淺談環境監測實驗室通風設計要求及案例分析

宋立新

(江陰市環境監測站，江蘇 江陰 214431)

在實驗室監測分析過程中，經常會產生各種有毒有害氣體，這些廢氣如不及時排至室外，不僅會腐蝕設備，影響分析精度，同時也會造成室內空氣污染，影響分析人員的健康和安全。因此在基建設計之初充分考慮實驗室通風要求非常重要。本文以江陰市環境監測站新實驗大樓為實例，對環境監測實驗室通風系統設計中需要解決的問題和注意事項進行探討。

1 環境監測實驗室通風需解決的問題

(1)保證實驗室環境安全：要做到室內保持一定狀態的負壓;做到新風全部來自室外，然后100%排出室外;通風柜的排氣不在室內循環;保證實驗室有足夠的換氣次數。

(2)符合實驗質控要求：要求通排風系統應有高度的系統穩定性和可靠性，并且合理設置送、排風區域，形成良好的氣流組織，避免交叉污染。

(3)達到經濟與舒適的共贏：通排風系統不僅要滿足舒適要求，還應達到降低能耗、運維方便、減少投資等的經濟目標。

2 江陰市環境監測站實驗室通風設計案例分析

2.1 實驗室概況

江陰市環境監測站于2011年10月啟用新的監測大樓，監測站用房面積達7259平方米，其中實驗室面積5719平方米［1］，已具現代化監測實驗室雛形。大樓從功能上分為辦公區域、實驗區域和配套服務服務區域。其中實驗區域包括物理、化學、生物及大型儀器分析等。

2.2 合理布局優化設計

該樓共五層，各樓層均為“回”字型布局。一樓主要為耗材、藥品、采樣設備庫房和接樣以及樣品保存間等;二樓、三樓南側為辦公區域，北側為常規分析實驗室;四樓為有機分析室;五樓為無機分析室。實驗樓通過合理設置樓層及房間分布，各樓層分設獨立送風管路，優化兼并排風管道，形成良好的氣流組織，避免交叉污染。該系統采用壓力無關型集中變風量排風系統，將同性質實驗室廢氣集中排放，避免了管道縱橫交叉影響美觀，通風管道垂直敷設方式接至樓頂風機。

2.3 充分估算風量保證室內新風

采用全新風系統，根據工藝要求和功能布置選擇一定數量的通風柜、抽氣式藥品柜和局部排風罩，根據通風柜及排風罩的數量及相應設計風量獲得總的通風量，然后選擇風量稍大于對應通風量的屋頂風機，同時也考慮到實驗室經后的發展變化，風機和管道等相應放置一些余量。各樓層不同實驗室均采用單獨風機及風道經屋頂風機排至室外機構。確保系統的穩定性和實驗室的安全性。

2.4 根據空氣中不同有害物質濃度限值調試面風速

通過在送、排風管道上安裝耐酸堿的定風量固定風閥或變風量文丘里閥相結合的方式，來控制好通風柜面風速。參照實驗室內空氣中有害物的最高容許濃度＞15 mg/m3的柜口面風速值0.35m/s，有害物質最高容許濃度為0.2～15mg/m3的柜口面風速值0.5m/s，劇毒或有少量放射性物質等最高容許濃度＜0.1 mg/m3的柜口面風速值0.75m/s［2］的標準進行調試面風速。實驗室設計新風量約為排風量的90%，滿足實驗室負壓的條件下，保證10次/小時的換氣次數要求［3］。應注意：通風柜的面風速并不是越大越好［4］。實驗表明，面風速過小，＜0.3m/s，操作人員擾動易造成通風柜內有害氣體外溢，對操作人員造成危害。通風柜調節門進風面風速過大，＞0.8m/s，也易造成柜內有害氣體外溢。通風柜內排風氣流應均勻，減少渦流，避免有害氣體濃度積聚，及時排出有害氣體。

