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實驗室通風系統(tǒng)是整個實驗室設計和建設過程中，規(guī)模最大、影響最廣泛的系統(tǒng)之一。其通風系統(tǒng)的設計，對于實驗室環(huán)境的舒適度、實驗工作人員的身體健康、實驗設備的運行維護等方面產(chǎn)生重要影響，并關系到實驗室的投資成本、能源消耗及后期運行費用。

森拉普爾實驗室建設案例實拍圖

實驗室通風系統(tǒng)設計的目的，是為工作人員提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少人員暴露在危險空氣下的可能。由于在實驗操作過程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體，為確保實驗人員安全，此類可能產(chǎn)生有毒有害氣體的實驗，要求盡量在排風柜或生物安全柜內進行，不能在排風柜內進行的，要設局部排風設施，例如原子吸收罩、萬向排氣罩等，同時,實驗室要設全面通風（或稱輔助排風）系統(tǒng)滿足實驗室最小換氣量要求。通風系統(tǒng)的設計目標是使得實驗室通風效果好、噪音低、操作簡便、節(jié)約能源，室內壓差和溫濕度都能保持人體的舒適。

01、實驗室通風系統(tǒng)

實驗室通風系統(tǒng)一般有定風量系統(tǒng)、雙風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)的形式：

1.1、定風量排風系統(tǒng)：排風機采用單速定頻風機，排風量基本恒定不變，系統(tǒng)無法隨排風柜使用數(shù)量及排風柜門開啟高度而調節(jié)風量。該系統(tǒng)優(yōu)點是設計直接、投資小、控制簡單；缺點是靈活性差、噪音大、排風柜面風速難以保證，會有部分有毒有害氣體從排風柜中逸出（面風速過小或過大都能造成氣體從排風柜中逸出），且運行費用高（排風機的電力消耗最大化，被排風機排出的熱能消耗最大化）。

1.2、雙風量系統(tǒng)：排風機采用雙速風機，在兩個預定的風流量值之間進行高-低（或者稱為最大-最?。┣袚Q，較定風量系統(tǒng)有所改進，但沒有從根本上改變定風量系統(tǒng)的缺點，目前應用不多。

1.3、變風量系統(tǒng)：排風機采用變頻風機，在排風或補風主風道上設壓力傳感器，利用靜壓控制器PID控制變頻器調節(jié)風機轉速，達到恒定靜壓或動壓調節(jié)風量的目的。高性能的氣流控制器可以快速、穩(wěn)定的在大流量變化范圍內調節(jié)。在變風量系統(tǒng)中排風柜一般采用面風速控制，通過在排風柜前采用人體感應器檢測人員是否存在，來控制柜門面風速，當操作人員在排風柜前作業(yè)時，將排風柜面風速設定為工作模式，此時排風柜面風速控制在0.5m/s, 當操作人員離開的時候，將排風柜面風速設定為待命模式，此時排風柜面風速控制在0.3m/s，遵循《實驗室變風量排風柜》JG/T222－2007規(guī)范之要求。另房間還要設輔助排風，當排風柜排風量不滿足實驗室最小排風量要求時，輔助排風自動打開，保證實驗室最小排風量符合標準要求。自動變風量控制系統(tǒng)的優(yōu)點包括：節(jié)能顯著、安全性高，易于適應風量變化需求。

02、實驗室全面排風

當排風柜排風量不滿足實驗室最小排風量要求時，輔助排風自動打開，保證實驗室最小排風量，排風量換氣次數(shù)依照房間的功能與要求。

03、補風系統(tǒng)

為了確保不出現(xiàn)氣流回溯，實驗室一般會設定較高的排風量，且連續(xù)排風時間較長（一般多為7*24小時全天候開啟排風系統(tǒng)），因此實驗室室內負壓過大的情況非常常見。為平衡室內外壓差，避免出現(xiàn)負壓過大的情況，實驗室在設計時就需要規(guī)劃實驗室補風系統(tǒng)，以維持房間設定的壓力，負壓防止實驗過程中有毒氣體和顆粒以及化學品存放過程中揮發(fā)的有害氣體向其他空間外溢，正壓實驗室不受外部空氣污染影響檢驗結果，并使得實驗室內換氣率能有效控制，室內空氣應充分置換，保證其新鮮度。

3.1、補風量計算

補風量的設定有相應的計算公式，應根據(jù)實驗室排風量及設定的負壓值（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算確定，補風量按下列公式計算：

Lb=Lp-Ly

式中，Lb 為補風量，m3/h；Lp 為排風量，m3/h；Ly為維持負壓所需風量，也叫余風量，m3/h；Ly可按負壓值與房間換氣次數(shù)的關系確定，也可按縫隙法計算，依照房間的壓差功能要求補風量比例在50%~90%不等，有正壓要求的房間補風量比例不低于110%，可參考圖1。

