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各種類型的實(shí)驗(yàn)室和分析化驗(yàn)室作為產(chǎn)品保證質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的重要場(chǎng)所, 大量出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域, 分析實(shí)驗(yàn)的操作種類越來越繁雜, 建筑規(guī)模越來越大。技術(shù)水平的提升, 引起對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境安全的更多關(guān)注, 小到一個(gè)實(shí)驗(yàn)室, 大到研發(fā)中心樓, 內(nèi)設(shè)幾十臺(tái)通風(fēng)柜已經(jīng)屢見不鮮。一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室, 不僅要求通過通風(fēng)系統(tǒng)來控制在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的大量有害物質(zhì)如氣體、蒸汽、粉塵和懸浮顆粒等的擴(kuò)散, 還對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度、壓差、空氣潔凈度、噪音及震動(dòng)等均有要求。設(shè)計(jì)所需的條件如房間狀態(tài)參數(shù)、試驗(yàn)設(shè)備散熱量、氣流流型、污染物控制、噪音級(jí)別、震動(dòng)控制以及許多用戶的特殊要求, 需要設(shè)計(jì)人員與用戶之間進(jìn)行多次充分溝通后方能展開設(shè)計(jì)。而通風(fēng)量作為通風(fēng)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù), 不僅僅是滿足上述要求的基礎(chǔ), 還是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。確定合理的通風(fēng)量, 是保障生產(chǎn)條件, 環(huán)境安全, 節(jié)能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。

國(guó)外和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室均有全面通風(fēng)的換氣次數(shù)要求, 并對(duì)易產(chǎn)生有毒有害或刺激性氣味的實(shí)驗(yàn)過程要求設(shè)置局部排風(fēng)。當(dāng)操作人員進(jìn)行此類操作時(shí), 以局部排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行為主, 將有害氣體控制在一定范圍內(nèi)并迅速排出, 包括通風(fēng)柜排風(fēng)和排風(fēng)罩排風(fēng);當(dāng)進(jìn)行一般工作時(shí), 以全面排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行為主, 排除化學(xué)藥品存放時(shí)散發(fā)出的異味。全面通風(fēng)與局部通風(fēng)系統(tǒng)相輔相成, 共同保證實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)要求, 維持房間良好的空氣環(huán)境。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)化驗(yàn)室的換氣次數(shù)規(guī)定比較單一和明確。《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》HGT 20698-2009規(guī)定“化驗(yàn)室應(yīng)保持相對(duì)負(fù)壓, 房間的最小換氣量一般在6~8次/h。”;《火力發(fā)電廠采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL-T 5035-2004規(guī)定“產(chǎn)生有毒、有異味等有害氣體的化驗(yàn)室和試驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置通風(fēng)柜及機(jī)械排風(fēng)裝置。換氣次數(shù)不宜少于每小時(shí)6次。”;《石油化工中心化驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3103-2009規(guī)定“產(chǎn)生有毒有害氣體的分析房間換氣次數(shù)不應(yīng)小于7次/小時(shí)”?！痘すに囋O(shè)計(jì)手冊(cè)》中對(duì)物理實(shí)驗(yàn)室和一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)分別作了規(guī)定。結(jié)合實(shí)際工程案例, 設(shè)計(jì)中通常實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)要求大于6次。

國(guó)外對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù), 不同國(guó)家和地區(qū), 甚至于同一個(gè)國(guó)家和地區(qū)但不是一個(gè)體系的規(guī)定也各不相同。美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中, 按照物理實(shí)驗(yàn)室和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、操作狀態(tài)和值班狀態(tài)、有人狀態(tài)和無人狀態(tài)等分類, 進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。比如NFPA45中, 規(guī)定實(shí)驗(yàn)室的最小換氣次數(shù)無人操作時(shí)應(yīng)不小于4次, 有人操作時(shí)應(yīng)不小于6次;2013版的Ashrae62.1將污染物濃度控制決定新風(fēng)風(fēng)量的觀點(diǎn)引入到規(guī)定中, 不再硬性規(guī)定風(fēng)量和換氣系數(shù)等要求。Ashrae62.1中這個(gè)觀點(diǎn)必將逐步應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)中。綜合上述的各種規(guī)定, 實(shí)驗(yàn)室的工作狀態(tài)和污染物的濃度控制決定通風(fēng)量, 也同樣決定節(jié)能運(yùn)行的優(yōu)劣。

分析國(guó)內(nèi)外的相關(guān)規(guī)定, 使我們對(duì)實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)有了多方位的考慮。在確保污染物濃度控制在許可范圍內(nèi)的情況下, 結(jié)合生產(chǎn)操作等因素盡可能降低實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)量, 取得一個(gè)合理的平衡點(diǎn), 無論在項(xiàng)目初投資還是運(yùn)行成本上都可以大量節(jié)省。

通風(fēng)柜和排氣罩是實(shí)驗(yàn)室的主要局部排風(fēng)設(shè)備。通風(fēng)柜排風(fēng)主要適用于有氣味和有害氣體散發(fā)的化學(xué)實(shí)驗(yàn), 在工作口上造成一定的吸入風(fēng)速, 以便有組織地將有害氣體排至室外。恒定的吸入速度可使通風(fēng)柜內(nèi)包容空間的有害物質(zhì)的逃逸減小到最低程度, 從而使通風(fēng)柜前的操作人員的安全健康得到最大的保證。各國(guó)對(duì)通風(fēng)柜的吸入風(fēng)速規(guī)定也不相同, 英國(guó)標(biāo)準(zhǔn) (BS7258) 通風(fēng)柜設(shè)計(jì)和規(guī)定推薦使用表1的吸入風(fēng)速。而Ashrae規(guī)定指出實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜吸入風(fēng)速應(yīng)根據(jù)通風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)的藥品或試劑的毒性以及潛在危險(xiǎn)來確定, 采用的最為廣泛的通風(fēng)柜吸入風(fēng)速為0.5m/s, 允許波動(dòng)范圍為0.1m/s。

