中學化學實驗教室桌面通風系統運行分析與改造設計

劉 拓

(翰林(福建)勘察設計有限公司 福建福州 350001)

0 引言

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學實驗教室作為進行學生實踐、探究化學實驗的重要場地，在中學教學中的重要性不言而喻。

1 常規化學實驗教室桌面通風系統

化學實驗過程中使用的藥品及發生的化學反應，會產生一些余熱余濕及有害物質。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50736-2012)第6.1.1條規定，宜采用通風措施加以消除[1]。從總體規劃、建筑設計和工藝等方面考慮，目前中學化學實驗教室桌面通風的主要設計做法如下：

(1)平面布置

化學實驗教室桌面通風系統主要由實驗室桌面通風口、風管、吸附式實驗室毒氣處理器以及排風機等構件組成。實驗室桌面末端通風口，通過風管及排風豎井連接，放置在屋面上的吸附式實驗室毒氣處理器及排風機，將室內余熱余濕及有害物質排出室外。其中風管及其配件通常采用鍍鋅鋼板制作，埋地敷設在管溝中。圖1為常規化學實驗教室桌面通風系統的平面布置圖。圖2為常規化學實驗教室桌面通風系統的屋面層平面布置圖。

圖1 常規化學實驗教室桌面通風系統的平面布置圖

圖2 常規化學實驗教室桌面通風系統的屋面層平面布置圖

(2)設備及系統

根據《中小學校設計規范》(GB50099-2011)第9.1.3條規定，采用換氣次數確定室內通風量時，實驗室室內最小通風換氣次數標準如表1所示[2]。

表1 實驗室的最小換氣次數標準

根據不同教室的面積大小，通過計算可得單個教室排風量約為1200～1500 m3/h。根據其特點，在考慮管道各部件阻力損失，以及滿足節能及綠色建筑評價標準的情況下，通常風機選用風量較小、風壓較大的柜式離心風機箱。柜式離心風機箱一般設在屋面上，并設防雨遮。

化學實驗過程中使用的藥品及化學反應產生的余熱余濕及有害物質，主要包括SO2、NO2、H2S、O3、HCN、有機磷農藥及有機氣體等。因此，選用的吸附過濾式實驗室毒氣處理器，對上述有害氣體、煙塵以及空氣中0.3 μm以上的固、液、氣溶有效過濾。圖3為化學實驗教室系統安裝示意圖。

圖3 化學實驗教室系統安裝示意圖

2 某實例工程驗收過程中的問題及分析

實例工程為某中學實驗樓改造修繕工程，原建筑耐火等級為二級，改造后建筑等級為二級；總建筑面積5499.5 m2，建筑基底面積1035 m2；建筑總層數為地上6層，建筑總高度為23.55 m；該建筑設有化學實驗教室及其準備室、物理實驗教室及其準備室、生物實驗教室及其準備室、美術教室以及通用電子教室等。其中化學實驗教室設于一、二層，上下兩層同一位置的桌面通風系統通過排風豎向井道連接，共用一臺柜式離心排風機以及吸附式實驗室毒氣處理器，將室內有害物質排出室外。柜式離心排風機以及吸附式實驗室毒氣處理器設于屋面上。風管均采用鍍鋅鋼板制作，風管配件、鋼板厚度等均按《通風與空調工程施工質量驗收規范》(GB50243-2016)中的規定。本工程化學實驗教室桌面通風豎向系統圖如圖4所示。

在對工程驗收中發現，在屋面風機工作正常的情況下，化學實驗教室內的桌面通風口幾乎沒有任何風被吸入，這一問題應引起高度重視。

設計單位與學校、監理、施工進行交流，組織開展對現場進行實地勘察，分析了可能造成“無風現象”的原因，并針對各個環節進行逐一排查。首先，觀察到實驗桌面通風口與風管連接良好，但是打開管溝上地磚時發現，敷設于管溝中的風管存在多處彎曲變形。隨后，在排風豎井上鑿開一個約10 cm×10 cm的洞口，在風機正常工作的情況下，使用風速測量儀實測洞口風速約3.1 m/s，計算得出此處的排風量僅為111.6 m3/h，顯然無法達到設計的要求。通過繼續對排風豎井的深入觀察發現，排風豎井上存在多處漏風點，豎井內壁也沒有做到隨砌隨抹。最后，檢查風機的銘牌及施工內業資料，并對風機進行實測后認為，風機風量基本滿足設計的要求。

經過對現場的實地勘察與分析，總結出造成化學實驗教室內桌面通風口“無風現象”的主要原因為：

(1)風管敷設于管溝后，在后續的施工過程中未做好有效保護，造成風管的彎曲變形。

(2)排風豎井由于施工工藝方面的粗糙，造成嚴重漏風。

3 設計改造要點

通過對實例工程實地勘察的經驗總結，對中學化學實驗教室桌面通風常規做法，做了以下四方面改造設計：

(1)各化學實驗教室的桌面通風系統均單獨設置[3]，使得系統更加簡單明了，也使得系統內的干擾項和漏風點得到減少，對系統的排風效果起到一定的保障作用。

(2)在豎向排風井道中內嵌風管，不采用土建通風豎井。由于實際施工過程中，土建通風豎井往往很難做到密閉不漏風且表面光滑，因此，在豎向排風井道中內嵌風管，可以有效避免由于土建通風井道做工粗糙，造成漏風以及阻力增大的問題。

(3)化學實驗教室的桌面通風系統風管及其配件，均采用難燃B1級以上的硬聚氯乙烯材料制作[4]，有效防止實驗藥品及化學反應產生的氣體與管材發生化學反應，從而提高風管的耐腐性。

(4)當化學實驗教室設在首層時，埋地敷設在管溝中的風管優先采用圓形風管以提高耐壓性，并在施工過程中加以保護，防止風管受到擠壓變形。當化學實驗教室設在首層以上時，風管需設置在地壟墻之中，并加以保護。

圖5為改造后的化學實驗教室桌面通風系統平面布置圖。圖6為改造后的化學實驗教室桌面通風豎向系統安裝示意圖。

圖5 改造后的化學實驗教室桌面通風系統平面布置圖

圖6 改造后的化學實驗教室桌面通風豎向系統安裝示意圖

結合上述設計改進要點，針對實例工程的化學實驗教室桌面通風系統在驗收過程中發現的問題進行了整改，在各方努力下，系統的通風效果有了比較明顯的改善。

4 結語

化學實驗教室桌面通風系統是中學教學質量以及師生化學實驗安全的重要保障設施。按常規做法，在實際施工過程中，往往與設計要求存在一些偏差，效果難以得到保證。本文對常規化學實驗教室桌面通風系統及施工過程中存在的問題進行分析，并提出設計改造要點。改造后的化學實驗教室桌面通風系統現在已經應用在實際的工程設計之中。通過對已經完成設計及驗收任務的工程進行回訪，發現化學實驗教室桌面通風的效果相較常規做法有了明顯提高。系統經過嚴密性檢驗，在工作壓力下的風管漏風量滿足規范的規定[5]，得到了業主的好評，可供暖通設計人員參考。