實驗室通風系統設計
實(shi)驗室是用於完成各種實驗工作的特殊場(chang)所，其(qi)通風系統設計的好坏，直接關(guan)系到實驗人員的身體健(jian)康、實驗数據的準確性、實驗室(shi)的初投资及運行費用。
在實驗操(cao)作過程中可能產生有毒有害氣體(ti)，為確保實驗人員安全，產生(sheng)有毒有害氣體(ti)的室驗，盡量(liang)在排風柜或生物安全(quan)柜内進行，不能(neng)在排風柜内進行(xing)的，要設局部排風罩、萬向排氣罩等局部排風設施，同時，實驗室要設全面通風（或称辅助排風）。通風系統設計的目的，是(shi)要控製排風柜内的有毒有害氣體不外逸，满足房間换氣次数要求，維持房間正確的壓力，為實驗人員提供一(yi)個(ge)安全、舒適的工作環境。
一、實驗室(shi)常用的通風系統
實驗室通風系統(tong)經历了(le)定風量系統、雙風量系統、變風量系(xi)統三(san)個发展阶段。
1. 排風系統
定風量系統：
排(pai)風(feng)機采用單速定頻風機，排風量基本不變，系統无法随排風柜使用数(shu)量及排風柜門開启高度而調節風(feng)量，因此采用该系統所(suo)带排風柜不宜大於3 個，该系統優點是投资小，控製簡單；缺點是排風柜面風(feng)速难以保證，會有部分有毒有害氣體从(cong)排風柜中(zhong)逸出（面風速過小或過大都能造(zao)成氣(qi)體从排風柜中逸出），且運行費用高。
雙風量系統：
排風機采用雙速風機，较(jiao)定風量系統有(you)所改進，但没有从根本上(shang)改變定風量系統的缺點，采用该(gai)系統所带排風柜不宜大於5 個，目前應用不多。
變風量系統：
排風機采用變頻風機，在排風主(zhu)風道上設壓力傳感器，將壓力傳感器測得的壓力與設定壓力值(zhi)比较，由(you)變頻器調節風機轉速，達到調節風量的目的。在變風量系統中排風柜采用面風速(su)控製，采用(yong)感應區紅外探头(tou)檢測排風柜前人員的存在與否來控製柜門面風速，当操作人員出現在排風柜前時，紅外探头傳感器(qi)輸出信(xin)號，將排風柜面風速設定到高排風量模式，此時排(pai)風(feng)柜面風速控製在0.5m/s，当(dang)操(cao)作人員离開的時候，紅(hong)外探头傳(chuan)感器輸出信號，將排(pai)風柜面(mian)風速設定到低排風量模式，此時排風柜面風速控製在0.3m/s，当實驗室内无人時，排風柜面設定到(dao)小(xiao)排風量模式，即值班排風模式，維持排風柜和管道中保持负壓，保證有毒有(you)害氣體不外逸，有時為满足實驗(yan)室小排風量要求，房間還要設辅助排風，当排風柜(gui)排風量不满足實驗室(shi)小排風量要求時，辅助排風自動打開，保證實驗室小排風量。该系統有如下優點：①在實驗操作過程中，排風柜門開度變化较(jiao)大，采用面(mian)風速控製非常合理，與傳統定風量系統(tong)比较，運行能耗要節省的多，且對操作人員的人身安全及(ji)實驗精度的影響较有(you)利；②一(yi)個(ge)系統可带多個排風柜，可共用一個主管道，風井集中，有利於實驗室工藝布置，减少土建造价；③由於多個排風(feng)柜(gui)合用一套排風系統，在實际工作過程中，排(pai)風柜(gui)不可能同時達到大排風量，因此在排風設備及主風道選擇時可考虑一(yi)定的同時使用系数，比定風量系(xi)統要小一些(xie)；④由於排風集中，便於能(neng)量回收及排風處理。
事故排風：
当實驗室内有高危(wei)险性實驗時（一般由工藝設計人員提供），排風系統設計應考虑(lv)发生突(tu)然事故時，能(neng)即時將有毒有害氣體排除，排風量按12次/h换氣次数計算。
2. 补風系統