▲圖1 氣流梯度控制

3.2 、補風方式

實驗室的補風方法一般有兩種，分別是自然補風和機械補風。

自然補風不安裝補風機，通過實驗室內外的壓差（室內為負壓）將室外新風經(jīng)過濾器、管道吸入室內達到補風效果，由于新風是被室外的正壓壓入負壓的室內，所以自然補風可以使得氣流達到動態(tài)平衡，同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定，且始終處于負壓狀態(tài)。自然補風的優(yōu)點主要是不需安裝補風機，節(jié)省了前期投資和補風機運行的電費；缺點是在設計裝修時需要提前擴大進風井或進風百頁面積，這需要占用建筑使用面積或影響建筑立面效果，其次是不通過補風機的自然風無法進行加熱或冷卻處理。

機械補風設置引風機形成理想的氣流組織，將室外新風經(jīng)集中處理后，由補風機經(jīng)管道送入房間內，機械補風可以對其加熱或冷卻處理及過濾等預處理，進行采用定風量補風還是變風量補風系統(tǒng)，一般與排風系統(tǒng)對應，即排風為定風量系統(tǒng)，補風也為定風量系統(tǒng)，排風為變風量系統(tǒng)，補風也為變風量系統(tǒng)。

3.3、補風地點

室內補風的補風地點一般沒有很大的限制，可以直接補在排風柜內或柜門前，也可補在房間內，但是不同的補風地點有著不同的影響，在排風柜內或柜門前補風的優(yōu)勢是不需要為新風做加熱或冷卻處理，可節(jié)省能源，節(jié)約成本；缺點則是新風會影響通風柜內實驗時的實驗數(shù)據(jù)，同時破壞操作人員工作環(huán)境舒適性，這種補風地點不適用有面風速要求的排風系統(tǒng)。與之對比，補風地點設置在房間內時，其優(yōu)點是操作人員的工作環(huán)境基本不會受到影響，對排風柜面風速及柜內氣流亦無影響；缺點則是新風一般需要經(jīng)過加熱或者冷卻處理，能量成本要比第一種補風地點高。

04、排風柜變風量控制器

排風柜變風量控制器有一類是測量柜門面風速，通過與設定風速比較，調節(jié)風閥開度以達到設定值，風閥一般采用蝶閥，其缺點有：精度受測量點的位置和數(shù)量影響，比較容易受到安裝位置和內外氣流（紊流）影響，測量到的風速需要通過傳感器轉換成電信號調節(jié)風閥，系統(tǒng)反映速度稍慢，控制信號響應時間：<3秒，面風速控制精度一般在±20%。

森拉普爾實驗室建設案例實拍圖

另一類排風柜變風量控制器，目前主流使用的是文丘里風量控制器，通過測量移門位置，借助位移傳感器測得移門開度并傳輸給控制器，控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風量來實時改變閥門的開度大小來調節(jié)排風量。該系統(tǒng)抗干擾性好，控制穩(wěn)定，從理論上屬開環(huán)控制，在試劑應用中需另設風速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準確性和可靠性。調節(jié)風閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響，調整風量過程迅速精準，響應時間短，可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風量閥不可能實現(xiàn)的高調節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(150~750PA)、響應時間快(小于1秒)、風量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

05、變風量通風系統(tǒng)控制

5.1、常用的實驗室變風量通風系統(tǒng)控制原理

▲（圖2）

5.2、通風柜面風速控制系統(tǒng)工作原理

確定安全有效的面風速，對實驗室工作人員來說，通風柜集塵能力是關鍵問題。與正確的集塵能力相關的幾個因素是：面風速、交叉通風和工作實踐。研究與現(xiàn)場經(jīng)驗使人們了解到通風柜有效的面風速設定值。通用的工業(yè)標準是0.3m/s~0.6m/s，現(xiàn)在很多設施中，0.5m/s被接受作為安全運行標準。有研究表明0.5m/s的面風速要求部分是因為操作人員的存在和移動。而未占用通風柜（即那些沒有人使用的通風柜）在面風速減少到0.3m/s的情況下運行時可以包容有害氣體。而占用的通風柜則需要較高的流速以保證通風柜正確的集塵能力。操作人員的移動在面風速為0.4m/s~0.5m/s時對通風柜集塵能力幾乎沒有影響。但在0.4m/s以下時，擾動會明顯導致有害氣體濃度升高。而當沒有操作人員移動時，0.3m/s以下面風速也可以滿足實驗室一般性集塵環(huán)境的使用要求。面風速控制圖解（圖3）。

