實驗室逐漸趨向大型化、集結(jié)化、綜合化,對實驗室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)提出了更高要求。為了滿足市場需求,通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備和相關(guān)技術(shù)也在迅速的發(fā)展完善。對于實驗室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計要求不外乎以下5點:(1)安全性;(2)經(jīng)濟性;(3)實用性:(4)靈活性;(5)舒適性。
目前,排風(fēng)柜、萬向罩作為通風(fēng)系統(tǒng)中最關(guān)鍵,其性能將直接影響到實驗室人員的身體健康甚至生命安全;實驗室綜合性能要依靠整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的良好配合來保障。特別是全年空調(diào)實驗室,高能耗與局部高速低溫氣流引起人們高度重視?？碧介_發(fā)研究院實驗中心實驗室集成項目正面臨這樣的問題,對于目前品種繁多的排風(fēng)柜以及多樣的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制策略,根據(jù)實際工程需要設(shè)計選用實驗室通風(fēng)及控制系統(tǒng)。
一、選用適宜的實驗室通風(fēng)柜：實驗室通風(fēng)柜是實驗室操作人員最重要的防護屏障,應(yīng)選用氣流組織較好的實驗室通風(fēng)柜。同樣的通風(fēng)柜排風(fēng)量,柜內(nèi)氣流組織差的通風(fēng)柜,通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)口面風(fēng)速不均勻,易泄漏有害氣體;柜內(nèi)有渦流區(qū),造成柜內(nèi)有害氣體濃度積聚,排風(fēng)效果不好,對操作人員安全造成威脅。設(shè)計較好的實驗室通風(fēng)柜,在操作過程中,應(yīng)保證通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門從關(guān)閉到最大開啟度的過程中,調(diào)節(jié)門進風(fēng)面風(fēng)速始終保持在0.5m/s±20%,并且面風(fēng)速均勻。實驗表明,面風(fēng)速過小,<0.3m/s,操作人員擾動易造成通風(fēng)柜內(nèi)有害氣體外溢,對操作人員造成危害。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)面風(fēng)速過大,>0.8m/s,也易造成柜內(nèi)有害氣體外溢。通風(fēng)柜內(nèi)排風(fēng)氣流應(yīng)均勻,減少渦流,避免有害氣體濃度積聚,及時排出有害氣體。通風(fēng)柜的形式、規(guī)格很多,還有一些滿足特殊要求的通風(fēng)柜,如防爆型等?？筛鶕?jù)實驗室具體要求選用。
實驗室通風(fēng)柜通常配監(jiān)控器。監(jiān)控器主要功能包括:(1)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)面風(fēng)速實時顯示。
(2)通風(fēng)柜前有人操作、無人操作模式控制(無人操作時降低風(fēng)量,按60%風(fēng)量運行)。也可采用區(qū)域存在傳感器,自動探測通風(fēng)柜前有無操作人員。
(3)緊急情況按鈕(有試劑泄漏等緊急情況時,加大通風(fēng)柜排風(fēng)量)。
二、實驗室氣流組織,送、排風(fēng)控制閥設(shè)置：實驗室通風(fēng)柜內(nèi)氣流組織由通風(fēng)柜設(shè)備結(jié)構(gòu)實現(xiàn),通風(fēng)柜排風(fēng)支管安裝變風(fēng)量閥,應(yīng)保證通風(fēng)柜排量與通風(fēng)柜運行狀態(tài)相適應(yīng),有人操作時,通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)面風(fēng)速始終為0.5m/s±20%。無人操作時為0.3m/s。在通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門關(guān)閉時,應(yīng)保證通風(fēng)柜保持適當(dāng)?shù)淖钚∨棚L(fēng)量,一般為額定風(fēng)量的20%,通風(fēng)柜下部有試劑柜時,試劑柜排風(fēng)量約75m3/h。實驗室內(nèi)萬向排風(fēng)罩排風(fēng)匯總管裝定風(fēng)量閥,保證萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量。為保證實驗室排風(fēng)效果及維持室內(nèi)溫、濕度,應(yīng)設(shè)置實驗室最小排風(fēng)換氣次數(shù),白天有人操作時8~10次/h,夜間無人操作時4~6次/h;若實驗室各通風(fēng)柜及萬向排風(fēng)罩最小排風(fēng)量不能滿足實驗室最小換氣次數(shù)要求時,應(yīng)在實驗室增設(shè)室內(nèi)排風(fēng)口,在排風(fēng)支管裝變風(fēng)量閥,保證實驗室達到最低排風(fēng)換氣次數(shù)要求。為避免實驗室氣流滲出實驗室,造成交叉污染。應(yīng)控制實驗室相對走廊或辦公區(qū)為負(fù)壓。在實驗室送風(fēng)支管裝變風(fēng)量閥,控制實驗室送風(fēng)量與實驗室各排風(fēng)量差值始終為定值,維持實驗室壓差恒定。