實(shi)驗室一般排風量(liang)较大，且连續排風時間较长，容(rong)易造成室内负壓過大，為平衡室内外壓差，需要對實驗(yan)室進行(xing)补風，以維持房間(jian)設定的(de)壓力。
补風量計算：
补風量應根據房(fang)間排風量及設定的负壓值(zhi)（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算確定，补風量按下列公式計算：Lb=Lp-Ly式中，Lb 為补風量，m3/h；Lp 為排風量，m3/h；Ly為維持负壓所需風量，也叫余風量，m3/h；Ly可按负壓值(zhi)與房間换氣次数的關系確定(ding)，也可按縫隙法計算。
补風方式：
有自然补風(feng)和機械补(bu)風兩種方式。
自然补風不設补風機，將室外新風經過滤器、管道進入室内，由(you)於新風(feng)是由负壓吸進室内，氣流達到動態平衡，同時也保(bao)證實驗室氣流流向稳定，且始終處於负壓状態。優點是不需設补風機，節省初投资和運行(xing)費用；缺點是需(xu)要(yao)的進風井或進風百頁面积大，占用建筑(zhu)使用面积大或影響(xiang)建筑立面效果，其次是(shi)补風无法進行加熱或冷卻處理。
機械补風與排風系統對應設置機械补風系統(tong)，將室(shi)外新風經集中(zhong)處理后，由补風機經管道送入房間(jian)内，采用定風量還是變風量系統，一般與排風系統對應，即排風為定風量系統，补風也為定風量系統，排風為變風量系統，补風也為變風量系統。
补風地點：
补風(feng)可直接补在排風柜内或柜門前，也可补在房間内，补在排(pai)風柜内或柜門前的優點是(shi)补風不需要做加熱或冷卻處理，可節省能源；缺點是操作人(ren)員工作環境舒適(shi)性差，有時可能對實驗数據有影響，补在排風柜内方式不適用有面風速要求的排風(feng)系統(tong)。补在房間内，补風一般需經過(guo)加熱或冷卻處理，其(qi)優點是(shi)操作人員工作環境好，對排風柜面風速及柜内氣流无影響；缺點是能量消耗要比直接补在排風柜内或柜門前大。
3. 排風柜變風量控製器
目前(qian)常用的風量控製器(qi)有兩類：一類是測量柜(gui)門面風速，通過與設定風速比较，調節(jie)風阀(fa)開度以達到設定值，風阀一般采用蝶阀，其優點是：①精度不受(shou)柜前有无人員(yuan)遮挡影響。②阀門阻力小。缺點是：①精度受(shou)測量點(dian)的位置和数量影響。②測量到的風速需要(yao)通過傳感器轉换成電信號調節(jie)風阀，系統反映速度稍慢。另一類(lei)是通過測量柜(gui)門位置，調節風阀開度，風阀一般采用文丘里阀，其優點是：通過測量柜門位置直接控(kong)製風阀開(kai)度，系統反映快，響應時間短。缺點是：①排風量會受(shou)柜前有无(wu)人員遮挡影響。②風阀阻力较大。
二、通風系統控製
1. 定風量、雙風量系統控製
定風量、雙風量系統控製比较簡單，在實(shi)驗室内設(she)風機启動按扭，根據需要直接启停風機。
2. 變風量系統控製
送排風機控製：
風機采用變頻風機，在主風道内設壓(ya)力傳感器，將壓力(li)傳(chuan)感器測得的壓力與設定壓力值比较，由變頻器(qi)調(diao)節風機轉速，達到調節風量的目的。
排風末端設備控製：
在排風柜的排風支管上設風量控製阀，当末端通(tong)風設備風量需要发生變化時(shi)，風量控製阀迅速動作，響應時間要在1s之内。
實驗室壓力控製：
實(shi)驗室壓力控製主要有兩種(zhong)方法，直接壓差(cha)控製法和余風量控(kong)製法。直接(jie)壓差控製法即通過(guo)壓差傳感器測量室内與參照區域的壓差，與設定壓差比较，控(kong)製器根據偏(pian)差調節送風量，从而達到要求的壓差，此法適用壓力(li)控製精度不高的负壓實驗室；余風量控製法，是讓排風量與送風量之(zhi)間保持一定的(de)風量差，使(shi)室内外產生一(yi)定的壓差，此法(fa)適用於壓力控(kong)製精度高的實驗室（如洁净實驗室、生物安全實驗室）。
