某醫(yī)院實(shí)驗(yàn)區(qū)暖通設(shè)計(jì)實(shí)例

李甜

（雅柯鈦浦（上海）工程咨詢(xún)有限公司，上海 200000）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)和生活技術(shù)日益更新，越來(lái)越多的大企業(yè)、知名企業(yè)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求。本項(xiàng)目位于上海浦東區(qū)，業(yè)主為某醫(yī)院。本設(shè)計(jì)為5～10層的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)，總面積約為5 000 m2，實(shí)驗(yàn)室由普通實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物房實(shí)驗(yàn)室、潔凈實(shí)驗(yàn)室?guī)撞糠纸M成。空調(diào)箱、排風(fēng)機(jī)設(shè)備放置在屋頂，排風(fēng)經(jīng)過(guò)處理后高位排放。本文主要對(duì)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 設(shè)計(jì)原則

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)首先要保證實(shí)驗(yàn)室安全。

定風(fēng)量CAV空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：通過(guò)定風(fēng)量閥門(mén)和調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)來(lái)保證房間相對(duì)負(fù)壓恒定，其優(yōu)點(diǎn)為控制方便、造價(jià)低，但不夠節(jié)能。

變風(fēng)量VAV空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：風(fēng)量通過(guò)通風(fēng)柜操作門(mén)位置的改變呈線(xiàn)性變化，空調(diào)送風(fēng)量維持室內(nèi)相對(duì)負(fù)壓而隨排風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)，既滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室的安全性要求，又適合通風(fēng)柜的風(fēng)量變化。

雙穩(wěn)態(tài)空調(diào)系統(tǒng)：通風(fēng)柜的排風(fēng)量只有高、低風(fēng)量?jī)煞N狀態(tài)，較多地用于變風(fēng)量型通風(fēng)柜值班和操作切換工況，調(diào)節(jié)性能和投資費(fèi)用介于定風(fēng)量和變風(fēng)量之間。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路：首先根據(jù)工藝要求和功能布局、建筑底圖確定通風(fēng)柜、萬(wàn)向罩、試劑柜等數(shù)量，其次計(jì)算校核房間的換氣次數(shù)。當(dāng)換氣次數(shù)小于等于10ACH或者排風(fēng)系統(tǒng)最大、最小換氣次數(shù)接近時(shí)，使用定風(fēng)量閥門(mén)，降低初步投資；當(dāng)換氣次數(shù)遠(yuǎn)大于10ACH時(shí)，可結(jié)合初投資運(yùn)行費(fèi)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，使用變風(fēng)量系統(tǒng)或雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。為了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，定風(fēng)量、變風(fēng)量閥門(mén)選用壓力變化無(wú)關(guān)型，變風(fēng)量型通風(fēng)柜風(fēng)量的測(cè)定和控制以柜門(mén)位移為信號(hào)，控制范圍精確調(diào)節(jié)比為10∶1，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為1～2 s，房間壓力控制采用直接壓力控制，風(fēng)管內(nèi)定、變風(fēng)量閥門(mén)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)在150～750 Pa之間，排風(fēng)量文丘里閥門(mén)需要選用酚醛涂層和不銹鋼無(wú)孔擴(kuò)散段，增強(qiáng)防腐性能。

2 工程特色及難點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室空氣中一般都含有對(duì)人體有害的物質(zhì)，需要排至室外，排風(fēng)根據(jù)具體情況處理后再排放。

空調(diào)系統(tǒng)采用直流系統(tǒng)，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)很多能源，不利于節(jié)能。為避免交叉污染，本項(xiàng)目采用乙二醇熱回收的方式。整個(gè)6層實(shí)驗(yàn)室大部分房間有不同的排風(fēng)設(shè)備，比如通風(fēng)柜、安全柜、萬(wàn)向罩、試劑柜、設(shè)備排熱等。通風(fēng)柜排風(fēng)是變化的，安全柜、萬(wàn)向罩、設(shè)備排熱、試劑柜排風(fēng)是固定的。另外，在設(shè)備不排風(fēng)時(shí)，需要保持人員及實(shí)驗(yàn)室潔凈需求的換氣次數(shù)。實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量、定風(fēng)量和局部排風(fēng)量會(huì)給房間帶來(lái)風(fēng)量平衡、壓力控制、溫濕度控制等問(wèn)題。

3 設(shè)計(jì)依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)需依據(jù)上海的氣象參數(shù)。

潔凈區(qū)細(xì)胞培養(yǎng)：溫度20～24℃，濕度45%～65%，人員新風(fēng)40 CMH，潔凈級(jí)別C級(jí)，最小換氣次數(shù)20ACH。

潔凈區(qū)分子實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物房：溫度20～24℃，濕度45%～65%，人員新風(fēng) 40 CMH，潔凈級(jí)別7級(jí)，最小換氣次數(shù)15ACH。

