关于实验室工程里面的通风系统的设计干货~

在整个实验室设计和建设过程中，实验室通风系统是规模、影响广的系统之一。通风系统设计，对实验室环境的舒适程度，实验人员的身体健康状况，以及实验设备的操作和维修保养都有重要影响，关系到实验室的投资成本、能耗和后期运行费用。

实验室通风系统旨在为员工提供安全、舒适的工作环境，减少员工接触危险空气的可能性。鉴于实验操作过程中可能产生有毒有害气体，为保证实验人员的安全，这种可能产生有毒有害气体的实验，要求尽可能在通风柜或生物安全柜内进行，如果无法在通风柜内进行，则应设置局部通风设施，如原子吸收罩、万向排风口等，与此同时，实验室应设置全面通风(或称辅助通风)系统，以满足实验室小换气需求。其实验室设计装修的目标是使实验室通风良好，噪音低，操作简单，节省能源，室内压差及温湿度均可保持人体舒适。

一、实验用通风设备。

实验通风系统一般有定风量、双风量、变风量等形式。

1 .定风量排风系统：排风机采用单速定频风机，排风量基本恒定，系统不能根据排风柜的使用量和排风柜门的开启高度来调节风量。其优点是设计直接，投资小，控制简单；缺点是灵活性差，噪音大，排风柜面风速难以保证，部分有毒有害气体从排风柜逸出(面风速过小或过大可导致气体从排风柜逸出)，运行费用高(耗电量为排风机的电量，耗热量为排风机的能耗)。

2.双风量系统：采用双速风机的排风系统，在两个预定的风流量值之间进行高低切换(或称为小切换)，比定风量系统有了改进，但没有从根本上改变定风量系统的缺点，目前应用不多。

3.变风量系统：采用变频风机，在排风或补风主风道上设置压力传感器，用静压控制器PID控制变风量，以达到恒定静压或动压调节风量的目的。该高性能调风器能在大流量变化范围内快速稳定地进行调节。变风量系统中的排风柜一般采用面风速控制，通过在排风柜前用人体感应器检测人员是否存在，从而控制柜门面风速，当操作人员在排风柜前作业时，将排风柜面风速设置为工作模式，此时排风柜面风速控制在0.5m/s以内，操作人员离开时，将排风柜面风速设置为待命模式，此时排风柜面风速控制在0.3m/s以内，符合《实验室变风柜》JG/T222-2007标准要求。另外房间还设辅助排风，当排风柜的排风量不满足实验室小排风量的要求时，辅助排风会自动开启，确保实验室的小排风量达到标准要求。该自动变风量控制系统的优点是：节能效果好，安全可靠，能方便地适应风量变化的要求。

二、实验室全面排风。

在通风柜通风不符合小通风量要求时，辅助通风系统自动开启，保证实验室小通风量，根据房间功能和要求进行通风换气。

三、补风制度。

为保证无回流现象发生，实验室一般设置了较高的排风量和较长的连续排风时间(一般7*24小时全天候开启排风系统)，因此实验室内负压过大是很常见的。为了平衡室内外压差，避免负压过大的情况发生，实验室在设计时需要设计一个实验室补风系统，以维持室内压力设定，负压防止实验过程中有毒气体、微粒及化学品储存过程中挥发的有害气体溢出到其他空间，正压实验室不受外界空气污染影响，使实验室内换气率得到有效控制，室内空气应充分置换，保证其新鲜。

1.补风量计算。

补风量的设置有相应的计算公式，应根据实验室排风量和所设负压值(相对于相邻房间、走廊或大气层)进行计算，补风量的计算公式如下：

在Lb=Lp-Ly式中，Lb为补风量，m3/h;Lp为排风量，m3/h;Ly为保持负压所需风量，也称为余风量，m3/h;Ly可以根据负压值与房间换气次数之间的关系确定，也可以根据空隙法计算，根据房间压差功能要求补风量比例在50%~90%之间，有正压要求的房间补风量比例不得低于110%，见图1。

