甘肅蘭州大學醫(yī)學實驗室裝修及通風工程
admin 2019-11-08 13:31:45 8845閱讀
實驗室空調(diào)通風設(shè)計的主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少室內(nèi)空氣的污染，若在實驗室的空調(diào)通風系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試中采用一般舒適性空調(diào)的傳統(tǒng)方式則會出現(xiàn)問題，本文以上海張江高科某化學實驗室為例，對其在實際運行中產(chǎn)生問題提出一些在設(shè)計和調(diào)試中應(yīng)注意的事項，該工程目前已竣工交付業(yè)主正常使用1年，經(jīng)回訪后業(yè)主反饋運行效果良好。
工程概況：
本工程為張江某外資項目生物研發(fā)樓，由三棟主樓組成，其中兩棟研發(fā)樓每棟地上6 層，建筑面積7232m2。首層建筑層高4.80m，2~6 層建筑層高4.0m。研發(fā)樓主要由實驗室用房組成，另包含一些附屬辦公用房及車庫，每棟設(shè)通風柜150 臺。
通風系統(tǒng)的設(shè)計：
3.1 主要設(shè)計思路
?。?）實驗室安裝獨立的送排風系統(tǒng)，以控制（control)實驗室氣流方向和壓力梯度。應(yīng)確保在使用實驗室時氣流由清潔區(qū)流向污染區(qū)，同時做到實驗室有害氣體經(jīng)處理后排放。
（2）實驗室通風柜設(shè)計數(shù)量，要求能滿足實驗時所要求的排風量，通風柜采用機械排風方式。由于實驗室通風柜排風量很大，因此實驗室送風應(yīng)考慮補風。
（3）在維持一個安全舒適的室內(nèi)環(huán)境的同時應(yīng)盡可能減少能耗，考慮（consider)采用熱回收方式。實驗室建設(shè)實驗室裝修采用可靠的材料，合理的施工措施，保證潔凈實驗室-生物安全實驗室始終處于相對密封的環(huán)境，防止微生物的外逸，易于實驗室的清潔消毒，同時避免外部對實驗室環(huán)境的破壞。
3.2 排風方式的確定：
要保證實驗人員的安全，則應(yīng)保證通風柜的面風速恒定在安全范圍內(nèi)，國際上認同的一般標準是（0.5 ～0.1）m/s。這就需要過在通風柜的調(diào)節(jié)閥處的傳感器(transducer)變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)控制系統(tǒng)，以確保通風柜排風量達到給定的面風速。當操作人員在通風柜前有擾動行為時可實現(xiàn)較高的面風速（0.5m/s）；當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環(huán)境的前提下，減少排風量，實現(xiàn)了節(jié)能。由于大部分時間均在小流量條件下運行，系統(tǒng)噪音較低；通風柜變風量控制原理見圖1，主要設(shè)備和性能如下：
?。?）配置Phoenix 文丘里閥控制通風柜排風量，閥門特性：閥門壓降在150~750Pa 范圍內(nèi)風量與風道靜壓力無關(guān)；風量控制相對精度為5%；閥門控制響應(yīng)速度小于1s；風量控制誤差小于依5%；閥門調(diào)節(jié)比大于16:1。
（2）調(diào)節(jié)門開度的檢測配置調(diào)節(jié)門開度傳感器（VSS）。
（3）每臺通風柜控制配置一臺監(jiān)控器（FHM），監(jiān)控器根據(jù)調(diào)節(jié)門開度控制通風柜排風量確保調(diào)節(jié)門任意開度下通風柜面風速恒定：有人操作時，面風速0.5m/s；無人操作時，面風速0.3m/s。監(jiān)控器特性：LCD動態(tài)顯示實際的面風速；對排風系統(tǒng)故障作出聲光報警；緊急情況下，操作人員可通過控制器面板按鍵強制設(shè)定通風柜排風為最大。
圖1：通風柜控制原理圖
3.3 通風柜排風量計算：
通風柜的排風量按下式計算：
L = 3600 Av β
式中L— 通風柜排風量，m3/h；
A — 通風柜拉門面積，m2；
v— 通風柜的面風速，m/s，設(shè)定為0.5m/s；
β— 通風柜排風量修正系數(shù)。一般為1.05～1.1
3.4 實驗室通風柜排風系統(tǒng)設(shè)計
