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實驗室通風系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

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實驗室即進行試驗研究的特殊場所,可對生物學、化學、物理學或其他特殊科學做實驗。實驗室通風系統(tǒng)是整個實驗室設(shè)計和建設(shè)過程中,規(guī)模 大 、影響 廣泛的系統(tǒng)之一 。其通風系統(tǒng)的設(shè)計,對于實驗室環(huán)境的舒適度、實驗工作人員的身體健康、實驗設(shè)備的運行維護等方面產(chǎn)生重要影響,并關(guān)系到實驗室的投資成本、能源消耗及后期運行費用。

實驗室通風系統(tǒng)設(shè)計的目的,是為工作人員提供安 全、舒適的工作環(huán)境,減少人員暴露在危險空氣下的可能。由于在實驗操作過程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體,為確保實驗人員安 全,此類可能產(chǎn)生有毒有害氣體的實驗,要求盡量在排風柜或生物安 全柜內(nèi)進行,不能在排風柜內(nèi)進行的,要設(shè)局部排風設(shè)施,例如原子吸收罩、萬向排氣罩等,同時,實驗室要設(shè)全面通風（或稱輔助排風）系統(tǒng)滿足實驗室 小換氣量要求。通風系統(tǒng)的設(shè)計目標是使得實驗室通風效果好、噪音低、操作簡便、節(jié)約能源,室內(nèi)壓差和溫濕度都能保持人體的舒適。

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實驗室通風系統(tǒng)一 般有定風量系統(tǒng)、雙風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)的形式

1.1、定風量排風系統(tǒng)：排風機采用單速定頻風機,排風量基本恒定不變,系統(tǒng)無法隨排風柜使用數(shù)量及排風柜門開啟高度而調(diào)節(jié)風量。該系統(tǒng)優(yōu)點是設(shè)計直接、投資小、控制簡單；缺點是靈活性差、噪音大 、排風柜面風速難以保證,會有部分有毒有害氣體從排風柜中逸出（面風速過小或過大 都能造成氣體從排風柜中逸出）,且運行費用高（排風機的電力消耗 大 化,被排風機排出的熱能消耗 大 化）。

1.2、雙風量系統(tǒng)：排風機采用雙速風機,在兩個預(yù)定的風流量值之間進行高-低（或者稱為 大 - �。┣袚Q,較定風量系統(tǒng)有所改進,但沒有從根本上改變定風量系統(tǒng)的缺點,目前應(yīng)用不多。

1.3變風量系統(tǒng)：排風機采用變頻風機,在排風或補風主風道上設(shè)壓力傳感器,利用靜壓控制器pid控制變頻器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速,達到恒定靜壓或動壓調(diào)節(jié)風量的目的。高性能的氣流控制器可以快速、穩(wěn)定的在大 流量變化范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在變風量系統(tǒng)中排風柜一 般采用面風速控制,通過在排風柜前采用人體感應(yīng)器檢測人員是否存在,來控制柜門面風速,當操作人員在排風柜前作業(yè)時,將排風柜面風速設(shè)定為工作模式,此時排風柜面風速控制在0.5m/s, 當操作人員離開的時候,將排風柜面風速設(shè)定為待命模式,此時排風柜面風速控制在0.3m/s,遵循《實驗室變風量排風柜》jg/t222－2007規(guī)范之要求。另房間還要設(shè)輔助排風,當排風柜排風量不滿足實驗室 小排風量要求時,輔助排風自動打開,保證實驗室 小排風量符合標準要求。自動變風量控制系統(tǒng)的優(yōu)點包括：節(jié)能顯著、安 全性高,易于適應(yīng)風量變化需求。

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實驗室全面排風,或稱輔助排風

當排風柜排風量不滿足實驗室 小排風量要求時,輔助排風自動打開,保證實驗室 小排風量,排風量換氣次數(shù)依照房間的功能與要求。

03補風系統(tǒng)

為了確保不出現(xiàn)氣流回溯,實驗室一 般會設(shè)定較高的排風量,且連續(xù)排風時間較長（一 般多為7*24小時全天候開啟排風系統(tǒng)）,因此實驗室室內(nèi)負壓過大 的情況非常常見。為平衡室內(nèi)外壓差,避免出現(xiàn)負壓過大 的情況,實驗室在設(shè)計時就需要規(guī)劃實驗室補風系統(tǒng),以維持房間設(shè)定的壓力,負壓防止實驗過程中有毒氣體和顆粒以及化學品存放過程中揮發(fā)的有害氣體向其他空間外溢,正壓實驗室不受外部空氣污染影響檢驗結(jié)果,并使得實驗室內(nèi)換氣率能有效控制,室內(nèi)空氣應(yīng)充分置換,保證其新鮮度。