變風量通風(feng)系統(tong)控製原理：
常用的(de)實驗室變風量通風系統控製原理。（见圖1）
通風柜面風(feng)速控製系統(tong)工作原理：
（1） 面風速控製系統持續地监測實际面風速状(zhuang)態(tai)，当任何因素影響風訴變動時，系統將自動調整管道上的(de)風阀以恒定(ding)的面風速值。
（2）系統通過紅外線监測器實現当通風柜前有操作人員工作時面風速控(kong)製(zhi)在某一設定值（如0.5m/s），当通風柜前无人操作時，系統自動(dong)轉换到另一設定值(zhi)（如0.3m/s）以節省運行費用。
（3）通風(feng)柜(gui)門位過高時有聲音報警。
（4）由於(yu)故障面風速過高或過低時有聲光報(bao)警。
（5）当出現异常情况時，開启事故排風模式，控製系統將風阀開到Max開度，不受面風速值的控製。
（6）通常面風速控製系統本(ben)身對面風速及風量的(de)設定及控製值只有兩中状態即有人、无人或白天、夜間。
管道静壓控製系統原理：
（1）持續檢測(ce)管道(dao)内的静壓變化，通過調整風機轉速來恒定(ding)管道内(nei)静壓。
（2）控製系統在0.1s内探測到壓差變化並輸出(chu)控製信號。
（3）夜間工况時，控製系統有第(di)二状態設置(zhi)。
三、能量回收
實驗室工作過程中，在排除大量有害氣體(ti)的同時，也带走了大量的(de)室内能量，為(wei)减少这部分(fen)能量损失，在通風系統設計時，要考虑排風能量回收，目(mu)前常用的回收方式有(you)：
1、采(cai)用中間介質進(jin)行能量回收，在排風機組内(nei)設(she)盘管余熱回收段，在送風(feng)機組内設盘管新風预熱段(duan)，二段之間通過管路、水泵形成一個循環系統(tong)，通過中間介質（水或乙二醇）將排風中的能量轉移到送風(feng)中，该系統(tong)虽然回收效率不(bu)是很高（顯熱效率在60%以下），但较安全，不存在排風污染新風問題。
2、采用板式空氣换熱器，排風與新風在板换内(nei)完成能量交换(huan)，系統比较簡單，但設備尺寸较大，占用機房面积大。
四、尾氣排放及排風處理
有些(xie)實驗設備(bei)在工作過程中，要產生尾氣，其設備本身带有排(pai)氣裝置，在通風設計時，應根據工藝要求，在房間適当位置設一直通室(shi)外的竖向尾氣排放(fang)管。管材一般選用塑料管，在排氣立管適当高度設可(ke)與排氣裝置(zhi)连接的接口及阀門。
另外，實驗室有些排風需(xu)經過處理后，才能排向大氣，在排風系統劃分時，要將不能直接排放的實驗(yan)室排風集中在一個系統，以便於集中處理。采用何種處理方式，應根據排氣性質決定，一般常用的方法是(shi)采用活性(xing)炭吸附法。
五、設計中要注意的問題
1、在劃分通風系統時，要(yao)將實驗性質相同或相近的排風設在一(yi)個系統，對混合后可能引起燃烧、爆炸或形成毒性更強的有害物質的排風要分設排風系統。
2、排風不允許直接排放，需經處理后才能排向大氣的實驗室(shi)要盡量設在一個排風系統内。
3、要注(zhu)意各末端(duan)排風設備間的阻力平衡，如局部排風罩阻力远小於排風柜及控製阀的阻(zu)力，这時要在局部排氣罩的支(zhi)管上(shang)設定風量阀。
4、萬向排氣罩阻力较大（一般在200Pa 以上），在和其他末端並聯時，要特別注意，在系統壓力不能满足要求時，可在其支管上設小型管道風機，以满足其壓力要求。
5、生物安全柜要單排。
6、当實驗室排風量较大時(shi)，要在走廊、大厅等公共區域設补風(feng)，以避免负壓過大，造成開門或關門困难。
7、選擇能量回收方式時，要注意防止排風(feng)污染新風問題。
