實驗室通風的目的和要求

     實驗室通風系統(tǒng)是整個實驗室設計和建設過程中，規(guī)模zui大、影響zui廣泛的系統(tǒng)之一。通風系統(tǒng)的完善與否，直接對實驗室環(huán)境、實驗人員的身體健康、實驗設備的運行維護等方面產(chǎn)生重要影響。

  實驗室通風與舒適性空調(diào)系統(tǒng)的通風設計要求不同，主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少人員暴露在危險空氣下的可能。通風主要解決的是工作環(huán)境對實驗人員的身體健康和勞動保護問題。

  實驗室通風要求新風全部來自室外，然后排出室外，通風柜的排氣不在室內(nèi)循環(huán)。化學實驗室換氣要求每小時大于10次，物理實驗室每小時大于10次，實驗室無人時換氣可減少為6次。實驗室通風柜設計數(shù)量要足夠，并且不作為*的室內(nèi)排風裝置，儀器室或產(chǎn)生危險物質(zhì)的儀器上方設局部排風系統(tǒng)

  實驗室的補風一部分來自空調(diào)系統(tǒng)直接送入實驗室的新風，這部分新風根據(jù)實驗室排風量的變化而變化；另一部分通過空調(diào)系統(tǒng)送入非實驗室區(qū)域的走道、房間再通過實驗室的門縫補給。實驗室的負壓通過送、排風風量和送排風口的布置來實現(xiàn)，氣流組織從辦公、管理用房、內(nèi)走道、到產(chǎn)生危險物質(zhì)的實驗房間。通風柜的位置布置在遠離空氣流動、紊流大的地方，遠離行走區(qū)域和空氣新風區(qū)。新風從遠離通風柜的方引入，空氣流動路徑遠離通風柜。

  通風柜的類別

  建設現(xiàn)代化的實驗室是個綜合的系統(tǒng)工程。在裝備各種儀器設備及其配套設施的同時，既要考慮供電、給水、排水、送風、排風、凈化、排污等要求，還要考慮到對人員、物體、周邊環(huán)境的安全性，噪音、異味、視覺環(huán)境的舒適性，儀器設備的可操作性、功能性，以及信息處理的便捷性。因此，現(xiàn)代化的實驗室必須有的設計和高品質(zhì)的設備去滿足在現(xiàn)代化實驗室設備中有通風柜、實驗臺、邊臺、、器皿柜、氣瓶柜等，其中通風柜是生化實驗室設備中擔負著十分重要的功能，是*的設備。因此，選擇通風柜是實驗室建設中的重要問題，必須引起足夠的重視。

  通風柜按照排風方式分類：分為上部排風式、下部排風式和上下同時排風式三類。為保證工作區(qū)風速均勻，對于冷過程的通風柜應采用下部排風式，對于熱過程的通風柜采用上部排風式，對于發(fā)熱量不穩(wěn)定的過程，可在上下均設排風口隨柜內(nèi)發(fā)熱量的變化調(diào)節(jié)上下排風量的比例，從而得到均勻的風速。

  通風柜按照進風方式分類也分三類。通過室內(nèi)進風在柜內(nèi)循環(huán)后排出室外稱為全排風式，這是應用非常廣泛的一種類型。當通風柜設置于采暖或?qū)貪穸扔锌刂埔蠓块g時，為節(jié)省采暖，空調(diào)能耗，采用從室外取補給風在柜內(nèi)循環(huán)后排出室外的方式稱為補風式通風柜。再一種就是變風量控制式的通風柜。普通的定風量系統(tǒng)需要人工調(diào)整固定葉片的風閥，調(diào)節(jié)通風柜的排風量，當調(diào)節(jié)閥門到某一角度時達到希望的面風速。變風量控制是通過調(diào)節(jié)閥門的傳感器改變風量達到給定的面風速，當然標準式成本低、變風量成本高，適用于要求精度高的場合。

  通風柜按照使用狀態(tài)分類可分為整體式下部開放式、落地式、兩面式、三面玻璃式、桌上式、連體式以及根據(jù)不同實驗使用需要而設計的對放射性實驗的、對合成實驗的，對過氯酸實驗的通風柜。

  通風柜的主要功能

  通風柜的功能中zui主要的是排氣功能，在化學實驗室中，實驗操作時產(chǎn)生各種有害氣體、臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性物質(zhì)，為了保護使用者的安全，防止實驗中的污染物質(zhì)向?qū)嶒炇覕U散，在污染源附近要使用通風柜。