▲（圖3）

5.3、風量的控制方法

目前對于風量的控制方法有面風速法和位移法。

面風速法，通常是利用安裝在排風柜入口邊緣處的風速傳感器測得風速并傳輸?shù)娇刂破鳎ㄟ^比較和計算得到所需風量，然后改變風閥開度調整排風量，最終使其面風速保持在0.3m/s~0.6m/s（OSHA）的某個設定值或是某個較小的范圍。其特點是：結構簡單易安裝，控制相對容易；閉環(huán)反饋控制保證了安全性和節(jié)能性的控制效果；以一個點的風速來代替面風速，與真正的控制對象其面風速還會有些偏差，比較容易受到安裝位置和內外氣流（紊流）影響。

位移法，配合使用VAV變風量文丘里閥，借助位移傳感器測得柜門開度并傳輸給控制器，控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風量來實時改變閥門的開度大小來調節(jié)排風量。該系統(tǒng)抗干擾性好，控制穩(wěn)定，從理論上屬開環(huán)控制，在實際應用中需另設風速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準確性和可靠性。調節(jié)風閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響，調整風量過程迅速精準，響應時間短，可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風量閥不可能實現(xiàn)的高調節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(150~750PA)、響應時間快(小于1秒)、風量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

設備還可安裝紅外線人體監(jiān)測器，自動控制系統(tǒng)可以通過不同的面風速設置值達到節(jié)約運行費用的目的，當操作臺前有操作人員工作時面風速控制在某一設定值（如0.5m/s）,當通風柜前無人操作時，系統(tǒng)自動轉換到另一設定值（如0.3m/s）。通風柜移門位置過高時有明顯警報。發(fā)生機械故障導致面風速過高或過低時有明顯警報。當出現(xiàn)異常情況時，面風速控制系統(tǒng)可開啟事故排風模式，將風閥開到最大開度，不受面風速設定值的控制。

06、尾氣排放及排風處理

有些實驗設備在工作過程中會產(chǎn)生尾氣，部分實驗室尾氣需經(jīng)過處理后，才能外排，在排風系統(tǒng)劃分時，需將這部分排風集中在一個系統(tǒng)，以集中處理。采用何種處理方式，應根據(jù)排氣性質決定。

07、設計中要注意的問題

在設計實驗室通風系統(tǒng)時，要將實驗性質相同或相近的排風設在一個系統(tǒng)，如果有混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強的有害物質的可能，則需要另外分設排風系統(tǒng)。生物安全柜要單排風。

實驗室使用的通風系統(tǒng)設計首先要確保實驗室的安全性，就要確保有一定數(shù)量的換氣次數(shù)；還有實驗室的通風系統(tǒng)負壓的設計和系統(tǒng)控制很重要，要解決好；系統(tǒng)要能穩(wěn)定可靠的運行；最后就是在確保了一定數(shù)量的換氣次數(shù)和全新風條件下，要將能耗降低到最低。要達到這些要求，通風設備尤其是通風柜就得有一定標準和要求。

當實驗室排風量較大時，要在實驗室通風系統(tǒng)設計時在走廊、大廳等公共區(qū)域增設補風系統(tǒng)，以避免出現(xiàn)負壓過大造成的開門或關門困難。

通風系統(tǒng)不僅對實驗室通風柜有特殊要求外，還對控制系統(tǒng)和其他設備有一定的要求和標準。設備型號、通風系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)都會影響到實驗室的壓力控制和最小通風量的控制，通風系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)最主要。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，建筑物內壓力不穩(wěn)定。

通風系統(tǒng)的風量的變化不能因為風管內靜壓的變化影響其反應時間，從而影響通風量的準確性。壓力相關型的系統(tǒng)也會影響系統(tǒng)流量的精準控制，使得其反應時間變慢，從而導致送排風設備產(chǎn)生震蕩，速度不穩(wěn)定，風量不平衡，最終導致控制系統(tǒng)沒法能調節(jié)。所有系統(tǒng)應選擇壓力變化無關型的。

08、結語

實驗室種類繁多，其通風系統(tǒng)的設計也應該因地制宜、與時俱進，在一個實驗樓內可能同時存在多種通風方式，而通風系統(tǒng)設計的首要原則是保證實驗室工作環(huán)境不損害工作人員的健康安全，在這個基礎上，則應盡量控制裝修和運行成本，為實驗室減輕經(jīng)濟壓力。隨著實驗室建設標準的不斷提高，變風量通風系統(tǒng)應用越來越廣，實驗室通風系統(tǒng)設計也需要多傾聽使用人員及其他相關方面人士的意見，設計要有針對性，做到有的放矢。