甘肅蘭州大學醫學實驗室裝修及通風工程
admin 2019-11-08 13:31:45 9005閱讀
實驗室空調通風設計的主要目的是提供安全、舒適的工作環境，減少室內空氣的污染，若在實驗室的空調通風系統的設計和調試中采用一般舒適性空調的傳統方式則會出現問題，本文以上海張江高科某化學實驗室為例，對其在實際運行中產生問題提出一些在設計和調試中應注意的事項，該工程目前已竣工交付業主正常使用1年，經回訪后業主反饋運行效果良好。
工程概況：
本工程為張江某外資項目生物研發樓，由三棟主樓組成，其中兩棟研發樓每棟地上6 層，建筑面積7232m2。首層建筑層高4.80m，2~6 層建筑層高4.0m。研發樓主要由實驗室用房組成，另包含一些附屬辦公用房及車庫，每棟設通風柜150 臺。
通風系統的設計：
3.1 主要設計思路
（1）實驗室安裝獨立的送排風系統，以控制（control)實驗室氣流方向和壓力梯度。應確保在使用實驗室時氣流由清潔區流向污染區，同時做到實驗室有害氣體經處理后排放。
（2）實驗室通風柜設計數量，要求能滿足實驗時所要求的排風量，通風柜采用機械排風方式。由于實驗室通風柜排風量很大，因此實驗室送風應考慮補風。
（3）在維持一個安全舒適的室內環境的同時應盡可能減少能耗，考慮（consider)采用熱回收方式。實驗室建設實驗室裝修采用可靠的材料，合理的施工措施，保證潔凈實驗室-生物安全實驗室始終處于相對密封的環境，防止微生物的外逸，易于實驗室的清潔消毒，同時避免外部對實驗室環境的破壞。
3.2 排風方式的確定：
要保證實驗人員的安全，則應保證通風柜的面風速恒定在安全范圍內，國際上認同的一般標準是（0.5 ～0.1）m/s。這就需要過在通風柜的調節閥處的傳感器(transducer)變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)控制系統，以確保通風柜排風量達到給定的面風速。當操作人員在通風柜前有擾動行為時可實現較高的面風速（0.5m/s）；當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環境的前提下，減少排風量，實現了節能。由于大部分時間均在小流量條件下運行，系統噪音較低；通風柜變風量控制原理見圖1，主要設備和性能如下：
（1）配置Phoenix 文丘里閥控制通風柜排風量，閥門特性：閥門壓降在150~750Pa 范圍內風量與風道靜壓力無關；風量控制相對精度為5%；閥門控制響應速度小于1s；風量控制誤差小于依5%；閥門調節比大于16:1。
（2）調節門開度的檢測配置調節門開度傳感器（VSS）。
（3）每臺通風柜控制配置一臺監控器（FHM），監控器根據調節門開度控制通風柜排風量確保調節門任意開度下通風柜面風速恒定：有人操作時，面風速0.5m/s；無人操作時，面風速0.3m/s。監控器特性：LCD動態顯示實際的面風速；對排風系統故障作出聲光報警；緊急情況下，操作人員可通過控制器面板按鍵強制設定通風柜排風為最大。
圖1：通風柜控制原理圖
3.3 通風柜排風量計算：
通風柜的排風量按下式計算：
L = 3600 Av β
式中L— 通風柜排風量，m3/h；
A — 通風柜拉門面積，m2；
v— 通風柜的面風速，m/s，設定為0.5m/s；
β— 通風柜排風量修正系數。一般為1.05～1.1
3.4 實驗室通風柜排風系統設計
（1）由于本工程通風柜數量多，不能每臺通風柜單獨設排風系統，否則風機和垂直風管太多，占地面積太大，不美觀也難以布置。故與業主方協商，采用壓力無關型集中變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)排風系統，即多個排風柜共用一臺風機及一個排風管的方法。配置原則：將實驗性質相同的實驗室排風系統集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設排風系統；對有可能造成空氣污染的排放物設有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規定的限制，并通過有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發生爆炸的可能。
