实验室通风系统
实验室通风系统
一、实验室通风的目的和要求
实验室通风与舒适性空调系统的通风设计要求不同，主要目的是提供安全、舒适的工作环境，减少人员暴露在危险空气下的可能。通风主要解决的是工作环境对实验人员的身体健康和劳动保护问题。
二、通风分类
1、按通风系统作用划分
按照通风系统作用范围可分为全面通风和局部通风。
（1）全面通风是对整个房间进行通风换气，用送入室内的新鲜空气把房间里的有害气体浓度稀释到卫生标准的允许范围内，同时把室内污染的空气直接或经过净化处理后排放到室外大气中。全面通风的效果不仅与全面通风量有关，还与通风房间的气流组织有关。全面通风的进排风应使室内气流从有害物浓度较低地区流向有害物浓度较高的地区，特别是应使气流将有害物从人员停留区带走。
（2）局部通风是采取局部气流使局部地点不受有害物的污染，从而营造娘蒿的工作环境。实验室局部通风一般包含：排毒柜通风、万向抽气罩通风、原子吸收罩通风、桌面通风罩通风等。
2、按通风系统作用力划分
按照通风系统的作用动力可分为自然通风和机械通风。
（1）自然通风是利用室外风力造成的风压，以及由室内外温度差产生的热压使空气流动的通风方式。
（2）机械通风是依靠风机的动力使室内外空气流动的方式。
实验室一般采用机械通风以及机械补风或自然补风相结合的形式。在通风系统设计时，先考虑局部通风，若达不到要求，再采用全面通风，局部通风可以保证在实验地点合理有效地排出有害物质，全面通风用来排出散发及残存在实验室中的有害物质，以保证实验室的卫生环境。另外，还要考虑建筑设计和自然通风的配合。
另有一种特殊通风形式是“事故通风”，它是为防止在发生偶然事故或故障时，可能突然放散的大量有害气体或有爆炸性的气体造成更大人员或财产损失而设置的排气系统，是安全保障的一项必要措施。
三、通风系统的组成
通风系统一般由通风设备、通风管道、消声器、风机、控制系统组成。
1、通风设备
实验室常用通风设备主要有：排毒柜、原子吸收罩、万向排气罩、桌面式通风罩等。
（1）排毒柜是安全处理有害、有毒气体或蒸汽的通风设备，作用是用来捕捉、密封和转移污染物以及有害气体，放置其逃逸到实验室内，这样通过吸入工作区域的污染物，使操作者吸入接触的污染物最小化。排毒柜内的气流是通过排风机将实验室内的空气吸进排毒柜，将排毒柜内污染的气体稀释并通过通风系统排到户外后，可以达到低浓度扩散。
常见排毒柜技术参数
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外形尺寸（mm*mm*mm）
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1200*800*2550
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1500*800*2550
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1800*800*2550
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台面高度（mm）
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850
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窗口最大开启高度（mm）
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740
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通风工作面净高（mm）
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1150
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通风工作面净深（mm）
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680
|
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通风工作面净宽（mm）
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950
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1250
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1550
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排风量（m³/L）
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1300
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1700
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2100
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压头损失（Pa）
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70
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80
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90
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排气口直径（mm）
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250
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300
