化学实验室的通风设计标准和应用

化学实验室的通风设计标准和应用

周晓辉

中国海诚工程科技股份有限公司 上海市 200092

摘要:实验室是用于完成各种实验工作的特殊场所，其通风系统设计的好坏，直接关系到实验人员的身体健康、实验数据的准确性、实验室的初投资及运行费用。实验室活动中产生化学和生物污染源，通风对于每个实验室来说是必要的。不适当的通风可能不仅污染实验室，还会污染整个工作环境。

关键词:化学实验室；换气次数；气流组织；室内压差；控制

实验室设计是行业中常用的专项设计，包括了化学、生物、动物、物理实验室等各个类别。空调通风系统的设计包含了空气处理、制冷加热和除湿、气流组织、控制、安全等部分，它们是一个整体而不是独立系统。

1 化学实验室设计要求 　　实验室是广泛存在于化工类企业及科研机构中，其特点是在实验室内设置通风柜或者万向排风罩将有害气体排除室内再经尾气吸收装置达标后排至大气中，

化学实验室要求送风全部采用新风，排风100%全部排出室外，通风柜的排气不能在室内循环。 　　在研发中心实验室的设计中，由于参与化学反应的原料一般具有一定的可燃性和毒性，再加上反应过程中操作等原因，实验室内的空气受到污染，如果不及时将实验室内的有害气体排出，势必影响实验人员的身体健康（一般化学实验室换气次数要求，有机合成化学实验室换气次数要求，实验室无人时换气可减少；其次，实验室有毒有害气体如果散发到厂房外，也会造成周围其他环境的污染。因此如何将实验室产生出来的有害气体及时排出并且对其无害化处理便是我们设计中的重点。而在设计如何做到有效控制有害气体的扩散污染使实验室内环境满足卫生生产要求是我们实验中的主要任务。

2 研发实验室通风系统分析 　　创造一个美观、安全、舒适、经济适用的现代化理想实验环境是我们设计的宗旨。而通风系统则是此次设计的核心，以往国内许多研发中心实验室没有从根本上考虑到通风系统对于实验室的重要性，在初期通风系统的选择上往往以成本来定夺，而忽略运行的费用；然而通过对几种通风系统模式的市场调查及以往项目的的成果分析得出，从初期投资及运行费用这两方面综合比较，采用变风量控制系统中的补风联动型控制模式是比较经济适用的，既能节约资金，又能降低能耗。 　　3 研发实验室通风系统优化 　　根据以上对实验室通风系统的分析，选择变风量通风系统中补风联动型控制模式，结合试验室的布局及尾气处理，减少尾气对环境的危害，确定优化技术方案如下： 　　首先通风柜配备二级调控及面板、风阀、变风量控制系统，自动控制使用方便，可自由控制通风设备的开启或关闭；通过面风速传感器实施监测实际面风速，面风速不在设定范围内时监控器声光报警；当通风柜调节门位置变化时，通风柜的面风速变化，面风速传感器感知风速变化，将值传递至通风柜监控器，后者将比较通风柜面风速值与设定面风速值，并调节阀门的开度，使面风速达到设定值且响应时间小于2秒的目标。根据试验需求，普通实验室采用蝶阀，特殊实验室采用文丘里风量控制阀，文丘里风量控制阀是一个高密度、高速反应的风量控制设备，具有高精度、高速反应、高调节比、无需直管段、维护简单等特性。 　　其次实验室根据更能划分，需要排风的部位集中布局，从而使风管紧密衔接，尽量不上下穿插，从而也减少了风管的走向，节约成本。 　　再次为保证排风尽可能的全部排出室外，减少人员暴露在危险空气下的可能性，采用变频排风机，排风机组与变风量通风柜连锁控制。风机风量随通风柜的开启数量的增加而增大，随开启数量的减少而减小，根据每组通风柜的排风量确定排风机组的大小。变频排风机排风效果好、噪音低，节能降耗。 　　最后化学实验室在排风的同时需补风，这样才能保持实验室内气流平衡与温度平稳。补风控制系统与排风控制系统是联动的。当实验室内排风设备每增加一组，排风系统自动让排风风机增加一个排风量，同时这个控制信号送给补风系统，同步增加一个补风量，反之也相同，故根据选择的排风机组，对应选择相应的补风机组。

4注意事项

4.1 换气次数的选择 　　验室内的整体换气次数应由下列风量之决定：从局部排风设备或其他房间排风所排出的总风量；带走房间热负荷所需的制冷风量；最小换气次数需求。

　　在通常情况下>10次/时房间换气次数被认为是合适的。但是当实验室内有可能产生高热负荷的分析设备,或房间内有较大量的局部排风时，则可能需要相应增大换气量。湿法化学室有通风柜，加热间有大量的加热炉。通风柜的计算方法中对轻、中度危害或有危险的有害物质，在室内顶棚有补风的情况下，通风柜的操作口最小吸风面速度0.5m/s。对于通风柜的使用率，当通风柜的数量大于2个时，则应该取60%~70%同时使用率。加热炉则是以维持炉内加热温度的热平衡法则计算所需的排风量。通过以上可以计算出总的安全通风量，此外负荷计算的空调风量，还有最小换气次数进行比较，三者取最大值。 　　4.2 送风和排风形式 化验室的排风量较大时，应设置室外新风补风系统，并计入新风负荷,每个排风装置宜设独立的排风系统,同一个实验室内的所有排风装置宜合用一个排风系统。工作时间连续使用排风系统的实验室应设置送风系统，送风量宜为排风量的70%，并应根据工艺要求对送风进行空气净化处理。对于采暖地区，冬季应对送风进行加热。送风气流不应破坏实验室排风装置的正常工作。 　　4.3 房间压差 　化验室应保持相对负压，所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外，而不能循环利用。因此，除非化学实验室也有洁净要求否则均需保持其相对于相邻区域为负压。 　　4.4 控制系统 　　控制应该把以上几项综合起来，可以满足整个实验室的房间压力、各房间压差、通风量、温湿度和各方面的安全控制要求，同时降低能耗。实验室内往往存在许多不利于人体健康的化学物质污染源，特别是有害气体，将其排除非常重要。但与此同时，能源往往会被大量的消耗，因而实验室的通风控制系统的要求从早期定风量，双稳态，变风量系统，到最新的适应性控制系统。所谓最为安全、舒适的环境，并要求最节能的方式是不能太过于奢望。系统响应迅速确保人身安全，以最高的精确性正确控制送排风的平衡和室内压力，提供最大的稳定性。尽量降低用户前期投入，同时减少用户在运行、能源消耗及维护等方面的费用。 　　综上所述，通过以上对实验室通风系统方案的优化，以及完善对实验室的设计，可有效节约能源，减少运行费用，并能减少尾气对人体及环境的危害。但对目前的研发实验室来说，试验试剂品种繁多，其中不乏易燃易爆及有毒物料，对人体的危害还是不能得到有效解决。因此，对实验室通风系统的优化和改进还有很多的路要走，期待更多的技术人员去研究和实践，创造一个适用、经济、健康、环保的现代化实验室。 　　参考文献： 　　[1]蒋吉明.高校实验室建设管理之设计管理[J].城市建设理论研究（电子版），2018（27）：74.　

　[2]张桂玲，王成城，李思远.检验检测实验室设计建设标准研究与探索[J].实验室研究与探索，2015，34（04）：232-235+245. 　　[3]张宏贤.化学实验室的通风设计标准和应用[J].科技传播，2011（13）：103+107.