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        通風設備、管道系統設計

        通風設備、管道系統設計

        1、實驗室通風的目的和要求

            實驗室通風與舒適性空調系統的通風設計要求不同,主要目的是提供安全、舒適的工作環境,減少人員暴露在危險空氣下的可能。通風主要解決的是工作環境對實驗人員的身體健康和勞動保護問題。

            實驗室通風要求新風全部來自室外,然后100%排出室外,通風柜的排氣不在室內循環。化學實驗室換氣要求每小時大于10次,物理實驗室每小時大于10次,實驗室無人時換氣可減少為6次。實驗室通風柜設計數量要足夠,并且不作為唯一的室內排風裝置,儀器室或產生危險物質的儀器上方設局部排風系統。

           實驗室的補風一部分來自空調系統直接送入實驗室的新風,這部分新風根據實驗室排風量的變化而變化;另一部分通過空調系統送入非實驗室區域的走道、房間再通過實驗室的門縫補給。實驗室的負壓通過送、排風風量和送排風口的布置來實現,氣流組織從辦公、管理用房、內走道、到產生危險物質的實驗房間。通風柜的位置布置在遠離空氣流動、紊流大的地方,遠離行走區域和空氣新風區。新風從遠離通風柜的地方引入,空氣流動路徑遠離通風柜。

        2、通風柜的類別

           建設現代化的實驗室是個綜合的系統工程。在裝備各種儀器設備及其配套設施的同時,既要考慮供電、給水、排水、送風、排風、凈化、排污等要求,還要考慮到對人員、物體、周邊環境的安全性,噪音、異味、視覺環境的舒適性,儀器設備的可操作性、功能性,以及信息處理的便捷性。因此,現代化的實驗室必須有最佳的設計和高品質的設備去滿足。在現代化實驗室設備中有通風柜、中央實驗臺、邊臺、藥品柜、器皿柜、氣瓶柜等,其中通風柜是生化實驗室設備中擔負著十分重要的功能,是必不可少的設備。因此,選擇通風柜是實驗室建設中的重要問題,必須引起足夠的重視。

           通風柜按照排風方式分類:分為上部排風式、下部排風式和上下同時排風式三類。為保證工作區風速均勻,對于冷過程的通風柜應采用下部排風式,對于熱過程的通風柜采用上部排風式,對于發熱量不穩定的過程,可在上下均設排風口隨柜內發熱量的變化調節上下排風量的比例,從而得到均勻的風速。

           通風柜按照進風方式分類也分三類。通過室內進風在柜內循環后排出室外稱為全排風式,這是應用非常廣泛的一種類型。當通風柜設置于采暖或對溫濕度有控制要求房間時,為節省采暖,空調能耗,采用從室外取補給風在柜內循環后排出室外的方式稱為補風式通風柜。再一種就是變風量控制式的通風柜。普通的定風量系統需要人工調整固定葉片的風閥,調節通風柜的排風量,當調節閥門到某一角度時達到希望的面風速。變風量控制是通過調節閥門的傳感器改變風量達到給定的面風速,當然標準式成本低、變風量成本高,適用于要求精度高的場合。

           通風柜按照使用狀態分類可分為整體式下部開放式、落地式、兩面式、三面玻璃式、桌上式、連體式以及根據不同實驗使用需要而設計的對放射性實驗的、對合成實驗的,對過氯酸實驗的專用通風柜。

        3、通風柜的主要功能

           通風柜的功能中最主要的是排氣功能,在化學實驗室中,實驗操作時產生各種有害氣體、臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性物質,為了保護使用者的安全,防止實驗中的污染物質向實驗室擴散,在污染源附近要使用通風柜。以往通風柜使用臺數較少,只在特別有害且危險的氣體及產生大量熱的實驗中使用。通風柜只擔負實驗臺的輔助功能。近年來考慮到改善實驗環境,在實驗臺上進行的實驗逐漸轉移到通風柜內,這就要求在通風柜里要有最適于設備使用的功能。

