淺談實驗室通風空調系統設計

淺談實驗室通風空調系統設計

通風系統引起的空調補風能耗在實驗室空調能耗中占較大比例，是實驗室節能潛力的部分。按照我國現實國情，從各地項目的經濟條件出發，選用合理的實驗室空調通風設計標準，采取靈活適用的空調冷熱源方案，研究實驗室變風量通風系統的設計方案，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能耗。同時，排風柜自循環過濾系統的應用，相比傳統的排風柜形式，其在新風能耗方面的節能潛力優勢明顯，值得進一步研究及推廣。

有資料表明，一個實驗室規范及人員舒適性要求的實驗室，其單位面積的空調負荷明顯大于一般的辦公室需求，有些實驗室的空調負荷(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能耗，為用戶帶來客觀的運行費用節省，有其探討價值。

環境要求

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

實驗室通風系統設計原則

實驗室的通風設計應滿足實驗室的安全性、經濟性、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，實驗室內相對于建筑其他區域一定為負壓，回風不可利用，全新風，并保證室內最小的換氣次數。據以上原則，本項目實驗樓根據樓層布局采用獨立的空調新風送風系統和獨立的排風系統。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。根據實驗室的具體情況，可能配置變風量或定風量室內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，又能滿足室內換氣次數的要求。

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域，實驗室內需保持負壓，也就是說實驗室內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。根據工程經驗，當送排風量差為2次換氣次數對應的風量時，室內負壓約為-5Pa。該實驗室面積為 25m2，層高為 3m，2 次換氣次數對應的風量為:ΔV=25x3x2=150m3/h。室內送排風量差確定為 150m3/h 時，門窗關閉時室內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的密封性以及吊頂上房間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，這個問題可以在調試時再根據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 12 次/h的室內排風量要求。

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

室內排風設備最小排風量:V室min=2x300+180=780m3/h。

室內夜間工況排風量:V室 reduce=25x3x2=150m3/h。

 

室內日間工作工況，按照室內最小換氣次數 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的要求，需要加裝室內輔助排風，輔助排風量設為 120m3/h。

加設輔助排風后室內最大排風量:

Vmax=2x1512+180+120=3324m3/h。

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

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

3）實驗室送風量的確定

此系統為變風量送風系統，送風量應根據室內總排風量確定，為維持室內負壓，本實驗室取送排風量差為 150m3/h。

室內日間工作工況時，根據送排風量差，確定送風量為:

室內最大送風量:V送max=3324-150=3174m3/h。

室內最小送風量:V送 min=900-150=750m3/h。

室內夜間工況時，根據送排風量差，確定送風量為:

室內夜間工況送風量:V送reduce=0m3/h。

 

系統功能介紹

變風量通風系統安裝這些設備后，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整排風量。室內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不低于 12t/h。室內送風量始終保持比排風量少 150m3/h，送風系統能根據控制系統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 內跟隨排風柜排風量相應調整送風量，從而保證室內負壓的穩定。

 

實驗室空調設計

1溫度控制

質量實驗室及樣品室均采用獨立全新風空調送風系統及獨立排風系統，質量實驗室、車間實驗室同時選用一套多聯機空調系統負擔室內冷熱負荷。環保實驗室采用一臺分體空調器負拍室內冷熱負荷。新風送風系統采用組合空調機組，在主風管上設溫度傳感器，送風溫度為室內溫度(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整冷熱水量實現。實驗室獨立全新風送風系統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℃。室內維護結構及設備人發熱的冷熱負荷由多聯空調系統及分。體空調器負擔，根據計算，選用合適的機型。

2濕度控制

實驗室內人員不多，且無大量散濕設備，因此室內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，根據主要求(室內相對濕度不大于 50%)，因此不需要加減濕處理。