（2）各實驗室通風柜，通風沿豎向劃分排風系統，通風管道采用垂直敷設方式接至屋頂風機(roof ventilator)。通風管道采用無機玻璃鋼風管。調查與其余類似項目經驗表明此實驗樓150臺通風柜多數時間都不會同時運行，考慮到初投資(意義:是未來收益的累積)與運行費用的節省，本項目采用變頻（frequency conversion)風機自控系統。由于通風柜的使用數量及柜門開啟大小變化，造成管道內靜壓的變化，通風機由風道內的靜壓信號實現變頻調速，從而達到節能運行。根據實驗室的性質及位置（position )，本設計將150 個通風柜劃分為10 個變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)排風系統，控制方法和功能如下：
1）通風柜排風機(Draught Fan)控制配置DDC 實現控制功能；
2）每一組通風柜排風機配置(deploy)一臺變頻器；
3）每一組通風柜排風機的主風道上配置風道靜壓傳感器檢測風道壓力；
4）每一臺通風柜排風機的主風道上配置氣流開關，檢測風機的實際起停狀態；
5）風機(Draught Fan)控制包括啟停控制、變頻控制、風機報警；
6）DDC 控制系統根據風道壓力的變化，隨時調整風機(Draught Fan)的轉速，確保文丘里閥正常工作；
7）DDC 控制（control)系統根據風機(Draught Fan)氣流開關狀態判斷排風機是否故障，以作相應的報警。
3.5 實驗（experiment)室通風柜補風系統：
由于實驗室通風柜排風量很大，造成實驗室內負壓過大。實驗室送風量除應滿足實驗室的舒適性外，同時還要考慮對排風的補充風量。設計由室外引進新風管道經過濾器送入實驗室，（進實驗室后加止回閥(check valve；reflux valve)，以防止風從負壓小的實驗室進入負壓大的實驗室）。隨著實驗室內通風柜啟動排風量增大，室外新風由負壓被吸進室內，氣流達到動態平衡。同時也保證實驗室氣流流向穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，且始終處于負壓狀態，使被污染氣體不進入走道。送風口設在通風柜上方，使室外風直接經通風柜排出室外，減少了房間冷熱負荷。實驗室空調系統設計為風機盤管空調系統，空調送風口應遠離通風柜，以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內結露。為減少能量損失，此設計根據各房間使用功能分若干系統設有全熱交換器，局部排風口設于實驗室內各試驗臺上方。
實際試運行初期遇到的問題與原因分析：
該實驗室空調系統自夏天交付給業主使用以來，出現主要這樣兩個問題：
房間濕度有時過大，部分送風口出現了結露現象。
原因分析及解決方案如下：針對4.1的問題主要整個系統安裝完畢后分包單位未對送回排風口進行仔細調試，導致大量未經處理的無組織熱濕空氣進入。后根據檢查結果責令分包單位嚴格根據設計要求進行調試，重新定義了各風口風量，使無組織進入室內的風量減少，解決了結露問題。
房間的負壓過大，且不同房間冷熱不均。
原因分析及解決方案如下：針對4.2的問題主要是排風柜本身有多處漏風，另局部排風點分包單位為貪圖簡便使用軟管連接而未安裝風閥，導致排風量大于設計值。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環境。后根據檢查結果要求供應商對排風柜進行改造，封堵住了漏風的縫隙，還在局部排風罩上加裝了風量調節閥門，重新調整了風管斷面風速下的排風量。
結語：
實驗室通風設計及通風柜控制的安全性、可靠性，氣流流向、房間壓力、補風控制的穩定性，乃至整個系統的節能、環保等多方面因素都直接決定實驗室通風系統設計的優劣，實驗室的排風量相對舒適性空調房間要大很多，換氣次數很大又要保持微負壓狀態還要控制室內的溫濕度有一定的困難（difficult)，為避免出現以上問題，應在設計階段就對溫濕度控制引起充分重視，且充分考慮漏入室內的空氣對室內溫濕度的影響；施工階段應充分的監督施工單位的施工過程，施工完畢后應進行系統調整以使系統按設計要求運行。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環境。
