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技術(shù)導(dǎo)航 | 實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

   2020-08-25 現(xiàn)代實驗室裝備網(wǎng)962
核心提示:實驗室通風(fēng)系統(tǒng)是整個實驗室設(shè)計和建設(shè)過程中,規(guī)模最大、影響最廣泛的系統(tǒng)之一。

小代君說

實驗室即進(jìn)行試驗研究的特殊場所,可對生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)或其他特殊科學(xué)做實驗。實驗室通風(fēng)系統(tǒng)是整個實驗室設(shè)計和建設(shè)過程中,規(guī)模最大、影響最廣泛的系統(tǒng)之一。其通風(fēng)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(hù)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(fēng)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(fēng)柜或生物安全柜內(nèi)進(jìn)行,不能在排風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行的,要設(shè)局部排風(fēng)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(fēng)(或稱輔助排風(fēng))系統(tǒng)滿足實驗室最小換氣量要求。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是使得實驗室通風(fēng)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。


撒拉嘿呦~

01

實驗室通風(fēng)系統(tǒng)一般有定風(fēng)量系統(tǒng)、雙風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)的形式

1.1、定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng):排風(fēng)機(jī)采用單速定頻風(fēng)機(jī),排風(fēng)量基本恒定不變,系統(tǒng)無法隨排風(fēng)柜使用數(shù)量及排風(fēng)柜門開啟高度而調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)柜面風(fēng)速難以保證,會有部分有毒有害氣體從排風(fēng)柜中逸出(面風(fēng)速過小或過大都能造成氣體從排風(fēng)柜中逸出),且運行費用高(排風(fēng)機(jī)的電力消耗最大化,被排風(fēng)機(jī)排出的熱能消耗最大化)。

 

1.2、雙風(fēng)量系統(tǒng):排風(fēng)機(jī)采用雙速風(fēng)機(jī),在兩個預(yù)定的風(fēng)流量值之間進(jìn)行高-低(或者稱為最大-最小)切換,較定風(fēng)量系統(tǒng)有所改進(jìn),但沒有從根本上改變定風(fēng)量系統(tǒng)的缺點,目前應(yīng)用不多。

 

1.3變風(fēng)量系統(tǒng):排風(fēng)機(jī)采用變頻風(fēng)機(jī),在排風(fēng)或補(bǔ)風(fēng)主風(fēng)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到恒定靜壓或動壓調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)量系統(tǒng)中排風(fēng)柜一般采用面風(fēng)速控制,通過在排風(fēng)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(fēng)速,當(dāng)操作人員在排風(fēng)柜前作業(yè)時,將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定為工作模式,此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.5m/s, 當(dāng)操作人員離開的時候,將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定為待命模式,此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.3m/s,遵循《實驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》JG/T222-2007規(guī)范之要求。另房間還要設(shè)輔助排風(fēng),當(dāng)排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿足實驗室最小排風(fēng)量要求時,輔助排風(fēng)自動打開,保證實驗室最小排風(fēng)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。自動變風(fēng)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(fēng)量變化需求。

02

實驗室全面排風(fēng),或稱輔助排風(fēng)

當(dāng)排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿足實驗室最小排風(fēng)量要求時,輔助排風(fēng)自動打開,保證實驗室最小排風(fēng)量,排風(fēng)量換氣次數(shù)依照房間的功能與要求。

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03

補(bǔ)風(fēng)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(fēng)量,且連續(xù)排風(fēng)時間較長(一般多為7*24小時全天候開啟排風(fēng)系統(tǒng)),因此實驗室室內(nèi)負(fù)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(fù)壓過大的情況,實驗室在設(shè)計時就需要規(guī)劃實驗室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),以維持房間設(shè)定的壓力,負(fù)壓防止實驗過程中有毒氣體和顆粒以及化學(xué)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。

3.1 、補(bǔ)風(fēng)方式

實驗室的補(bǔ)風(fēng)方法一般有兩種,分別是自然補(bǔ)風(fēng)和機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。

 

