林成楷 張媛媛

摘 要：實驗室通風空調系統(tǒng)的設計和施工對實驗室的衛(wèi)生環(huán)境是有決定性影響作用的。進行該類通風空調系統(tǒng)設計時應考慮如何及時、高效地排除污染性氣體，并且合理布置整個通風空調系統(tǒng)的管路和設備。

關鍵詞：實驗室通風空調系統(tǒng);通風空調系統(tǒng)設計;合理布置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.026

實驗室的通風空調系統(tǒng)是整個實驗室設計和建設過程中，規(guī)模最大、影響最深、最需要精細化考慮的建筑設備系統(tǒng)之一。通風空調系統(tǒng)是否布置合理，直接對實驗室的環(huán)境以及實驗人員的身體健康、實驗儀器設備的運行維護等方面產(chǎn)生重要影響。實驗室出現(xiàn)過多的負壓，氣體泄漏，實驗室噪音等問題，會嚴重影響實驗操作的正常進行以及人員的工作狀態(tài)。一個合理的通風空調系統(tǒng)要求環(huán)境控制效果好、噪音低、節(jié)省能耗、安裝運行成本低，最為重要的是要求室內壓差范圍和溫濕度都能保持進行實驗的要求，并兼顧人體的舒適性要求。實驗室的通風空調系統(tǒng)設計和布置方式與普通的民用建筑既有相同點，但在設計細節(jié)和具體布置方式上有其獨特之處，尤其體現(xiàn)在對污染物的收集方式和處理方式的考慮上?，F(xiàn)在大多數(shù)工程中，實驗室多采用凈化空調系統(tǒng)來進行室內環(huán)境的控制[1]。

1 實驗室通風空調系統(tǒng)常用方案

為了使實驗室內保持所需要的溫度濕度、風速、壓力和潔凈度等參數(shù)，最常用的方法是向室內不斷地送入一定量，經(jīng)過處理的空氣，以消除實驗室內外各種各樣的余熱余濕量及污染物質。為獲得滿足可送入實驗室環(huán)境要求的，具有一定熱濕狀態(tài)的空氣，就需要一整套設備對送入的新鮮空氣進行相應的熱濕處理，不斷地送入室內，又不斷地從室內排出空氣，作為排風，并將排風進行合理的凈化處理，滿足室內基本衛(wèi)生條件和污染物排放標準的要求。

這一整套設備就構成了凈化空調系統(tǒng)，該類空調系統(tǒng)一般由下列設備和管路系統(tǒng)構成：

（1）進行熱濕處理的空調機組以及相應的空氣凈化設備;

（2）將處理后的空氣送入各個實驗室并使之循環(huán)的空氣輸送設備及其管路系統(tǒng);

（3）向系統(tǒng)提供冷熱量的熱源、冷源及其附屬的管路系統(tǒng);

（4）配屬于熱源、冷源的熱交換設備及其附件。

2 實驗室通風空調系統(tǒng)具體布置方法

現(xiàn)以某高校的食品科學與工程實驗中心的通風空調系統(tǒng)設計方案為例，說明實驗室通風空調系統(tǒng)的具體布置方法。

該實驗室的通風空調系統(tǒng)為集中式潔凈空調系統(tǒng)。在該實驗室中，又劃分出多個單體隔間實驗室，作為各個實驗流程專屬的操作場。所需的空氣凈化設備和制冷機組都集中布置在專門的機房內，用送風管道將潔凈處理后的空氣配給各個單體實驗室，以下介紹該系統(tǒng)具體的布置方式。

2.1 排風系統(tǒng)

