節省運行費用（yòng）。
（3）通風櫃門位過高（gāo）時（shí）有聲音報警。
（4）由於故（gù）障（zhàng）麵風速過高或過低時（shí）有聲光報警。
（5）當出現（xiàn）異常情況時，開啟事故排風模式，控製係統將（jiāng）風閥開（kāi）到大開度，不受麵風速值的控製。
（6）通常麵風速控製係統本身對麵風速（sù）及風量的設定及控製值隻有兩中狀態即有人、無人或白天、夜間（jiān）。
管道靜壓控製係統原（yuán）理：
（1）持（chí）續（xù）檢測管道內的靜壓變化（huà），通過調整風機轉速來（lái）恒定管道內靜壓。
（2）控製係統在（zài）0.1s內探測到壓差變化並輸出控製（zhì）信號。
（3）夜間工況時，控製係統有第二狀態設置。
三、能量回收（shōu）
實驗室工（gōng）作過（guò）程中，在排除大（dà）量有害氣體的同時，也帶走了大量的室內能量，為（wéi）減少這部分能量損失，在（zài）通風係統設計時，要考慮排風能量回收，目（mù）前（qián）常（cháng）用的回收方式有：
1、采用中間介質進行能量回收，在排風機組內設盤管餘熱回收段，在送風機組內設盤管新風預熱（rè）段，二段之（zhī）間通過管路、水泵形（xíng）成一個（gè）循環係統，通過中間介質（水（shuǐ）或乙二醇）將（jiāng）排風中的能量轉移到送風中，該係統雖然回收效率不（bú）是很高（gāo）（顯熱效率在60%以下），但非常安全，不存在排風汙（wū）染新（xīn）風問題。
2、采用板式空氣換熱器（qì），排風與新風在板換內完成能量交換，係統比（bǐ）較簡單，但設備尺寸較大，占用機房麵積大。
四、尾氣排（pái）放及排風處理
有些實驗設備在工作過程中（zhōng），要產（chǎn）生尾氣，其（qí）設備本身帶有排氣裝置，在通風設計時，應根據工藝要求，在房間適當位置（zhì）設一直通室外的豎向尾氣排放管。管材一般選用塑料管（guǎn），在排氣立管適當高度設可與排氣裝置連接的接口及閥門。
另外，實驗室有些（xiē）排風需經過處理後，才能排向大氣，在排風係（xì）統劃分時，要將不能直接排放的實驗室排風集中在一個係統，以便於集中處理。采用何種處理方式，應根據排氣（qì）性質決定，一般常用的方法是采用活性炭吸附法。
五（wǔ）、設計中注意的問題
1、在（zài）劃分（fèn）通風係統時（shí），要將實驗性質相同或相近的排風設在一個係（xì）統（tǒng），對（duì）混合後可能引（yǐn）起燃燒、爆炸（zhà）或形成毒性更強的有害物質的排風（fēng）要分設排風係統。
2、排風不（bú）允許直接排放，需經處理後才能排向大（dà）氣的實驗室要盡量（liàng）設在一個（gè）排風係統內。
3、要注意各末端排風設備間的阻力平衡，如局部排風罩阻力遠小（xiǎo）於排風櫃及控製閥的阻力，這時要在局部排氣罩的（de）支（zhī）管上設定風量閥（fá）。
4、萬向排氣罩（zhào）阻力較大（一（yī）般（bān）在200Pa 以上），在和其他末（mò）端並聯時，要特別注意，在係統壓力不能（néng）滿足要求時，可在其（qí）支管上設小（xiǎo）型管（guǎn）道風機，以滿足其（qí）壓力要求。
5、生物（wù）安全櫃要單（dān）排。
6、當實驗室排風量較大時，要（yào）在走廊、大廳等公共（gòng）區域設補風，以避免負壓過大，造成開門或關門困難。
7、選擇（zé）能量回收方式時（shí），要注意（yì）防止排風汙染新風問題。