淺談實驗室通風空調系統設計

淺談實(shi)驗室通風空調系(xi)統設計

通(tong)風(feng)(feng)系統引起的(de)(de)(de)空(kong)調(diao)(diao)補風(feng)(feng)能(neng)(neng)耗(hao)在實(shi)驗室(shi)(shi)空(kong)調(diao)(diao)能(neng)(neng)耗(hao)中占較大比(bi)例，是實(shi)驗室(shi)(shi)節能(neng)(neng)潛力的(de)(de)(de)部(bu)分。按照我國現實(shi)國情，從各地(di)項目的(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)條件出(chu)發，選用(yong)合(he)理的(de)(de)(de)實(shi)驗室(shi)(shi)空(kong)調(diao)(diao)通(tong)風(feng)(feng)設計(ji)標準，采取靈活適(shi)用(yong)的(de)(de)(de)空(kong)調(diao)(diao)冷熱(re)源方案，研究(jiu)實(shi)驗室(shi)(shi)變(bian)風(feng)(feng)量(liang)通(tong)風(feng)(feng)系統的(de)(de)(de)設計(ji)方案，是較大幅度地(di)減少實(shi)驗室(shi)(shi)新風(feng)(feng)能(neng)(neng)耗(hao)的(de)(de)(de)一(yi)些方法，目的(de)(de)(de)是從總體上降低(di)實(shi)驗室(shi)(shi)空(kong)調(diao)(diao)能(neng)(neng)耗(hao)。同(tong)時，排風(feng)(feng)柜自循環(huan)過濾系統的(de)(de)(de)應用(yong)，相(xiang)比(bi)傳統的(de)(de)(de)排風(feng)(feng)柜形式(shi)，其在新風(feng)(feng)能(neng)(neng)耗(hao)方面的(de)(de)(de)節能(neng)(neng)潛力優(you)勢明顯，值得進一(yi)步研究(jiu)及推廣。

有資料表(biao)明(ming)，一個實(shi)驗室規范及(ji)人員舒(shu)適(shi)性要求的(de)實(shi)驗室，其單位面積的(de)空調負(fu)荷明(ming)顯(xian)大于一般的(de)辦(ban)公室需求，有些(xie)實(shi)驗室的(de)空調負(fu)荷(制冷(leng))實際需求(qiu)甚至超過 300w/m2，遠(yuan)大于甲級辦(ban)公樓的負(fu)荷值(zhi)。因此，如(ru)何在工程設(she)計上有效降低實驗室空調能耗，為用戶帶來(lai)客觀的運行費用節省(sheng)，有其探討價值(zhi)。

環(huan)境要(yao)求

本建筑內質量實驗室(shi)、車間實驗室(shi)、化學室(shi)位(wei)于2層(ceng)，環(huan)保實驗室(shi)、樣品(pin)室(shi)位于3層，室內布(bu)置(zhi)有(you)臺式通(tong)風(feng)柜(ju)、萬象抽氣罩(zhao)、安全柜(ju)及烤箱架等需要通(tong)風(feng)的實驗設施(shi);根(gen)據業(ye)主(zhu)方的(de)要求(qiu)，實(shi)驗室(shi)及樣(yang)品室(shi)的(de)濕度均要求(qiu)在50%，質(zhi)量實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)室(shi)(shi)、車間(jian)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)室(shi)(shi)及環保實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)室(shi)(shi)有恒溫要求。實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)室(shi)(shi)及樣品室(shi)(shi)均要求為室(shi)(shi)內(nei)負(fu)壓(ya)，負(fu)壓(ya)數(shu)值無(wu)需準(zhun)確控制。

實驗(yan)室通(tong)風系統設計原則(ze)

