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實驗室是用于完成各種實驗工作的特殊場所，其通風系統(tǒng)設計的好壞，直接關系到實驗人員的身體健康、實驗數(shù)據(jù)的準確性、實驗室的初投資及運行費用。
?在實驗操作過程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體，為確保實驗人員安全，產(chǎn)生有毒有害氣體的室驗，盡量在排風柜或生物安全柜內(nèi)進行，不能在排風柜內(nèi)進行的，要設局部排風罩、萬向排氣罩等局部排風設施，同時,驗室要設全面通風（或稱輔助排風）。通風系統(tǒng)設計的目的，是要控制排風柜內(nèi)的有毒有害氣體不外逸，滿足房間換氣次數(shù)要求，維持房間正確的壓力，為實驗人員提供一個安全、舒適的工作環(huán)境。
1 實驗室常用的通風系統(tǒng)
??實驗室通風系統(tǒng)經(jīng)歷了定風量系統(tǒng)、雙風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)三個發(fā)展階段。
1. 1 排風系統(tǒng)
1.1.1 定風量系統(tǒng)
??排風機采用單速定頻風機，排風量基本不變，系統(tǒng)無法隨排風柜使用數(shù)量及排風柜門開啟高度而調(diào)節(jié)風量，因此采用該系統(tǒng)所帶排風柜不宜大于3 個，該系統(tǒng)優(yōu)點是投資小，控制簡單；缺點是排風柜面風速難以保證，會有部分有毒有害氣體從排風柜中逸出（面風速過小或過大都能造成氣體從排風柜中逸出），且運行費用高。
1.1.2 雙風量系統(tǒng)
??排風機采用雙速風機，較定風量系統(tǒng)有所改進，但沒有從根本上改變定風量系統(tǒng)的缺點，采用該系統(tǒng)所帶排風柜不宜大于5 個，目前應用不多。
1.1.3 變風量系統(tǒng)
??排風機采用變頻風機，在排風主風道上設壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力與設定壓力值比較，由變頻器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風量的目的。在變風量系統(tǒng)中排風柜采用面風速控制，采用感應區(qū)紅外探頭檢測排風柜前人員的存在與否來控制柜門面風速，當操作人員出現(xiàn)在排風柜前時，紅外探頭傳感器輸出信號，將排風柜面風速設定到高排風量模式，此時排風柜面風速控制在0.5m/s, 當操作人員離開的時候，紅外探頭傳感器輸出信號，將排風柜面風速設定到低排風量模式，此時排風柜面風速控制在0.3m/s，當實驗室內(nèi)無人時，排風柜面設定到最小排風量模式，即值班排風模式，維持排風柜和管道中保持負壓，保證有毒有害氣體不外逸，有時為滿足實驗室最小排風量要求，房間還要設輔助排風，當排風柜排風量不滿足實驗室最小排風量要求時，輔助排風自動打開，保證實驗室最小排風量。該系統(tǒng)有如下優(yōu)點：
??①在實驗操作過程中，排風柜門開度變化較大，采用面風速控制非常合理，與傳統(tǒng)定風量系統(tǒng)比較，運行能耗要節(jié)省很多，且對操作人員的人身安全及實驗精度的影響都更有利；
??②一個系統(tǒng)可帶多個排風柜，可共用一個主管道，風井集中，有利于實驗室工藝布置，減少土建造價；
??③由于多個排風柜合用一套排風系統(tǒng)，在實際工作過程中，排風柜不可能同時達到最大排風量，因此在排風設備及主風道選擇時可考慮一定的同時使用系數(shù)，比定風量系統(tǒng)要小一些；
??④由于排風集中，便于能量回收及排風處理。
1.1.4 事故排風
??當實驗室內(nèi)有高危險性實驗時（一般由工藝設計人員提供），排風系統(tǒng)設計應考慮發(fā)生突然事故時，能即時將有毒有害氣體排除，排風量按12 次/h換氣次數(shù)計算。
1. 2 補風系統(tǒng)
??實驗室一般排風量較大，且連續(xù)排風時間較長，容易造成室內(nèi)負壓過大，為平衡室內(nèi)外壓差，需要對實驗室進行補風，以維持房間設定的壓力。
1.2.1補風量計算
??補風量應根據(jù)房間排風量及設定的負壓值（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算確定，補風量按下列公式計算：
Lb=Lp-Ly
