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實(shí)驗(yàn)室逐漸趨向大型化、集結(jié)化、綜合化,對(duì)實(shí)驗(yàn)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(duì)于實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求不外乎以下5點(diǎn):(1)安全性;(2)經(jīng)濟(jì)性;(3)實(shí)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(shí)驗(yàn)室人員的身體健康甚至生命安全;實(shí)驗(yàn)室綜合性能要依靠整個(gè)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(shí)驗(yàn)室,高能耗與局部高速低溫氣流(draught)引起人們高度重視。勘探開發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室集成項(xiàng)目正面臨這樣的問題,對(duì)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,項(xiàng)目經(jīng)理部根據(jù)實(shí)際工程需要設(shè)計(jì)選用實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)及控制系統(tǒng)。1

選用適宜的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)室操作人員最重要的防護(hù)屏障,應(yīng)選用氣流組織較好的實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(duì)操作人員安全造成威脅。設(shè)計(jì)較好的實(shí)驗(yàn)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(jìn)風(fēng)面風(fēng)速始終保持在0.5m/s±20%,并且面風(fēng)速均勻。實(shí)驗(yàn)表明,面風(fēng)速過小,<0.3m/s,操作人員擾動(dòng)易造成通風(fēng)柜內(nèi)有害氣體外溢,對(duì)操作人員造成危害。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進(jìn)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(shí)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。可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體要求選用。

實(shí)驗(yàn)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(jìn)風(fēng)面風(fēng)速實(shí)時(shí)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(shí)降低風(fēng)量,按60%風(fēng)量運(yùn)行)。也可采用區(qū)域存在傳感器,自動(dòng)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(shí),加大通風(fēng)柜排風(fēng)量)。

2

實(shí)驗(yàn)室氣流組織,送、排風(fēng)控制閥設(shè)置

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜內(nèi)氣流組織由通風(fēng)柜設(shè)備結(jié)構(gòu)實(shí)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(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng),有人操作時(shí),通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進(jìn)風(fēng)面風(fēng)速始終為0.5m/s±20%。無人操作時(shí)為0.3m/s。在通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門關(guān)閉時(shí),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(shí),試劑柜排風(fēng)量約75m3/h。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室排風(fēng)效果及維持室內(nèi)溫、濕度,應(yīng)設(shè)置實(shí)驗(yàn)室最小排風(fēng)換氣次數(shù),白天有人操作時(shí)8~10次/h,夜間無人操作時(shí)4~6次/h;若實(shí)驗(yàn)室各通風(fēng)柜及萬向排風(fēng)罩最小排風(fēng)量不能滿足實(shí)驗(yàn)室最小換氣次數(shù)要求時(shí),應(yīng)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室達(dá)到最低排風(fēng)換氣次數(shù)要求。為避免實(shí)驗(yàn)室氣流滲出實(shí)驗(yàn)室,造成交叉污染。應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)室相對(duì)走廊或辦公區(qū)為負(fù)壓。在實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)支管裝變風(fēng)量閥,控制實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)室各排風(fēng)量差值始終為定值,維持實(shí)驗(yàn)室壓差恒定。實(shí)驗(yàn)室氣流控制圖見圖1、圖2。

圖1實(shí)驗(yàn)室氣流控制圖下載原圖

圖2實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)量表下載原圖

在實(shí)驗(yàn)室布置時(shí),應(yīng)盡可能減少送風(fēng)氣流、人員對(duì)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進(jìn)風(fēng)口擾動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量較大,實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)口可采用孔板靜壓箱送風(fēng)口,擴(kuò)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(dòng)時(shí),距通風(fēng)柜面板0.6m以上,避免人員走動(dòng)影響通風(fēng)柜氣流。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門應(yīng)遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室門,避免開門對(duì)通風(fēng)柜氣流影響。

3

合理確定實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)最大風(fēng)量

實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)一般帶多個(gè)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)最大風(fēng)量的確定,應(yīng)根據(jù)所帶實(shí)驗(yàn)室數(shù)量及實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行模式,考慮適當(dāng)?shù)耐L(fēng)柜運(yùn)行同時(shí)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量即要滿足實(shí)驗(yàn)室最大運(yùn)行風(fēng)量要求,也不要盲目擴(kuò)大風(fēng)量,甚至取通風(fēng)柜同時(shí)運(yùn)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(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜每天有人員操作的時(shí)間平均少于1h。