在實驗室布置時,應(yīng)盡可能減少送風(fēng)氣流、人員對通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)口擾動。實驗室送風(fēng)量較大,實驗室送風(fēng)口可采用孔板靜壓箱送風(fēng)口,擴大送風(fēng)口面積,控制送風(fēng)孔板出口風(fēng)速,通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門前送風(fēng)風(fēng)速宜<0.25m/s。通風(fēng)柜前操作通道應(yīng)足夠?qū)挸?保證操作人員走動時,距通風(fēng)柜面板0.6m以上,避免人員走動影響通風(fēng)柜氣流。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門應(yīng)遠離實驗室門,避免開門對通風(fēng)柜氣流影響。
三、合理確定實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)最大風(fēng)量：實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)一般帶多個實驗室。實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)最大風(fēng)量的確定,應(yīng)根據(jù)所帶實驗室數(shù)量及實驗室運行模式,考慮適當(dāng)?shù)耐L(fēng)柜運行同時系數(shù)。實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量即要滿足實驗室最大運行風(fēng)量要求,也不要盲目擴大風(fēng)量,甚至取通風(fēng)柜同時運行系數(shù)為1,造成空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及相關(guān)冷熱源設(shè)備選型過大,增加初投資;國外資料顯示,實驗室通風(fēng)柜每天有人員操作的時間平均少于1h。
實驗室通風(fēng)柜的額定排風(fēng)量可根據(jù)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門的最大開門面積,按面風(fēng)速0.5m/s計算獲得,也可依據(jù)通風(fēng)柜樣本。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門關(guān)閉時最小排風(fēng)量可按額定風(fēng)量20%確定。實驗室萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量根據(jù)不同規(guī)格選取,一般75萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量為200m3/h。實驗室排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機宜采取調(diào)頻控制,保持排風(fēng)系統(tǒng)干管最遠點靜壓恒定。使排風(fēng)機風(fēng)量與系統(tǒng)排風(fēng)量相一致。減少排風(fēng)機耗電量,維持排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管壓力恒定,提高排風(fēng)管風(fēng)量控制閥精度。同時,實驗室送風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)機組送風(fēng)機也宜采取調(diào)頻控制,送風(fēng)量應(yīng)與實驗室排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)量相一致。因?qū)嶒炇覟槿嘛L(fēng)系統(tǒng),送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗非常高。在滿足實驗室補風(fēng)要求前提下,盡可能減少送風(fēng)量,節(jié)能實驗室空調(diào)能耗。
四：實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)控制閥選擇及控制系統(tǒng)：要實現(xiàn)實驗室理想的氣流組織,送、排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制閥及控制系統(tǒng)是關(guān)鍵,其占實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)投資比重也比較大。用于實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)的變風(fēng)量、定風(fēng)量控制閥類型有閥、文丘里閥等,品牌很多,控制系統(tǒng)工作原理各不相同,風(fēng)量閥反應(yīng)速度、控制精度、風(fēng)量可調(diào)節(jié)比、可靠性、初投資、維護費用差別較大。這里以數(shù)字式文丘里風(fēng)量控制閥為例,說明風(fēng)量控制閥選型要求。