通風方式又有局部排風和全面排風之分，當污染物集中于某處發(fā)生時，局部排風能有效的治理污染物對環(huán)境危害。如果在實驗室采用全面通風方式，反而會使污染物在實驗室內擴散，嚴重危及操作人員身心健康，起不到控制污染物擴散的效果，并且當污染物發(fā)生量大時，所需的稀釋通風量也會較大，使得設備及管路規(guī)格尺寸過大，在實際布置上存在困難，難于實現(xiàn)。故為保證控制效果，且考慮設備和管路布置方便，該實驗室通風系統(tǒng)設置為局部排風的排風系統(tǒng)。

該實驗室內，由于科研活動經(jīng)常開展，一般進行生物化學類的實驗，其產(chǎn)生的有害氣體較多，且污染源分布較為分散，所以在每個試驗臺都設置了排風罩口，以有效地控制污染源。排風罩口的設置形式依據(jù)所進行的實驗的種類和特點，排風風道按污染物危害類別匯流，分別進入相應的凈化裝置，處理至符合排放標準的狀態(tài)，然后排往設置于實驗室樓頂?shù)娘L帽出口。

該實驗室的回風口設置形式較為多樣，主要依據(jù)實驗需要和污染氣體產(chǎn)生機理而設置?；仫L口形式有外部吸氣罩、百葉形式回風口或依據(jù)試驗平臺外廓設置的通風柜，同時也存在一些個性化的排風口，不過其尺寸比較小。局部排風罩適用性很廣，在設計時應根據(jù)具體情況設計排風罩。大多要求吸氣氣流的運動方向應盡可能與污染氣流運動方向一致，并且要求已被污染的吸氣氣流不能通過操作人員的呼吸區(qū)域[2]。

2.2 送風系統(tǒng)

實驗室由于布置了較多排風口，留給進風口布置空間不多，故實驗室進風口設置于進門處，一次性送入所需的空氣。

空調機組是由各種空氣處理功能段組裝而成的空氣處理設備，機組功能段有：空氣混合均流、進行過濾、冷卻或者加熱、去濕或者加濕、風機提供動力、噴水、消聲處理。由于實驗室潔凈度要求，該類擁有實驗室通風空調系統(tǒng)的空調機組一般不采用回風，故不設置熱回收功能段?？照{季時，空氣通過運行的空調機組進行熱濕處理，過濾器多級過濾;其余時間里空調機組停機，空氣通過過濾器多級過濾直接送入室內?？照{進風通過設置在實驗室的進風口一次性送入實驗室內。

空調季節(jié)時，空調機組運行，內設有噴水室，以對新風進行熱濕處理，從而達到送風狀態(tài)。噴水室是一種多功能的空氣調節(jié)設備，是空調機組的核心功能段之一，可對空氣進行加熱、冷卻、加濕及減濕等多種處理過程。噴水室中的水來自冷水系統(tǒng)，為制冷機組中蒸發(fā)器出水，水系統(tǒng)通過高位膨脹水箱定壓，進出水經(jīng)過分集水器進行分配，維持水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，并保證系統(tǒng)的水力平衡。噴水室的主要優(yōu)點是能夠實現(xiàn)多種空氣熱濕處理過程，并且具有一定的凈化空氣能力，金屬耗量比較少，但是，它也有對水質的要求較高需要設置專門的過濾凈化裝置、占地面積較大、水泵耗能多等缺點。

在空調機組前后，都要設置相應的空氣過濾器。空氣過濾器是通過多孔過濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設備。它把含塵量低的空氣凈化處理后送入室內，以保證實驗室內的空氣潔凈度。

2.3 排風的凈化處理

通過排風系統(tǒng)收集污染煙氣后，按照收集的污染煙氣的物理化學性質，進行系統(tǒng)劃分，分別進行處理。該實驗室煙氣處理方式有活性炭吸附和化學藥劑洗滌兩種方式。

活性炭吸附屬于物理吸收，其比表面積大，活性強，吸收效果良好，主要吸收排風中的顆粒物以及氣溶膠類污染物。

化學藥劑洗滌屬于化學吸附，主要吸收排風中的有毒有害氣體?；瘜W吸附的吸收效率要比物理吸收高，特別是在處理低濃度氣體時尤為明顯[3]。使有害氣體達到排放標準，常采用化學吸附。