  以往通風柜使用臺數(shù)較少，只在特別有害且危險的氣體及產(chǎn)生大量熱的實驗中使用。通風柜只擔負實驗臺的輔助功能。近年來考慮到改善實驗環(huán)境，在實驗臺上進行的實驗逐漸轉(zhuǎn)移到通風柜內(nèi)，這就要求在使用通風柜的zui大目的是排出實驗中產(chǎn)生的有害氣體，保護實驗人員的健康，也就是說要有高度的安全性和*的操作性，這就要求通風柜應具有如下功能：

  （1）釋放功能：應具備將通風柜內(nèi)部產(chǎn)生的有害氣體用吸收柜外氣體的方式，使其稀釋后排至室外的機構(gòu)。

  （2）不倒流功能：應具有在通風柜內(nèi)部由排風機產(chǎn)生的氣流將有害氣體從通風柜內(nèi)部不反向流進室內(nèi)的功能。為確保這一功能的實現(xiàn)，一臺通風柜與一臺通風機用單一管道連接是的方法，不能用單一管道連接的，也只限于同層同一房間的可并聯(lián)，通風機盡可能安裝在管道的末端（或屋頂處）。

  （3）隔離功能：在通風柜前面應具用不滑動的玻璃視窗將通風柜內(nèi)外進行分隔。

  （4）補充功能：應具有在排出有害氣體時，從通風柜外吸入空氣的通道或替代裝置。

  （5）控制風速功能：為防止通風柜內(nèi)有害氣體逸出，需要有一定的吸入速度。決定通風柜進風的吸入速度的要素有：實驗內(nèi)容產(chǎn)生的熱量及與換氣次數(shù)的關系。其中主要的是實驗內(nèi)容和有害物的性質(zhì)。通常規(guī)定，一般無毒的污染物為0.25―0.38m/s，有毒或有危險的有害物為0.4―0.5m/s，劇毒或有少量放射性為0.5―0.6m/s,氣狀物為0.5m/s,粒狀物為1m/s。為了確保這樣的風速,排風機應有必要的靜壓，即空氣通過通風管道時的摩擦阻力。確定風速時還必須注意噪音問題,通過空氣在管道內(nèi)流動時以7―10m為限，超過10m將產(chǎn)生噪音，通常實驗室的噪聲（室內(nèi)背景噪聲級）限制值為70dB(A)，增加管道裁面積會降低風速，也就降低噪音，考慮到管道的經(jīng)費和施工問題，必須慎重選擇管道及排風機的功率。

  （6）耐熱及耐酸堿腐蝕功能：通風柜內(nèi)有的要安置電爐，有的實驗產(chǎn)生大量酸堿等有毒有害氣體具有*的腐蝕性。通風柜的臺面，襯板、側(cè)板及選用的水咀、氣咀等都應具有防腐功能

  氣體排放處理

  由于實驗室氣體排放中存在著很多有毒和酸堿腐蝕性*的氣體，所以在排入大氣前要對氣體進行過濾處理，通常情況下：酸性氣體選用立式酸霧塔；有毒和有機氣體選用光學催化凈化箱。兩種設備分別安裝在排風系統(tǒng)末端，立式酸霧塔安裝在風機的正壓段，光學催化凈化箱安裝在風機負壓段。動物房的氣體經(jīng)過初效和中效過濾后，直接排入大氣，但在排風口處做高壓噴射流處理，噴射高度在3米以上。

  實驗室通風系統(tǒng)設計方法

  綜上所述，實驗室通風系統(tǒng)對設備（特別是通風柜）是有一定標準和要求的。拋開設備因素，單純從系統(tǒng)設計上考慮，實驗室通風空調(diào)系統(tǒng)的設計要考慮以下幾個主要因素：

  （1）保證實驗室的安全性，保證一定數(shù)量的換氣次數(shù)；

  （2）解決實驗室通風系統(tǒng)負壓的設計和系統(tǒng)控制；

  （3）在滿足換氣次數(shù)和全新風條件下，控制能耗。

  （4）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

  實驗室通風設計采用以下步驟和方案：

  （1）實驗室根據(jù)工藝要求和功能布置選擇一定數(shù)量的通風柜，有的還兼有部分局部排風罩。通常校核下來換氣次數(shù)遠遠大于10次，一般在20-30次以上，滿足換氣次數(shù)要求。但是此換氣次數(shù)是按照通風柜zui大開啟面積計算的通風量，資料和經(jīng)驗表明100通風風柜99%的時間只有18個或更少的人在使用。故還應校核通風柜zui小開啟面積時的通風量和換氣次數(shù)，若小于換氣次數(shù)要求，則增加綜合排風系統(tǒng)。