敞開(kāi)實(shí)驗(yàn)室等：溫度18～25℃，濕度35%～65%，人員新風(fēng)40 CMH，潔凈級(jí)別NC級(jí)，最小換氣次數(shù)6ACH。

4 空調(diào)系統(tǒng)

4.1 空調(diào)系統(tǒng)概述

空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，由于實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜、試劑柜、萬(wàn)向罩等排風(fēng)設(shè)備比較多，排風(fēng)量也較大，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能會(huì)引起室內(nèi)的溫濕度、壓力波動(dòng)。為保證實(shí)驗(yàn)室房間的溫濕度、壓力等參數(shù)波動(dòng)穩(wěn)定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用送風(fēng)變風(fēng)量閥門(mén)控制，根據(jù)排風(fēng)需要將排風(fēng)相應(yīng)地改為定風(fēng)量或變風(fēng)量閥門(mén)控制。比如，通風(fēng)柜排風(fēng)采用變風(fēng)量閥門(mén)控制，萬(wàn)向罩試劑柜等采用定風(fēng)量閥門(mén)控制，房間排風(fēng)可以根據(jù)具體情況而定，不過(guò)至少也要做到定風(fēng)量閥門(mén)控制，否則不利于整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試和風(fēng)量平衡控制。

根據(jù)ASHRAE要求，實(shí)驗(yàn)室實(shí)際換氣次數(shù)與通風(fēng)柜數(shù)量、風(fēng)量、開(kāi)啟臺(tái)數(shù)有關(guān)，同時(shí)房間最小換氣次數(shù)要求滿(mǎn)足6～10 ACH，實(shí)驗(yàn)室無(wú)人時(shí)可以減少至4～6 ACH。另外，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜排風(fēng)不作為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)施，當(dāng)其關(guān)閉時(shí)考慮到200 CMH的排風(fēng)量足夠，不能作為0 CMH考慮。

實(shí)驗(yàn)室噪聲要求：為了給實(shí)驗(yàn)人員提供安靜、舒適的工作環(huán)境，房間噪聲應(yīng)該控制在45 dB以?xún)?nèi)，因此排風(fēng)機(jī)、空調(diào)箱、站房等有震動(dòng)的設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離室內(nèi)，有條件的最好在風(fēng)管上做好降噪措施，其他部分設(shè)備也需做好減震措施。

通風(fēng)柜有標(biāo)準(zhǔn)型、旁通型、變風(fēng)量型、補(bǔ)風(fēng)量型幾種，能夠有效吸收實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有害氣體，維持實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生，保護(hù)實(shí)驗(yàn)室人員的健康，具有高度的安全性、操作性和節(jié)能性。根據(jù)長(zhǎng)度，可將通風(fēng)柜分為1 000 mm、1 200 mm、1 500 mm和1 800 mm等不同類(lèi)型，類(lèi)型不同，所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量也不同，在實(shí)際選用時(shí)，需要弄清業(yè)主的需求。

通風(fēng)柜最小吸風(fēng)面風(fēng)速：國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人體無(wú)害但有污染的風(fēng)速為0.3/0.4 m/s；輕度、中度或有害、有危險(xiǎn)的風(fēng)速為0.4/0.5 m/s；有極度危害或釋放少量放射性有害物質(zhì)的風(fēng)速為0.5/0.7 m/s。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)低于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閲?guó)外設(shè)備測(cè)試的環(huán)境與國(guó)內(nèi)不同，國(guó)外比較嚴(yán)格，因此不同項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需要在計(jì)算開(kāi)始時(shí)與業(yè)主討論確定。本項(xiàng)目使用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 空調(diào)箱功能段組成

細(xì)胞培養(yǎng)、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潔凈區(qū)空調(diào)采用凈化循環(huán)空調(diào)箱，同時(shí)設(shè)置送排風(fēng)乙二醇熱回收系統(tǒng)，以便達(dá)到節(jié)能的目的。新風(fēng)量滿(mǎn)足人員衛(wèi)生、工藝排風(fēng)要求及房間壓力要求。回排風(fēng)口置于對(duì)人員及產(chǎn)品無(wú)影響的區(qū)域，送風(fēng)口根據(jù)需求，比如細(xì)胞培養(yǎng)等有潔凈等級(jí)的需求設(shè)計(jì)H13高效送風(fēng)。AHU設(shè)置蒸汽加濕段、表冷段、加熱段，用于控制房間溫度和保證濕度不低于下限值。循環(huán)空調(diào)箱由新回風(fēng)混合段、初中效過(guò)濾段G4＋F6、乙二醇回收段、表冷盤(pán)管段、加熱盤(pán)管段、風(fēng)機(jī)段、中效段F9、消聲段、干蒸汽加濕段組成。排風(fēng)需高出屋面6 m排放。

