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實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的舒適度、實(shí)驗(yàn)工作人員的身體健康、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)等方面產(chǎn)生重要影響，并關(guān)系到實(shí)驗(yàn)室的投資成本、能源消耗及后期運(yùn)行費(fèi)用。
實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiǎn)空氣下的可能。由于在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體，為確保實(shí)驗(yàn)人員安全，此類(lèi)可能產(chǎn)生有毒有害氣體的實(shí)驗(yàn)，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(wàn)向排氣罩等，同時(shí),實(shí)驗(yàn)室要設(shè)全面通風(fēng)（或稱(chēng)輔助排風(fēng)）系統(tǒng)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室最小換氣量要求。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使得實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)效果好、噪音低、操作簡(jiǎn)便、節(jié)約能源，室內(nèi)壓差和溫濕度都能保持人體的舒適。
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實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)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、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(wú)法隨排風(fēng)柜使用數(shù)量及排風(fēng)柜門(mén)開(kāi)啟高度而調(diào)節(jié)風(fēng)量。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)直接、投資小、控制簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是靈活性差、噪音大、排風(fēng)柜面風(fēng)速難以保證，會(huì)有部分有毒有害氣體從排風(fēng)柜中逸出（面風(fēng)速過(guò)小或過(guò)大都能造成氣體從排風(fēng)柜中逸出），且運(yùn)行費(fèi)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）。
2、雙風(fēng)量系統(tǒng)：
排風(fēng)機(jī)采用雙速風(fēng)機(jī)，在兩個(gè)預(yù)定的風(fēng)流量值之間進(jìn)行高-低（或者稱(chēng)為最大-最?。┣袚Q，較定風(fēng)量系統(tǒng)有所改進(jìn)，但沒(méi)有從根本上改變定風(fēng)量系統(tǒng)的缺點(diǎn)，目前應(yīng)用不多。
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實(shí)驗(yàn)室全面排風(fēng)
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補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)
為了確保不出現(xiàn)氣流回溯，實(shí)驗(yàn)室一般會(huì)設(shè)定較高的排風(fēng)量，且連續(xù)排風(fēng)時(shí)間較長(zhǎng)（一般多為7*24小時(shí)全天候開(kāi)啟排風(fēng)系統(tǒng)），因此實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)負(fù)壓過(guò)大的情況非常常見(jiàn)。為平衡室內(nèi)外壓差，避免出現(xiàn)負(fù)壓過(guò)大的情況，實(shí)驗(yàn)室在設(shè)計(jì)時(shí)就需要規(guī)劃實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中有毒氣體和顆粒以及化學(xué)品存放過(guò)程中揮發(fā)的有害氣體向其他空間外溢，正壓實(shí)驗(yàn)室不受外部空氣污染影響檢驗(yàn)結(jié)果，并使得實(shí)驗(yàn)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。
1、補(bǔ)風(fēng)量計(jì)算
補(bǔ)風(fēng)量的設(shè)定有相應(yīng)的計(jì)算公式，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量及設(shè)定的負(fù)壓值（相對(duì)相鄰房間、走廊或大氣）計(jì)算確定，補(bǔ)風(fēng)量按下列公式計(jì)算：Lb=Lp-Ly。
式中，Lb 為補(bǔ)風(fēng)量，m3/h；Lp 為排風(fēng)量，m3/h；Ly為維持負(fù)壓所需風(fēng)量，也叫余風(fēng)量，m3/h；Ly可按負(fù)壓值與房間換氣次數(shù)的關(guān)系確定，也可按縫隙法計(jì)算，依照房間的壓差功能要求補(bǔ)風(fēng)量比例在50%~90%不等，有正壓要求的房間補(bǔ)風(fēng)量比例不低于110%，可參考下圖。
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(duì)其加熱或冷卻處理及過(guò)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(duì)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、補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)
室內(nèi)補(bǔ)風(fēng)的補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)一般沒(méi)有很大的限制，可以直接補(bǔ)在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門(mén)前，也可補(bǔ)在房間內(nèi)，但是不同的補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)有著不同的影響，在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門(mén)前補(bǔ)風(fēng)的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)則是新風(fēng)會(huì)影響通風(fēng)柜內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)破壞操作人員工作環(huán)境舒適性，這種補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)不適用有面風(fēng)速要求的排風(fēng)系統(tǒng)。與之對(duì)比，補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)設(shè)置在房間內(nèi)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是操作人員的工作環(huán)境基本不會(huì)受到影響，對(duì)排風(fēng)柜面風(fēng)速及柜內(nèi)氣流亦無(wú)影響；缺點(diǎn)則是新風(fēng)一般需要經(jīng)過(guò)加熱或者冷卻處理，能量成本要比第一種補(bǔ)風(fēng)地點(diǎn)高。
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通風(fēng)柜變風(fēng)量控制器
通風(fēng)柜變風(fēng)量控制器有一類(lèi)是測(cè)量柜門(mén)面風(fēng)速，通過(guò)與設(shè)定風(fēng)速比較，調(diào)節(jié)風(fēng)閥開(kāi)度以達(dá)到設(shè)定值，風(fēng)閥一般采用蝶閥，其缺點(diǎn)有：精度受測(cè)量點(diǎn)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(cè)量到的風(fēng)速需要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)調(diào)節(jié)風(fēng)閥，系統(tǒng)反映速度稍慢，控制信號(hào)響應(yīng)時(shí)間：<3秒，面風(fēng)速控制精度一般在±20%。
另一類(lèi)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(guò)測(cè)量移門(mén)位置，借助位移傳感器測(cè)得移門(mén)開(kāi)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(jì)算出的風(fēng)量來(lái)實(shí)時(shí)改變閥門(mén)的開(kāi)度大小來(lái)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(kāi)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(kāi)度具有精度不受柜前有無(wú)人員遮擋影響，調(diào)整風(fēng)量過(guò)程迅速精準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)量閥不可能實(shí)現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無(wú)關(guān)(150~750PA)、響應(yīng)時(shí)間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號(hào)的±5％等特性。
