淺談實驗室通風空調係統設計

通風係統引起的空調補風能耗在實驗室空調能耗中占較大比例，是實驗室節能潛力的部分。按照我國現實國情，從(cong) 各地項目的經濟條件出發，選用合理的實驗室空調通風設計標準，采取靈活適用的空調冷熱源方案，研究實驗室變風量通風係統的設計方案，是較大幅度地減少實驗室新風能耗的一些方法，目的是從(cong) 總體(ti) 上降低實驗室空調能耗。同時，排風櫃自循環過濾係統的應用，相比傳(chuan) 統的排風櫃形式，其在新風能耗方麵的節能潛力優(you) 勢明顯，值得進一步研究及推廣。

有資料表明，一個(ge) 實驗室規範及人員舒適性要求的實驗室，其單位麵積的空調負荷明顯大於(yu) 一般的辦公室需求，有些實驗室的空調負荷(製冷)實際需求甚至超過 300w/m2，遠大於(yu) 甲級辦公樓的負荷值。因此，如何在工程設計上有效降低實驗室空調能耗，為(wei) 用戶帶來客觀的運行費用節省，有其探討價(jia) 值。

環境要求

本建築內(nei) 質量實驗室、車間實驗室、化學室位於(yu) 2層，環保實驗室、樣品室位於(yu) 3層，室內(nei) 布置有台式通風櫃、萬(wan) 象抽氣罩、安全櫃及烤箱架等需要通風的實驗設施;根據業(ye) 主方的要求，實驗室及樣品室的濕度均要求在50%，質量實驗室、車間實驗室及環保實驗室有恒溫要求。實驗室及樣品室均要求為(wei) 室內(nei) 負壓，負壓數值無需準確控製。

實驗室通風係統設計原則

實驗室的通風設計應滿足實驗室的安全性、經濟性、技術*性與(yu) 安裝使用維護的便利。實驗室通風必須保證工作人員的安全和健康，即需保證排風櫃入口合適的麵風速，送排風閥的快速啟動及風機風量的匹配，實驗室內(nei) 相對於(yu) 建築其他區域一定為(wei) 負壓，回風不可利用，全新風，並保證室內(nei) 最小的換氣次數。據以上原則，本項目實驗樓根據樓層布局采用獨立的空調新風送風係統和獨立的排風係統。實驗室每個(ge) 排風櫃為(wei) 變風量排風，保持其入口平均麵風速隨著櫃門開度的變化快速反應。在安全櫃等排風設備為(wei) 定風量排風。根據實驗室的具體(ti) 情況，可能配置變風量或定風量室內(nei) 輔助排風閥從(cong) 吊頂上排風。通過這些排風控製閥，既保證了通風設備的正常工作，又能滿足室內(nei) 換氣次數的要求。

考慮實驗室的實際需要和使用情況，配置有變風量閥的通風櫃的實驗室設置2個(ge) 開關(guan) :緊急排風工況開關(guan) 和夜間工況開關(guan) 。在緊急排風工況時，排風櫃的排風量始終保持最大排風量，而無論櫃門處於(yu) 什麽(me) 樣的位置。當實驗室有藥品試劑打翻等緊急情況下，或某台排風櫃需要大量排風時，可以置於(yu) 此種工況。當晚上下班後可置於(yu) 夜間工況，關(guan) 閉房間送風及排風櫃的排風，維持實驗室最小風量排風，節約能耗。

實驗室通風量確定

下麵以車間實驗室為(wei) 例進行說明實驗室風量的確定。車間實驗室內(nei) 有2台排風櫃，1台安全櫃(排風量為(wei) 180m3/h)

1）實驗室負壓控製

為(wei) 防止實驗室的氣體(ti) 擴散到周圍區域，實驗室內(nei) 需保持負壓，也就是說實驗室內(nei) 總排風量應始終大於(yu) 送風量。實驗室的負壓就由2台通風櫃排風，1台安全櫃排風，1台房間送風閥送風和自然滲透風之間的平衡來保證。根據工程經驗，當送排風量差為(wei) 2次換氣次數對應的風量時，室內(nei) 負壓約為(wei) -5Pa。該實驗室麵積為(wei) 25m2，層高為(wei) 3m，2 次換氣次數對應的風量為(wei) :ΔV=25x3x2=150m3/h。室內(nei) 送排風量差確定為(wei) 150m3/h 時，門窗關(guan) 閉時室內(nei) 負壓通過自然滲透可維持在-5Pa左右。實際上由於(yu) 門窗的縫隙和吊頂的密封性以及吊頂上房間與(yu) 走廊的隔牆的密封性差異，維持-5Pa的負壓可能需要不同於(yu) 150m3/h 的風量差，這個(ge) 問題可以在調試時再根據實際情況來確定風量差加以解決(jue) 。

2）實驗室總排風量的確定

排風櫃最大排風量:排風櫃規格為(wei) (麵長x高度x深度):xx。櫃前有人操作時麵風速可選/s，櫃門拉起開度取，此時為(wei) 排風櫃最大排風量。

櫃門最大開口淨麵積為(wei) :A排=x=。

排風櫃最大排風量:V櫃max=A排xx3600=1512m3/h.

