淺談實驗室通風空調(diào)系統(tǒng)設計

通風系統(tǒng)引起的空調(diào)補風能耗在實驗室空調(diào)能耗中占較大比例，是實驗室節(jié)能潛力的部分。按照我國現(xiàn)實國情，從各地項目的經(jīng)濟條件出發(fā)，選用合理的實驗室空調(diào)通風設計標準，采取靈活適用的空調(diào)冷熱源方案，研究實驗室變風量通風系統(tǒng)的設計方案，是較大幅度地減少實驗室新風能耗的一些方法，目的是從總體上降低實驗室空調(diào)能耗。同時，排風柜自循環(huán)過濾系統(tǒng)的應用，相比傳統(tǒng)的排風柜形式，其在新風能耗方面的節(jié)能潛力優(yōu)勢明顯，值得進一步研究及推廣。

有資料表明，一個實驗室規(guī)范及人員舒適性要求的實驗室，其單位面積的空調(diào)負荷明顯大于一般的辦公室需求，有些實驗室的空調(diào)負荷(制冷)實際需求甚至超過 300w/m2，遠大于甲級辦公樓的負荷值。因此，如何在工程設計上有效降低實驗室空調(diào)能耗，為用戶帶來客觀的運行費用節(jié)省，有其探討價值。

環(huán)境要求

本建筑內(nèi)質(zhì)量實驗室、車間實驗室、化學室位于2層，環(huán)保實驗室、樣品室位于3層，室內(nèi)布置有臺式通風柜、萬象抽氣罩、安全柜及烤箱架等需要通風的實驗設施;根據(jù)業(yè)主方的要求，實驗室及樣品室的濕度均要求在50%，質(zhì)量實驗室、車間實驗室及環(huán)保實驗室有恒溫要求。實驗室及樣品室均要求為室內(nèi)負壓，負壓數(shù)值無需準確控制。

實驗室通風系統(tǒng)設計原則

實驗室的通風設計應滿足實驗室的安全性、經(jīng)濟性、技術*性與安裝使用維護的便利。實驗室通風必須保證工作人員的安全和健康，即需保證排風柜入口合適的面風速，送排風閥的快速啟動及風機風量的匹配，實驗室內(nèi)相對于建筑其他區(qū)域一定為負壓，回風不可利用，全新風，并保證室內(nèi)最小的換氣次數(shù)。據(jù)以上原則，本項目實驗樓根據(jù)樓層布局采用獨立的空調(diào)新風送風系統(tǒng)和獨立的排風系統(tǒng)。實驗室每個排風柜為變風量排風，保持其入口平均面風速隨著柜門開度的變化快速反應。在安全柜等排風設備為定風量排風。根據(jù)實驗室的具體情況，可能配置變風量或定風量室內(nèi)輔助排風閥從吊頂上排風。通過這些排風控制閥，既保證了通風設備的正常工作，又能滿足室內(nèi)換氣次數(shù)的要求。

考慮實驗室的實際需要和使用情況，配置有變風量閥的通風柜的實驗室設置2個開關:緊急排風工況開關和夜間工況開關。在緊急排風工況時，排風柜的排風量始終保持最大排風量，而無論柜門處于什么樣的位置。當實驗室有藥品試劑打翻等緊急情況下，或某臺排風柜需要大量排風時，可以置于此種工況。當晚上下班后可置于夜間工況，關閉房間送風及排風柜的排風，維持實驗室最小風量排風，節(jié)約能耗。

實驗室通風量確定

下面以車間實驗室為例進行說明實驗室風量的確定。車間實驗室內(nèi)有2臺排風柜，1臺安全柜(排風量為 180m3/h)

1）實驗室負壓控制

為防止實驗室的氣體擴散到周圍區(qū)域，實驗室內(nèi)需保持負壓，也就是說實驗室內(nèi)總排風量應始終大于送風量。實驗室的負壓就由2臺通風柜排風，1臺安全柜排風，1臺房間送風閥送風和自然滲透風之間的平衡來保證。根據(jù)工程經(jīng)驗，當送排風量差為2次換氣次數(shù)對應的風量時，室內(nèi)負壓約為-5Pa。該實驗室面積為 25m2，層高為 3m，2 次換氣次數(shù)對應的風量為:ΔV=25x3x2=150m3/h。室內(nèi)送排風量差確定為 150m3/h 時，門窗關閉時室內(nèi)負壓通過自然滲透可維持在-5Pa左右。實際上由于門窗的縫隙和吊頂?shù)拿芊庑砸约暗蹴斏戏块g與走廊的隔墻的密封性差異，維持-5Pa的負壓可能需要不同于150m3/h 的風量差，這個問題可以在調(diào)試時再根據(jù)實際情況來確定風量差加以解決。

2）實驗室總排風量的確定

排風柜最大排風量:排風柜規(guī)格為(面長x高度x深度):xx。柜前有人操作時面風速可選/s，柜門拉起開度取，此時為排風柜最大排風量。

柜門最大開口凈面積為:A排=x=。

排風柜最大排風量:V柜max=A排xx3600=1512m3/h.