參考文獻：
通風與空調工程施工及驗收規范（GB50243-2002）
采暖通風與空氣調節設計規范（GB50019-2003 ）
實驗室生物安全通用要求（GB19489-2004）
工程概況：
本工程為張江某外資項目生物研發樓，由三棟主樓組成，其中兩棟研發樓每棟地上6 層，建筑面積7232m2。首層建筑層高4.80m，2~6 層建筑層高4.0m。研發樓主要由實驗室用房組成，另包含一些附屬辦公用房及車庫，每棟設通風柜150 臺。
通風系統的設計：
3.1 主要設計思路
（1）實驗室安裝獨立的送排風系統，以控制（control)實驗室氣流方向和壓力梯度。應確保在使用實驗室時氣流由清潔區流向污染區，同時做到實驗室有害氣體經處理后排放。
（2）實驗室通風柜設計數量，要求能滿足實驗時所要求的排風量，通風柜采用機械排風方式。由于實驗室通風柜排風量很大，因此實驗室送風應考慮補風。
（3）在維持一個安全舒適的室內環境的同時應盡可能減少能耗，考慮（consider)采用熱回收方式。實驗室建設實驗室裝修采用可靠的材料，合理的施工措施，保證潔凈實驗室-生物安全實驗室始終處于相對密封的環境，防止微生物的外逸，易于實驗室的清潔消毒，同時避免外部對實驗室環境的破壞。
3.2 排風方式的確定：
要保證實驗人員的安全，則應保證通風柜的面風速恒定在安全范圍內，國際上認同的一般標準是（0.5 ～0.1）m/s。這就需要過在通風柜的調節閥處的傳感器(transducer)變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)控制系統，以確保通風柜排風量達到給定的面風速。當操作人員在通風柜前有擾動行為時可實現較高的面風速（0.5m/s）；當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環境的前提下，減少排風量，實現了節能。由于大部分時間均在小流量條件下運行，系統噪音較低；通風柜變風量控制原理見圖1，主要設備和性能如下：
（1）配置Phoenix 文丘里閥控制通風柜排風量，閥門特性：閥門壓降在150~750Pa 范圍內風量與風道靜壓力無關；風量控制相對精度為5%；閥門控制響應速度小于1s；風量控制誤差小于依5%；閥門調節比大于16:1。
（2）調節門開度的檢測配置調節門開度傳感器（VSS）。
（3）每臺通風柜控制配置一臺監控器（FHM），監控器根據調節門開度控制通風柜排風量確保調節門任意開度下通風柜面風速恒定：有人操作時，面風速0.5m/s；無人操作時，面風速0.3m/s。監控器特性：LCD動態顯示實際的面風速；對排風系統故障作出聲光報警；緊急情況下，操作人員可通過控制器面板按鍵強制設定通風柜排風為最大。
圖1：通風柜控制原理圖
3.3 通風柜排風量計算：
通風柜的排風量按下式計算：
L = 3600 Av β
式中L— 通風柜排風量，m3/h；
A — 通風柜拉門面積，m2；
v— 通風柜的面風速，m/s，設定為0.5m/s；
β— 通風柜排風量修正系數。一般為1.05～1.1
3.4 實驗室通風柜排風系統設計
（1）由于本工程通風柜數量多，不能每臺通風柜單獨設排風系統，否則風機和垂直風管太多，占地面積太大，不美觀也難以布置。故與業主方協商，采用壓力無關型集中變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)排風系統，即多個排風柜共用一臺風機及一個排風管的方法。配置原則：將實驗性質相同的實驗室排風系統集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設排風系統；對有可能造成空氣污染的排放物設有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規定的限制，并通過有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發生爆炸的可能。
