实验室通风橱机械系统设计问题

在实验室通风橱的机械系统设计上常常遇到一些问题,特别是刚入行的设计师,所以今天中南实验室在这里为各位来简单的讲解一方面的提议或意见,希望能对各位有所帮助,或有更好的建议大家也可以一起讨论。

 容纳通风橱的实验室具有于以下方面有关的特殊的机械系统要求。

1.正面速率和静态压力 2.通风橱排风 3.通风橱窗口的选择 4.通风橱立管

一、正面速率和静态压力

    必须有足够的空气“牵引力”(称为正面速率)从通风橱通过管道系统来移动烟气。通常推荐大约每分钟100英尺的正面速率。为了维持稳定的正面速率,要求有一定数量的空气或排放量。排放量以立方英尺每分钟来计量。无论正面速率还是排气量都受选择的通风橱类型,它在实验室设计中的位置,以及房间的采暖,通风和空调系统的影响。

    窗口位置也影响正面速率。窗口是设置在通风橱正面的一块透明玻璃板,在保护使用者不与危险化学药品和烟气接触的同事提供了通风橱内部的使用。

    空气隔片影响气流进入通风橱的方式。布置在窗口的正下方,空气隔片能减少进入通风橱的空气的涡流,带来更高的效率和更好的通风橱密封(一些通风处也将空气隔片置于窗口的左侧和右侧)。

    静态压力是空气流过一个通风橱时产生的阻力。有时候被称为静态压力损失,它以水的英寸高度来计量。在越低的静态压力值下,通风橱运行得越有效,而且噪声也越少。

    显然,经过一个通风橱的空气量(排气量)和空气进入的速度(正面速率)将影响静态压力值。有一些其他通风橱设计特征也会影响静态压力:

1.更大的隔板开口使用空气更容易通过通风橱。

2.一个更大的排风出口使更多的空气以更低的速度通过。

3.一个锥形的排气圈减少了湍流。

4.排气圈和隔板形状共同影响系统的静态压力。

二、通风橱排气系统

 有两种类型的通风橱排风气系统:

(1)定量(CV)    (2)可变空气量

两个系统都可以与单独或集合的管道及送风机配置一起使用。一个实验室的通风橱排气系统统必须与房间的HVAC系统兼容。

1.定量排气系统

 CV通风橱保持固定的排气量为不考虑窗口的位置。所以表面速率必须通过其他一些方式来控制。一个CV系统并没有考虑许多灵活性来适应不同的要求。假如实验室机构中通风橱不多,那么一个CV系统可能比一个VAV系统更划算。另一个优点是CV系统更易于运行和维护,因为它具有更简单的控制。三种类型的通风橱可以提供定量的功能:

具有CV排气系统的旁路(bypass)通风橱

加入一个旁路(当窗口降低时的一个额外排气处)是一种将正面速率保持在一个可接受范围内的方法,同事也维持房间通风系统和通风橱排气量之间的平衡。CV通风橱装有位于窗口上方的旁路百叶,它在窗口降低时打开,允许额外的空气进入通风橱

具有CV排气系统的辅助空气(auxiliaryair)通风橱

当没有足够的房间空气来满足一个通风橱的排气量要求时,可以推荐一个辅助空气通风橱。空气从外面引入,在冬天时加热到房间温度或者在夏天时冷却到房间温度±20ºF然后供给通风橱。当窗口升起时,辅助空气被导向通风橱面。当窗口放下时,辅助空气从上部进入通风橱。

带着50%-70%的辅助共给空气运转,这些通风橱显然使用更少的房间空气,这可以节约能量。然而,共给空气的温度和水分必须小心控制以防止泄露的问题或对通风橱中进行的工作产生反作用。在通风橱正面的不受欢迎的湍流可以通过小心平衡通风橱和房间的通风系统来防止。

具有CV排气系统的有限旁路(restrictedbypass)通风橱

当有限旁路通风橱装备有“减小开方面的装置”和无遮挡窗口时,可以定量运行。这种改进的窗口设计可以减少30%-60%的排气量。这降低的排气量减少了旁路,可以定量运行而无需过多地增加正面速率。