?。?）由于本工程通風柜數(shù)量多，不能每臺通風柜單獨設(shè)排風系統(tǒng)，否則風機和垂直風管太多，占地面積太大，不美觀也難以布置。故與業(yè)主方協(xié)商，采用壓力無關(guān)型集中變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)排風系統(tǒng)，即多個排風柜共用一臺風機及一個排風管的方法。配置原則：將實驗性質(zhì)相同的實驗室排風系統(tǒng)集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設(shè)排風系統(tǒng)；對有可能造成空氣污染的排放物設(shè)有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規(guī)定的限制，并通過有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發(fā)生爆炸的可能。
（2）各實驗室通風柜，通風沿豎向劃分排風系統(tǒng)，通風管道采用垂直敷設(shè)方式接至屋頂風機(roof ventilator)。通風管道采用無機玻璃鋼風管。調(diào)查與其余類似項目經(jīng)驗表明此實驗樓150臺通風柜多數(shù)時間都不會同時運行，考慮到初投資(意義:是未來收益的累積)與運行費用的節(jié)省，本項目采用變頻（frequency conversion)風機自控系統(tǒng)。由于通風柜的使用數(shù)量及柜門開啟大小變化，造成管道內(nèi)靜壓的變化，通風機由風道內(nèi)的靜壓信號實現(xiàn)變頻調(diào)速，從而達到節(jié)能運行。根據(jù)實驗室的性質(zhì)及位置（position )，本設(shè)計將150 個通風柜劃分為10 個變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)排風系統(tǒng)，控制方法和功能如下：
1）通風柜排風機(Draught Fan)控制配置DDC 實現(xiàn)控制功能；
2）每一組通風柜排風機配置(deploy)一臺變頻器；
3）每一組通風柜排風機的主風道上配置風道靜壓傳感器檢測風道壓力；
4）每一臺通風柜排風機的主風道上配置氣流開關(guān)，檢測風機的實際起停狀態(tài)；
5）風機(Draught Fan)控制包括啟?？刂?、變頻控制、風機報警；
6）DDC 控制系統(tǒng)根據(jù)風道壓力的變化，隨時調(diào)整風機(Draught Fan)的轉(zhuǎn)速，確保文丘里閥正常工作；
7）DDC 控制（control)系統(tǒng)根據(jù)風機(Draught Fan)氣流開關(guān)狀態(tài)判斷排風機是否故障，以作相應(yīng)的報警。
3.5 實驗（experiment)室通風柜補風系統(tǒng)：
由于實驗室通風柜排風量很大，造成實驗室內(nèi)負壓過大。實驗室送風量除應(yīng)滿足實驗室的舒適性外，同時還要考慮對排風的補充風量。設(shè)計由室外引進新風管道經(jīng)過濾器送入實驗室，（進實驗室后加止回閥(check valve；reflux valve)，以防止風從負壓小的實驗室進入負壓大的實驗室）。隨著實驗室內(nèi)通風柜啟動排風量增大，室外新風由負壓被吸進室內(nèi)，氣流達到動態(tài)平衡。同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)，且始終處于負壓狀態(tài)，使被污染氣體不進入走道。送風口設(shè)在通風柜上方，使室外風直接經(jīng)通風柜排出室外，減少了房間冷熱負荷。實驗室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計為風機盤管空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)送風口應(yīng)遠離通風柜，以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內(nèi)結(jié)露。為減少能量損失，此設(shè)計根據(jù)各房間使用功能分若干系統(tǒng)設(shè)有全熱交換器，局部排風口設(shè)于實驗室內(nèi)各試驗臺上方。
實際試運行初期遇到的問題與原因分析：
該實驗室空調(diào)系統(tǒng)自夏天交付給業(yè)主使用以來，出現(xiàn)主要這樣兩個問題：
房間濕度有時過大，部分送風口出現(xiàn)了結(jié)露現(xiàn)象。