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變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制
1、常用的實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制原理
2、通風(fēng)柜面風(fēng)速控制系統(tǒng)工作原理
確定安全有效的面風(fēng)速，對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員來(lái)說(shuō)，通風(fēng)柜集塵能力是關(guān)鍵問(wèn)題。與正確的集塵能力相關(guān)的幾個(gè)因素是：面風(fēng)速、交叉通風(fēng)和工作實(shí)踐。研究與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)使人們了解到通風(fēng)柜有效的面風(fēng)速設(shè)定值。通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是0.3m/s~0.6m/s，現(xiàn)在很多設(shè)施中，0.5m/s被接受作為安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。
有研究表明0.5m/s的面風(fēng)速要求部分是因?yàn)椴僮魅藛T的存在和移動(dòng)。而未占用通風(fēng)柜（即那些沒(méi)有人使用的通風(fēng)柜）在面風(fēng)速減少到0.3m/s的情況下運(yùn)行時(shí)可以包容有害氣體。而占用的通風(fēng)柜則需要較高的流速以保證通風(fēng)柜正確的集塵能力。操作人員的移動(dòng)在面風(fēng)速為0.4m/s~0.5m/s時(shí)對(duì)通風(fēng)柜集塵能力幾乎沒(méi)有影響。但在0.4m/s以下時(shí)，擾動(dòng)會(huì)明顯導(dǎo)致有害氣體濃度升高。而當(dāng)沒(méi)有操作人員移動(dòng)時(shí)，0.3m/s以下面風(fēng)速也可以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室一般性集塵環(huán)境的使用要求。面風(fēng)速控制圖解（下圖）。
3、風(fēng)量的控制方法
目前對(duì)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(cè)得風(fēng)速并傳輸?shù)娇刂破?，通過(guò)比較和計(jì)算得到所需風(fēng)量，然后改變風(fēng)閥開(kāi)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(gè)設(shè)定值或是某個(gè)較小的范圍。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易安裝，控制相對(duì)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(gè)點(diǎn)的風(fēng)速來(lái)代替面風(fēng)速，與真正的控制對(duì)象其面風(fēng)速還會(huì)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(cè)得柜門(mén)開(kāi)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(jì)算出的風(fēng)量來(lái)實(shí)時(shí)改變閥門(mén)的開(kāi)度大小來(lái)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(kāi)環(huán)控制，在實(shí)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(kāi)度具有精度不受柜前有無(wú)人員遮擋影響，調(diào)整風(fēng)量過(guò)程迅速精準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)量閥不可能實(shí)現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無(wú)關(guān)(150~750PA)、響應(yīng)時(shí)間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號(hào)的±5％等特性。
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尾氣排放及排風(fēng)處理
有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生尾氣，部分實(shí)驗(yàn)室尾氣需經(jīng)過(guò)處理后，才能外排，在排風(fēng)系統(tǒng)劃分時(shí)，需將這部分排風(fēng)集中在一個(gè)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。
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實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，要將實(shí)驗(yàn)性質(zhì)相同或相近的排風(fēng)設(shè)在一個(gè)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)。
實(shí)驗(yàn)室使用的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要確保實(shí)驗(yàn)室的安全性，就要確保有一定數(shù)量的換氣次數(shù)；還有實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓的設(shè)計(jì)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(yùn)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(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量較大時(shí)，要在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(guò)大造成的開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)困難。
通風(fēng)系統(tǒng)不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜有特殊要求外，還對(duì)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(hào)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)都會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)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(jì)和控制系統(tǒng)最主要。通風(fēng)系統(tǒng)不平衡會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)柜排風(fēng)和捕捉能力散失，氣流流出實(shí)驗(yàn)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?yàn)轱L(fēng)管內(nèi)靜壓的變化影響其反應(yīng)時(shí)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(huì)影響系統(tǒng)流量的精準(zhǔn)控制，使得其反應(yīng)時(shí)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(méi)法能調(diào)節(jié)。所有系統(tǒng)應(yīng)選擇壓力變化無(wú)關(guān)型的。
結(jié)語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)室種類(lèi)繁多，其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也應(yīng)該因地制宜、與時(shí)俱進(jìn)，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)可能同時(shí)存在多種通風(fēng)方式，而通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要原則是保證實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境不損害工作人員的健康安全，在這個(gè)基礎(chǔ)上，則應(yīng)盡量控制裝修和運(yùn)行成本，為實(shí)驗(yàn)室減輕經(jīng)濟(jì)壓力。隨著實(shí)驗(yàn)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(lái)越廣，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也需要多傾聽(tīng)使用人員及其他相關(guān)方面人士的意見(jiàn)，設(shè)計(jì)要有針對(duì)性，做到有的放矢。