自然補(bǔ)風(fēng)不安裝補(bǔ)風(fēng)機(jī),通過實驗室內(nèi)外的壓差(室內(nèi)為負(fù)壓)將室外新風(fēng)經(jīng)過濾器、管道吸入室內(nèi)達(dá)到補(bǔ)風(fēng)效果,由于新風(fēng)是被室外的正壓壓入負(fù)壓的室內(nèi),所以自然補(bǔ)風(fēng)可以使得氣流達(dá)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(fù)壓狀態(tài)。自然補(bǔ)風(fēng)的優(yōu)點主要是不需安裝補(bǔ)風(fēng)機(jī),節(jié)省了前期投資和補(bǔ)風(fēng)機(jī)運行的電費;缺點是在設(shè)計裝修時需要提前擴(kuò)大進(jìn)風(fēng)井或進(jìn)風(fēng)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(bǔ)風(fēng)機(jī)的自然風(fēng)無法進(jìn)行加熱或冷卻處理。

 

機(jī)械補(bǔ)風(fēng)設(shè)置引風(fēng)機(jī)形成理想的氣流組織,將室外新風(fēng)經(jīng)集中處理后,由補(bǔ)風(fēng)機(jī)經(jīng)管道送入房間內(nèi),機(jī)械補(bǔ)風(fēng)可以對其加熱或冷卻處理及過濾等預(yù)處理,進(jìn)行采用定風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)還是變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),一般與排風(fēng)系統(tǒng)對應(yīng),即排風(fēng)為定風(fēng)量系統(tǒng),補(bǔ)風(fēng)也為定風(fēng)量系統(tǒng),排風(fēng)為變風(fēng)量系統(tǒng),補(bǔ)風(fēng)也為變風(fēng)量系統(tǒng)。

3.2、補(bǔ)風(fēng)地點

室內(nèi)補(bǔ)風(fēng)的補(bǔ)風(fēng)地點一般沒有很大的限制,可以直接補(bǔ)在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前,也可補(bǔ)在房間內(nèi),但是不同的補(bǔ)風(fēng)地點有著不同的影響,在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前補(bǔ)風(fēng)的優(yōu)勢是不需要為新風(fēng)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(fēng)會影響通風(fēng)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(bǔ)風(fēng)地點不適用有面風(fēng)速要求的排風(fēng)系統(tǒng)。與之對比,補(bǔ)風(fēng)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(fēng)柜面風(fēng)速及柜內(nèi)氣流亦無影響;缺點則是新風(fēng)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(bǔ)風(fēng)地點高。

04

排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器

排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器有一類是測量柜門面風(fēng)速,通過與設(shè)定風(fēng)速比較,調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度以達(dá)到設(shè)定值,風(fēng)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(fēng)速需要通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號調(diào)節(jié)風(fēng)閥,系統(tǒng)反映速度稍慢,控制信號響應(yīng)時間:<3秒,面風(fēng)速控制精度一般在±20%。

 

另一類排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器,目前主流使用的是文丘里風(fēng)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(fēng)量來實時改變閥門的開度大小來調(diào)節(jié)排風(fēng)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(fēng)速儀或其他反饋裝置,以保證控制的準(zhǔn)確性和可靠性。調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響,調(diào)整風(fēng)量過程迅速精準(zhǔn),響應(yīng)時間短,可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)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(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5%等特性。

05

變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制

5.1、常用的實驗室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制原理


5.2、風(fēng)量的控制方法

目前對于風(fēng)量的控制方法有面風(fēng)速法和位移法。

 

面風(fēng)速法,通常是利用安裝在排風(fēng)柜入口邊緣處的風(fēng)速傳感器測得風(fēng)速并傳輸?shù)娇刂破鳎ㄟ^比較和計算得到所需風(fēng)量,然后改變風(fēng)閥開度調(diào)整排風(fēng)量,最終使其面風(fēng)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(fēng)速來代替面風(fēng)速,與真正的控制對象其面風(fēng)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(fēng)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(fēng)量來實時改變閥門的開度大小來調(diào)節(jié)排風(fēng)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(fēng)速儀或其他反饋裝置,以保證控制的準(zhǔn)確性和可靠性。調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響,調(diào)整風(fēng)量過程迅速精準(zhǔn),響應(yīng)時間短,可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)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(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5%等特性。