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300
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通风柜面风速（m/s）
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0.5±10%
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噪音（dB）
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小于55
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工作面照度（lx）
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大于300
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输入额定电源电压（V）
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三项380VAC/50Hz
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电源插座额定电压（V）
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每个均为：220 VAC/50Hz
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电源插座额定电流（A）
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每个均为13
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适配风机功率（kW）
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0.18~11
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防触电保护类型
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I类
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外壳防护等级
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1P40
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额定绝缘电压（V）
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450VAC
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额定冲击耐受电压（kV）
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6
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净重（Kg）
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235
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（2）万向抽气罩是进行局部通风的首选，安装简单、定位灵活，通风性能良好，能有效保护实验室工作人员的人身安全，适用于液相色谱、气相色谱或废气量不大且没有高温的实验。
（3）原子吸收罩主要适用于原子吸收仪等涉及高温且需要局部通风的大型精密仪器，要求定位安装，也是整体实验室规划中必须考虑的因素之一。
（4）桌面通风罩主要适用于有机化学或需要长时间蒸馏的实验室，在解决这类实验室的整体通风要求中，它是必不可少的装备之一。
2、通风管道
对于一般的普通建筑，若室内排出的气体没有腐蚀性，通风管道可以采用镀锌钢板，对于产生有腐蚀性气体的实验室，风管应采用耐腐蚀材料的PVC风管或玻璃钢风管。在一般的实验室通风工程，室内大多采用PVC风管、室外采用玻璃钢风管。
中低压系统硬聚氯乙烯（PVC）矩形风管板材厚度
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风管边长尺寸b
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板材厚度（mm）
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b≤320
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3.0
|
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320＜b≤500
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4.0
|
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500＜b≤800
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5.0
|
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800＜b≤1250
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6.0
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中低压系统硬聚氯乙烯（PVC）圆形风管板材厚度
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风管直径D