排風柜最小排風量:V 柜 min=300m3/h。

室內(nèi)排風量除了要考慮實驗室排風設備的需要，還要考慮實驗室日間工作工況最小換氣次數(shù) 12 次/h的室內(nèi)排風量要求。

室內(nèi)排風設備最大排風量:V室 max=2x1512+180=3204m3/h。

室內(nèi)排風設備最小排風量:V室min=2x300+180=780m3/h。

室內(nèi)夜間工況排風量:V室 reduce=25x3x2=150m3/h。

室內(nèi)日間工作工況，按照室內(nèi)最小換氣次數(shù) 12 次/h確定排風量，最小排風量為 900m3/h。當通風柜處于最小排風量時，房間的總排風量780m3/h，不能滿足最小換氣次數(shù)的要求，需要加裝室內(nèi)輔助排風，輔助排風量設為 120m3/h。

加設輔助排風后室內(nèi)最大排風量:

Vmax=2x1512+180+120=3324m3/h。

加設輔助排風后室內(nèi)最小排風量:Vmin=2x300+180+120=900m3/h。

室內(nèi)夜間工況，關閉輔助排風及通風柜排風，保留安全柜排風，用以保證室內(nèi)負壓，因此室內(nèi)夜間工況排風量:Vreduce=180m3/h。

3）實驗室送風量的確定

此系統(tǒng)為變風量送風系統(tǒng)，送風量應根據(jù)室內(nèi)總排風量確定，為維持室內(nèi)負壓，本實驗室取送排風量差為 150m3/h。

室內(nèi)日間工作工況時，根據(jù)送排風量差，確定送風量為:

室內(nèi)最大送風量:V送max=3324-150=3174m3/h。

室內(nèi)最小送風量:V送 min=900-150=750m3/h。

室內(nèi)夜間工況時，根據(jù)送排風量差，確定送風量為:

室內(nèi)夜間工況送風量:V送reduce=0m3/h。

系統(tǒng)功能介紹

變風量通風系統(tǒng)安裝這些設備后，可分成日間工作工況變風量運行、緊急運行工況及夜間運行工況定風量運行。在實驗室工作時間，排風柜排風控制器保證排風柜合適的面風速，能迅速跟蹤排風柜門位置和門前空氣流動阻擋物自動調(diào)整排風量。室內(nèi)安全柜排風及輔助排風采用開啟、定風量運行，保證實驗室最小換氣次數(shù)不低于 12t/h。室內(nèi)送風量始終保持比排風量少 150m3/h，送風系統(tǒng)能根據(jù)控制系統(tǒng)獲得所有排風設備的排風量，通過風量差限定計算送風量，在 1s 內(nèi)跟隨排風柜排風量相應調(diào)整送風量，從而保證室內(nèi)負壓的穩(wěn)定。

實驗室空調(diào)設計

1溫度控制

質(zhì)量實驗室及樣品室均采用獨立全新風空調(diào)送風系統(tǒng)及獨立排風系統(tǒng)，質(zhì)量實驗室、車間實驗室同時選用一套多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)負擔室內(nèi)冷熱負荷。環(huán)保實驗室采用一臺分體空調(diào)器負拍室內(nèi)冷熱負荷。新風送風系統(tǒng)采用組合空調(diào)機組，在主風管上設溫度傳感器，送風溫度為室內(nèi)溫度(23+1)℃。送風溫度控制通過控制冷熱盤管的冷熱水進管上的電動二通閥開度調(diào)整冷熱水量實現(xiàn)。實驗室獨立全新風送風系統(tǒng)的冷熱源采用風冷熱泵機組，機組設在實驗室的屋頂上，夏季供回水溫度為 7℃~12℃，冬季供回水溫度為40℃~45℃。室內(nèi)維護結構及設備人發(fā)熱的冷熱負荷由多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)及分。體空調(diào)器負擔，根據(jù)計算，選用合適的機型。

2濕度控制

實驗室內(nèi)人員不多，且無大量散濕設備，因此室內(nèi)主要濕負荷為新風濕負荷，當新風處理到送風溫度時的相對濕度不小于 50%時，新風由新風空調(diào)機組設有的表冷段進行減濕處理。當新風處理到送風溫度時的相對濕度小。于 50%時，根據(jù)主要求(室內(nèi)相對濕度不大于 50%)，因此不需要加減濕處理。