??式中，Lb 為補風量，m3/h；Lp 為排風量，m3/h；Ly為維持負壓所需風量，也叫余風量，m3/h；Ly 可按負壓值與房間換氣次數(shù)的關系確定，也可按縫隙法計算。
1.2.2 補風方式
??有自然補風和機械補風兩種方式。
??自然補風不設補風機，將室外新風經(jīng)過濾器、管道進入室內(nèi)，由于新風是由負壓吸進室內(nèi)，氣流達到動態(tài)平衡，同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定，且始終處于負壓狀態(tài)。優(yōu)點是不需設補風機，節(jié)省初投資和運行費用；缺點是需要的進風井或進風百頁面積大，占用建筑使用面積大或影響建筑立面效果，其次是補風無法進行加熱或冷卻處理。
??機械補風與排風系統(tǒng)對應設置機械補風系統(tǒng)，將室外新風經(jīng)集中處理后，由補風機經(jīng)管道送入房間內(nèi)，采用定風量還是變風量系統(tǒng)，一般與排風系統(tǒng)對應，即排風為定風量系統(tǒng)，補風也為定風量系統(tǒng)，排風為變風量系統(tǒng)，補風也為變風量系統(tǒng)。
1.2.3補風地點
??補風可直接補在排風柜內(nèi)或柜門前，也可補在房間內(nèi)，補在排風柜內(nèi)或柜門前的優(yōu)點是補風不需要做加熱或冷卻處理，可節(jié)省能源；缺點是操作人員工作環(huán)境舒適性差，有時可能對實驗數(shù)據(jù)有影響，補在排風柜內(nèi)方式不適用有面風速要求的排風系統(tǒng)。補在房間內(nèi)，補風一般需經(jīng)過加熱或冷卻處理，其優(yōu)點是操作人員工作環(huán)境好，對排風柜面風速及柜內(nèi)氣流無影響；缺點是能量消耗要比直接補在排風柜內(nèi)或柜門前大。
1. 3 排風柜變風量控制器
??目前常用的風量控制器有兩類：一類是測量柜門面風速，通過與設定風速比較，調(diào)節(jié)風閥開度以達到設定值，風閥一般采用蝶閥，其優(yōu)點是：①精度不受柜前有無人員遮擋影響。②閥門阻力小。
??缺點是：①精度受測量點的位置和數(shù)量影響。②測量到的風速需要通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號調(diào)節(jié)風閥，系統(tǒng)反映速度稍慢。另一類是通過測量柜門位置，調(diào)節(jié)風閥開度，風閥一般采用文丘里閥，其優(yōu)點是：通過測量柜門位置直接控制風閥開度，系統(tǒng)反映快，響應時間短。缺點是：①排風量會受柜前有無人員遮擋影響。②風閥阻力較大。
2 通風系統(tǒng)控制
2. 1 定風量、雙風量系統(tǒng)控制
??定風量、雙風量系統(tǒng)控制比較簡單，在實驗室內(nèi)設風機啟動按扭，根據(jù)需要直接啟停風機。
2. 2 變風量系統(tǒng)控制
2.2.1 送排風機控制
??風機采用變頻風機，在主風道內(nèi)設壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力與設定壓力值比較，由變頻器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風量的目的。
2.2.2 排風末端設備控制
??在排風柜的排風支管上設風量控制閥，當末端通風設備風量需要發(fā)生變化時，風量控制閥迅速動作，響應時間要在1s 之內(nèi)。
2.2.3 實驗室壓力控制
??實驗室壓力控制主要有兩種方法，直接壓差控制法和余風量控制法。直接壓差控制法即通過壓差傳感器測量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差，與設定壓差比較，控制器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)送風量，從而達到要求的壓差，此法適用壓力控制精度不高的負壓實驗室；余風量控制法，是讓排風量與送風量之間保持一定的風量差，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓差，此法適用于壓力控制精度高的實驗室（如潔凈實驗室、生物安全實驗室）。
2. 3 變風量通風系統(tǒng)控制原理
??常用的實驗室變風量通風系統(tǒng)控制原理。（見圖1）
圖1 常用的實驗市變風量通風系統(tǒng)控制原理圖
2.3.1 通風柜面風速控制系統(tǒng)工作原理