2.补风方式。

一般实验室采用两种补风方式，即自然补风和机械补风。

本发明不安装补风机，通过实验室内外的压差(室内为负压)，将室外新风通过过滤器、管道吸入室内，以达到补风的效果，因为新风是由室外的正压压压到负压室内，所以本发明能够使实验室气流达到动态平衡，同时也保证了实验室气流流向稳定，并且始终处于负压状态。本发明的优点主要是无需安装补风机，节省了前期投资，也节省了补风机运行所需的电费；缺点是在设计装修时需要提前扩大进风井或进风百页面积，即占用建筑使用面积或影响建筑立面效果，其次，本发明的补风机不能进行加热或冷却处理。

机械式补风装置引风机在安装过程中，通过管道将室外新风集中到室内，通过机械式补风装置可对其进行加热、冷却、过滤等预处理，具体的做法是采用定风量补风还是变风量补风系统，一般与排风系统相对应，即定风量补风装置和定风量补风装置，定风量补风装置和变风量补风装置均适用。

3.补风位置。

对于室内补风，补风位置一般没有很大的限制，可以直接补风到排风柜或柜门前，也可以补到房间内，但不同补风位置的效果各不相同，补风位置的优点是不需要对新风进行加热或冷却处理，节省了能源，节省了成本；缺点是新风位置对通风柜实验数据有影响，同时对操作者的工作环境舒适性造成损害，不适合要求面风速的排风系统。比较而言，补风场所设在室内，优点是操作人员的工作环境基本不受影响，对排风柜风速和柜内气流也没有影响；缺点是新风一般都需要经过加热或冷却处理，能源消耗比种补风场所高。

四、排风柜变风量控制器。

排风柜的变风量控制器有一类是测量柜门面风速，通过与设定风速比较，调节风阀开度以达到设定值，风阀一般采用蝶阀，其缺点是：测量点的位置及数量对风阀精度影响较大，易受安装位置及内部、外部气流(紊流)的影响，测量风阀的风速需要通过传感器转换成电信号进行调整，系统反映速度稍慢，控制信号响应时间<3秒，面风速控制精度一般在±20%左右。

另外一种类型的排风柜变风量控制器，目前主流采用文丘里风量控制器，通过测量排风门的位置，借助位移传感器测量排风门的开度，然后传送到控制器中，控制器根据“流量=平均流速×面积”的公示计算出的风量来实时调整阀门的开度，从而调节排风。本系统抗干扰能力强，控制稳定，理论上属于开环控制，在试剂使用中需要另外安装风速计或其它反馈装置，以保证控制的准确可靠。本实用新型具有精度不受箱体前部有无人员遮挡影响，调节风量过程快速准确，响应时间短，可实现高调节比(1:17~20)，与管道静压无关(150~750PA)，响应时间快(小于1秒)，风量控制到气流控制信号±5%等传统变风量阀无法实现的特点。

五、换气量通风系统的控制。

1.实验室常用的变风量通风系统控制原理。

2.风柜表面风速控制系统工作原理。

对于实验人员来说，确定安全有效的面风速，通风柜的除尘能力是关键。影响集尘能力的主要因素有：面风速、交叉通风和作业实践。通过学习和现场实践，使人们了解通风柜面风速的有效设定值。一般工业标准为0.3m/s~0.6m/s，而现在很多工厂都把0.5m/s作为安全操作标准。调查显示，0.5米/秒的面风速需要部分是由于操作者的出现和移动。无人居住的通风柜(也就是无人居住的通风柜)可容纳有害气体，当面风速降低到0.3m/s时即可运行。但占用通风柜时，需有较高的流速，以保证通风柜正确的除尘能力。当风速0.4m/s~0.5m/s时，操作者的移动对通风柜的集尘能力几乎没有影响。而低于0.4m/s时，扰动明显地增加了有害气体的浓度。在无人员移动情况下，0.3m/s的风速也能满足实验室一般集尘环境的使用要求。平面风速控制示意图(图3)