  （2）實驗室通風采用全新風系統(tǒng)，通風柜的排氣不在室內(nèi)循環(huán)。由于實驗室要求房間相對其他輔助區(qū)域為負壓。所以實驗室的新風量設計為排風量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新風送至實驗室輔助房間、辦公、管理用房、內(nèi)走道等，再由門窗縫隙補充到房間。

  （3）通風柜的風量平衡可以采用定風量控制系統(tǒng)，即排風量恒定，送風量和門窗縫隙補充風量恒定。此方法適用于zui大排風量滿足zui小換氣次數(shù)要求的實驗室。

  （4）對于排風量遠大于zui小通風量要求的房間還可以采用兩段式通風控制系統(tǒng)保證風量平衡，即根據(jù)通風柜的位移信號，排風機、送風機有2種送風工況，低風量工況應用于維持zui小換氣次數(shù)的要求，節(jié)約能耗。此情形采用了變風量控制系統(tǒng)。通風柜風量變化時，排風量也會相對變小，此時要求放置在屋頂?shù)呐棚L機隨著通風柜柜門的位置變化而變頻，降低風量，保證通風柜面風速恒定。同時自控系統(tǒng)改變?nèi)嘛L風機的頻率，降低風量，維持負壓平衡。變風量系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)能耗。系統(tǒng)zui大、zui小換氣次數(shù)接近則考慮采用定風量系統(tǒng)，使得系統(tǒng)簡單，降低初投資。

  通風系統(tǒng)除上文所述對通風柜有特殊要求外，對其他設備和控制系統(tǒng)也有一定的要求和標準。通風柜的選擇除滿足排風和捕捉能力外，還要注意需要根據(jù)調(diào)節(jié)門移動而立即改變風量，維持表面風速的恒定。筆者建議系統(tǒng)風量的測定和控制以柜門位移為信號而不是測定表面風速來測定。實驗室壓力控制和zui小通風量的控制除了設備選型因素以外，通風系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)是關鍵因素，要保證系統(tǒng)的反應時間要足夠短（<1秒），通風系統(tǒng)不平衡會導致通風柜排風和捕捉能力散失，氣流流出實驗室，建筑物內(nèi)壓力不穩(wěn)定。

  還有一點要注意的是系統(tǒng)應該是壓力變化無關型的，即系統(tǒng)風量的變化不會因為風管內(nèi)靜壓的變化而使得反應時間緩慢影響系統(tǒng)流量的性。壓力相關型的系統(tǒng)也會造成系統(tǒng)流量設備無法控制，緩慢的反應時間會讓送排風設備產(chǎn)生震蕩，速度不穩(wěn)定會有大量的平衡問題存在，波動的送、排風系統(tǒng)使氣流平衡復雜化，從而自控系統(tǒng)無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。

  所以，系統(tǒng)首先監(jiān)測的是通風柜的狀態(tài)，接受調(diào)節(jié)門感應器信號后可以計算調(diào)節(jié)門面積（風量），此時向（壓力無關型）閥門送出風量控制信號，調(diào)節(jié)閥門的開度，送風量跟隨排風量即刻變化，送排風機變頻調(diào)節(jié)送風量。

  結(jié)論

  上述介紹了實驗室通風設計的目的，實驗室通風柜的的要求和功能，排放氣體的處理方法和實驗室通風系統(tǒng)設計方法。實驗室的通風設計首要解決的問題是安全性問題，通風柜的捕捉集塵能力要符合一定的標準和規(guī)定，氣流方向為流向?qū)嶒炇遥瑢嶒炇乙S時保持負壓。實驗室通風設計還要考慮到為實驗人員創(chuàng)造一個舒適的工作環(huán)境，解決溫度、氣流、噪音的問題，同時要保證zui低的能源消耗，系統(tǒng)穩(wěn)定，容易控制，易于操作管理。簡而言之就是要從安全、舒適、節(jié)能、可靠運行方面進行設計。