（2）各實驗室通風柜，通風沿豎向劃分排風系統，通風管道采用垂直敷設方式接至屋頂風機(roof ventilator)。通風管道采用無機玻璃鋼風管。調查與其余類似項目經驗表明此實驗樓150臺通風柜多數時間都不會同時運行，考慮到初投資(意義:是未來收益的累積)與運行費用的節省，本項目采用變頻（frequency conversion)風機自控系統。由于通風柜的使用數量及柜門開啟大小變化，造成管道內靜壓的變化，通風機由風道內的靜壓信號實現變頻調速，從而達到節能運行。根據實驗室的性質及位置（position )，本設計將150 個通風柜劃分為10 個變風量(定義:單位時間內空氣的流通量)排風系統，控制方法和功能如下：
1）通風柜排風機(Draught Fan)控制配置DDC 實現控制功能；
2）每一組通風柜排風機配置(deploy)一臺變頻器；
3）每一組通風柜排風機的主風道上配置風道靜壓傳感器檢測風道壓力；
4）每一臺通風柜排風機的主風道上配置氣流開關，檢測風機的實際起停狀態；
5）風機(Draught Fan)控制包括啟停控制、變頻控制、風機報警；
6）DDC 控制系統根據風道壓力的變化，隨時調整風機(Draught Fan)的轉速，確保文丘里閥正常工作；
7）DDC 控制（control)系統根據風機(Draught Fan)氣流開關狀態判斷排風機是否故障，以作相應的報警。
3.5 實驗（experiment)室通風柜補風系統：
由于實驗室通風柜排風量很大，造成實驗室內負壓過大。實驗室送風量除應滿足實驗室的舒適性外，同時還要考慮對排風的補充風量。設計由室外引進新風管道經過濾器送入實驗室，（進實驗室后加止回閥(check valve；reflux valve)，以防止風從負壓小的實驗室進入負壓大的實驗室）。隨著實驗室內通風柜啟動排風量增大，室外新風由負壓被吸進室內，氣流達到動態平衡。同時也保證實驗室氣流流向穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，且始終處于負壓狀態，使被污染氣體不進入走道。送風口設在通風柜上方，使室外風直接經通風柜排出室外，減少了房間冷熱負荷。實驗室空調系統設計為風機盤管空調系統，空調送風口應遠離通風柜，以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內結露。為減少能量損失，此設計根據各房間使用功能分若干系統設有全熱交換器，局部排風口設于實驗室內各試驗臺上方。
實際試運行初期遇到的問題與原因分析：
該實驗室空調系統自夏天交付給業主使用以來，出現主要這樣兩個問題：
房間濕度有時過大，部分送風口出現了結露現象。
原因分析及解決方案如下：針對4.1的問題主要整個系統安裝完畢后分包單位未對送回排風口進行仔細調試，導致大量未經處理的無組織熱濕空氣進入。后根據檢查結果責令分包單位嚴格根據設計要求進行調試，重新定義了各風口風量，使無組織進入室內的風量減少，解決了結露問題。
房間的負壓過大，且不同房間冷熱不均。
原因分析及解決方案如下：針對4.2的問題主要是排風柜本身有多處漏風，另局部排風點分包單位為貪圖簡便使用軟管連接而未安裝風閥，導致排風量大于設計值。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環境。后根據檢查結果要求供應商對排風柜進行改造，封堵住了漏風的縫隙，還在局部排風罩上加裝了風量調節閥門，重新調整了風管斷面風速下的排風量。
結語：
實驗室通風設計及通風柜控制的安全性、可靠性，氣流流向、房間壓力、補風控制的穩定性，乃至整個系統的節能、環保等多方面因素都直接決定實驗室通風系統設計的優劣，實驗室的排風量相對舒適性空調房間要大很多，換氣次數很大又要保持微負壓狀態還要控制室內的溫濕度有一定的困難（difficult)，為避免出現以上問題，應在設計階段就對溫濕度控制引起充分重視，且充分考慮漏入室內的空氣對室內溫濕度的影響；施工階段應充分的監督施工單位的施工過程，施工完畢后應進行系統調整以使系統按設計要求運行。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環境。
參考文獻：
通風與空調工程施工及驗收規范（GB50243-2002）
采暖通風與空氣調節設計規范（GB50019-2003 ）
實驗室生物安全通用要求（GB19489-2004）
實驗室空氣凈化要求
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