3.风量控制方法。

现有的风量控制方法有面风速法和位移法。

平面风速法，通常是通过安装在通风柜入口边缘的风速传感器测量风速，并传送到控制器，通过比较计算得到所需的风量，然后改变风阀开度来调整风量，将面风速控制在0.3m/s~0.6m/s的某一设定值或某一较小范围内。它的特点是：结构简单，易于安装，控制相对容易；闭环反馈控制保证了安全和节能性的控制效果；用点风速代替面风速，其面风速与实际的控制对象相比仍有一定偏差，比较容易受安装位置和内部、外部气流(紊流)的影响。

排气阀采用位移法，配合VAV变风量文丘里阀，利用位移传感器测量箱门开度并传送给控制器，控制器根据“流量=平均流量×面积”公示计算的风量，实时调整阀门的开启程度，以调节排气阀的排气量。本系统抗干扰能力强，控制稳定，理论上属于开环控制，在实际应用中需要另外安装风速计或其它反馈装置，以保证控制精度和可靠性。本实用新型具有精度不受箱体前部有无人员遮挡影响，调节风量过程快速准确，响应时间短，可实现高调节比(1:17~20)，与管路静压无关(150~750PA)，响应时间快(小于1秒)，风量控制到气流控制信号±5%的特点，是传统变风量阀无法实现的。

该设备也可安装红外人体监控器，自动控制系统可通过不同面风速设定值，以达到节省操作费用的目的，当操作台前有操作者工作时面风速设定为某一设定值(如0.5m/s)，当通风柜前无人操作时，系统会自动转换为另一设定值(如0.3m/s)。排风柜门位过高时会出现明显的警报。当风速过高或过低时，会出现机械故障，引起明显的警报。面风速控制系统在出现异常情况时，可开启事故排风模式，使风阀开至开度，不受面风速设定值控制。

六、尾气排放和排出的废气。

有的试验装置在工作过程中产生尾气，实验室的一部分尾气需要进行处理后才能排出，进行排风系统的划分时，需要将这部分尾气集中到一个系统中进行集中处理。处理方法应根据排气的性质来确定。

七、设计中应注意的几个问题。

当设计实验室通风系统时，应将实验中具有相同或相似性质的排风系统设置在同一系统中，如有可能导致燃烧、爆炸或产生毒性更强的有害物质，则还需另作划分。生物安全柜只需通风。

室内通风系统的设计首先要保证室内安全，要保证一定的换气次数；其次，室内通风系统负压的设计和系统控制非常重要，必须解决好这个问题；，室内通风系统要能够稳定、可靠地运行；，在保证一定的换气次数和完全新风的情况下，把能耗降到。为了满足这些要求，通风设备，特别是通风柜，必须有一定的标准和要求。

在实验室通风系统设计时，当实验室排风量较大时，应在走廊、大厅等公共区域增加补风系统，以避免因负压过大而造成开门或关门困难。

除对实验室通风柜有特殊要求外，对控制系统及其它设备也有一定的要求和标准。实验室的设备类型、通风系统设计和控制系统都会对实验室的压力控制和小通风量控制产生影响，而通风系统设计和控制系统是首要的。不平衡的通风系统将导致通风柜的排风和截流能力分散，气流从实验室流出，建筑物内压力不稳定。

风道内静压的变化不会影响风道反应时间，因而不会影响通风量的准确性。压强相关类型的系统也会影响系统流量的控制，使其反应时间变慢，从而导致送排风设备振动、速度不稳定、风量不平衡，终导致控制系统无法进行调节。应选择所有系统的压力变化独立类型。

不同类型的实验室，其通风系统的设计也应因地制宜，与时俱进，在一个实验室建筑中可能同时存在实验室设计公司提醒您，多种通风方式，通风系统设计的首要原则是保证实验室的工作环境不会对工作人员的健康造成危害，并在此基础上，尽可能地控制装修和操作费用，为实验室减轻经济压力。随著实验室建设标准的提高，变风量通风系统的应用越来越广泛，实验室通风系统的设计也需要多听使用者和其他相关方面的意见，设计要有针对性，做到有的放矢。