原因分析及解決方案如下：針對4.1的問題主要整個系統(tǒng)安裝完畢后分包單位未對送回排風口進行仔細調(diào)試，導致大量未經(jīng)處理的無組織熱濕空氣進入。后根據(jù)檢查結(jié)果責令分包單位嚴格根據(jù)設(shè)計要求進行調(diào)試，重新定義了各風口風量，使無組織進入室內(nèi)的風量減少，解決了結(jié)露問題。
房間的負壓過大，且不同房間冷熱不均。
原因分析及解決方案如下：針對4.2的問題主要是排風柜本身有多處漏風，另局部排風點分包單位為貪圖簡便使用軟管連接而未安裝風閥，導致排風量大于設(shè)計值。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環(huán)境。后根據(jù)檢查結(jié)果要求供應(yīng)商對排風柜進行改造，封堵住了漏風的縫隙，還在局部排風罩上加裝了風量調(diào)節(jié)閥門，重新調(diào)整了風管斷面風速下的排風量。
結(jié)語：
實驗室通風設(shè)計及通風柜控制的安全性、可靠性，氣流流向、房間壓力、補風控制的穩(wěn)定性，乃至整個系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保等多方面因素都直接決定實驗室通風系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣，實驗室的排風量相對舒適性空調(diào)房間要大很多，換氣次數(shù)很大又要保持微負壓狀態(tài)還要控制室內(nèi)的溫濕度有一定的困難（difficult)，為避免出現(xiàn)以上問題，應(yīng)在設(shè)計階段就對溫濕度控制引起充分重視，且充分考慮漏入室內(nèi)的空氣對室內(nèi)溫濕度的影響；施工階段應(yīng)充分的監(jiān)督施工單位的施工過程，施工完畢后應(yīng)進行系統(tǒng)調(diào)整以使系統(tǒng)按設(shè)計要求運行。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環(huán)境。
參考文獻：
通風與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范（GB50243-2002）
采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范（GB50019-2003 ）
實驗室生物安全通用要求（GB19489-2004）
工程概況：
本工程為張江某外資項目生物研發(fā)樓，由三棟主樓組成，其中兩棟研發(fā)樓每棟地上6 層，建筑面積7232m2。首層建筑層高4.80m，2~6 層建筑層高4.0m。研發(fā)樓主要由實驗室用房組成，另包含一些附屬辦公用房及車庫，每棟設(shè)通風柜150 臺。
通風系統(tǒng)的設(shè)計：
3.1 主要設(shè)計思路
?。?）實驗室安裝獨立的送排風系統(tǒng)，以控制（control)實驗室氣流方向和壓力梯度。應(yīng)確保在使用實驗室時氣流由清潔區(qū)流向污染區(qū)，同時做到實驗室有害氣體經(jīng)處理后排放。
（2）實驗室通風柜設(shè)計數(shù)量，要求能滿足實驗時所要求的排風量，通風柜采用機械排風方式。由于實驗室通風柜排風量很大，因此實驗室送風應(yīng)考慮補風。
（3）在維持一個安全舒適的室內(nèi)環(huán)境的同時應(yīng)盡可能減少能耗，考慮（consider)采用熱回收方式。實驗室建設(shè)實驗室裝修采用可靠的材料，合理的施工措施，保證潔凈實驗室-生物安全實驗室始終處于相對密封的環(huán)境，防止微生物的外逸，易于實驗室的清潔消毒，同時避免外部對實驗室環(huán)境的破壞。
3.2 排風方式的確定：
要保證實驗人員的安全，則應(yīng)保證通風柜的面風速恒定在安全范圍內(nèi)，國際上認同的一般標準是（0.5 ～0.1）m/s。這就需要過在通風柜的調(diào)節(jié)閥處的傳感器(transducer)變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)控制系統(tǒng)，以確保通風柜排風量達到給定的面風速。當操作人員在通風柜前有擾動行為時可實現(xiàn)較高的面風速（0.5m/s）；當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環(huán)境的前提下，減少排風量，實現(xiàn)了節(jié)能。由于大部分時間均在小流量條件下運行，系統(tǒng)噪音較低；通風柜變風量控制原理見圖1，主要設(shè)備和性能如下：