 

設(shè)備還可安裝紅外線人體監(jiān)測器,自動控制系統(tǒng)可以通過不同的面風(fēng)速設(shè)置值達(dá)到節(jié)約運行費用的目的,當(dāng)操作臺前有操作人員工作時面風(fēng)速控制在某一設(shè)定值(如0.5m/s),當(dāng)通風(fēng)柜前無人操作時,系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到另一設(shè)定值(如0.3m/s)。通風(fēng)柜移門位置過高時有明顯警報。發(fā)生機(jī)械故障導(dǎo)致面風(fēng)速過高或過低時有明顯警報。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時,面風(fēng)速控制系統(tǒng)可開啟事故排風(fēng)模式,將風(fēng)閥開到最大開度,不受面風(fēng)速設(shè)定值的控制。

06

尾氣排放及排風(fēng)處理

?有些實驗設(shè)備在工作過程中會產(chǎn)生尾氣,部分實驗室尾氣需經(jīng)過處理后,才能外排,在排風(fēng)系統(tǒng)劃分時,需將這部分排風(fēng)集中在一個系統(tǒng),以集中處理。采用何種處理方式,應(yīng)根據(jù)排氣性質(zhì)決定。


07

設(shè)計中要注意的問題

在設(shè)計實驗室通風(fēng)系統(tǒng)時,要將實驗性質(zhì)相同或相近的排風(fēng)設(shè)在一個系統(tǒng),如果有混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強(qiáng)的有害物質(zhì)的可能,則需要另外分設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)。生物安全柜要單排風(fēng)。

 

實驗室使用的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計首先要確保實驗室的安全性,就要確保有一定數(shù)量的換氣次數(shù);還有實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓的設(shè)計和系統(tǒng)控制很重要,要解決好;系統(tǒng)要能穩(wěn)定可靠的運行;最后就是在確保了一定數(shù)量的換氣次數(shù)和全新風(fēng)條件下,要將能耗降低到最低。要達(dá)到這些要求,通風(fēng)設(shè)備尤其是通風(fēng)柜就得有一定標(biāo)準(zhǔn)和要求。

 

當(dāng)實驗室排風(fēng)量較大時,要在實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時在走廊、大廳等公共區(qū)域增設(shè)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),以避免出現(xiàn)負(fù)壓過大造成的開門或關(guān)門困難。

 

通風(fēng)系統(tǒng)不僅對實驗室通風(fēng)柜有特殊要求外,還對控制系統(tǒng)和其他設(shè)備有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備型號、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)都會影響到實驗室的壓力控制和最小通風(fēng)量的控制,通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)最主要。通風(fēng)系統(tǒng)不平衡會導(dǎo)致通風(fēng)柜排風(fēng)和捕捉能力散失,氣流流出實驗室,建筑物內(nèi)壓力不穩(wěn)定。

 

通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量的變化不能因為風(fēng)管內(nèi)靜壓的變化影響其反應(yīng)時間,從而影響通風(fēng)量的準(zhǔn)確性。壓力相關(guān)型的系統(tǒng)也會影響系統(tǒng)流量的精準(zhǔn)控制,使得其反應(yīng)時間變慢,從而導(dǎo)致送排風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生震蕩,速度不穩(wěn)定,風(fēng)量不平衡,最終導(dǎo)致控制系統(tǒng)沒法能調(diào)節(jié)。所有系統(tǒng)應(yīng)選擇壓力變化無關(guān)型的。

08

結(jié)語

實驗室種類繁多,其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計也應(yīng)該因地制宜、與時俱進(jìn),在一個實驗樓內(nèi)可能同時存在多種通風(fēng)方式,而通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的首要原則是保證實驗室工作環(huán)境不損害工作人員的健康安全,在這個基礎(chǔ)上,則應(yīng)盡量控制裝修和運行成本,為實驗室減輕經(jīng)濟(jì)壓力。隨著實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣,實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計也需要多傾聽使用人員及其他相關(guān)方面人士的意見,設(shè)計要有針對性,做到有的放矢。

 

 
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