(1)反應(yīng)速度快,系統(tǒng)的響應(yīng)時間<1s,達到最終控制要求風(fēng)量值或系統(tǒng)穩(wěn)定<1s。風(fēng)量控制精度高,風(fēng)量控制精度<±5%的指令信號。在通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門啟閉過程中,始終能保持柜門面風(fēng)速0.5m/s±20%。(2)風(fēng)量可調(diào)節(jié)比高,閥門精確的調(diào)節(jié)比為10∶1。高調(diào)節(jié)比,系統(tǒng)可利用的參差系數(shù)大,可適用于大的排風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)柜數(shù)量較多的房間。特別是對通風(fēng)柜數(shù)量較多的房間,通風(fēng)柜的排風(fēng)閥調(diào)節(jié)比大,可降低通風(fēng)柜最低運行風(fēng)量,有效降低通風(fēng)柜的低風(fēng)量運行能耗。增大排風(fēng)系統(tǒng),可減少排風(fēng)系統(tǒng)數(shù)量,減少送、排風(fēng)管道、建筑管井?dāng)?shù)量,減少送、排風(fēng)系統(tǒng)管道占用建筑空間。(3)控制方式采用位移傳感器控制,且在150~750Pa閥前后壓差范圍內(nèi),與壓力無關(guān),閥內(nèi)氣囊可自動平衡閥前后壓差變化影響?？刂坪唵慰煽?閥前后不需預(yù)留氣流穩(wěn)流管段,安裝方便。沒有風(fēng)速傳感器等部件,不需定期清洗校驗傳感器?？刂崎y壓力無關(guān)性,可保證系統(tǒng)接入通風(fēng)柜數(shù)量不受影響,且系統(tǒng)穩(wěn)定性好。(4)每臺風(fēng)量控制閥自帶控制器,可相互聯(lián)網(wǎng)。
每臺通風(fēng)柜排風(fēng)支管裝1臺Phoenix變風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,根據(jù)通風(fēng)柜監(jiān)視器反饋的通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門開啟高度,及運行狀態(tài)(有人或無人),控制通風(fēng)柜的排風(fēng)量。在實驗室各萬向排風(fēng)罩排風(fēng)匯總管上安裝1臺定風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,造價較數(shù)字式變風(fēng)量文丘里控制閥低,保證實驗室萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量。實驗室排風(fēng)口排風(fēng)管裝1臺慢變風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,造價較變風(fēng)量閥低。在實驗室通風(fēng)柜、萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量低于實驗室設(shè)定最低排風(fēng)換氣次數(shù)時,打開實驗室排風(fēng)口,保證實驗室最低排風(fēng)換氣次數(shù)。在實驗室送風(fēng)支管上安裝1臺變風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,根據(jù)實驗室各排風(fēng)閥風(fēng)量,控制實驗室送風(fēng)量,保證實驗室送風(fēng)量與排風(fēng)量差值恒定,維持實驗室壓差恒定。
五：節(jié)能：實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),通常為直流風(fēng)。送風(fēng)空調(diào)機將室外風(fēng)處理到送風(fēng)狀態(tài)點,送入實驗室內(nèi),補充實驗室排風(fēng),維持實驗室內(nèi)溫、濕度,因為實驗室送風(fēng)量很大,特別是有多臺通風(fēng)柜的實驗室,空調(diào)機處理送風(fēng)溫、濕度的能耗很高,占實驗室能耗和運行電費的比重很大。實驗室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的主要手段是在保證實驗室安全的前提下,盡量減少排風(fēng)量,相應(yīng)減少空調(diào)送風(fēng)量。
實驗室通風(fēng)柜,大部分時間為無人操作或調(diào)節(jié)門關(guān)閉狀態(tài),采用高性能的送、排風(fēng)風(fēng)量控制閥,根據(jù)實驗室各通風(fēng)柜運行狀態(tài)不同,始終以最小風(fēng)量滿足通風(fēng)柜排風(fēng)要求,送風(fēng)量也始終保持最小值,在保證實驗室安全的前提下,節(jié)省實驗室送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗。即使工程中選用高性能送、排風(fēng)控制閥費用有所增加,但綜合考慮實驗室運行電費的降低,空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及相關(guān)冷熱源等設(shè)備的費用減少,在實驗室壽命周期內(nèi),空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)綜合費用還是大幅減少。據(jù)資料顯示,實驗室每減少1m3/hr空調(diào)送風(fēng)量。
六、其它
對于強酸堿等有腐蝕性氣體揮發(fā)的實驗室排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管應(yīng)采用pp管或塑料管等耐腐蝕風(fēng)管。實驗室通風(fēng)柜排風(fēng)支管風(fēng)量控制閥,萬向排風(fēng)罩排風(fēng)管風(fēng)量控制閥應(yīng)選用有防腐涂層的防腐型閥。排風(fēng)機應(yīng)采用玻璃鋼或涂防腐涂層的防腐型風(fēng)機。實驗室排風(fēng)應(yīng)在屋面上向高空排放。如有必要,實驗室排風(fēng)應(yīng)經(jīng)吸收塔處理后排放。多層實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)宜按豎向劃分,減少水平送、排風(fēng)管,減少送、排風(fēng)管占用建筑空間。實驗室建筑層高宜≥4.80m,預(yù)留通風(fēng)柜頂排風(fēng)豎管安裝風(fēng)量控制閥空間。
