實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)過程中，會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害或者具有爆炸性的化學(xué)物質(zhì)。為了保證實(shí)驗(yàn)室人員的身體健康，給實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造一個(gè)安全舒適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，空調(diào)通風(fēng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在其中起著舉足輕重的重要。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)手冊(cè)和工程實(shí)踐，對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)進(jìn)行了總結(jié)和分析。
1.1復(fù)雜性
實(shí)驗(yàn)建筑內(nèi)除設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)外，還設(shè)置大量的局部通風(fēng)和全面通風(fēng)系統(tǒng)，采用排風(fēng)柜、生物安全柜、萬(wàn)向排風(fēng)罩等通風(fēng)設(shè)備。因而管道多、布置復(fù)雜。
1.2特殊性
實(shí)驗(yàn)室建筑中有各種各樣的實(shí)驗(yàn)室，其中部分實(shí)驗(yàn)室如潔凈實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物房，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，PCR實(shí)驗(yàn)室，生物安全實(shí)驗(yàn)室，高溫、低溫實(shí)驗(yàn)室，恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室等，這些實(shí)驗(yàn)室里的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)也有著特殊的要求和相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
1.3通風(fēng)量大
實(shí)驗(yàn)室一般的通風(fēng)換氣次數(shù)約為12-15次/h。新風(fēng)量國(guó)內(nèi)外取值有較大不同，國(guó)內(nèi)新風(fēng)量通常為2-3次/h,國(guó)外大多采取100%全新風(fēng)。
實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)特點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)室一般有兩種通風(fēng)形式：局部排風(fēng)和全面排風(fēng)。
如今大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室采用的是局部排風(fēng)方式，但對(duì)于有些特殊實(shí)驗(yàn)區(qū)域不能使用局部排風(fēng)，或者局部排風(fēng)無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)室要求時(shí)，就需要采用全面排風(fēng)。
2.1局部排風(fēng)
局部排風(fēng)是指當(dāng)實(shí)驗(yàn)室某些區(qū)域里產(chǎn)生了有害物質(zhì)，利用排風(fēng)末端對(duì)其收集和排除，這種排風(fēng)方式可以用較少的排風(fēng)量即刻排走產(chǎn)生的有害物質(zhì)，效率高，時(shí)間短，并且能量省、效果好。
采用局部排風(fēng)方式的實(shí)驗(yàn)室種類主要有:
A.實(shí)驗(yàn)室設(shè)有萬(wàn)向排風(fēng)罩，通風(fēng)柜，高速離心機(jī)，排風(fēng)解剖臺(tái)等設(shè)備。
B.實(shí)驗(yàn)室有需要排除有害氣體的設(shè)備:如電感耦合等離子體發(fā)光光譜儀，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，氣相色譜儀，液相色譜儀，氣質(zhì)兩用色譜儀，液質(zhì)聯(lián)用色譜儀，原子吸收分光光度計(jì)等。
2.2全排風(fēng)
以下的實(shí)驗(yàn)室房間需要全排風(fēng)：
A.需要防止易燃易爆氣體或其他有毒有害氣體積聚的實(shí)驗(yàn)室房間，如中試實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)品存放間、試劑柜間和氣瓶間等。
B.全年需要排除熱量的房間，如-80C超低溫冰箱室，馬弗爐室，烘箱、培養(yǎng)室等。
C.需要排除熱濕氣體和揮發(fā)到空氣中的消毒劑的實(shí)驗(yàn)室輔助用房，如洗衣間，清洗間。
D.實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)有排風(fēng)末端，但排風(fēng)末端會(huì)出現(xiàn)不使用全部關(guān)閉的情況，這時(shí)為了保證實(shí)驗(yàn)室的最小換氣次數(shù)和相對(duì)負(fù)壓，設(shè)置了一套輔助全排風(fēng)系統(tǒng)，但其排風(fēng)是可以控制的，需要時(shí)開啟，不需要時(shí)關(guān)閉，不影響局部排風(fēng)的使用。
