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理化实验室的通风空调设计

2018年12月05日 热度:796 ℃

1.概述

随着现代理化实验技术的提高,对实验的环境和安全的要求也越来越高。通风空调系统必须能有效的防止实验时产生的对人体有害的气体的扩散并及时排出室外。笔者以广州某理化实验室为例对实验室的通风空调系统进行分析和讨论。

2.系统设计原则

一般的理化实验室里面主要的通风空调设备有通风柜、排气罩、空调器等,有洁净要求的房间还有洁净设备。在系统的设计中要考虑几个重要的因素:

(1)安全性:安全性是首要的,实验室的通风系统必须能把有害气体及时有效的排走,确保操作人员的安全和健康。在满足安全性的前提下再做其他方面的考虑;

(2)经济性:系统的投资成本与运行费用有一个合理的组合和选择;

(3)环保性:实验室和通风柜的有害气体在排人大气前需要经过有效的处理,达到排放标准后高空排放;

(4)控制的合理和可行性:采用合理且可行的控制方案,使其具有高品质的控制和可靠的安全性;

(5)操作的简易性和维修方便性:着重“简易”的同时提供最有效的功能服务,维修方便,具有日后调整的可能性。

(6)舒适性:尽量创造良好的工作环境。

3. 通风系统的设计

3.1 通风柜、排气置排风系统

通风柜是密闭罩的一种特殊形式,产生有害物的操作过程完全在柜内进行。通风柜上设有可开闭的操作门。为了防止由于通风柜内的有害物溢出,必需对通风柜进行抽风,使柜内形成负压。通风柜一般应设在实验室受干扰最少的地方。要保证实验室的安全性,首先必须保证通风柜操作口有合适的面风速,防止有害气体逸散到室内,根据散发的有害气体的种类,通风柜操作口的吸风速度一般控制在0.25~0.6m/s的范围内,风速太小,柜内的气体会飘逸出来,风速太大,气流会在柜内“滚动”影响实验,甚至会从柜门翻滚出来。

为了降低系统能耗,可在通风柜的前方设置红外探头检测排风柜前人员的存在与否来控制柜门面风速。当操作人员离开的时候,红外探头传感器输出信号将排风柜面风速设定设置到低速气流工作模式,如:0.3当操作人员出现在排风柜前时,迅速将排风柜面风速增加到安全的标准风速,如:0.5m/s(具体数值可根据用户的要求通过软件设定)0如果柜内长期存放有毒试剂时有必要长期保持柜内的的负压,通常将柜门关团不用时的排风量设定在250m3/h.

在以往的设计中往往是一个(最多四个)通风柜设一台通风机,整个实验楼系统众多,且风量不易控制,引人变风量控制后一个排风系统可同时包含数台通风柜,在每台通风柜的排风支管处设置变风量阀,根据通风柜柜门风速控制本台风柜的排风量,同时输出控制信号至屋顶的变频排风机,调整风量。柜门风速可通过直接监测柜门的风速或监测柜门的开度再经过换算得到。系统的响应时间宜控制在]秒以内,并在3一4秒以内达到新的风量平衡,这样就可以准确的控制每台排风柜的柜门风速,保证实验的安全性。补风则由室内通风空调系统统一考虑设计。

同一实验室的排气罩可与通风柜合用一个排风系统,在排气罩的排风支管上设定风量阀和密闭阀,当排气罩使用时密闭阀打开,由定风量阀控制排气罩的风量,保证排风的有效性且不浪费,节省运行费用。

注意事项:

a、由于消防的原因,系统不宜跨防火分区设置;

b、与实验使用者充分配合,了解实验的试剂性质,如有些气体混合后会发生爆炸、剧毒等危害更大的物质,则系统要分开设置;有的气体在风速过低时会凝结,甚至爆炸,则系统宜单独设置,保证风管的最小排风速度;

c、所有的排风必须经过处理达到排放标准后高空排放。

3.2实验室的联合送、排风及室内的压力平衡控制

保证实验室安全性的第二点就是要求室内与室外保持一定的压差值,新风全部来自室外,然后100%的排出室外。室内送排风量除了要满足负压的要求外还要满足换气次数的要求,设有空调的房间还要满足新风的要求。一般理化实验室的换气次数要求在6一8次/小时,实验室无人时可减少为3次/小时。所以,实验室的通风系统除了通风柜和排气罩的排风系统外还要设置合理有效的补风系统,补风系统的设计好坏直接影响到排风的效果和各个房间的压差控制。

由于通风柜和排气罩的使用上的不定性,排风量在不断的变化,所以补风也要随着排风的变化而变化。补风的形式较多:

(1)控制系统通过排风量的大小计算出送风量,调节变频送风机风量,新风经过处理后送至走廊,在实验室的墙上或门上贴近地面处开风口,设余压阀,让空气通过走廊直接进人室内。这种补风方式简单可靠,占用空间少,在条件允许和要求不是十分严格的实验室可采取这种补风方式;