           新建的實驗室設計有空調,因此通風柜的使用臺數必須納入空調系統的計劃。由于通風柜在生化實驗室中占有非常重要的位置,從改善實驗室環境、改善勞動衛生條件,提高工作效率等方面考慮,通風柜的使用臺數日益增多。隨之而來的是通風管道,配管、配線、排風等都成為實驗室建設的重要課題。

           使用通風柜的最大目的是排出實驗中產生的有害氣體,保護實驗人員的健康,也就是說要有高度的安全性和優越的操作性,這就要求通風柜應具有如下功能:
        (1)釋放功能:應具備將通風柜內部產生的有害氣體用吸收柜外氣體的方式,使其稀釋后排至室外的機構。

        (2)不倒流功能:應具有在通風柜內部由排風機產生的氣流將有害氣體從通風柜內部不反向流進室內的功能。為確保這一功能的實現,一臺通風柜與一臺通風機用單一管道連接是最好的方法,不能用單一管道連接的,也只限于同層同一房間的可并聯,通風機盡可能安裝在管道的末端(或屋頂處)。

        (3)隔離功能:在通風柜前面應具用不滑動的玻璃視窗將通風柜內外進行分隔。

        (4)補充功能:應具有在排出有害氣體時,從通風柜外吸入空氣的通道或替代裝置。

        (5)控制風速功能:為防止通風柜內有害氣體逸出,需要有一定的吸入速度。決定通風柜進風的吸入速度的要素有:實驗內容產生的熱量及與換氣次數的關系。其中主要的是實驗內容和有害物的性質。通常規定,一般無毒的污染物為0.25―0.38m/s ,有毒或有危險的有害物為0.4―0.5 m/s ,劇毒或有少量放射性為0.5―0.6m/s ,氣狀物為0.5m/s ,粒狀物為1m/s 。為了確保這樣的風速,排風機應有必要的靜壓,即空氣通過通風管道時的摩擦阻力。確定風速時還必須注意噪音問題,通過空氣在管道內流動時以7―10m為限,超過10m將產生噪音,通常實驗室的噪聲(室內背景噪聲級)限制值為70dB(A),增加管道裁面積會降低風速,也就降低噪音,考慮到管道的經費和施工問題,必須慎重選擇管道及排風機的功率。

        (6)耐熱及耐酸堿腐蝕功能:通風柜內有的要安置電爐,有的實驗產生大量酸堿等有毒有害氣體具有極強的腐蝕性。通風柜的臺面,襯板、側板及選用的水咀、氣咀等都應具有防腐功能。
        4 、
        氣體排放處理
           由于實驗室氣體排放中存在著很多有毒和酸堿腐蝕性極強的氣體,所以在排入大氣前要對氣體進行過濾處理,通常情況下:酸性氣體選用立式酸霧塔;有毒和有機氣體選用光學催化凈化箱。兩種設備分別安裝在排風系統末端,立式酸霧塔安裝在風機的正壓段,光學催化凈化箱安裝在風機負壓段。動物房的氣體經過初效和中效過濾后,直接排入大氣,但在排風口處做高壓噴射流處理,噴射高度在3米以上。

        5、實驗室通風系統設計方法
            綜上所述,實驗室通風系統對設備(特別是通風柜)是有一定標準和要求的。拋開設備因素,單純從系統設計上考慮,實驗室通風空調系統的設計要考慮以下幾個主要因素:(1)保證實驗室的安全性,保證一定數量的換氣次數;(2)解決實驗室通風系統負壓的設計和系統控制;(3)在滿足換氣次數和全新風條件下,控制能耗。(4)系統穩定可靠。