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板材厚度（mm）
|
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D≤320
|
3.0
|
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320＜D≤630
|
4.0
|
对于室内层高不足的实验室或采用大型风管的实验室，一般采用矩形风管，以便与现场空间匹配，在满足风管要求的前提下，尽量减小风管占用空间。圆形风管采用插件连接，矩形风管采用法兰方式连接，根据实际情况也可采用插件方式连接。
3、风机
风机主要有轴流风机、斜流风机、离心风机。轴流风机、斜流风机适用于风压小、管路短的通风系统，如直接排至窗外或墙外的通风系统，简称直排；玻璃钢离心风机适用于管路长的通风系统，如通过风管井或外墙接管排至屋顶，简称屋顶排放。风机的材质：一般分为玻璃钢、PP、PVC等。分估计的型号根据风量和风压选择。
4、通风控制系统
通风控制系统可根据不同的情况采用不同的控制方式，如单台通风设备定风量通风控制系统、多台通风设备变频通风控制系统、多台通风设备变频+变风量通风控制系统。
（1）单台通风设备定风量通风控制系统。单台通风设备定风量通风控制系统是指每一台排毒柜的排风由独立的一组通风管和一台风机，有效的排放与大气层。风机的开关、排风系统的启动安装于排毒柜或通风设备上，排毒柜上方的控制阀为电动阀或手动阀。
优点：
1）操作简捷，系统的开关不影响其他同房的设备，只引用需要的通风设备。
2）防止通风系统的串联及废气的回流。
3）便于气流的控制。
4）系统运作费用低廉。
缺点：
1）系统前期投入费用高。
2）安装复杂，安装空间需求大。
3）长期维修费用昂贵。
4）使用条件：特别功能实验室如P2实验室、P3实验室、无菌间、放射性实验室、PCR实验室、动物实验室、DNA实验室等。
（2）多台通风设备定风量通风控制系统。多台通风设备定风量通风控制系统是指多台的通风柜或通风设备经由一组管道的串联由一台风机进行排放，排毒柜上方的控制阀为电动阀。本方式有两种控制方式：
1）定点控制。所有的通风设备仅用一个开关同时启动或关闭。
2）多点控制。在多台通风设备上或实验室里安装开关，只要有其中一台的开关还处于启动阶段，风机还是会处于运行状态。只有所有的开关断开，风机才会停顿。整个通风系统才会停止关闭状态。
优点：
a、减低材料的运用、减少前期的投资。
b、简化通风系统的安装、减少安装空间的需求。
c、维护费用相对减低。
d、多点控制可达到“以人为本”的实验室的理念，便于操作人员根据情况开关所需的设备。
缺点：
a、属于定风量排风，需100%的排风，系统越大，越会浪费大量的能源。
b、管道运作量大，易有噪声大，风量不易于平衡，引出排风量不足的问题。
c、排风量无法控制自如并根据实际所需量而排放。
适用条件：
要求不高的理化实验室、准备间、调配室等，性能不是很好，不推荐使用。
（3）多台通风设备变频通风控制系统。在大型通风系统中，如果采用单台排毒柜独立的定风量排风方式，会导致排风管道太多，管井尺寸不够用或外墙全是管道不美观，一次性投资大。如果采用多台通风设备运用一个定风量通风系统，虽然一次性投资减少了，但是运行不节能，在其中一些通风设备不适用时，其他通风设备的排风量将加大甚至超出正常排风量，影响实验操作，而且风机运行费用也很高，存在一定的弊病。
为了实验降低一次性投资且节省运行费用的目的。变频通风系统应运而生。变频通风系统是指多台通风设备共用一台风机，采用变频的控制技术，根据通风设备的使用量自动调节风机的运转，从而达到节能的目的。其原理是：在通风管路的主管上加风管压力传感器，另设变频柜，变频柜里安装变频控制器，通过初设一个风管压力值，由变频控制柜对系统风量进行控制。当有一部分通风设备不使用时，通风主管的压力产生变化，这时压力传感器检测到压力变化后，它将这种压力变化转换为0~10V的电压信号，传递到变频控制柜，变频控制柜将这种信号转换为一种电流值来控制变频器，降低变频器的工作频率，由于变频器的频率变化，产生的电流变化控制风机的转速，以达到降低风机的排风量的目的。
变频调速是一种先进且较成熟的技术，它是通过整流器、逆变器和控制电路将频率一定的家留点变成直流，再将直流逆变为不同频率的交流，已达到对交流异步电机进行调速控制。
排毒柜上方的控制阀为电子调风阀，它是一种新型的微电脑式风阀，具有下列优点：
1）电子调风阀的控制面板可以直接安装在排毒柜的上立柱或下座，操作方便、直观。
2）风阀的角度可从0°到90°作任意调整，操作人员可以通过风阀的控制面板的触摸按钮任意设置风阀的角度，风阀会自动保存设定值。
3）电子调风阀可以开关风阀和风机，可以多个风阀联机开关风机，也可以作为变频控制系统中的控制器，向PLC、变频器输出信号来控制变频器的输出，从而控制系统风量，保持排毒柜的风量恒定。
4）电子调风阀同时可以代替照明开关和系统开关等，减少排毒柜上的各种电器设备，提高了操作人员的安全保护。
5）电子调风阀在关机状态时能自动复位为0°，因此同时具备了止回阀的功能，其他正在工作中的排毒柜产生的废气不会倒流到此排毒柜中。
对于通风系统采用PLC变频控制，具有以下优点：
1）高效：采用变频调速，直接调节风量，使无用功减少，提高系统工作效率。
2）节能：变频调速后风机一般以30~45Hz运行，节能达25%~70%以上，频率越低，节电率越高。
3）延长风机系统寿命：实现真正变频软启动，减少电机启动对电网的冲击和对电机本身的危害，提高电机的寿命和系统的寿命。
4）提高风机运行质量：以往，风机总是处于工频50Hz慢速运行，风机的运行质量很低；而采用变频调速后，随风量适时调节频率以调节转速，风机的运行质量大大提高。
缺点：变频系统由于是很多台通风设备连接在一起，通风系统对房间的高度和管井的大小都有要求，只有高度足高的房间才适用做变频系统。因为变频系统的风管尺寸较大。
适用条件：同一个房间或同事适用的多个房间有很多通风设备，宜采用变频系统，能有效的节约能源。