煙氣的處理裝置也設置于該實驗室的頂端，兩類煙氣分別處理后，分別經(jīng)由終端風機排至頂端風帽出口處排風。

3 冷源系統(tǒng)的具體布置方法

該實驗室通風空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)由冷水系統(tǒng)、制冷機組構成，

它們和空調機組設置于專門的機房中，以上系統(tǒng)進出口必要處設有軟連接，以抵消設備工作產(chǎn)生的不穩(wěn)定應力。

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（上接第32頁）

制冷機組由壓縮機、冷凝器、節(jié)流膨脹閥、蒸發(fā)器和必要的控制系統(tǒng)組成。冷水系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍水泵、過濾器和冷凍水管道組成。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻水泵、冷卻塔、過濾器和冷卻水管道組成。冷凍水在蒸發(fā)器中降溫成為低溫冷凍水，之后由冷凍水泵加壓送入冷水管道出水，進入空調機組進行熱濕交換，帶走余熱量，最后回到蒸發(fā)器，重新降溫。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行熱濕交換的同時，帶走大量的熱量，該熱量通過制冷機組內的冷媒傳遞給在冷凝器側的冷卻水，使冷卻水溫度升高，冷卻水升溫后，由冷卻水泵升壓進入冷卻水塔，與大氣進行熱交換，降低溫度后再送回冷凝器。

對于制冷機組，其主要功能是帶出實驗室內熱負荷，向房間提供足夠的冷量，以下介紹其組成部件的具體功能：

（1）制冷壓縮機是制冷機組中最核心的設備，是制冷機組循環(huán)的動力源。制冷劑蒸氣從低壓態(tài)升為高壓態(tài)、循環(huán)流動輸送，主要依靠制冷壓縮機得以實現(xiàn)。制冷壓縮機從蒸發(fā)器中吸取制冷劑蒸氣，從容保證蒸發(fā)器內具有適宜蒸發(fā)壓力;然后將低溫低壓的制冷劑蒸氣壓縮成為高溫高壓的過熱蒸氣，以創(chuàng)造在較高室外溫度下冷凝的溫度和壓力條件。

（2）該實驗室的通風空調系統(tǒng)設計采用的冷凝器為水冷卻式，在該凝器中，制冷劑在內側冷凝放熱，放出的熱量被外側冷卻水帶走，冷卻水可以循環(huán)使用。

（3）節(jié)流膨脹閥起節(jié)流降壓的作用，經(jīng)冷凝器冷凝后的較高溫高壓的制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流膨脹閥時，因受到節(jié)流膨脹閥的阻力作用，從而使壓力下降，導致部分制冷劑液體氣化，同時也要吸收氣化潛熱，導致制冷劑蒸汽的溫度也相應下降，成為低溫低壓的濕蒸汽，然后進入蒸發(fā)器。

（4）蒸發(fā)器的作用是低壓低溫的制冷劑液體通過蒸發(fā)器，在一定蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)，同時與外側的冷凍水進行熱交換，使之降溫，從而達到制冷的效果。

4 總結

在環(huán)保觀念越來越深入時代下，實驗室的通風空調系統(tǒng)設計方法應有所提高。在保證實驗室安全實驗活動的前提下，盡量減少對外界的污染，通過設計方案的合理規(guī)劃，提高通風空調系統(tǒng)控制效果。就如該高校的實驗室中的送排風口布置和設備布置就充分考慮了所控制區(qū)域的特殊環(huán)境要求，有效地控制污染物，使其能夠及時排出實驗室，并得到相應的處理。

參考文獻：

[1]王海橋，李銳.空氣潔凈技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]孫一堅，沈恒根.工業(yè)通風[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：林成楷（1996-），男，福建廈門人，碩士在讀，研究方向：暖通空調。