            實驗室通風設計采用以下步驟和方案:(1)實驗室根據工藝要求和功能布置選擇一定數量的通風柜,有的還兼有部分局部排風罩。通常校核下來換氣次數遠遠大于10次,一般在20-30次以上,滿足換氣次數要求。但是此換氣次數是按照通風柜最大開啟面積計算的通風量,資料和經驗表明100臺通風柜99%的時間只有18個或更少的人在使用。故還應校核通風柜最小開啟面積時的通風量和換氣次數,若小于換氣次數要求,則增加綜合排風系統。(2)實驗室通風采用全新風系統,通風柜的排氣不在室內循環。由于實驗室要求房間相對其他輔助區域為負壓。所以實驗室的新風量設計為排風量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新風送至實驗室輔助房間、辦公、管理用房、內走道等,再由門窗縫隙補充到房間。(3)通風柜的風量平衡可以采用定風量控制系統,即排風量恒定,送風量和門窗縫隙補充風量恒定。此方法適用于最大排風量滿足最小換氣次數要求的實驗室。(4)對于排風量遠大于最小通風量要求的房間還可以采用兩段式通風控制系統保證風量平衡,即根據通風柜的位移信號,排風機、送風機有2種送風工況,低風量工況應用于維持最小換氣次數的要求,節約能耗。此情形藥檢所采用了變風量控制系統。通風柜風量變化時,排風量也會相對變小,此時要求放置在屋頂的排風機隨著通風柜柜門的位置變化而變頻,降低風量,保證通風柜面風速恒定。同時自控系統改變全新風風機的頻率,降低風量,維持負壓平衡。變風量系統可以降低系統能耗。系統最大、最小換氣次數接近則考慮采用定風量系統,使得系統簡單,降低初投資。

             通風系統除上文所述對通風柜有特殊要求外,對其他設備和控制系統也有一定的要求和標準。通風柜的選擇除滿足排風和捕捉能力外,還要注意需要根據調節門移動而立即改變風量,維持表面風速的恒定。筆者建議系統風量的測定和控制以柜門位移為信號而不是測定表面風速來測定。實驗室壓力控制和最小通風量的控制除了設備選型因素以外,通風系統設計和控制系統是關鍵因素,要保證系統的反應時間要足夠短(<1秒),通風系統不平衡會導致通風柜排風和捕捉能力散失,氣流流出實驗室,建筑物內壓力不穩定。
         
        6、通風系統設計的指導思想

              實驗室的通風方式有兩種,即局部排風和全室通風。局部排風是在有害物產生后產即就近排出,這種方式能以較少的風量排走大量的有害物,節能有效,是改善現在實驗室條件可行和經濟的方法,也可能是適應新實驗室通風建設的最好的方式,所以在實驗室中廣泛地被采用。對于有些實驗不能使用局部排風,或者局部排風滿足不了要求時,應該采用全室通風。
          通風系統設計的指導思想:
          ①有效、經濟的原則,力求達到排出實驗中所有污染氣體的目的;
            ②采取將實驗中生產的污染氣體就近抽走,不使其擴散的措施;
          ③通風管路系統布局要合理,消除各種不合理因素、減少阻力和噪聲;
          ④通風臺面裝置力求外型美觀、布局合理,其高度和位置不影響實驗裝置的安裝,不影響實驗操作;
          ⑤合理的選擇風機,防止或減少噪音和震動,便于安裝和維護;
          ⑥考慮局部和全室通風的同時,兼顧給排水、煤氣、電源線路的合理安排。
          實驗室內各種有害氣體主要發生在實驗桌面上。實驗室桌面排風系統就是通過設置在桌面上的吸氣罩,把實驗過程中產生的有害氣體呼入罩內,通過風道,以離心風機為動力,排放到室外高層大氣中。桌面吸氣罩是桌面系統重要的組成部分,其性能的優劣對桌面排風系統的技術經濟效果具有重要影響,如設計合理,用較小的排風量能獲得良好的效果,反之用了較大的風量也達不到預期的目的。因此,研究和設計新型的性能優良的吸氣罩對環保、節能、降低成本都具有很大的現實意義。
            現在有一種常用的新型通風裝置的吸風罩,在原有軸向升降旋轉的基礎上,又開發了一種徑向可以在360度范圍內任意旋轉的創新產品,使臺面裝置變成萬向型臺面裝置,即吸風罩可以在最佳排放距離范圍內任何一點接近污染源,同時該裝置也可以懸掛在棚頂或墻壁上。這種吸風罩設計科學、造型美觀、操作極為方便。

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        添加時間:  2006/4/26 點  擊  數: 8331
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