排風櫃最小排風量:V 櫃 min=300m3/h。

室內(nei) 排風量除了要考慮實驗室排風設備的需要，還要考慮實驗室日間工作工況最小換氣次數 12 次/h的室內(nei) 排風量要求。

室內(nei) 排風設備最大排風量:V室 max=2x1512+180=3204m3/h。

室內(nei) 排風設備最小排風量:V室min=2x300+180=780m3/h。

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

室內(nei) 日間工作工況，按照室內(nei) 最小換氣次數 12 次/h確定排風量，最小排風量為(wei) 900m3/h。當通風櫃處於(yu) 最小排風量時，房間的總排風量780m3/h，不能滿足最小換氣次數的要求，需要加裝室內(nei) 輔助排風，輔助排風量設為(wei) 120m3/h。

加設輔助排風後室內(nei) 最大排風量:

Vmax=2x1512+180+120=3324m3/h。

加設輔助排風後室內(nei) 最小排風量:Vmin=2x300+180+120=900m3/h。

室內(nei) 夜間工況，關(guan) 閉輔助排風及通風櫃排風，保留安全櫃排風，用以保證室內(nei) 負壓，因此室內(nei) 夜間工況排風量:Vreduce=180m3/h。

3）實驗室送風量的確定

此係統為(wei) 變風量送風係統，送風量應根據室內(nei) 總排風量確定，為(wei) 維持室內(nei) 負壓，本實驗室取送排風量差為(wei) 150m3/h。

室內(nei) 日間工作工況時，根據送排風量差，確定送風量為(wei) :

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

室內(nei) 最小送風量:V送 min=900-150=750m3/h。

室內(nei) 夜間工況時，根據送排風量差，確定送風量為(wei) :

室內(nei) 夜間工況送風量:V送reduce=0m3/h。

係統功能介紹

變風量通風係統安裝這些設備後，可分成日間工作工況變風量運行、緊急運行工況及夜間運行工況定風量運行。在實驗室工作時間，排風櫃排風控製器保證排風櫃合適的麵風速，能迅速跟蹤排風櫃門位置和門前空氣流動阻擋物自動調整排風量。室內(nei) 安全櫃排風及輔助排風采用開啟、定風量運行，保證實驗室最小換氣次數不低於(yu) 12t/h。室內(nei) 送風量始終保持比排風量少 150m3/h，送風係統能根據控製係統獲得所有排風設備的排風量，通過風量差限定計算送風量，在 1s 內(nei) 跟隨排風櫃排風量相應調整送風量，從(cong) 而保證室內(nei) 負壓的穩定。

實驗室空調設計

1溫度控製

質量實驗室及樣品室均采用獨立全新風空調送風係統及獨立排風係統，質量實驗室、車間實驗室同時選用一套多聯機空調係統負擔室內(nei) 冷熱負荷。環保實驗室采用一台分體(ti) 空調器負拍室內(nei) 冷熱負荷。新風送風係統采用組合空調機組，在主風管上設溫度傳(chuan) 感器，送風溫度為(wei) 室內(nei) 溫度(23+1)℃。送風溫度控製通過控製冷熱盤管的冷熱水進管上的電動二通閥開度調整冷熱水量實現。實驗室獨立全新風送風係統的冷熱源采用風冷熱泵機組，機組設在實驗室的屋頂上，夏季供回水溫度為(wei) 7℃~12℃，冬季供回水溫度為(wei) 40℃~45℃。室內(nei) 維護結構及設備人發熱的冷熱負荷由多聯空調係統及分。體(ti) 空調器負擔，根據計算，選用合適的機型。

2濕度控製

實驗室內(nei) 人員不多，且無大量散濕設備，因此室內(nei) 主要濕負荷為(wei) 新風濕負荷，當新風處理到送風溫度時的相對濕度不小於(yu) 50%時，新風由新風空調機組設有的表冷段進行減濕處理。當新風處理到送風溫度時的相對濕度小。於(yu) 50%時，根據主要求(室內(nei) 相對濕度不大於(yu) 50%)，因此不需要加減濕處理。