實驗室設(shè)計是行業(yè)中常用的專項設(shè)計，包括了化學、生物、動物、物理實驗室等各個類別。空調(diào)通風系統(tǒng)的設(shè)計包含了空氣處理、制冷加熱和除濕、氣流組織、控制、安全等部分，它們是一個整體而不是獨立系統(tǒng)。建工行業(yè)曾經(jīng)出版過JGJ91-93 《科學實驗室設(shè)計規(guī)范》，但如今過去了17年，期間出現(xiàn)了很多新的技術(shù)和標準，在國外則有SEFA、ASHRAE等組織有過專項研究。 

對實驗室的功能了解是通風系統(tǒng)選擇和設(shè)計的決定因數(shù)。提供一個安全的環(huán)境給工作人員是首要目標在實驗室的系統(tǒng)設(shè)計中。設(shè)計者要徹底研究所有的因數(shù)，找到最合適的設(shè)計。本文研究背景是某歐洲化工公司為復合生產(chǎn)線項目配套的化學實驗室。這個項目的化學實驗室由濕法化學間，加熱間，恒溫恒濕間，通用試驗間、注塑間和辦公間組成。除恒溫恒濕間的環(huán)境，其他房間只需要溫度控制，并且都沒有潔凈要求。ASHRAE規(guī)定實驗室空調(diào)和通風設(shè)計參數(shù)包括以下： 

　　1）室內(nèi)外溫度濕度要求； 

　　2）空氣質(zhì)量； 

　　3）設(shè)備和工藝熱負荷，包括顯熱和潛熱； 

　　4）內(nèi)部負荷的預期增加； 

　　5）最小換氣次數(shù)； 

　　6）進風和補風； 

　　7）排風設(shè)備類型； 

　　8）控制和報警； 

　　9）通風柜的尺寸和數(shù)量的調(diào)整可能； 

　　10）房間壓差； 

　　11）設(shè)備和電源的備用。 

本文針對其中實驗室常用的4個通風標準包括換氣次數(shù)，送排風形式，房間壓差和控制系統(tǒng)進行了闡述。 

01

換氣次數(shù)的選擇

　　《化工采暖通風和空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定化驗室房間的最小換氣量一般在6次/h~8次/h。 

　　ASHRAE規(guī)定驗室內(nèi)的整體換氣次數(shù)應由下列風量之決定：從局部排風設(shè)備或其他房間排風所排出的總風量；帶走房間熱負荷所需的制冷風量；最小換氣次數(shù)需求。在使用情況下．實驗室的最小換氣次數(shù)應維持6次/h~10次/h。 

　　在通常情況下>10次/時房間換氣次數(shù)被認為是合適的。但是當實驗室內(nèi)有可能產(chǎn)生高熱負荷的分析設(shè)備,或房間內(nèi)有較大量的局部排風時，則可能需要相應增大換氣量。濕法化學室有通風柜，加熱間有大量的加熱爐。通風柜的計算方法則參照《化工采暖通風和空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中對輕、中度危害或有危險的有害物質(zhì)，在室內(nèi)頂棚有補風的情況下，通風柜的操作口最小吸風面速度0.5m/s。對于通風柜的使用率，當通風柜的數(shù)量大于2個時，則應該取60%~70%同時使用率。加熱爐則是以維持爐內(nèi)加熱溫度的熱平衡法則計算所需的排風量。通過以上可以計算出總的安全通風量，此外負荷計算的空調(diào)風量，還有最小換氣次數(shù)10次進行比較，三者取最大值。 

02

送風和排風形式

     《化工采暖通風和空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定化驗室的排風量較大時，應設(shè)置室外新風補風系統(tǒng)，并計入新風負荷。 

　　《科學實驗室建筑設(shè)計規(guī)范》規(guī)定每個排風裝置宜設(shè)獨立的排風系統(tǒng)。同一個實驗室內(nèi)的所有排風裝置宜合用一個排風系統(tǒng)。工作時間連續(xù)使用排風系統(tǒng)的實驗室應設(shè)置送風系統(tǒng)，送風量宜為排風量的70%，并應根據(jù)工藝要求對送風進行空氣凈化處理。對于采暖地區(qū)，冬季應對送風進行加熱。送風氣流不應破壞實驗室排風裝置的正常工作。 

　　ASHRAE 規(guī)定所有從化學實驗室內(nèi)排出的氣體均需直接排出室外，而不能循環(huán)利用。因此，除非化學實驗室也有潔凈要求否則均需保持其相對于相鄰區(qū)域為負壓。而是否選擇100％全新風送風系統(tǒng)，應做為實驗室危險評估的一個重要部分。 

　　實驗室各個單元間設(shè)置了獨立的排風系統(tǒng)，排風都安裝在屋頂上。濕法化學間和加熱間由于產(chǎn)生有毒、腐蝕、高溫的氣體，必須采用全新風處理。其他如工作人員進行計算機分析的通用實驗間和進行材料測試的恒溫恒濕間，100％全新風送風系統(tǒng)并不是唯一的選擇。因為實驗室不同的工藝職能，不一定要全新風通風或全新風空氣處理。能滿足工藝只能是首要的，100%的新風是針對通風柜的環(huán)境，而對于一般實驗室循環(huán)空氣處理能達到要求的，就不必要100%全新風。何況在全新風的空調(diào)環(huán)境下，能耗非常高。 