?。?）配置Phoenix 文丘里閥控制通風柜排風量，閥門特性：閥門壓降在150~750Pa 范圍內(nèi)風量與風道靜壓力無關(guān)；風量控制相對精度為5%；閥門控制響應(yīng)速度小于1s；風量控制誤差小于依5%；閥門調(diào)節(jié)比大于16:1。
（2）調(diào)節(jié)門開度的檢測配置調(diào)節(jié)門開度傳感器（VSS）。
（3）每臺通風柜控制配置一臺監(jiān)控器（FHM），監(jiān)控器根據(jù)調(diào)節(jié)門開度控制通風柜排風量確保調(diào)節(jié)門任意開度下通風柜面風速恒定：有人操作時，面風速0.5m/s；無人操作時，面風速0.3m/s。監(jiān)控器特性：LCD動態(tài)顯示實際的面風速；對排風系統(tǒng)故障作出聲光報警；緊急情況下，操作人員可通過控制器面板按鍵強制設(shè)定通風柜排風為最大。
圖1：通風柜控制原理圖
3.3 通風柜排風量計算：
通風柜的排風量按下式計算：
L = 3600 Av β
式中L— 通風柜排風量，m3/h；
A — 通風柜拉門面積，m2；
v— 通風柜的面風速，m/s，設(shè)定為0.5m/s；
β— 通風柜排風量修正系數(shù)。一般為1.05～1.1
3.4 實驗室通風柜排風系統(tǒng)設(shè)計
?。?）由于本工程通風柜數(shù)量多，不能每臺通風柜單獨設(shè)排風系統(tǒng)，否則風機和垂直風管太多，占地面積太大，不美觀也難以布置。故與業(yè)主方協(xié)商，采用壓力無關(guān)型集中變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)排風系統(tǒng)，即多個排風柜共用一臺風機及一個排風管的方法。配置原則：將實驗性質(zhì)相同的實驗室排風系統(tǒng)集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設(shè)排風系統(tǒng)；對有可能造成空氣污染的排放物設(shè)有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規(guī)定的限制，并通過有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發(fā)生爆炸的可能。
（2）各實驗室通風柜，通風沿豎向劃分排風系統(tǒng)，通風管道采用垂直敷設(shè)方式接至屋頂風機(roof ventilator)。通風管道采用無機玻璃鋼風管。調(diào)查與其余類似項目經(jīng)驗表明此實驗樓150臺通風柜多數(shù)時間都不會同時運行，考慮到初投資(意義:是未來收益的累積)與運行費用的節(jié)省，本項目采用變頻（frequency conversion)風機自控系統(tǒng)。由于通風柜的使用數(shù)量及柜門開啟大小變化，造成管道內(nèi)靜壓的變化，通風機由風道內(nèi)的靜壓信號實現(xiàn)變頻調(diào)速，從而達到節(jié)能運行。根據(jù)實驗室的性質(zhì)及位置（position )，本設(shè)計將150 個通風柜劃分為10 個變風量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)排風系統(tǒng)，控制方法和功能如下：
1）通風柜排風機(Draught Fan)控制配置DDC 實現(xiàn)控制功能；
2）每一組通風柜排風機配置(deploy)一臺變頻器；
3）每一組通風柜排風機的主風道上配置風道靜壓傳感器檢測風道壓力；
4）每一臺通風柜排風機的主風道上配置氣流開關(guān)，檢測風機的實際起停狀態(tài)；
5）風機(Draught Fan)控制包括啟?？刂?、變頻控制、風機報警；
6）DDC 控制系統(tǒng)根據(jù)風道壓力的變化，隨時調(diào)整風機(Draught Fan)的轉(zhuǎn)速，確保文丘里閥正常工作；
7）DDC 控制（control)系統(tǒng)根據(jù)風機(Draught Fan)氣流開關(guān)狀態(tài)判斷排風機是否故障，以作相應(yīng)的報警。
3.5 實驗（experiment)室通風柜補風系統(tǒng)：
