化學實驗室的通風設計標準和應用

　　摘要:實驗室是用于完成各種實驗工作的特殊場所，其通風系統設計的好壞，直接關系到實驗人員的身體健康、實驗數據的準確性、實驗室的初投資及運行費用。實驗室活動中產生化學和生物污染源，通風對于每個實驗室來說是必要的。不適當的通風可能不僅污染實驗室，還會污染整個工作環境。

　　關鍵詞:化學實驗室;換氣次數;氣流組織;室內壓差;控制

　　實驗室設計是行業中常用的專項設計，包括了化學、生物、動物、物理實驗室等各個類別�？照{通風系統的設計包含了空氣處理、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。

　　1化學實驗室設計要求

　　實驗室是廣泛存在于化工類企業及科研機構中，其特點是在實驗室內設置通風柜或者萬向排風罩將有害氣體排除室內再經尾氣吸收裝置達標后排至大氣中，化學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循環。在研發中心實驗室的設計中，由于參與化學反應的原料一般具有一定的可燃性和毒性，再加上反應過程中操作等原因，實驗室內的空氣受到污染，如果不及時將實驗室內的有害氣體排出，勢必影響實驗人員的身體健康(一般化學實驗室換氣次數要求，有機合成化學實驗室換氣次數要求，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到廠房外，也會造成周圍其他環境的污染。因此如何將實驗室產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計中的重點。而在設計如何做到有效控制有害氣體的擴散污染使實驗室內環境滿足衛生生產要求是我們實驗中的主要任務。

　　2研發實驗室通風系統分析

　　創造一個美觀、安全、舒適、經濟適用的現代化理想實驗環境是我們設計的宗旨。而通風系統則是此次設計的核心，以往國內許多研發中心實驗室沒有從根本上考慮到通風系統對于實驗室的重要性，在初期通風系統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模式的市場調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中的補風聯動型控制模式是比較經濟適用的，既能節約資金，又能降低能耗。

　　3研發實驗室通風系統優化

　　根據以上對實驗室通風系統的分析，選擇變風量通風系統中補風聯動型控制模式，結合試驗室的布局及尾氣處理，減少尾氣對環境的危害，確定優化技術方案如下：

　　首先通風柜配備二級調控及面板、風閥、變風量控制系統，自動控制使用方便，可自由控制通風設備的開啟或關閉;通過面風速傳感器實施監測實際面風速，面風速不在設定范圍內時監控器聲光報警;當通風柜調節門位置變化時，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控器，后者將比較通風柜面風速值與設定面風速值，并調節閥門的開度，使面風速達到設定值且響應時間小于2秒的目標。根據試驗需求，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、高速反應的風量控制設備，具有高精度、高速反應、高調節比、無需直管段、維護簡單等特性。

　　其次實驗室根據更能劃分，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量的增加而增大，隨開啟數量的減少而減小，根據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，節能降耗。

　　最后化學實驗室在排風的同時需補風，這樣才能保持實驗室內氣流平衡與溫度平穩。補風控制系統與排風控制系統是聯動的。當實驗室內排風設備每增加一組，排風系統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，同步增加一個補風量，反之也相同，故根據選擇的排風機組，對應選擇相應的補風機組。

　　4注意事項

　　4.1換氣次數的選擇

　　驗室內的整體換氣次數應由下列風量之決定：從局部排風設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;最小換氣次數需求。在通常情況下>10次/時房間換氣次數被認為是合適的。但是當實驗室內有可能產生高熱負荷的分析設備,或房間內有較大量的局部排風時，則可能需要相應增大換氣量。

　　濕法化學室有通風柜，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，在室內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，當通風柜的數量大于2個時，則應該取60%~70%同時使用率。加熱爐則是以維持爐內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風量，還有最小換氣次數進行比較，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，應設置室外新風補風系統，并計入新風負荷,每個排風裝置宜設獨立的排風系統,同一個實驗室內的所有排風裝置宜合用一個排風系統。工作時間連續使用排風系統的實驗室應設置送風系統，送風量宜為排風量的70%，并應根據工藝要求對送風進行空氣凈化處理。對于采暖地區，冬季應對送風進行加熱。送風氣流不應破壞實驗室排風裝置的正常工作。

　　4.3房間壓差

　　化驗室應保持相對負壓，所有從化學實驗室內排出的氣體均需直接排出室外，而不能循環利用。因此，除非化學實驗室也有潔凈要求否則均需保持其相對于相鄰區域為負壓。

　　4.4控制系統

　　控制應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。實驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學物質污染源，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的要求從早期定風量，雙穩態，變風量系統，到最新的適應性控制系統。所謂最為安全、舒適的環境，并要求最節能的方式是不能太過于奢望。系統響應迅速確保人身安全，以最高的精確性正確控制送排風的平衡和室內壓力，提供最大的穩定性。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方案的優化，以及完善對實驗室的設計，可有效節約能源，減少運行費用，并能減少尾氣對人體及環境的危害。但對目前的研發實驗室來說，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，對實驗室通風系統的優化和改進還有很多的路要走，期待更多的技術人員去研究和實踐，創造一個適用、經濟、健康、環保的現代化實驗室。

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　　作者：周曉輝

　　建筑論文投稿刊物：《城市建設》現已更名為《城鄉建設》。(旬刊)創刊于2008年，是經國家科技部、新聞出版總署批準，中國商業聯合會主管，聯合國全球人類發展中國協會指導，國資委·商業網點建設開發中心主辦，科技部科學技術進步研究所、中國社會科學院城市發展與環境研究中心聯合承辦，面向國內外公開發行的綜合類學術期刊。

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