(2)新风经过处理后直接送人房间,在送风管上设变风量阀(如图1),同时设压差感应器,根据排风量,通过计算或压差感应确定送风量,送风机变频控制。在只有外走廊或压差要求高,实验室需要密闭或有洁净要求的实验室采用这种方式。在有洁净要求或有毒性的房间,门开启时室内外压差突然变为零,送风量无法控制,这时需要把送、排风阀和门联动,开门的瞬间停止送排风。

(3)在本工程中,由于受到投资额的限制,通风柜的补风由每个房间的夹层内的送风机把新风过滤后不经预冷处理直接送至通风柜的前上方,这样既保证补风量又保证使室内一定的舒适度,但要保证柜前的风速不得大于0.1m/s。

以本工程的自动电位滴定仪室(示意图实验室3)为例来作计算分析:

本实验室尺寸为8m(L)×3.8m(W)x3m(H),室内有2台通风柜,一个万向排气罩。

(1)通风柜排风量:

通风柜规格为:1.5m×2.2mx0.8m

a、正常工作时:柜前有人操作时面风速可选=0.5m/s,柜门拉起开度取h=0.7m柜门全开,开口净面积为:A排=(1.5一2×0.1)×0.7=0..91m2

通风柜排风量:V柜max=2×A排×0.5×3600=3276m3/h

b、柜前无人操作时面风速可选v=0.3m./s

通风柜排风量:V柜max1=2×A排X0.3×3600=1965m3/h

(2)一个万向排气罩的排风量为:V罩=300m3/h

(3)通风柜关闭不用时排风量。每个排风柜:V柜min=250m3/h

(4)房间压差的渗透风量:

式中:

a一根据维护结构气密性确定的安全系数,可取1.1-1.2;

q一当室内为某一正压值时,其维护结构单位长度缝隙的漏风量(m3/h.m);

L一维护结构的缝隙长度,m实验室有1扇1.2m×2.1m的门,室内外压差在10Pa时:V负压=1.2×24×8.7=253m3/h。

(5)室内白天最小换气次数按6次/小时计,最小排风量为:V室=3.8×8×3×6=547m3/h

夜间最小换气次数按3次/小时计,最小排风室:3.8×8×3×3=274m3/h

(6)实验室总排风量的确定

室内最大排风量和最小排风量要保证排风设备的需要,还要保证室内最小换气次数。

由于2台柜的最小排风量之和为500m3/h,达不到按6次换气次数计算的547m3/h,所以必须增设室内辅助排风。

白天辅助排风量:V辅min=547-500=47m3/h

夜间工况:V室redu=2×250=500m3/h

换气次数n=V室redu/(A×H)=500/(3.8×8×3)=5.5次>3次,不需辅助排风。

(7)变风量送风系统,送风量应根据室内总排

风量确定:

为维持室内负压一10Pa,送排风量差为253m3/h.

V室MAX=V室排MAX-251=3276+300一253=3323m3/h

V送MIN=V室排min-251=547-253=294m3/h

V送REDU=V室redu-251=500-253=247m3/h

大部分的变风量阀的风量调节范围均在关闭、10%-100%之间,如集中补风可以选取两个变风量阀送风,使送风量能根据实际情况自动调整。

4.空调系统

大部分的实验室面积不会很大,大多在30、100m2/间,而且实验室之间的空气不允许混用,所以实验室的空调系统大多采用新风+风机盘管的系统。新风根据建筑的实际情况确定系统的大小,分层设置。有排风柜或排气罩的房间新风支管上设变风量阀,如前面所述控制新风量,没有排风柜或排气罩的实验室,在新风和排风支管上设定风量阀,保证房间室内外的压差。新风机变频控制。室内的负荷主要由风机盘管负担,新风处理到室内状态点。由于实验室的排风量大,所有的补风均由新风补进,新风量大,能耗高,尽量做热回收,节能,尤其是一些需要设直流系统的实验室。

5.排风的处理

实验室的局部排风系统排出的空气在排人大气前应根据以下原则确定是否需要进行净化处理:

(1)排出空气中所含有害物的毒性和浓度;

(2)考虑周围的自然环境及排出口方位;

(3)排人大气的有害物经过稀释扩散后要达到有关的排放标准。

如达不到排放标准就需要做净化处理,可根据排放物的性质参考相关的处理方法,这里就不做介绍。

6.结语

理化实验室的通风空调系统的设计,要在安全、经济、环保、可行、舒适的原则下进行设计。在无法都满足时,首要满足的就是安全性。由于系统较多,既要建立合理的运行、控制方案,各统之间充分的协调配合,满足压力、风量的平衡,又要最大限度的减少投资和节能。在本工程的设计中充分合理的使用变风量阀和定风量阀,使整个系统及不同系统之间的协调变得简单易控。由于本人水平及经验有限,在此仅提供一个设计的理念和方案供参考。

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