實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1傳統(tǒng)的排風(fēng)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)有如下幾種方式:：
A.僅在實(shí)驗(yàn)室外墻上設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)或僅用通風(fēng)換氣扇通過外墻直接排至室外，這種排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容易造成補(bǔ)風(fēng)、排風(fēng)氣流短路，當(dāng)有害氣體被排出后又從外窗進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的情況。
B.采用專門的排風(fēng)系統(tǒng)，采用“通風(fēng)柜+萬(wàn)向罩+定頻風(fēng)機(jī)”和“通風(fēng)柜+萬(wàn)向罩+電動(dòng)閥+變頻風(fēng)機(jī)”模式。這兩種模式均能滿足通風(fēng)柜的風(fēng)速要求，實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)末端的要求，及時(shí)有效的排出產(chǎn)生的有害物，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，但用電量大，運(yùn)行成本較高。
3.2新的排風(fēng)系統(tǒng)
“通風(fēng)柜+VAV變風(fēng)量閥+萬(wàn)向罩+電動(dòng)閥+風(fēng)道靜壓傳感器+變頰風(fēng)機(jī)+自動(dòng)控制系統(tǒng)”模式:VAV風(fēng)量閥安裝在通風(fēng)柜的排風(fēng)支管上，此閥門可根據(jù)通風(fēng)柜柜門開啟的位置調(diào)整，使通風(fēng)柜面風(fēng)速穩(wěn)定在設(shè)定值0.5m/s左右。萬(wàn)向罩使用時(shí)人為開啟對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥，不使用時(shí)可以關(guān)閉電動(dòng)閥，減少實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)量，達(dá)到節(jié)能的目的。
這套系統(tǒng)能使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到安全和一定的節(jié)能要求，在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
當(dāng)排風(fēng)量不大時(shí)，可以利用實(shí)驗(yàn)室的門窗縫隙補(bǔ)風(fēng)，但當(dāng)實(shí)驗(yàn)室里通風(fēng)柜數(shù)量較多，沒有其他補(bǔ)風(fēng)方式，這時(shí)實(shí)驗(yàn)室的門窗縫隙補(bǔ)風(fēng)量會(huì)出現(xiàn)不足，門窗縫隙處噪音很大，甚至出現(xiàn)嘯叫聲，而且排風(fēng)系統(tǒng)阻力會(huì)增加，造成排風(fēng)量不足。因此在排風(fēng)量不大時(shí)，可采用在外墻設(shè)百葉窗或者在門上設(shè)下百葉風(fēng)口。
另一種針對(duì)需要大風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)的系統(tǒng)為機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)空調(diào)機(jī)先將室外新風(fēng)經(jīng)過冷熱處理，甚至可以加濕，除濕處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，再通過新風(fēng)管補(bǔ)風(fēng)至實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜，萬(wàn)向罩，或者其他排風(fēng)末端數(shù)量較多，排風(fēng)量很大，這時(shí)必然使補(bǔ)風(fēng)量也很大，新風(fēng)空調(diào)機(jī)處理補(bǔ)風(fēng)的能耗就會(huì)很高。因此，實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能方式在于確保實(shí)驗(yàn)室安全的前提下，盡可能降低排風(fēng)量，減少能源的浪費(fèi)，同時(shí)減少空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)風(fēng)量，減少新風(fēng)處理的能耗。
實(shí)驗(yàn)室整體通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)
5.1選用合適的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜