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3.1 、補風方式

實驗室的補風方法一 般有兩種,分別是自然補風和機械補風。

自然補風不安 裝補風機,通過實驗室內(nèi)外的壓差（室內(nèi)為負壓）將室外新風經(jīng)過濾器、管道吸入室內(nèi)達到補風效果,由于新風是被室外的正壓壓入負壓的室內(nèi),所以自然補風可以使得氣流達到動態(tài)平衡,同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定,且始終處于負壓狀態(tài)。自然補風的優(yōu)點主要是不需安 裝補風機,節(jié)省了前期投資和補風機運行的電費；缺點是在設(shè)計裝修時需要提前擴大 進風井或進風百頁面積,這需要占用建筑使用面積或影響建筑立面效果,其次是不通過補風機的自然風無法進行加熱或冷卻處理。

機械補風設(shè)置引風機形成理想的氣流組織,將室外新風經(jīng)集中處理后,由補風機經(jīng)管道送入房間內(nèi),機械補風可以對其加熱或冷卻處理及過濾等預(yù)處理,進行采用定風量補風還是變風量補風系統(tǒng),一 般與排風系統(tǒng)對應(yīng),即排風為定風量系統(tǒng),補風也為定風量系統(tǒng),排風為變風量系統(tǒng),補風也為變風量系統(tǒng)。

＋3.2、補風地點

室內(nèi)補風的補風地點一 般沒有很大 的限制,可以直接補在排風柜內(nèi)或柜門前,也可補在房間內(nèi),但是不同的補風地點有著不同的影響,在排風柜內(nèi)或柜門前補風的優(yōu)勢是不需要為新風做加熱或冷卻處理,可節(jié)省能源,節(jié)約成本；缺點則是新風會影響通風柜內(nèi)實驗時的實驗數(shù)據(jù),同時破壞操作人員工作環(huán)境舒適性,這種補風地點不適用有面風速要求的排風系統(tǒng)。與之對比,補風地點設(shè)置在房間內(nèi)時,其優(yōu)點是操作人員的工作環(huán)境基本不會受到影響,對排風柜面風速及柜內(nèi)氣流亦無影響；缺點則是新風一 般需要經(jīng)過加熱或者冷卻處理,能量成本要比第 一 種補風地點高。

04排風柜變風量控制器

排風柜變風量控制器有一 類是測量柜門面風速,通過與設(shè)定風速比較,調(diào)節(jié)風閥開度以達到設(shè)定值,風閥一 般采用蝶閥,其缺點有：精度受測量點的位置和數(shù)量影響,比較容易受到安 裝位置和內(nèi)外氣流（紊流）影響,測量到的風速需要通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號調(diào)節(jié)風閥,系統(tǒng)反映速度稍慢,控制信號響應(yīng)時間：<3秒,面風速控制精度一 般在±20％。

另一 類排風柜變風量控制器,目前主流使用的是文丘里風量控制器,通過測量移門位置,借助位移傳感器測得移門開度并傳輸給控制器,控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風量來實時改變閥門的開度大 小來調(diào)節(jié)排風量。該系統(tǒng)抗干擾性好,控制穩(wěn)定,從理論上屬開環(huán)控制,在試劑 應(yīng)用中需另設(shè)風速儀或其他反饋裝置,以保證控制的準確性和可靠性。調(diào)節(jié)風閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響,調(diào)整風量過程迅速精準,響應(yīng)時間短,可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風量閥不可能實現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(guān)(150~750pa)、響應(yīng)時間快(小于1秒)、風量控制到氣流控制信號的±5％等特性。

05變風量通風系統(tǒng)控制

＋5.1、常用的實驗室變風量通風系統(tǒng)控制原理

5.2、風量的控制方法

目前對于風量的控制方法有面風速法和位移法。

面風速法,通常是利用安 裝在排風柜入口邊緣處的風速傳感器測得風速并傳輸?shù)娇刂破?通過比較和計算得到所需風量,然后改變風閥開度調(diào)整排風量, 終使其面風速保持在0.3m/s~0.6m/s（osha）的某個設(shè)定值或是某個較小的范圍。其特點是：結(jié)構(gòu)簡單易安 裝,控制相對容易；閉環(huán)反饋控制保證了安 全性和節(jié)能性的控制效果；以一 個點的風速來代替面風速,與真正的控制對象其面風速還會有些偏差,比較容易受到安 裝位置和內(nèi)外氣流（紊流）影響。

位移法,配合使用vav變風量文丘里閥,借助位移傳感器測得柜門開度并傳輸給控制器,控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風量來實時改變閥門的開度大 小來調(diào)節(jié)排風量。該系統(tǒng)抗干擾性好,控制穩(wěn)定,從理論上屬開環(huán)控制,在實際應(yīng)用中需另設(shè)風速儀或其他反饋裝置,以保證控制的準確性和可靠性。調(diào)節(jié)風閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響,調(diào)整風量過程迅速精準,響應(yīng)時間短,可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風量閥不可能實現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(guān)(150~750pa)、