关于实验室建设通风工程的设计

近年来，不断增加对科学实验研究的投入，改造、新建、扩建的高标准、智能实验室建设项目很多。目前，实验室的温度、湿度、清洁度和噪声都有很高的标准和控制要求。另一方面，由于许多实验室的通风空调系统需要保持24小时连续运行，能耗相对较高，因此今天的实验室对通风空调系统的节能设计有更高的要求。

此外，实验室在实验过程中会产生对人体有害或爆炸性的化学物质。为了保证实验室人员的健康，为实验室创造安全舒适的实验环境，空调通风系统的设计在其中起着重要作用。

一、实验室建设通风的特点。

1.复杂性。

除空调系统外，实验建筑还设有大量的局部通风和综合通风系统，采用排气柜、生物安全柜、万向排气罩等通风设备。因此管道多，布局复杂。

2.特殊性。

实验室建筑中有各种实验室，如洁净实验室、动物房、化学实验室、PCR实验室、生物安全实验室、高低温实验室、恒温恒湿实验室等。这些实验室的通风空调系统也有特殊的要求和相应的技术标准。

3.通风量大。

实验室通风次数约为12-15次/h。国内外新风量的价值差异很大。国内新风量一般为2-3次/h，国外大部分采用新风。

二、实验室通风。

实验室通常有两种通风形式:局部排气和综合排气。现在大部分实验室都采用局部排风，但是当一些特殊的实验区域不能使用局部排风，或者局部排风不能满足实验室的要求时，就需要采用全面排风。

1.局部排气。

局部排气是指实验室某些区域产生有害物质时，通过排气末端收集排出。这种排气方式可以以较少的排气量立即排出产生的有害物质，效率高，时间短，节能，效果好。

采用局部排风的实验室主要有:

A.实验室配有万向排气罩、通风柜、高速离心机、排气解剖台等设备。

B.实验室有需要消除有害气体的设备，如电感耦合等离子体发光光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪、气质两用色谱仪、液体联用色谱仪、原子吸收分光光度计等。

2.全排风。

下面的实验室房间需要全排风：

A.需要防止易燃易爆气体或其他有毒有害气体积累的实验室，如中试实验室、化学品储存室、试剂柜和气瓶房。

B.全年需要消除热量的房间，如-80C超低温冰箱房、马弗炉房、烘箱、培养室等。

C.需要消除热湿气体和挥发到空气中的消毒剂的实验室辅助室，如洗衣间和洗衣间。

D.实验室里已经有了排气端，但是排气端不用就会关闭。此时，为了保证实验室的小通风次数和相对负压，设置了辅助全排气系统，但其排气是可控的，必要时打开，不需要时关闭，不影响局部排气的使用。

三、设计实验室排气系统。

1.传统的排气系统。

传统的实验室排气系统有几种方式:

A.只在实验室外墙设置轴流风机或通过通风风扇直接通过外墙排放到室外。这种排气系统的设计容易造成补风排气短路，有害气体排出后从外窗进入实验室。

B.采用专用排气系统，采用通风柜+万向罩+定频风机和通风柜+万向罩+电动阀+变频风机的模式。这两种模式都能满足通风柜的风速要求，实验室排气端的要求，及时有效地排出产生的有害物质，系统简单可靠，运行稳定，但用电量大，运行成本高。

2.新的排气系统。

通风柜+VAV变风量阀+万向罩+电动阀+风道静压传感器+脸颊变风机+自动控制系统模式:VAV风量阀安装在通风柜的排气支管上，可根据通风柜的开启位置进行调整，使通风柜的风速稳定在设定值0.5m/s左右。使用万向罩时，人工打开相应的电动阀，不使用时可关闭电动阀，减少实验室排气，达到节能的目的。

该系统可以使实验室满足安全和一定的节能要求，在我国得到了广泛的应用。

四、实验室建设补风系统设计。

当排气量不大时，实验室的门窗缝隙可以用来补风。但当实验室通风柜数量较多，没有其他补风方式时，实验室门窗缝隙的补风量会不足，门窗缝隙处会有很大的噪音甚至啸叫，排气系统的阻力会增加，导致排气量不足。因此，当排气量不大时，可以在外墙设置百叶窗或在门上设置百叶风口。

另一个需要大风量补风的系统是机械补风系统。新风空调首先对室外新风进行冷热处理，甚至加湿，除湿到送风状态点，然后通过新风管给实验室补风。当实验室通风柜、万向罩或其他排气端数量较多，排气量较大时，必然会使补风量也很大，新风空调处理补风的能耗会很高。因此，实验室空调系统的节能方式是在保证实验室安全的前提下，尽可能减少排气量和能源浪费，同时减少空调系统的供气量和新风处理的能耗。

五、设计实验室整体通风方案。

1.选择选择合适的实验室通风柜。

通风柜实验室中，通风柜的选择对实验室通风空调系统的设计起着重要的作用。实验室通风柜有几种常见的形式:定风量通风柜、变风量通风柜和补风通风柜。随着实验过程控制的严格控制和节能安全的要求，通风柜的选择更多的是变风量通风柜。同时，变风量通风柜需要满足一定的自动控制要求，如:

(1)通风柜应自带控制器、变风量阀和调节门位移传感器。当通风柜门的开度发生变化时，位移传感器可以实时检测并反馈给控制器。控制器控制变风量阀的开度，调节通风柜的排气量，保持通风柜的风速在设定值，通常为0.5m/s。

(2)当通风柜门完全关闭时，可以保持一定的小排

(3)通风柜柜面可显示实时面风速，当通风柜门开度发生变化时，面风速会有一定的波动。

(4)通风柜门位过高时有声光报警。

(5)当面风速超过设定范围时，有声光报警。

(6)通风柜故障时有声光报警。

(7)设置紧急排放按钮。当通风柜在实验中出现异常情况时，实验室操作人员按下紧急排放按钮，通风柜可以立即自动将排气阀打开到开度，使通风柜达到排气量，此时排气量不受面风速值的限制。

2.排气和补风控制方法的设计。

为了保证实验室的排气效果，维持室内温度和湿度要求，应设置实验室小换气次数。白天有人操作8-10次/h，晚上没人操作4-6次/h。如果实验室通风柜、万向罩等排风设备的小排风量总和仍不能满足实验室规定的小通风次数要求，则应在实验室增加房间出风口，以增加实验室出风量，以确保实验室要求的小通风量。

3.实验室压力控制

实验室微负压控制(压力梯度)是保证各功能之间产生的有毒有害气体不相互扩散的核心。在设计中，我们通常使用二级屏障来满足上述要求。首先，通风柜、万向罩、原子吸收罩、排气罩等局部排气设备用于实验室，作为一级防护屏障。二是将有害物质产生的实验室设计成相对于相邻区域的微负压，作为二级保护屏障(无菌设施或洁净区域除外)。因此，在实验室的送风支管上设置变风量阀，根据房间的压力传感器控制实验室送风阀的开度，使送风量小于排风量，保持一定的差值，保证实验室压差的恒定。

六、结论。

在实际实验室项目中，必须结合实验室的用途、实验室设备的布置、实验设备对环境的要求等实际情况，与业主讨论，结合业主的资金投入，采用相应的通风空调方案。与此同时，作为设计师，必须严格按照规范进行设计，绝不能因为业主主要节省投资压力而违反某些原则。