實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜常見的幾種形式有：定風(fēng)量型通風(fēng)柜，變風(fēng)量型通風(fēng)柜，補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜。隨著實(shí)驗(yàn)過程控制趨于嚴(yán)格的控制，對(duì)節(jié)能型和安全性的要求，在通風(fēng)柜的選擇上更多的選擇變風(fēng)量通風(fēng)柜。同時(shí)變風(fēng)量通風(fēng)柜需達(dá)到一定的自控要求：
(1) 通風(fēng)柜需自帶控制器，變風(fēng)量閥及調(diào)節(jié)門位移傳感器，當(dāng)通風(fēng)柜柜門開度變化時(shí)，位移傳感器能實(shí)時(shí)檢測(cè)并反饋給控制器，控制器控制變風(fēng)量閥的開度以調(diào)節(jié)通風(fēng)柜的排風(fēng)量，保持通風(fēng)柜面風(fēng)速在設(shè)定值，通常在0.5m/s。
(2) 當(dāng)通風(fēng)柜門完全關(guān)閉時(shí)，可保持一定的最小排風(fēng)量。
(3) 通風(fēng)柜柜面上能顯示實(shí)時(shí)的面風(fēng)速，且當(dāng)通風(fēng)柜門開度變化時(shí)，面風(fēng)速有一定的波動(dòng)。
(4) 通風(fēng)柜門位過高時(shí)有聲光報(bào)警。
(5) 當(dāng)面風(fēng)速超過設(shè)定范圍時(shí)有聲光報(bào)警。
(6) 通風(fēng)柜故障時(shí)有聲光報(bào)警。
(7) 設(shè)置緊急排放按鈕。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中通風(fēng)柜發(fā)生異常情況，實(shí)驗(yàn)室操作人員按下緊急排放按鈕，通風(fēng)柜能立刻自動(dòng)將排風(fēng)閥門開至最大開度，使通風(fēng)柜達(dá)到最大排風(fēng)量，而且此時(shí)排風(fēng)量不受面風(fēng)速值的限制。
5.2排風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)控制方式的設(shè)計(jì)
為保證實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)效果和維持室內(nèi)溫、濕度要求，應(yīng)設(shè)置實(shí)驗(yàn)室最小換氣次數(shù)。白天有人操作時(shí)8-10次/h，夜間沒有人操作時(shí)為4-6次/h。如果實(shí)驗(yàn)室各通風(fēng)柜及萬(wàn)向罩和其他排風(fēng)設(shè)備的最小排風(fēng)量的總和仍不能滿足實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的最小通風(fēng)換氣次數(shù)要求，這時(shí)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)增設(shè)房間排風(fēng)口，增加實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量，以保證實(shí)驗(yàn)室所要求的最低通風(fēng)換氣量。
實(shí)驗(yàn)室壓力的控制:實(shí)驗(yàn)室的微負(fù)壓控制(壓力梯度)是保證各功能間所產(chǎn)生的有毒有害氣體不相互擴(kuò)散，這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的核心。在設(shè)計(jì)上我們通常采用二級(jí)屏障來達(dá)到上述要求。一是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用通風(fēng)柜、萬(wàn)向罩、原子吸收罩、排風(fēng)罩等局部排風(fēng)設(shè)備，以此作為一級(jí)防護(hù)屏障。二是將有害物質(zhì)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)成相對(duì)于相鄰區(qū)域?yàn)槲⒇?fù)壓，以此作為二級(jí)防護(hù)屏障(無(wú)菌設(shè)施或潔凈區(qū)例外)。為此，在實(shí)驗(yàn)室各送風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，根據(jù)房間的壓力傳感器來控制實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)閥的開度，使送風(fēng)量小于排風(fēng)量且保持一定的差值，保證實(shí)驗(yàn)室壓差的恒定。
結(jié) 語(yǔ)
在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室工程項(xiàng)目中，必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的用途，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的布置情況，實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求等實(shí)際情況，和與業(yè)主研討，結(jié)合業(yè)主的資金投入采用相應(yīng)的通風(fēng)空調(diào)方案。同時(shí)，作為設(shè)計(jì)人員，必須嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，絕不能迫于業(yè)主要節(jié)約投資的壓力，而違反一些原則性問題。
