实验室通风空调设计浅谈

实验室通风空调设计参考的相关规范主要有

(一)节能设计依据

1《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

(二)专业技术设计依据

1《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

2《生物安全实验室建筑技术规范》GB50346- 2011

3《科学实验建筑设计规范》JGJ 91-93

4《化工采暖通风和空调调节设计规范》HG/T20698-2009

实验室常用通风设备

通风柜多用于实验室中,是实验室中最常用的一种局部排风设备,通风柜种类繁多,由于其结构不同,使用的条件不同,其排风效果也不相同。通风柜的性能好环,主要取决于通过通风柜空气移动的速度。

通风柜按照使用情况分类:可分为整体式下部开放式、落地式、两面式、三面玻璃式、桌上式、连体式以及根据不同实验使用需要而设计的对放射性实验的、对合成实验的,对过氯酸实验的专用通风柜。

通风柜按进风方式分类

1、排风式通风柜

通过室内进风在柜内循环后排出室外称为全排风式,这是应用非常广泛的一种类型。

2、补风式通风柜

当通风柜设置于采暖或对温湿度有控制要求房间时,为节省采暖,空调能耗,采用从室外取补给风在柜内循环后排出室外的方式称为补风式通风柜。

3、变风量式通风柜

普通的定风量系统需要人工调整固定叶片的风阀,调节通风柜的排风量,当调节阀门到某一角度时达到希望的面风速。变风量控制是通过调节阀门的传感器改变风量达到给定的面风速,当然标准式成本低、变风量成本高,适用于要求精度高的场合。

 通风柜按排风方式分类:分为上部排风式、下部排风式和上下同时排风式三类。为保证工作区风速均匀,对于冷过程的通风柜应采用下部排风式,对于热过程的通风柜采用上部排风式,对于发热量不稳定的过程,可在上下均设排风口随柜内发热量的变化调节上下排风量的比例,从而得到均匀的风速。

通风柜最主要功能是排气功能,很多的化学实验,操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质,为了保护使用者的安全,防止实验中的污染物质向实验室扩散,在污染源附近要使用通风柜。

实验室通风空调设计的主要目标

1. 保证实验人员和工作环境的安全

通过通风空调设计,捕捉和控制实验过程产生的有毒、腐蚀性、易燃易爆、颗粒等产物,为工作人员创造健康的工作环境和有利的工作条件。

2. 控制实验室内空气压力

实验室通风空调设计的基本原则是使建筑物内的污染区(实验区、有害物存放区等)相对于清洁区(办公、走廊等)保持负压,即送风量小于排风量,以保证非实验区空气的相对洁净。

3. 提供适当的换气次数

实验室内不仅要排出有害物,还要使房间内的空气保证一定的新鲜度,必须要有足够的新风量去补偿排风量,保证房间内的换气次数。

实验室建筑平面设计

实验建筑平面设计除了遵循一般建筑物平面设计原则外,还需要遵循下列原则。

A 同类实验室组合在一起。

B 工程管网较多的实验室组合在一起。

C 有隔振要求的实验室组合在一起,一般宜设于底层。

D 有洁净要求的实验室组合在一起。

E 有防辐射要求的实验室组合在一起。

F 有毒性物质产生的实验室组合在一起。

   遵循上述设计原则,有利于环境卫生,防止不同性质的实验室相互干扰,有利于不同的分析检测顺利进行,并节约投资。

布置通风柜时,对定风量排风系统,每个系统通风柜数量不宜超过4台,对变风量系统可不受此限制,但也不宜过多。主要是为了减小风管及竖向风道尺寸,便于管道 布置,降低房间层高。还有利于排风系统 的控制及经济运行。

实验室空调和通风设计参数

实验室空调和通风设计参数包括以下:

1)室内外温度湿度要求;

2)空气质量;

3)设备和工艺热负荷,包括显热和潜热;

4)内部负荷的预期增加;

5)最小换气次数;

6)进风和补风;

7)排风设备类型;

8)控制和报警;

9)通风柜的尺寸和数量的调整可能;

10)房间压差;

11)设备和电源的备用。

排风及送风设计原则

1、《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室的排风量较大时,应设置室外新风补风系统,并计入新风负荷。

2、《科学实验建筑设计规范》规定每个排风装置宜设独立的排风系统。同一个实验室内的所有排风装置宜合用一个排风系统。工作时间连续使用排风系统的实验室应设置送风系统,送风量宜为排风量的70%,并应根据工艺要求对送风进行空气净化处理。对于采暖地区,冬季应对送风进行加热。送风气流不应破坏实验室排风装置的正常工作。

3、所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外,而不能循环利用。因此,除非化学实验室也有洁净要求否则均需保持其相对于相邻区域为负压。实验室各个单元间设置独立的排风系统,排风都安装在屋顶上。湿法化学间和加热间由于产生有毒、腐蚀、高温的气体,必须将排风处理到安全排放标准。