??1） 面風速控制系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測實際面風速狀態(tài)，當任何因素影響風訴變動時，系統(tǒng)將自動調(diào)整管道上的風閥以恒定的面風速值。
??2）系統(tǒng)通過紅外線監(jiān)測器實現(xiàn)當通風柜前有操作人員工作時面風速控制在某一設定值（如0.5m/s）,當通風柜前無人操作時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到另一設定值（如0.3m/s）以節(jié)省運行費用。
??3）通風柜門位過高時有聲音報警。
??4）由于故障面風速過高或過低時有聲光報警。
??5）當出現(xiàn)異常情況時，開啟事故排風模式，控制系統(tǒng)將風閥開到最大開度，不受面風速值的控制。
??6）通常面風速控制系統(tǒng)本身對面風速及風量的設定及控制值只有兩中狀態(tài)即有人、無人或白天、夜間。
2.3.2 管道靜壓控制系統(tǒng)原理：
??1）持續(xù)檢測管道內(nèi)的靜壓變化，通過調(diào)整風機轉(zhuǎn)速來恒定管道內(nèi)靜壓。
??2）控制系統(tǒng)在0.1s 內(nèi)探測到壓差變化并輸出控制信號。
??3）夜間工況時，控制系統(tǒng)有第二狀態(tài)設置。
3 能量回收
??實驗室工作過程中，在排除大量有害氣體的同時，也帶走了大量的室內(nèi)能量，為減少這部分能量損失，在通風系統(tǒng)設計時，要考慮排風能量回收，目前常用的回收方式有：
??1）采用中間介質(zhì)進行能量回收，在排風機組內(nèi)設盤管余熱回收段，在送風機組內(nèi)設盤管新風預熱段，二段之間通過管路、水泵形成一個循環(huán)系統(tǒng)，通過中間介質(zhì)（水或乙二醇）將排風中的能量轉(zhuǎn)移到送風中，該系統(tǒng)雖然回收效率不是很高（顯熱效率在60%以下），但非常安全，不存在排風污染新風問題。
??2）采用板式空氣換熱器，排風與新風在板換內(nèi)完成能量交換，系統(tǒng)比較簡單，但設備尺寸較大，占用機房面積大。
4 尾氣排放及排風處理
??有些實驗設備在工作過程中，要產(chǎn)生尾氣，其設備本身帶有排氣裝置，在通風設計時，應根據(jù)工藝要求，在房間適當位置設一直通室外的豎向尾氣排放管。管材一般選用塑料管，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，實驗室有些排風需經(jīng)過處理后，才能排向大氣，在排風系統(tǒng)劃分時，要將不能直接排放的實驗室排風集中在一個系統(tǒng)，以便于集中處理。采用何種處理方式，應根據(jù)排氣性質(zhì)決定，一般常用的方法是采用活性炭吸附法。
5 設計中要注意的問題
??1）在劃分通風系統(tǒng)時，要將實驗性質(zhì)相同或相近的排風設在一個系統(tǒng)，對混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強的有害物質(zhì)的排風要分設排風系統(tǒng)。
??2）排風不允許直接排放，需經(jīng)處理后才能排向大氣的實驗室要盡量設在一個排風系統(tǒng)內(nèi)。
??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于排風柜及控制閥的阻力，這時要在局部排氣罩的支管上設定風量閥。
??4）萬向排氣罩阻力較大（一般在200Pa 以上），在和其他末端并聯(lián)時，要特別注意，在系統(tǒng)壓力不能滿足要求時，可在其支管上設小型管道風機，以滿足其壓力要求。
??5）生物安全柜要單排。
??6）當實驗室排風量較大時，要在走廊、大廳等公共區(qū)域設補風，以避免負壓過大，造成開門或關門困難。
??7）選擇能量回收方式時，要注意防止排風污染新風問題。
6 結(jié)語
??實驗室多種多樣，其通風系統(tǒng)的設計也應該靈活多樣，在一個實驗樓內(nèi)可能存在多種通風方式并存，通風系統(tǒng)設計的原則是在保證人員健康安全的前提下，應盡量減少通風量，這即可減少投資，又可節(jié)省運行費用。隨著實驗室建設標準的不斷提高，變風量通風系統(tǒng)應用越來越廣，對通風設計也提出了更高的要求，因此在進行實驗室通風設計時，要多傾聽使用人員及其他相關方面人士的意見，設計要有針對性，做到有的放矢。
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