如何优化实验室排气系统呢?

由于经济和环原因,创造可持续,高性能和高效率的建筑物对于世界各地的公司和政府而言越来越重要。特别是,由于安全和合规所需的专门的设备和通风系统,实验室是许多减排工作的重点,因为它们是能源的最大消费者。

考虑到这一点:建筑物目前是地球上最大的能源消费国,占世界能源使用量的惊人的42%,占全球温室气体排放量的40%左右。与典型的商业办公楼相比,平均实验室设施每平方英尺能耗为10倍,一些实验室的能源使用量高达100倍.1其中大部分是由于专门的设备,大量的能源消耗高达80% – 是由于通风系统。2,3

虽然很多的注意力集中在供气和调节,排气系统传统上在能量优化方面受到最少的关注,因为它们仅构成通风系统的一部分。然而,废气能量占通风系统能源使用量的40%,实验室的能源消耗量高达30%,为实验室提供了实现运营节能和更可持续运营的重要机会。

考虑到实验室通风系统使用的能量,通过减少能源减少任何可能的浪费,可以为实验室提供有形的投资运营成本回报。但除了明显的经济利益之外,还要考虑当今消费者和联邦政府的重点,以可持续的方式经营。因此,任何在当今经济运行的公司,企业责任和环境保护也是很大的考虑因素。

此外,仅在实验室中减少对气候的影响的潜力是巨大的。美国环境保护局(EPA)估计,如果美国有一半的实验室将能源使用量减少了30%,这是一个可以考虑的目标 – 它可以将国家能源消耗量减少84万亿BTU。为84万户家庭提供足够的能源,相当于从美国高速公路上卸下了130万辆汽车,或者预防了5600万只树木的砍伐。2

一、实验室废气和能源消耗

减少实验室排气系统的能源利用可以通过解决两个主要问题来实现:排气管的设计和系统的电力维护。

在历史上,由于美学原因,废气堆已经保持短路。然而,由于羽流升高与堆高度直接相关,较短的堆叠会增加排气负荷,导致能量浪费。如果堆叠较高,则需要更少的功率才能达到所需的羽流高度,而较短的堆叠需要更多的能量.4这是至关重要的,因为实验室必须保持最小的排气速度以确保安全性和有效性。美国国家标准协会(ANSI)5建议最低出口速度为3,000英尺/分钟(fpm),美国供暖,制冷和空调工程师学会(ASHRAE)的数字为2,000至3,000 fpm。6

排气系统高能耗的第二个原因是它们通常在恒定的基础上维持在全功率 – 在许多实验室,每天24小时,每周7天。此外,这些设置通常基于风况和污染物的最坏情况。在风的情况下,最糟糕的情况只发生在一小部分时间。对于污染物,EPA指出:“对废气流的潜在毒性过度保守的判断可能导致高能量使用的排气系统,因为体积流量或出口速度不必要地增加。”该机构建议排气流为基于对实际污染物的科学测量,相应地进行调整,以实现“在消耗最少能量的同时产生可接受的空气质量的排气系统”。7

考虑到上述因素,在大多数实验室中很可能排气流量高于所需时间的高百分比,导致大量的能源浪费。

二、减少能源消耗的策略

通过使用自动监测和控制系统,通常可以将实验室排气系统的能源使用安全地减少多达50%或更多,这将使实验室的总能源使用量减少15%。市场上有几个经过验证的概念,其中一个例子是基于“布莱德·科克兰(Brad Cochran),罗恩·彼得森(Ron Petersen)和彼得·彼得森(CPC)彼得森·卡特(John Carter)撰写的”二十一世纪实验室“。该文件提供了三个有效的策略,用于实现安全减少能源消耗,基于用可变体积排气系统更换CV系统,8包括无源可变体积排气,带风速计的主动VAV和带有化学监测器的主动VAV。

“二十一世纪实验室”只是减少实验室排气系统能源的几个成功概念的一个例子。然而,在能够执行这样一个降低实验室设施能源的策略计划之前,今天的实验室经理常常面临着为安装新设备降低能耗同时提高投资回报率的理由而面临的挑战。以下步骤将帮助实验室管理人员和设施专业人员在其建筑物内执行类似的项目:

1)与具有实验室环境知识的建筑专业人士接触,了解贵公司和建筑的独特需求和挑战。

2)对现有排气系统进行审核,以确定需要改进的区域。

3)根据审计结果,制定一个计划,显示实验室排风扇目前使用的能源数量,并显示通过优化风扇系统可以实现的投资回报率和环境节约。

4)一旦升级的设备到位,请妥善地对系统上的员工进行培训,以确保正确使用设备以节省最大的能源。

5)根据实际操作,不断监测和寻找改进领域。

三、结论

出于合规和安全的原因,空气质量在任何实验室都是必不可少的,排气系统在满足这一要求方面发挥重要作用。同时,排气系统是实验室能源使用的主要贡献者。

实验室可以通过使用现代技术(如VAV控制,气流和污染物传感器)以及建筑自动化系统来优化排气系统,从而大大减少能源消耗,从而可以根据实际情况调整气流。结合分散分析研究 – 使用数学模型或物理风洞 – 设计工程师可以指定排气流量,这将减少能源消耗,以获得显着的运营和环境节约,同时确保安全和合规的运行。