實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)最小排風(fēng)量可按額定風(fēng)量20%確定。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)宜采取調(diào)頻控制,保持排風(fēng)系統(tǒng)干管最遠(yuǎn)點(diǎn)靜壓恒定。使排風(fēng)機(jī)風(fēng)量與系統(tǒng)排風(fēng)量相一致。減少排風(fēng)機(jī)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(shí),實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)也宜采取調(diào)頻控制,送風(fēng)量應(yīng)與實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)量相一致。因?qū)嶒?yàn)室為全新風(fēng)系統(tǒng),送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗非常高。在滿足實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)要求前提下,盡可能減少送風(fēng)量,節(jié)能實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗。實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖3。

4

實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)控制閥選擇及控制系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)投資比重也比較大。用于實(shí)驗(yàn)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(hù)費(fèi)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(shí)間<1s,達(dá)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(duì)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(yùn)行風(fēng)量,有效降低通風(fēng)柜的低風(fēng)量運(yùn)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(dòng)平衡閥前后壓差變化影響。控制簡單可靠,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(yàn)傳感器。控制閥壓力無關(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(tái)風(fēng)量控制閥自帶控制器,可相互聯(lián)網(wǎng)。

圖3實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)圖下載原圖

每臺(tái)通風(fēng)柜排風(fēng)支管裝1臺(tái)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(yùn)行狀態(tài)(有人或無人),控制通風(fēng)柜的排風(fēng)量。在實(shí)驗(yàn)室各萬向排風(fēng)罩排風(fēng)匯總管上安裝1臺(tái)定風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,造價(jià)較數(shù)字式變風(fēng)量文丘里控制閥低,保證實(shí)驗(yàn)室萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量。實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)口排風(fēng)管裝1臺(tái)慢變風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,造價(jià)較變風(fēng)量閥低。在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜、萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量低于實(shí)驗(yàn)室設(shè)定最低排風(fēng)換氣次數(shù)時(shí),打開實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)口,保證實(shí)驗(yàn)室最低排風(fēng)換氣次數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)支管上安裝1臺(tái)變風(fēng)量數(shù)字式文丘里控制閥,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室各排風(fēng)閥風(fēng)量,控制實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量,保證實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量與排風(fēng)量差值恒定,維持實(shí)驗(yàn)室壓差恒定。

5

節(jié)能

實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),通常為直流風(fēng)。送風(fēng)空調(diào)機(jī)將室外風(fēng)處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),送入實(shí)驗(yàn)室內(nèi),補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)室排風(fēng),維持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫、濕度,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室送風(fēng)量很大,特別是有多臺(tái)通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室,空調(diào)機(jī)處理送風(fēng)溫、濕度的能耗很高,占實(shí)驗(yàn)室能耗和運(yùn)行電費(fèi)的比重很大。實(shí)驗(yàn)室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的主要手段是在保證實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜,大部分時(shí)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(shí)驗(yàn)室各通風(fēng)柜運(yùn)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(shí)驗(yàn)室安全的前提下,節(jié)省實(shí)驗(yàn)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(fèi)用有所增加,但綜合考慮實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行電費(fèi)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(fèi)用減少,在實(shí)驗(yàn)室壽命周期內(nèi),空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)綜合費(fèi)用還是大幅減少。據(jù)資料顯示,實(shí)驗(yàn)室每減少1m3/hr空調(diào)送風(fēng)量,每年減少運(yùn)行電費(fèi)10~12元。

6

其它

對(duì)于強(qiáng)酸堿等有腐蝕性氣體揮發(fā)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jī)應(yīng)采用玻璃鋼或涂防腐涂層的防腐型風(fēng)機(jī)。實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)應(yīng)在屋面上向高空排放。如有必要,實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)應(yīng)經(jīng)吸收塔處理后排放。多層實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。

總結(jié)

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