03

房間壓差

　　《化工采暖通風和空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定化驗室應保持相對負壓。 

　　ASHRAE 規(guī)定所有從化學實驗室內(nèi)排出的氣體均需直接排出室外，而不能循環(huán)利用。因此，除非化學實驗室也有潔凈要求否則均需保持其相對于相鄰區(qū)域為負壓。 

　　這個規(guī)定其實要根據(jù)具體的實施對象。本項目中恒溫恒濕間需要嚴格的溫度、濕度控制范圍，應該設(shè)計成正壓。因為如果設(shè)計成負壓，則相鄰區(qū)域的空氣去進入，一方面可能破壞溫、濕度的控制精；另一方面如果污染的空氣進入，也可能造成安全問題。而對于濕法化學間和加熱間，為防止有毒、腐蝕、高溫的氣體或揮發(fā)物散發(fā)到房間，甚至散發(fā)到其他的區(qū)域，設(shè)計成負壓是必須的。實驗室建筑的辦公區(qū)域，應相對于走廊和實驗室始終維持正壓。實驗室內(nèi)氣流應從低危險區(qū)域流向高危險區(qū)域，最終通過各類通風柜或加熱設(shè)備排到室外。 

04

控制系統(tǒng)

　　控制應該把以上幾項綜合起來，可以滿足整個實驗室的房間壓力、各房間壓差、通風量、溫濕度和各方面的安全控制要求，同時降低能耗。實驗室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學物質(zhì)污染源，特別是有害氣體，將其排除非常重要。但與此同時，能源往往會被大量的消耗，因而實驗室的通風控制系統(tǒng)的要求從早期定風量，雙穩(wěn)態(tài)，變風量系統(tǒng)，到最新的適應性控制系統(tǒng)。所謂最為安全、舒適的環(huán)境，并要求最節(jié)能的方式是不能太過于奢望。系統(tǒng)響應迅速確保人身安全，以最高的精確性正確控制送排風的平衡和室內(nèi)壓力，提供最大的穩(wěn)定性。盡量降低用戶前期投入，同時減少用戶在運行、能源消耗及維護等方面的費用。 

　　ASHRAE 規(guī)定實驗室控制一方面調(diào)整設(shè)備的溫度和濕度控制；另一方面監(jiān)控安全設(shè)施保護工作人員，用哪個系統(tǒng)，只要對當前實驗室是合適的。 

　　化學實驗室的通風采用定風量還是變風量控制系統(tǒng)，這取決于設(shè)計者、使用者和設(shè)施管理者對其所要求的功能初次投資和運行費用等問題的綜合考慮。定風量（CAV）系統(tǒng)被設(shè)計用來為所有的通風柜和加熱爐提供總的排風流量，不管這些通風柜和加熱爐是否被占用，總的流量都保持一定。這一方法采用機械限位擋塊限制調(diào)節(jié)閥門開度，可能最大減小40％流量。變風量系統(tǒng)（VAV），則是系統(tǒng)容量的減小超過10％或20％的參差性設(shè)計。 

　　本項目采用了定風量系統(tǒng)。因為系統(tǒng)從總體看不是大型系統(tǒng)，單獨房間中需要排風的設(shè)備數(shù)量沒有超過6個，最大、最小換氣次數(shù)接近。在這種情況下則考慮采用定風量系統(tǒng)。它的優(yōu)勢是設(shè)計直接、系統(tǒng)簡單，并且控制系統(tǒng)初投資成本低。通過人工調(diào)整壓力相關(guān)型的風閥的葉片來設(shè)置通風柜、加熱爐等的排風風量。當調(diào)節(jié)門處于某一特定開度時達到希望的通風柜面風速。房問補風風量要略低于設(shè)定的通風柜排風量,使?jié)穹ɑ瘜W間和加熱間為負壓并保證足夠的通風換氣量。溫度控制一般可通過將集中空調(diào)處理過的空氣再加熱或風機盤管實現(xiàn)。雖然它的劣勢是靈活性差，將來的擴展會由于設(shè)備容量限制而受限。但是采取一些補助措施，定風量依然是現(xiàn)階段對此類化學實驗室的較好系統(tǒng)。這些措施是：預留一定的設(shè)備安裝空間，為將來的實驗室擴容保留了一定余地;通風柜盡量采用旁通型，使吸風面風速和排風量恒定;在可能增加風量變化的風管上增加壓力無關(guān)型的定風量閥，現(xiàn)階段的風量和將來變化的風量時，都不會影響風管壓力，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 

05

結(jié)論

　　實驗室的通風設(shè)計首要解決的問題是安全性問題，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，同時要保證最低的能源消耗，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(shè)計。通過對此類型化學實驗室涉及的換氣次數(shù)、送排風形式、房間壓差、控制系統(tǒng)標準，筆者建議： 

　　1）換氣次數(shù)至少應該以下三項指標值中取最大值：實驗室工作區(qū)的設(shè)備的排風量，制通常情況下，走廊、辦公區(qū)、實驗區(qū)為氣流的流動方向，上游相鄰區(qū)為正壓； 

　　4）冷負荷量對應的風量，最小換氣次數(shù)為10次/h風量； 

　　2）根據(jù)實際工作環(huán)境確定是否100%新風量； 

　　3）定風量仍然是經(jīng)濟實用的控制系統(tǒng)，能夠滿足部分實驗室要求，做好將來擴容的措施。