化學實驗室通風系統工藝優化技術

卞曉紅　劉明艷　王慶波

摘 要：目前國內許多研發中心實驗室環境惡劣，布局混亂、風管錯綜復雜，沒有從根本上考慮到通風系統對于實驗室的重要性，故結合自己的工作實踐和理論研究，探討一下研發實驗室通風系統的方案優化及方法。

關鍵詞：化學實驗室；定風量通風系統；變風量通風系統；補排風聯動型控制模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.006

由于企業對實驗室不夠重視，以往的實驗室設計理念缺乏長遠、整體的規劃，實驗室之間布置格局紊亂，不能整體協調，設備的利用率低，投資效益差，實驗室室內、走道氣味刺鼻通風效果差，設備噪音大，耗能高，風管布置雜亂無章，三廢處理不當達不到環保要求等諸多問題。所以對于設計一個美觀、舒適、適用、安全的現代化實驗室是很有價值的。

1 化學實驗室設計要求

實驗室是廣泛存在于化工類企業及科研機構中，其特點是在實驗室內設置通風柜或者萬向排風罩將有害氣體排除室內再經尾氣吸收裝置達標后排至大氣中，而根據ASHRAE對實驗室的要求，化學實驗室要求送風全部采用新風，排風100%全部排出室外，通風柜的排氣不能在室內循環。

在研發中心實驗室的設計中，由于參與化學反應的原料一般具有一定的可燃性和毒性，再加上反應過程中操作等原因，實驗室內的空氣受到污染，如果不及時將實驗室內的有害氣體排出，勢必影響實驗人員的身體健康（一般化學實驗室換氣次數要求6-15次，有機合成化學實驗室換氣次數要求15-18次，實驗室無人時換氣可減少為4次）；其次，實驗室有毒有害氣體如果散發到廠房外，也會造成周圍其他環境的污染。因此如何將實驗室產生出來的有害氣體及時排出并且對其無害化處理便是我們設計中的重點。而在設計如何做到有效控制有害氣體的擴散污染使實驗室內環境滿足衛生生產要求是我們實驗中的主要任務。

2 研發實驗室通風系統分析

創造一個美觀、安全、舒適、經濟適用的現代化理想實驗環境是我們設計的宗旨。而通風系統則是此次設計的核心，以往國內許多研發中心實驗室沒有從根本上考慮到通風系統對于實驗室的重要性，在初期通風系統的選擇上往往以成本來定奪，而忽略運行的費用；然而通過對幾種通風系統模式的市場調查及以往項目的的成果分析得出，從初期投資及運行費用這兩方面綜合比較，采用變風量控制系統中的補風聯動型控制模式是比較經濟適用的，既能節約資金，又能降低能耗。

所以實踐中按照企業相關性緊湊布局實驗室內的通風柜等設備，盡量減少風管的走向；采用變風量通風系統（VAV）中的補風聯動型控制模式，；每臺通風設備可單獨控制，而不影響其它設備使用；選擇變頻送排風機組，根據通風工作面情況末端可以獨立控制風量調節風速，在自動控制系統的合理控制下，風機只按實際負荷需要運行，噪音低、降低主管道風速，因此可大幅度減少風機的動力耗能和運行費用還有利于房間的靈活分隔。和定風量空調系統相比，變風量通風系統能耗一般可節約1/3，兩年內節電所省的費用就可收回控制系統的投資。另外變風量通風系統還具有分室調節的能力，靈活性高。

3 研發實驗室通風系統優化

根據以上對實驗室通風系統的分析，選擇變風量通風系統中補風聯動型控制模式，結合試驗室的布局及尾氣處理，減少尾氣對環境的危害，確定優化技術方案如下：

首先通風柜配備二級調控及面板、風閥、變風量控制系統，自動控制使用方便，可自由控制通風設備的開啟或關閉；面風速保持在0.5m/s±20%；通過面風速傳感器實施監測實際面風速，面風速不在設定范圍內時監控器聲光報警；當通風柜調節門位置變化時，通風柜的面風速變化，面風速傳感器感知風速變化，將值傳遞至通風柜監控器，后者將比較通風柜面風速值與設定面風速值，并調節閥門的開度，使面風速達到設定值且響應時間小于2秒的目標。根據試驗需求，普通實驗室采用蝶閥，特殊實驗室采用文丘里風量控制閥，文丘里風量控制閥是一個高密度、高速反應的風量控制設備，具有高精度、高速反應（響應時間小于1秒）、高調節比（高達20：1）、無需直管段、維護簡單等特性。

其次實驗室根據更能劃分，需要排風的部位集中布局，從而使風管緊密銜接，盡量不上下穿插，從而也減少了風管的走向，節約成本。

再次為保證排風盡可能的全部排出室外，減少人員暴露在危險空氣下的可能性，采用變頻排風機，排風機組與變風量通風柜連鎖控制。風機風量隨通風柜的開啟數量的增加而增大，隨開啟數量的減少而減小，根據每組通風柜的排風量確定排風機組的大小。變頻排風機排風效果好、噪音低，節能降耗。

最后化學實驗室在排風的同時需補風，這樣才能保持實驗室內氣流平衡與溫度平穩。補風控制系統與排風控制系統是聯動的。當實驗室內排風設備每增加一組，排風系統自動讓排風風機增加一個排風量，同時這個控制信號送給補風系統，同步增加一個補風量，反之也相同，故根據選擇的排風機組，對應選擇相應的補風機組。

優化結果如圖1：

通過以上對實驗室通風系統方案的優化，以及完善對實驗室的設計，可有效節約能源，減少運行費用，并能減少尾氣對人體及環境的危害。但對目前的研發實驗室來說，試驗試劑品種繁多，其中不乏易燃易爆及有毒物料，對人體的危害還是不能得到有效解決。因此，對實驗室通風系統的優化和改進還有很多的路要走，期待更多的技術人員去研究和實踐，創造一個適用、經濟、健康、環保的現代化實驗室。

參考文獻：

[1]《化工采暖通風和空調調節設計規范》HG/T20698-2009[S].

[2]《科學實驗室建筑設計規范》JGJ91-93[S].