2.可变空气量排气系统

VAV系统通过改变排气量维持固定的正面速率以对应于窗口位置的变化。当窗口完全打开时,最大数量的空气被排放。应当维持总排气量20%的最小气流以在窗口关闭的情况获得最佳的密封和满意的稀释。

VAV技术在过去大约20年里已经变得更加成熟。尽管VAV比一个CV系统更精密而且要求更多的硬件,但在特定环境中结果可以是有益的。今天,越来越多的实验室工程师具有维护并运行VAV系统能力。

 具有VAV排气系统的有限旁路通风橱

 所有VAV系统都应当与一台有限旁路通风橱一起使用以节约能量和最安全。由于只从房间中吸取需要用来维持制定正面速率的空气量,当窗口处于一个关闭位置时可以节约大量的能量。竖直或水平面窗口配置都可以有效地使用于VAV应用中。

实验室通风橱

三、窗口的选择

有三种类型的窗口:竖直、水平和组合式。

1.竖直窗口

竖直升起的窗口提出几个需要考虑的设计问题。

优点:竖直升起窗口比其他的窗口类型更便宜。它们允许研究者无限制地使用通风橱的内部。

缺点:在窗口的整个开放区域可能要求100fpm的正面速率,致使一个标准的6英尺普通化学通风橱需要1200fpm的排气量。使用的排气量要求更多的能量用于空气移动,由于要求更大、更贵的供排气系统而增加了费用。

    水平滑动窗口是另一个选择。

优点:对于一块四面板的通风橱来说,在任何时间都只有一部分的正面区域可以打开减少了排气和相关的能量要求。水平滑动面板可以用来作为面部和身体的防护。

缺点:一个水平的窗口比一个竖直的窗口更贵。它对研究者有更多的限制,因为它提供更少的通风橱使用区域,除非面板被挪走。在一些情况下,使用者为了操作目的移走面板而没有重新搁回它们,导致了低速而且不安全的通风橱速率。

3.组合窗口

    组合窗口或双重窗口是一种今天正在许多实验室设计中安装的相对新型的设计。

优点:相对于一个竖直窗口,伴随着一个组合窗口的使用,排气被减少了40%-等于一个6英尺通风橱有500cfm-结果是能量要求的减少。水平滑动面板可以用作面部和身体的防护。竖直窗口可以再操作期间升起,在减少的空气速率中提供对通风橱内部的充分使用。

缺点:组个窗口的初始费用比竖直或水平窗口两者都更高(但组合窗口在长期更加合算)。

四、通风橱立管

    排气通风橱基本上有两种方式:专用(独立)排气系统和多管排气系统。必须在工程的早起请假这两个选择,因为决定将会对层高,长期运行和维护费用,以及建筑的外部形象产生影响。

1.独立排气系统

    假如要求一个独立排气系统的话,通风橱排气管道的立管将不得不靠近通风橱。竖井不得不分隔不同的排气管道,就像建筑规范中所说的那样。当每个专用排气管道到达屋顶时,它被连接到一个独立排气扇上或者集中到建筑外部屋顶上的一个中央位置。由于所有的额外部件,独立烟囱和风扇的使用可能要求更多的维护。

优点:有更多的能力来控制或处理。没有从不同通风橱或实验室出来的烟气的混合。排气管道竖直地直接排向大气。假如只有少量的通风橱的话,这个系统更加便宜。

缺点:这个系统要求一个相当大数量的独立风扇,更多的管线,和更多的屋顶穿透,它们通常共同增加了初始造价和维护费用。系统更加难以平衡得多,而减少无人使用期间的排气量会很昂贵。不能使用能量收回系统。

2.多管排气系统

    假如有一个中央多管通风橱排气系统的话,那么排气可以连接在楼层某个位置的一根主管道上。多管系统有几种选择。在许多情况下,一个多管系统被设计成可能需要用于特殊要求的专用排气管,比如放射性同位素和高氯通风橱。

优点:排放的空气在上升进入空气之前很好地被稀释。这个中央排气方式非常可靠,具有冗余的风扇容量。能量消耗可以通过能量回收和VAV控制来减少。

缺点:这个系统不应当与处理放射性材料、高氯酸、强氧化剂、高活性化学药品、或者生物危险材料(BL-3)的通风橱或要求水冲洗的通风橱一起使用。管道延伸得更长并有使火灾蔓延的可能性。