潔凈室（除潮濕房間）空調(diào)送風(fēng)采用吊頂高效送風(fēng)口，回風(fēng)和排風(fēng)采用單層百葉下側(cè)，保證良好的氣流組織。對(duì)于潔凈區(qū)潮濕房間，空調(diào)送風(fēng)采用吊頂高效送風(fēng)口，回風(fēng)和排風(fēng)采用吊頂單層百葉，以避免工作區(qū)潮濕產(chǎn)生的微生物返回空調(diào)系統(tǒng)。潔凈室房間送回排支管均設(shè)置CAV/VAV閥門(mén)，以滿(mǎn)足房間的壓差要求，房間壓力通過(guò)VAV控制，空調(diào)系統(tǒng)為變風(fēng)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)區(qū)采用直流式全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置送排風(fēng)乙二醇熱回收系統(tǒng)，以便達(dá)到節(jié)能的目的。新風(fēng)量滿(mǎn)足人員衛(wèi)生、工藝排風(fēng)要求及房間壓力要求。回排風(fēng)口置于對(duì)人員及產(chǎn)品無(wú)影響的區(qū)域，AHU設(shè)置蒸汽加濕段、表冷段、加熱段，用于控制房間溫度和保證濕度不低于下限值。直流空調(diào)箱由新風(fēng)段、初中效過(guò)濾段G4＋F6、乙二醇回收段、表冷盤(pán)管段、加熱盤(pán)管段、風(fēng)機(jī)段、中效段F9、消聲段、干蒸汽加濕段組成。

5 房間風(fēng)量計(jì)算注意事項(xiàng)

計(jì)算房間風(fēng)量時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①通風(fēng)柜排風(fēng)最大值和最小值需根據(jù)通風(fēng)柜操作面的面積計(jì)算，如果通風(fēng)柜廠(chǎng)家提供了參數(shù)，則可以參考使用。②烘箱、萬(wàn)向罩、試劑柜等排風(fēng)設(shè)備需要由供應(yīng)商提供準(zhǔn)確的數(shù)值。如果設(shè)計(jì)初期沒(méi)法提供，可以按照150～200 CMH估算。③通風(fēng)柜面風(fēng)速一般為80～120 fpm，本項(xiàng)目取100 fpm，0.5 m/s。面風(fēng)速過(guò)低會(huì)導(dǎo)致有害氣體外溢，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)柜內(nèi)部產(chǎn)生亂流，從而溢出通風(fēng)柜危害實(shí)驗(yàn)人員，同時(shí)過(guò)大的排風(fēng)量不利于節(jié)能。④最小換氣次數(shù)需要根據(jù)具體房間及房間設(shè)施危險(xiǎn)等級(jí)來(lái)定。⑤房間處于負(fù)壓，房間風(fēng)量平衡很重要，比如房間與走道之間的壓差、房間內(nèi)部通風(fēng)柜與房間的壓差等。

6 本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室安全控制及要求

本次項(xiàng)目包含動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室部分，這部分比較特殊，根據(jù)國(guó)家動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室規(guī)范，需要對(duì)溫濕度及壓差梯度進(jìn)行控制。

不同動(dòng)物對(duì)溫濕度有不同的要求，此次嚙齒類(lèi)動(dòng)物溫度要求為20～25℃，溫度變化范圍為±1℃，因此設(shè)計(jì)溫度定為22℃±1℃；適當(dāng)?shù)臏囟认驴梢越邮艿臐穸纫鬄?0%～70%，因此設(shè)計(jì)濕度定為50%為宜。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)稍微高于普通實(shí)驗(yàn)室，在10～20ACH，壓差范圍一般在25～50 Pa；壓差梯度很重要，需從清潔向污染的方向流動(dòng)，通過(guò)各個(gè)房間的風(fēng)量平衡控制氣流方向。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室潔凈等級(jí)定義為7級(jí)（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的等級(jí)一般在7～8級(jí)）；氨氣濃度14 mg/m3，噪聲≤60 dB，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況24 h。

獨(dú)立雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：房間送風(fēng)管和排風(fēng)管上安裝定風(fēng)量文丘里閥門(mén)，根據(jù)確定的房間換氣次數(shù)和余風(fēng)量調(diào)整送風(fēng)量和排風(fēng)量；IVC的排風(fēng)管上安裝定風(fēng)量籠架閥。

7 總結(jié)

對(duì)于潔凈的實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物房，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量平衡很重要，需要業(yè)主提供工藝設(shè)備的排風(fēng)數(shù)據(jù)。工藝設(shè)備散熱散濕不可忽視，壓差梯度及換氣次數(shù)是實(shí)驗(yàn)室潔凈度的保證，熱交換很有必要。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)需謹(jǐn)慎，溫濕度、壓差梯度、氣流方向、換氣次數(shù)、系統(tǒng)風(fēng)量平衡一個(gè)都不能忽視。

［1］實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊(cè)（2016版）［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2016.

［2］陳培聰.探析實(shí)驗(yàn)室暖通變風(fēng)量的控制及暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)與財(cái)富，2016（8）.

［3］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50447—2008實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.