由于實驗室通風柜排風量很大，造成實驗室內(nèi)負壓過大。實驗室送風量除應(yīng)滿足實驗室的舒適性外，同時還要考慮對排風的補充風量。設(shè)計由室外引進新風管道經(jīng)過濾器送入實驗室，（進實驗室后加止回閥(check valve；reflux valve)，以防止風從負壓小的實驗室進入負壓大的實驗室）。隨著實驗室內(nèi)通風柜啟動排風量增大，室外新風由負壓被吸進室內(nèi)，氣流達到動態(tài)平衡。同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)，且始終處于負壓狀態(tài)，使被污染氣體不進入走道。送風口設(shè)在通風柜上方，使室外風直接經(jīng)通風柜排出室外，減少了房間冷熱負荷。實驗室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計為風機盤管空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)送風口應(yīng)遠離通風柜，以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內(nèi)結(jié)露。為減少能量損失，此設(shè)計根據(jù)各房間使用功能分若干系統(tǒng)設(shè)有全熱交換器，局部排風口設(shè)于實驗室內(nèi)各試驗臺上方。
實際試運行初期遇到的問題與原因分析：
該實驗室空調(diào)系統(tǒng)自夏天交付給業(yè)主使用以來，出現(xiàn)主要這樣兩個問題：
房間濕度有時過大，部分送風口出現(xiàn)了結(jié)露現(xiàn)象。
原因分析及解決方案如下：針對4.1的問題主要整個系統(tǒng)安裝完畢后分包單位未對送回排風口進行仔細調(diào)試，導致大量未經(jīng)處理的無組織熱濕空氣進入。后根據(jù)檢查結(jié)果責令分包單位嚴格根據(jù)設(shè)計要求進行調(diào)試，重新定義了各風口風量，使無組織進入室內(nèi)的風量減少，解決了結(jié)露問題。
房間的負壓過大，且不同房間冷熱不均。
原因分析及解決方案如下：針對4.2的問題主要是排風柜本身有多處漏風，另局部排風點分包單位為貪圖簡便使用軟管連接而未安裝風閥，導致排風量大于設(shè)計值。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環(huán)境。后根據(jù)檢查結(jié)果要求供應(yīng)商對排風柜進行改造，封堵住了漏風的縫隙，還在局部排風罩上加裝了風量調(diào)節(jié)閥門，重新調(diào)整了風管斷面風速下的排風量。
結(jié)語：
實驗室通風設(shè)計及通風柜控制的安全性、可靠性，氣流流向、房間壓力、補風控制的穩(wěn)定性，乃至整個系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保等多方面因素都直接決定實驗室通風系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣，實驗室的排風量相對舒適性空調(diào)房間要大很多，換氣次數(shù)很大又要保持微負壓狀態(tài)還要控制室內(nèi)的溫濕度有一定的困難（difficult)，為避免出現(xiàn)以上問題，應(yīng)在設(shè)計階段就對溫濕度控制引起充分重視，且充分考慮漏入室內(nèi)的空氣對室內(nèi)溫濕度的影響；施工階段應(yīng)充分的監(jiān)督施工單位的施工過程，施工完畢后應(yīng)進行系統(tǒng)調(diào)整以使系統(tǒng)按設(shè)計要求運行。實驗室凈化無菌試驗室、生物安全實驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長期而安全地運行，同時還為需要實驗室工作人員提供一個舒適、而良好的工作環(huán)境。
參考文獻：
通風與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范（GB50243-2002）
采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范（GB50019-2003 ）
實驗室生物安全通用要求（GB19489-2004）
實驗室空氣凈化要求
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