通排風系統驗收過程中，實驗室會同施工單位對各通風柜面風速進行了性能測試。此次測試步驟，完全遵照美國國家標準“ANSI/ASHRAE 110－1995實驗室通風柜性能測試方式”中所規定的測試方式及步驟實施，測試內容主要分為：可視煙霧測試和表面風速分析。使用了Antari品牌F－80Z型煙霧產生器模擬煙氣排放，用TSI品牌9535－A型熱線式風速測量儀測試面風速。以四樓一有機前處理分析室為例，測試房間面積為50平方米，室內有6臺排風柜，排風柜通風控制采用電動風閥。電動風閥在實驗開始及完成時由實驗人員手動開啟或關閉，風閥根據柜門開啟的不同高度自動調節排風量，以保證面風速的恒定。通風柜門實際全開高度為0.77m，因此驗收選取了柜門開啟高度分別為0.25m，0.45m，0.77m三個高度，同時每層平均分成六個區域，在每個區域中心點位測量面風速。測量結果基本恒定在0.5m/s之±15%標準之內。

2.5 達到通風要求的同時充分考慮節能

由于空調系統在全年大部分時間里是在部分負荷下運行，而變風量空調系統是通過改變送風量來調節室溫的，因此可以大幅度減少送風風機的動力耗能。據模擬測算，當風量減少到80%時，風機耗能將減少到51%;當風量減少到50%時，風機耗能將減少到15%。全年空調負荷率為60%時，變風量空調系統(變靜壓控制)可節約風機動力耗能78%［5］。

通風柜的風量平衡采用兩段式通風控制系統保證風量平衡，即根據通風柜的位移信號，排風機、送風機有2種送風工況：定風量工況應用于維持最小換氣次數的要求，節約能耗;通風柜采用文丘里閥控制風量變化，根據通風柜柜門的位置變化而變頻，降低風量，保證通風柜面風速恒定。

2.6 廢氣處理排放

實驗室產生廢氣主要來自藥品柜、通風柜及局部排風罩排出等排風。實驗室在樓頂設計了噴淋塔和活性炭吸附箱，通過水噴淋吸收及活性炭吸附的方式處理后直接高空排放。確保廢氣安全排出。

2.7 實驗室通風設計探討

以上說明該實驗室通風系統基本達到了環境安全、質控合格、經濟與舒適共贏的要求。優點如下：①系統投入使用至今，實驗室通風及空調運行狀態良好;②實驗室無明顯的異味;③各功能區、實驗室間未發生交叉污染狀況;④通風系統與實驗室空調效果也基本能達到設計要求。

但是實驗室的建設是一次復雜的系統工程［6］，在裝備各種設備及配套設施的同時，既要考慮各設施設備滿足實驗要求，還應考慮設備的可操作性、操作的便利性以及投入使用以后的一系列問題。建議：①作為送、排風系統應該有更緊密的聯動措施，達到一鍵啟閉，或由專人負責，盡可能減少手動操作或誤操作的可能性;②需進一步考慮節能措施;③由專業運維團隊定期檢查維護。

3 結語

(1)實驗室通風目標是解決實驗室的安全問題［7］。

(2)設計過程中應通過精確的計算分析、合理的氣流組織，選擇合適的控制方式及排風處理措施避免風量急劇變化帶來的分析影響、管道內壓力安全以及特殊儀器實驗室環境要求的保證等等。

(3)在保證系統穩定的情況下盡量達到控制方便、降低能耗的雙贏效果。在實驗室建設之初對通排風系統進行一些初步探索，有利于建設過程中的質量把關或者建設目標的確定。

［1］卞金良，呂偉明，張潔.縣級環境監測站實驗室內部設計案例簡介和分析［J］.四川環境，2011.

［2］JGJ91－93科學實驗室建筑設計規范［S］.

［3］張紅賢.化學實驗室的通風設計標準和應用［J］.科技傳播，2011－7(上).

［4］吳曉平，郭穎燕，尚新大.關于對縣級疾控中心理化實驗室通風系統的思考［J］.中國衛生檢驗雜志，2010.

［5］郭傳忠.探析建筑能耗現狀及空調節能的技術途徑［J］.建筑工程技術與設計，2015(9)

［6］包永剛.化驗室建設之臺柜、載氣氣路施工安裝的探討與應用［J］.中國科技博覽，2014(4).

［7］王燕，周素文.由德國實驗室的安全設施引發的思考［J］.環境科學與管理，2013(1).