目前有資料分析, 對(duì)于一款適用于大多數(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)柜, 其吸入風(fēng)速在0.4-0.5m/s時(shí), 多數(shù)操作可以有效且低風(fēng)險(xiǎn)地運(yùn)作;將吸入風(fēng)速提高至0.5-0.6m/s時(shí), 污染物外溢的控制效果變化不大, 但是運(yùn)行成本卻顯著提高, 此風(fēng)速范圍可以適用于一些特殊實(shí)驗(yàn)操作以稍微改善對(duì)污染物的控制效果。當(dāng)風(fēng)速提高到0.6-0.75m/s時(shí), 對(duì)污染物的控制效果有所提高但是沒有本質(zhì)的改善, 能耗卻會(huì)因此而大大提高, 所以, 一般不推薦使用。當(dāng)吸入風(fēng)速提高到>0.75m/s時(shí), 可能會(huì)在通風(fēng)柜內(nèi)引起紊流從而導(dǎo)致柜內(nèi)毒害氣體溢出。

所以, 通風(fēng)柜選取的吸入風(fēng)速不是越大越好, 而是應(yīng)該選擇合適的數(shù)值。當(dāng)我們需要通過高吸入風(fēng)速控制污染物外溢時(shí), 也需要同樣選擇與吸入風(fēng)速相匹配的通風(fēng)柜, 方能達(dá)到預(yù)期的控制效果。

對(duì)于某些較大實(shí)驗(yàn)設(shè)備或無法在通風(fēng)柜中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作, 可在其上部或側(cè)面采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制作方便的排風(fēng)罩。罩口截面和形狀可靈活的與有害物的擴(kuò)散形狀相匹配, 并且在不影響工藝操作的情況下, 盡量靠近有害物散發(fā)點(diǎn)。

通常情況下, 操作人員在不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)都會(huì)習(xí)慣性的將排風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉, 使得房間內(nèi)其它空間區(qū)域內(nèi)的污染物逐漸擴(kuò)散, 或通風(fēng)柜關(guān)閉不嚴(yán)造成通風(fēng)柜內(nèi)殘余的有害物外泄, 進(jìn)而污染房間空氣, 這些均要求房間額外設(shè)計(jì)全面排風(fēng)系統(tǒng)與局部排風(fēng)系統(tǒng)配合使用。

在實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)中, 送風(fēng)量的確定很大程度上不是由室內(nèi)負(fù)荷決定的, 而是由排風(fēng)量決定的。確保實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的風(fēng)量平衡及與走廊之間一定的壓差是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室的基本要求, 這就需要與排風(fēng)系統(tǒng)相匹配的送風(fēng)系統(tǒng)。送風(fēng)量應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)室全部局部排風(fēng)量、全面排風(fēng)量和維持房間壓力的需求。操作人員的實(shí)驗(yàn)操作并不是全天不間斷的, 使得局部排風(fēng)系統(tǒng)間斷運(yùn)行, 如何能夠在盡量節(jié)能且操作安全的前提下使送風(fēng)量與排風(fēng)量平衡成為問題的焦點(diǎn)。

系統(tǒng)排風(fēng)量的確定, 不能簡(jiǎn)單的將全面通風(fēng)量和所有局部排風(fēng)量疊加。需要局部排風(fēng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)使用系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量的大小很關(guān)鍵。同時(shí), 房間的換氣次數(shù)是由局部排風(fēng)和全面排風(fēng)共同保證的, 綜合這兩方面就可以計(jì)算出合理的風(fēng)量范圍, 系統(tǒng)最終的風(fēng)量范圍應(yīng)綜合考慮了同時(shí)使用系數(shù)和換氣次數(shù)確定的。如果風(fēng)量范圍幅度較大, 則應(yīng)采用變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)。如果幅度不大, 則采用定風(fēng)量系統(tǒng)也能達(dá)到同樣的效果。所以通風(fēng)柜是否為變風(fēng)量型同系統(tǒng)風(fēng)量是有關(guān)系的。

系統(tǒng)的送風(fēng)量, 應(yīng)能滿足各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用工況引起的風(fēng)量變化。送風(fēng)量范圍:考慮所有局部排風(fēng)設(shè)備均處于無人操作狀態(tài)時(shí)所需的最小風(fēng)量和換氣次數(shù)、房間負(fù)壓等要求, 確定的最小送風(fēng)量;考慮同時(shí)使用系數(shù)后的局部排風(fēng)量和換氣次數(shù)、房間負(fù)壓等, 確定的最大送風(fēng)量。定風(fēng)量送風(fēng)與變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)的確定, 取決于風(fēng)量的范圍。

實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)應(yīng)該與建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能一致協(xié)調(diào), 但由于室內(nèi)污染物需要通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)整體為實(shí)驗(yàn)者提供一個(gè)安全舒適的工作環(huán)境, 選取合理的系統(tǒng)風(fēng)量和定風(fēng)量與變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)形式的選擇形式, 并配合現(xiàn)代的控制技術(shù), 才能滿足實(shí)驗(yàn)室功能與系統(tǒng)節(jié)能要求。