4、其他如工作人员进行计算机分析的通用实验间和进行材料测试的恒温恒湿间,100%全新风送风系统并不是唯一的选择。因为实验室 不同的工艺职能,不一定要全新风通风或全新 风空气处理。

5、能满足工艺只能是首要的,100%的新风是针对通风柜的环境,而对于一般实验室循环空气处理能达到要求的,就不必要100%全新风。在全新风的空调环境下,能耗非常高。

6、实验室内的实验操作应在带有排风的通风柜(或排风柜)内进行。

7、排风柜的排风量应确保工作窗口的面风速大于或等于0.5m/s。

8、凡排风柜排出的有害气体与别的排风柜排放的气体混合后,可能引起燃烧、爆炸或者毒 性加剧的,不应合并于一个系统。

9、除通风柜的局部排风外,实验室内还应有全室排风。实验室内的总排风量折合房间换气次数每小时应大于或等于6次。

10、实验室内的供暖和空调不得采用循环空气(回风)。用于补给实验室内排风的新风补给送风系统应是不含回风的直流式系统。

11、除非是洁净型实验室,一般实验室的新风补风量应略小于房间的总排风量,以使室内相对于走道或办公室之间保持微负压。

12、采用送风式通风柜,排风量的70%左右由上部风口供给(采用室外空气),其余30%左右则由新风系统送入室内。在需要供热(冷)的房间内,应设置送风式排风柜,减少了新风量相应地减少了新风冷、热负荷,具有一定的节能效益。

通风柜优化解决方案:70%排风从内部补风设计。

13、每个排风系统的排风柜数量不宜超过4个(减小风道断面积)。

14、排风柜与其他排风设备宜单独设置排风系统。有利于排风机的选型及变频风量控制。

排风量确定

实验室需要排风设计的设备主要有通风柜、药品柜、万向罩、原子吸收罩等。

排风量按下式计算:

通风柜排风量计算:上式的计算值乘以(1.05~1.10)的安全系数作为通风柜的排风量。

确定房间内的排风设备,分别计算各自的排风量,其总和为该房间排风量。

屋面排风机风量为其所带排风设备风量的总和,不附加安全系数。依前述原则,不 同楼层、不同房间、排风可以混合的设备可以合并为一个排风系统。

实验室送风量确定

送风量设计原则如下:558

通风柜采用送风型,送风量(Ls1)为排风量(Lp1)的70%,送入室外新风。其余30%(Ls2)由新风机组的新风补偿。

Ls1 = Lp1 ×0.7     Ls2 = Lp1 ×0.3

其余排风设备的送风量(Ls3 )为排风量(Lp2)的70%,由新风系统送入。其余30% (Ls4)由走廊新风补偿。

Ls3 = Lp2 ×0.7    Ls4 = Lp2×0.3

房间新风量:

Ls =Ls2×0.7+Ls3 = 0.21Lp1 +0.7Lp2

新风机组送风量:

Ls = Σ(Ls +Ls4)= Σ(0.21Lp1 +Lp2)

上式中0.7系数是为保证实验室内的负压,其余由走廊无组织渗风补偿。

结论:

1、有通风柜时,房间新风量为通风柜排风量的21%(另9%为无组织渗风)加其余排风设备排风量的70%(另30%为由走廊送风补入)。

2、无通风柜时,房间新风量为排风设备排风量的70%(另30%为由走廊送风补入)。

3、新风机组送风量为房间新风量与走廊新风量之和。

4、作为排风量大户的排风柜如果采用送风型,将大大减少新风量,降低新风冷、热能耗。

5、实验设备不工作时,实验室应有2~3h-1的通风换气量。

排风、送风管道设计

排风管道采用玻璃钢圆风管,风速控制在7~10m/s。

新风管道及新风口设计参考空调系统设计相关规范。

根据实验室使用要求设计管道及通风设备的消声措施。

实验室有害气体的排放

风量的控制:压力无关型定风量(CAV)控制及变风量(VAV)控制

CAV控制通过定风量调节阀和变频调速风机进行调节,在设计中考虑了保持通风柜面风速恒定以及室内相对压差恒定的要求。

VAV系统的特点是通过排风量的自动调节能够在通风柜操作门不同开启位置上保持恒定的面风速,还能通过送排风量的自动调节保持实验室内恒定的相对压差,既满足了实验室的安全要求又具备节能的要求。

选择CAV系统还是VAV系统要从实验工艺的操作方式、实验室内危害物质的危险程度、实验室的安全要求、室内温湿度稳定 性的要求及节能需要等方面考虑,同时还要根据投资费用及常年运行费用比较的评估来确定。