實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)通風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)設計應滿(man)(man)足實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)性、經濟性、技術*性與安(an)裝(zhuang)使用維護的(de)(de)(de)(de)便(bian)利(li)。實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)通風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)必須保(bao)證(zheng)工作人員(yuan)的(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)和健康，即需保(bao)證(zheng)排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)柜(ju)入口(kou)合(he)適的(de)(de)(de)(de)面(mian)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)速(su)，送排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)閥(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)快(kuai)速(su)啟(qi)動及風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)機風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)量的(de)(de)(de)(de)匹配，實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)內相對于(yu)建筑其他區域一定(ding)(ding)為負壓，回(hui)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)不(bu)可利(li)用，全(quan)(quan)新風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)，并(bing)保(bao)證(zheng)室(shi)(shi)(shi)內最小的(de)(de)(de)(de)換氣(qi)次數。據以上原則，本(ben)項目實(shi)(shi)驗(yan)樓(lou)根(gen)據樓(lou)層布局(ju)采用獨立的(de)(de)(de)(de)空調新風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)送風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)統和獨立的(de)(de)(de)(de)排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)統。實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)每個排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)柜(ju)為變(bian)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)量排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)，保(bao)持其入口(kou)平均面(mian)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)速(su)隨著柜(ju)門開度的(de)(de)(de)(de)變(bian)化快(kuai)速(su)反應。在安(an)全(quan)(quan)柜(ju)等排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)設備為定(ding)(ding)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)量排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)。根(gen)據實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)具體(ti)情況(kuang)，可能(neng)配置(zhi)變(bian)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)量或定(ding)(ding)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)量室(shi)(shi)(shi)內輔助(zhu)排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)閥(fa)(fa)從吊頂(ding)上排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)。通過這(zhe)些(xie)排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)控制閥(fa)(fa)，既保(bao)證(zheng)了通風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)設備的(de)(de)(de)(de)正常工作，又能(neng)滿(man)(man)足室(shi)(shi)(shi)內換氣(qi)次數的(de)(de)(de)(de)要求。

考慮實(shi)驗(yan)室的(de)(de)實(shi)際需(xu)要和使用情況，配置有變風(feng)量(liang)閥(fa)的(de)(de)通(tong)風(feng)柜的(de)(de)實(shi)驗(yan)室設置2個開關:緊急排風(feng)(feng)(feng)工況(kuang)開(kai)關和夜間工況(kuang)開(kai)關。在緊急排風(feng)(feng)(feng)工況(kuang)時(shi)，排風(feng)(feng)(feng)柜(ju)(ju)的(de)排風(feng)(feng)(feng)量(liang)始終保(bao)持最大排風(feng)(feng)(feng)量(liang)，而無論(lun)柜(ju)(ju)門處(chu)于什么樣(yang)的(de)位置。當實驗(yan)室有藥品試劑打翻等緊急情況(kuang)下，或(huo)某臺排風(feng)(feng)(feng)柜(ju)(ju)需要大量(liang)排風(feng)(feng)(feng)時(shi)，可以置于此(ci)種(zhong)工況(kuang)。當晚上下班后可置于夜間工況(kuang)，關閉房(fang)間送風(feng)(feng)(feng)及排風(feng)(feng)(feng)柜(ju)(ju)的(de)排風(feng)(feng)(feng)，維(wei)持實驗(yan)室最小風(feng)(feng)(feng)量(liang)排風(feng)(feng)(feng)，節約(yue)能耗。

實驗室通風量確定(ding)

下面以車間實(shi)驗室為例進行說明實(shi)驗室風(feng)量的確定(ding)。車間實(shi)驗室內(nei)有2臺排風(feng)柜，1臺安全柜(排風量為 180m3/h)

1）實驗(yan)室負壓控(kong)制

為防止(zhi)實(shi)(shi)驗(yan)室的氣(qi)體擴散到周圍區域，實(shi)(shi)驗(yan)室內(nei)需(xu)保持負壓，也就是說實(shi)(shi)驗(yan)室內(nei)總排風量應始終(zhong)大于(yu)送風量。實(shi)(shi)驗(yan)室的負壓就由2臺(tai)通(tong)風柜排(pai)風，1臺(tai)安(an)全(quan)柜(ju)排(pai)風，1臺(tai)房間(jian)送風閥送風和自然(ran)滲透(tou)風之(zhi)間(jian)的平衡來(lai)保證。根據(ju)工程(cheng)經驗，當送排風量(liang)差為2次換(huan)氣次數對應(ying)的風量時(shi)，室內負壓約為(wei)-5Pa。該實驗室面積為 25m2，層(ceng)高為 3m，2 次換氣(qi)次數(shu)對應(ying)的風量為:ΔV=25x3x2=150m3/h。室(shi)內送排(pai)風量(liang)差確(que)定為 150m3/h 時，門窗關閉時室內負壓(ya)通過自然滲透可(ke)維持(chi)在-5Pa左右。實(shi)際上(shang)由于門窗的(de)(de)(de)縫(feng)隙和吊頂的(de)(de)(de)密封性(xing)以(yi)及吊頂上(shang)房間與走廊(lang)的(de)(de)(de)隔墻的(de)(de)(de)密封性(xing)差異，維持(chi)-5Pa的(de)負壓(ya)可能需要不同于(yu)150m3/h 的風(feng)量(liang)差，這個問題可以在調試時再根據實(shi)際情況來確定風(feng)量(liang)差加以解決。

