上海出入境检验检疫局检测中心实验室通风系统设计

摘要：本文结合工程实例介绍了实验室通风系统的要求、通风量计算方法、房间压力控制方法以及设计过程中应注意的问题。

关键词：实验室通风通风量计算房间压力控制换气次数

Laboratory ventilation design of Shanghai entry - exit inspection and quarantine bureau

Abstract： With practical instances，introduces the laboratory requirements of laboratory、air volume caculation method、room pressure control method and some problems which should be considered in laboratory ventilation desgin in detail.

Keywords：laboratory ventilationair volume caculationroom pressure controlrate of ventilation

中图分类号：TK284.8 文献标识码：A

工程概况

上海出入境检验检疫局检测中心位于上海市浦东新区张江高科技园内，建筑总面积67190m2。其中工业品与原材料检测技术中心（以下简称：本中心）建筑面积14895m2，地上10层，地下1层。大楼主要由实验室、办公室组成，其中实验室主要分为通用实验室、预处理实验室、燃烧实验室、成分化学处理实验室、小型仪器间等。实验室设有实验台、通风柜、万向罩等实验设备，其对通风系统设计要求与舒适性空调通风系统设计要求不同，实验室通风设计主要目的：提供安全的工作环境，减少室内空气的污染。

2、实验室通风系统设计要求

2.1控制实验室内压力

实验室通风系统基本原则：使实验室相对办公室、走道等相对清洁区域保持负压，即实验室排风量大于送风量，使走道、办公室与实验室形成合理的压力梯度，确保实验过程中气流由清洁区流向污染区。

2.2确定合理的实验室换气次数

除通过局部通风系统（如通风柜、万向罩等）排除有害有毒物质外，还需为实验室提供足够的新鲜空气，以避免实验人员在危险空气中工作。因此须保证实验室合理的换气次数。

2.3实验室排出的废气需进行处理后，再高空排放。

3、实验室通风系统设计

3.1局部排风

指在有害物产生后立即就近排出，这种方式能以较少的风量排走大量有害物，能耗低、效果好。本中心根据实验操作的工艺要求设置通风柜、万向罩等局部排风设备。

3.1.1通风柜排风量可按公式(1) 计算:

L=L1+F×v×β(1)

式中:

L——通风柜局部排风量，m3/h；

L1——柜内污染气体发生量，m3/h；

F——操作口实际的开启面积，m2；

v——操作口控制风速，m/s，根据本中心污染物性质（有害污染物），控制风速通常按0.4～0.5m/s 选取；

β——安全系数，一般取1.1～1.2。

通常柜内污染气体发生量较小，相比通过通风柜工作面的通风量可以忽略不计。因此，公式（1）可简化为L= F×v×β(2)

3.1.2万向罩排风量可按公式(2) 计算:

L=K×P×H×vx (3)

式中:

L——排风罩局部排风量， m3/h；

P——排风罩敞开面的周长， m；

H——罩口至污染源的距离， m；

vx——边缘控制点的控制风速，m/s ，通常按0.25～0.35m/s 选取；

K——安全系数，一般取1.4。

本中心通风柜、万向罩排风量根据业主提供设备参数，并按上述2个公式进行校核，通风柜排风量按1350 m3/h计算，万向罩排风量按200 m3/h计算。

3.2全面排风

实验室及其辅助房间由于经常散发有害物，需进行全面通风及时排除有害废气。

全面通风风量可根据消除室内有害物所需的换气量来确定：

L=ρM/(cy-cj)(4)

式中:

ρ——空气密度， kg/m3；

M——室内有害物的散发量， mg/h；

cy——室内空气中有害物的最高允许浓度， mg /m3；

cj——进入空气中有害物的浓度， mg /m3；

实际工程中，室内有害物的散发量通常难以获得。因此，全面通风可按换气次数进行计算。目前国内实验室还没有一个统一的换气次数标准，根据以往其他的工程经验，本中心无实验通风设备的实验室换气次数按6h-1计算，含实验通风设备的实验室如成分化学处理实验室、燃烧实验室换气次数按12h-1计算，预处理实验室、小型仪器间等实验室换气次数按8h-1计算。

3.3实验室通风系统排风量计算

实验室通风系统排风量可按以下2种情况分别计算。

3.3.1无实验通风设备的实验室

此类实验室的送、排风风管上均设定风量阀，实验室通风量达到其房间换气次数即可，详见附图1。

附图1附图2

3.3.2含实验通风设备的实验室

若此类实验室全面换气风量大于实验设备排风量总和，或此类实验室全面换气风量介于实验通风设备最小排风量总和实验通风设备最大排风量总和之间，则实验室总通风量按全面换气风量计算。实验室的排风风管上设可动态调节的辅助全面排风和实验设备排风2个排风支路，支路上分别设变风量阀，送风管上设变风量阀，详见附图2。