（4）变频+变风量通风控制系统。在大型通风系统中，多台通风设备连在一起，采用变频系统控制室只能是对主风管的风量进行控制，只有感受到主风管的风压产生变化，才对风机作出相应调整，而对通风设备末端的面风速不能做任何调整。在一些通风设备要求变量控制或面风速要求很恒定的情况下，采用变频系统就不能对通风设备末端进行有效控制。
为了解决通风设备末端的变风量要求和面风速恒定的要求，实现进一步节能，出现了变频+变风量通风控制系统。变频+变风量通风控制系统包括：一个风速传感器、红外线探测器、一个边锋量控制阀、一个自动控制器面板和操作终端。
变频+变风量控制系统的原理是：通风设备例如排毒柜，增加末端控制系统后，排毒柜上方布置一个风速传感器及红外线探测器，测得的排毒柜面风速通过传感器与实现设定好的合理入口风速值在自动控制器中相比较，控制排毒柜风管上的变风量控制阀，调整排毒柜的排风量保证拉门处的入口面风速恒定，确保柜内污染物被混合均匀，能彻底排除红外线探测器的目的是感应排毒柜前面是否有人存在，当有人操作时，排毒柜的面风速设定在0.5m/s，无人操作时排毒柜的面风速设定在0.3m/s。
主风管也附有一套变频控制系统。主风管终端置有风压传感器，将测到变风量和设定好的风速值在自动控制器中相比较，通过控制箱的计算与调配来控制变频器的输出，以调整风机上电机的转速，从而达到风量调节之目的，排毒柜上方的控制阀为变风量调风阀（VAV阀）。
对于变频+变风量通风控制系统有以下优点：
1）高效：采用变频调速，直接调节风量，使无用功减少，提高系统工作效率。
2）更节能：变风量末端加传感器的控制变频器，比单独采用变频系统在主管加压力传感器控制变频器的控制精度要高得多，变频调速后风机一般以30~45Hz运行，节能达50%~70%以上，频率越低，越节能，一般采用变风量控制系统，三年左右就可以回收成本，运行10年可节约80%的运行费用。
3）延长风力系统寿命：实现真正变频软启动，减少电机启动对电网的冲击和对电机本身的危害，提高电机的寿命和系统的寿命。
4）提高风机运行质量：以往，风机总是处于工频50Hz慢速运行，风机的运行质量很低；而采用变频调速后，随风量适时调节频率以调节转速，风机的运行质量大大提高。
缺点：
变频系统由于很多台通风设备连接在一起，通风系统对房间的高度很管井的大小都有要求，只有高度足够的房间才适用做变频+变风量系统。
适用条件：同一个房间或同时使用的多个房间有很多通风设备，宜采用变频+变风量系统，控制效果最好，节能最多。
四、噪音控制
为减少通风系统运行中产生的噪音，可采取如下措施。
1、减震设计
（1）由于大型离心风机运行时震动较大，为使风机运行时，其震动不至于影响周围环境，必须对风机采取减震措施，风机底座采用混凝土基础，在风机底座与混凝土之间采用或阻尼弹簧减震器，考虑经济性小型离心风机可用橡胶减震垫减震。
（2）在风机进风口安装软接头。可使风机运行时所产生的噪声和震动不至于通过风管传递到各层实验室。
2、在风机吸风口处加装消声器
当采用玻璃钢离心风机屋顶排风时，需在风机吸风口处加装消声器，消声器是为了降低实验室废气排放系统噪音水平而设计的消声装备，消声器防雨、抗腐蚀，壳体整体采用白色PP板材，内部采用消音材料。
五、实验室通风系统技术参数
（1）实验室的通风换气8~15次/h。
（2）支管内风速6~8m/s，干管内风速8~12m/s。
（3）排毒柜柜面风速一般控制在0.3~0.8m/s，验收标准一般0.5m/s。
（4）室外噪声应该控制在70dB（A）和实验室内噪声应该控制在55dB（A），如果不能控制在此范围内，通风系统末端必须配有消声器。
（5）单台1800*800型排毒柜设计排风量：1300~2100m³/s。
单台1500*800型排毒柜设计排风量：900~1700 m³/s。
单台1200*800型排毒柜审计排风量：700~1300 m³/s。
单台万向排烟罩设计排风量：150~300 m³/s。
单台500*500原子吸收罩设计排风量：400~600 m³/s。
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排毒柜规格及组合
|
设计排风量（CMH）
|
表面平均风速（m/s）
|
风管尺寸（mm）
|
风管长度（m）
|
弯头数量
|
排放方式
|
|
1.2m
|
1300
|
0.5
|
250
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.5m
|
1700
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.8m
|
2100
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.2m*2
|
2600
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.5m*2
|
3400
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
320*320
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.8m*2
|
4200
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
400*320
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.2m+1.5m
|
3000
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.2m+1.8m
|
3400
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
320*320
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
|
1.5m+1.8m
|
3800
|
0.5
|
315
|
≤6
|
≤3
|
直接排放
|
|
320*320
|
≤18
|
≤5
|
楼顶排放
|
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