2）實驗室(shi)總排風量的確定

排風(feng)柜最大排風(feng)量:排風柜規格(ge)為(面長x高度(du)x深度):xx。柜前有人操(cao)作時面(mian)風速可選/s，柜門拉起開度取(qu)，此時為排(pai)風柜最(zui)大排(pai)風量。

 

柜門最大開(kai)口凈面積為(wei):A排=x=。

排風柜最(zui)大排風量:V柜(ju)max=A排(pai)xx3600=1512m3/h.

排(pai)(pai)風柜最小排(pai)(pai)風量:V 柜(ju) min=300m3/h。

室(shi)內排風量(liang)除(chu)了(le)要考(kao)慮(lv)實驗(yan)室(shi)排風設備的需要，還要考(kao)慮(lv)實驗(yan)室(shi)日間工作工況(kuang)最小換氣次(ci)數 12 次/h的(de)室內排風量要求。

室(shi)內排風設備(bei)最(zui)大排風量:V室 max=2x1512+180=3204m3/h。

室內排風(feng)設備最小(xiao)排風(feng)量:V室(shi)min=2x300+180=780m3/h。

室內(nei)夜間工況排(pai)風量:V室(shi) reduce=25x3x2=150m3/h。

 

室(shi)內日間(jian)工(gong)作(zuo)工(gong)況，按照室(shi)內最小換(huan)氣次數 12 次(ci)/h確(que)定排風量，最小(xiao)排風量為(wei) 900m3/h。當通風(feng)柜處于最小排(pai)風(feng)量時，房間的總排(pai)風(feng)量780m3/h，不(bu)能(neng)滿足最(zui)小換氣次數(shu)的要求，需(xu)要加裝室內輔助排(pai)風，輔助排(pai)風量設為 120m3/h。

加設輔助排(pai)風(feng)后室內最大排(pai)風(feng)量:

Vmax=2x1512+180+120=3324m3/h。

加(jia)設輔助排風(feng)后室內(nei)最(zui)小排風(feng)量(liang):Vmin=2x300+180+120=900m3/h。

室(shi)(shi)內夜間工況，關(guan)閉輔助排(pai)風(feng)(feng)及通風(feng)(feng)柜排(pai)風(feng)(feng)，保留安全柜排(pai)風(feng)(feng)，用以保證室(shi)(shi)內負壓，因(yin)此室(shi)(shi)內夜間工況排(pai)風(feng)(feng)量:Vreduce=180m3/h。

3）實驗室送風量的確(que)定

此系(xi)統(tong)為變風(feng)(feng)量(liang)送(song)風(feng)(feng)系(xi)統(tong)，送(song)風(feng)(feng)量(liang)應根(gen)據室內(nei)總排風(feng)(feng)量(liang)確定，為維(wei)持室內(nei)負壓(ya)，本實驗室取送(song)排風(feng)(feng)量(liang)差為 150m3/h。

室(shi)內日間工作工況時，根據送(song)排風量差，確定送(song)風量為:

室(shi)內(nei)最大送風量(liang):V送max=3324-150=3174m3/h。

室(shi)內最小送風量:V送(song) min=900-150=750m3/h。

室內夜間工況時，根據(ju)送排風(feng)量(liang)差(cha)，確定送風(feng)量(liang)為:

室(shi)內夜間工況送(song)風量:V送reduce=0m3/h。

 