若此类实验室全面换气风量小于实验通风设备最小排风量总和，则实验室总通风量按实验通风设备最大排风量总和计算。实验室的送、排风风管上均设变风量阀，详见附图3。

附图3

3.4实验室压差的控制以及实验室送风量确定

实验室压差的控制主要有2种方式：

3.4.1余风量法

采用房间总排风量、总送风量恒定风量差的方法来保证实验室的压力梯度。该方式控制精度比较地低，但系统比较简单。

3.4.2压力控制法

采用房间压力传感器来测定实验室室内、外的压力，通过比较实验室室内外实时压力差与设定压力差、并根据实验室实时的总排风量，来精确控制总送风量。该方式控制比较精确，但控制系统复杂，对房间维护结构的气密性要求高。

根据业主提供的实验室工艺资料以及工程造价因素，本中心采用第二种方式来控制实验室压力梯度，可按公式(5)来确定实验室总排风量与总送风量的理论差值。:

Q=μf(2×∆p)0.5 /ρ0.5(5)

式中:

ρ——空气密度， kg/m3；

∆p——门、窗缝隙两边的压力差， Pa，通常按5～10 Pa选取；

f——门、窗缝隙面积， m2；

μ——流量系数，通常按0.3～0.5选取；

Q——维持某压力差下通过门、窗缝的流量， m3/h；即为实验室总排风量与总送风量的理论差值。

3.5实验室通风系统划分与布置

本中心实验室通风系统划分原则：将同类实验性质的实验室排风系统集中设置，即有机实验室、无机实验室、化学实验室、普通实验室分别设置排风系统。本工程供分12个排风系统，排风机设置于大楼屋顶。

室外新风经空调处理机组过滤、降温、除湿等处理后送至各层实验室及走道。新风空调机组设置于大楼屋顶。

由于实验室层高只有4.2米，为净量减少实验室空中的管线对室内净高的影响，设计时，风机盘管沿实验室中心线布置，排风系统主干管沿实验室中心线2侧布置，局部排风设备如通风柜、万向罩排风支管则从排风主干管顶上接出，排风支管呈“拱形”，以便局部排风设备上空有足够空间安装变风量阀。试验设备的上下水管、各种气体管道、电气桥架均可在拱形排风支管“桥洞”内。同时，新风补风口宜靠门边设置，尽量远离局部排风设备，以免造成送风气流将通风柜内气体带入室内的危险，并保证室内新风气流由清洁区流向污染区。详见附图4。

附图4

3.6实验室通风系统控制

要实现实验室理想的气流组织，通风系统的控制是关键。本中心实验室排风系统采用“变风量通风柜+变风量阀+万向罩+定风量阀+风道静压传感器+变频风机”的控制模式。

实验室内4~6台万向罩排风汇总风管上安装1台定风量阀，以保证实验室万向罩的恒定排风量。通风柜上设置面风速传感器，其排风支管上设置变风量阀，排风风机入口总管上设置风道静压传感器，风机配置变频控制器。面风速传感器实时监测通风柜面风速，并将风速值信号传递给监控器；监控器接受到信号后，与设定值比对，当面风速不在设定范围内时，监控器发出声光警报，同时调节变风量阀上的执行机构以调节排风量，使面风速快速回归安全值。通风柜排风量变化会改变总管的排风量以及管内静压，总排风管上的风道静压传感器根据感应结果与设定值比较，将结果传递给风机变频控制器，风机变频控制器调节风机转速，使风管内静压传感器的实时监测值回归设定值，从而使排风系统稳定运行。

实验室送风管上设变风量阀，根据实验室各排风风阀风量，控制实验室送风量，以保证

实验室压差恒定。

3.7实验室排风处理

根据项目环评报告提供的检测数据，本中心实验室废气污染物主要包含：挥发性有机物、含一定量浓度的酸性气体。有机废气经活性炭吸附处理后排放（吸附效率可高于85%），酸性废气经过干法脱酸处理后排放（处理效率为70%）。排放口高出屋顶女儿墙1米，且不朝向室外空气动力阴影区和正压区。

3.8其他注意事项

3.8.1排风风机选用耐腐蚀的玻璃钢风机，通风系统各部件材料应具有防腐性，或进行防腐蚀处理，如风管选用无机玻璃钢风管、风阀喷涂环氧树脂。

3.8.2当实验过程中产生的气体密度大于空气密度，实验室应设置下排风口。

3.8.3设计时注意变风量阀阀前的直管段要求。

3.8.4实验室排风量一般较大，限于建筑层高，风管内流速会较大，但一般不超过8m/s，以免气流喘流产生较大噪声。

4、结论

实验室通风系统是整个实验室建设成败的关键，设计过程中应正确划分通风系统，精确计算系统通风量，合理分布气流组织，选择合适废气处理措施，这样才能为实验人员提供一个安全、可靠地工作环境。

参考文献：

1、《工业通风》第三版 孙一坚中国建筑工业出版社

2、《实用供热空调设计手册》第二版 陆耀庆中国建筑工业出版社

作者简介： 朱华 本科 工程师 中国海诚工程科技股份有限公司 13918900623