系統功能介紹

變風(feng)(feng)量通風(feng)(feng)系(xi)統(tong)安裝(zhuang)這些設備后，可分(fen)成(cheng)日間(jian)工(gong)作工(gong)況(kuang)變風(feng)(feng)量運行(xing)、緊急運行(xing)工(gong)況(kuang)及夜(ye)間(jian)運行(xing)工(gong)況(kuang)定風(feng)(feng)量運行(xing)。在實(shi)驗室(shi)工(gong)作時間(jian)，排(pai)風(feng)(feng)柜(ju)排(pai)風(feng)(feng)控(kong)制器保證(zheng)排(pai)風(feng)(feng)柜(ju)合適的面風(feng)(feng)速，能迅速跟蹤排(pai)風(feng)(feng)柜(ju)門位置和門前空氣(qi)流動(dong)阻擋物自動(dong)調(diao)整排(pai)風(feng)(feng)量。室(shi)內(nei)安全(quan)柜(ju)排(pai)風(feng)(feng)及輔助排(pai)風(feng)(feng)采用開(kai)啟、定風(feng)(feng)量運行(xing)，保證(zheng)實(shi)驗室(shi)最小換氣(qi)次(ci)數不低于 12t/h。室內(nei)(nei)送風(feng)(feng)量(liang)始終保(bao)持比(bi)排風(feng)(feng)量(liang)少 150m3/h，送風(feng)(feng)系(xi)(xi)統(tong)能根據控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)獲得所有(you)排風(feng)(feng)設備的(de)排風(feng)(feng)量(liang)，通過風(feng)(feng)量(liang)差限(xian)定計(ji)算送風(feng)(feng)量(liang)，在 1s 內(nei)(nei)跟隨排風(feng)(feng)柜排風(feng)(feng)量(liang)相應調(diao)整(zheng)送風(feng)(feng)量(liang)，從而保(bao)證室內(nei)(nei)負壓(ya)的(de)穩定。

 

實驗室空調設計

1溫度(du)控制(zhi)

質量(liang)實(shi)驗室及樣(yang)品室均采用(yong)獨立全新風空(kong)調(diao)送風系統(tong)及獨立排(pai)風系統(tong)，質量(liang)實(shi)驗室、車間實(shi)驗室同時選(xuan)用(yong)一套多(duo)聯機空(kong)調(diao)系統(tong)負擔室內(nei)(nei)冷熱負荷。環保實(shi)驗室采用(yong)一臺分(fen)體(ti)空(kong)調(diao)器負拍室內(nei)(nei)冷熱負荷。新風送風系統(tong)采用(yong)組合(he)空(kong)調(diao)機組，在主風管上設溫度傳感器，送風溫度為室內(nei)(nei)溫度(23+1)℃。送(song)風溫(wen)度(du)(du)(du)控制通(tong)過控制冷(leng)(leng)熱(re)盤管(guan)的冷(leng)(leng)熱(re)水(shui)進管(guan)上(shang)的電動二通(tong)閥開度(du)(du)(du)調(diao)整冷(leng)(leng)熱(re)水(shui)量實現。實驗室獨(du)立全新(xin)風送(song)風系統(tong)的冷(leng)(leng)熱(re)源采用(yong)風冷(leng)(leng)熱(re)泵(beng)機(ji)組，機(ji)組設在實驗室的屋(wu)頂上(shang)，夏季(ji)供回水(shui)溫(wen)度(du)(du)(du)為 7℃~12℃，冬季(ji)供回水(shui)溫(wen)度(du)(du)(du)為40℃~45℃。室內(nei)維(wei)護結構及設備人發熱(re)的冷(leng)(leng)熱(re)負荷由多聯空(kong)調(diao)系統(tong)及分。體空(kong)調(diao)器負擔，根據計算，選用(yong)合適的機(ji)型。

2濕度(du)控制(zhi)

實(shi)驗(yan)室內人員不多，且無大量散(san)濕(shi)設(she)備，因此室內主要(yao)濕(shi)負荷為新(xin)風濕(shi)負荷，當新(xin)風處理(li)到送(song)風溫度(du)時(shi)的相對濕(shi)度(du)不小于(yu) 50%時，新(xin)(xin)(xin)風由(you)新(xin)(xin)(xin)風空(kong)調機組設(she)有的表(biao)冷段進行(xing)減濕(shi)(shi)處理。當新(xin)(xin)(xin)風處理到(dao)送風溫度(du)時的相對濕(shi)(shi)度(du)小。于 50%時，根(gen)據主要(yao)求(室內(nei)相對濕(shi)(shi)度(du)不大于 50%)，因(yin)此不需要(yao)加減濕(shi)(shi)處理。