李甜

（雅柯鈦浦（上海）工程咨詢有限公司，上海 200000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)和生活技術(shù)日益更新，越來越多的大企業(yè)、知名企業(yè)對生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求。本項目位于上海浦東區(qū)，業(yè)主為某醫(yī)院。本設(shè)計為5～10層的實驗室通風(fēng)設(shè)計，總面積約為5 000 m2，實驗室由普通實驗室、動物房實驗室、潔凈實驗室?guī)撞糠纸M成?？照{(diào)箱、排風(fēng)機(jī)設(shè)備放置在屋頂，排風(fēng)經(jīng)過處理后高位排放。本文主要對實驗室的通風(fēng)設(shè)計進(jìn)行介紹。

1 設(shè)計原則

實驗室通風(fēng)設(shè)計首先要保證實驗室安全。

定風(fēng)量CAV空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：通過定風(fēng)量閥門和調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)來保證房間相對負(fù)壓恒定，其優(yōu)點為控制方便、造價低，但不夠節(jié)能。

變風(fēng)量VAV空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：風(fēng)量通過通風(fēng)柜操作門位置的改變呈線性變化，空調(diào)送風(fēng)量維持室內(nèi)相對負(fù)壓而隨排風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，既滿足實驗室的安全性要求，又適合通風(fēng)柜的風(fēng)量變化。

雙穩(wěn)態(tài)空調(diào)系統(tǒng)：通風(fēng)柜的排風(fēng)量只有高、低風(fēng)量兩種狀態(tài)，較多地用于變風(fēng)量型通風(fēng)柜值班和操作切換工況，調(diào)節(jié)性能和投資費用介于定風(fēng)量和變風(fēng)量之間。

本項目設(shè)計思路：首先根據(jù)工藝要求和功能布局、建筑底圖確定通風(fēng)柜、萬向罩、試劑柜等數(shù)量，其次計算校核房間的換氣次數(shù)。當(dāng)換氣次數(shù)小于等于10ACH或者排風(fēng)系統(tǒng)最大、最小換氣次數(shù)接近時，使用定風(fēng)量閥門，降低初步投資；當(dāng)換氣次數(shù)遠(yuǎn)大于10ACH時，可結(jié)合初投資運(yùn)行費進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，使用變風(fēng)量系統(tǒng)或雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。為了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，定風(fēng)量、變風(fēng)量閥門選用壓力變化無關(guān)型，變風(fēng)量型通風(fēng)柜風(fēng)量的測定和控制以柜門位移為信號，控制范圍精確調(diào)節(jié)比為10∶1，系統(tǒng)響應(yīng)時間為1～2 s，房間壓力控制采用直接壓力控制，風(fēng)管內(nèi)定、變風(fēng)量閥門產(chǎn)生的壓力波動在150～750 Pa之間，排風(fēng)量文丘里閥門需要選用酚醛涂層和不銹鋼無孔擴(kuò)散段，增強(qiáng)防腐性能。

2 工程特色及難點

實驗室空氣中一般都含有對人體有害的物質(zhì)，需要排至室外，排風(fēng)根據(jù)具體情況處理后再排放。

空調(diào)系統(tǒng)采用直流系統(tǒng)，運(yùn)行過程中會浪費很多能源，不利于節(jié)能。為避免交叉污染，本項目采用乙二醇熱回收的方式。整個6層實驗室大部分房間有不同的排風(fēng)設(shè)備，比如通風(fēng)柜、安全柜、萬向罩、試劑柜、設(shè)備排熱等。通風(fēng)柜排風(fēng)是變化的，安全柜、萬向罩、設(shè)備排熱、試劑柜排風(fēng)是固定的。另外，在設(shè)備不排風(fēng)時，需要保持人員及實驗室潔凈需求的換氣次數(shù)。實驗室變風(fēng)量、定風(fēng)量和局部排風(fēng)量會給房間帶來風(fēng)量平衡、壓力控制、溫濕度控制等問題。

3 設(shè)計依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計需依據(jù)上海的氣象參數(shù)。

潔凈區(qū)細(xì)胞培養(yǎng)：溫度20～24℃，濕度45%～65%，人員新風(fēng)40 CMH，潔凈級別C級，最小換氣次數(shù)20ACH。

潔凈區(qū)分子實驗室、動物房：溫度20～24℃，濕度45%～65%，人員新風(fēng) 40 CMH，潔凈級別7級，最小換氣次數(shù)15ACH。

敞開實驗室等：溫度18～25℃，濕度35%～65%，人員新風(fēng)40 CMH，潔凈級別NC級，最小換氣次數(shù)6ACH。

4 空調(diào)系統(tǒng)

4.1 空調(diào)系統(tǒng)概述

空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，由于實驗室通風(fēng)柜、試劑柜、萬向罩等排風(fēng)設(shè)備比較多，排風(fēng)量也較大，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時可能會引起室內(nèi)的溫濕度、壓力波動。為保證實驗室房間的溫濕度、壓力等參數(shù)波動穩(wěn)定，整個實驗室采用送風(fēng)變風(fēng)量閥門控制，根據(jù)排風(fēng)需要將排風(fēng)相應(yīng)地改為定風(fēng)量或變風(fēng)量閥門控制。比如，通風(fēng)柜排風(fēng)采用變風(fēng)量閥門控制，萬向罩試劑柜等采用定風(fēng)量閥門控制，房間排風(fēng)可以根據(jù)具體情況而定，不過至少也要做到定風(fēng)量閥門控制，否則不利于整個系統(tǒng)調(diào)試和風(fēng)量平衡控制。

根據(jù)ASHRAE要求，實驗室實際換氣次數(shù)與通風(fēng)柜數(shù)量、風(fēng)量、開啟臺數(shù)有關(guān)，同時房間最小換氣次數(shù)要求滿足6～10 ACH，實驗室無人時可以減少至4～6 ACH。另外，實驗室通風(fēng)柜排風(fēng)不作為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)施，當(dāng)其關(guān)閉時考慮到200 CMH的排風(fēng)量足夠，不能作為0 CMH考慮。

實驗室噪聲要求：為了給實驗人員提供安靜、舒適的工作環(huán)境，房間噪聲應(yīng)該控制在45 dB以內(nèi)，因此排風(fēng)機(jī)、空調(diào)箱、站房等有震動的設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離室內(nèi)，有條件的最好在風(fēng)管上做好降噪措施，其他部分設(shè)備也需做好減震措施。

通風(fēng)柜有標(biāo)準(zhǔn)型、旁通型、變風(fēng)量型、補(bǔ)風(fēng)量型幾種，能夠有效吸收實驗產(chǎn)生的有害氣體，維持實驗室的衛(wèi)生，保護(hù)實驗室人員的健康，具有高度的安全性、操作性和節(jié)能性。根據(jù)長度，可將通風(fēng)柜分為1 000 mm、1 200 mm、1 500 mm和1 800 mm等不同類型，類型不同，所對應(yīng)的風(fēng)量也不同，在實際選用時，需要弄清業(yè)主的需求。

通風(fēng)柜最小吸風(fēng)面風(fēng)速：國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對人體無害但有污染的風(fēng)速為0.3/0.4 m/s；輕度、中度或有害、有危險的風(fēng)速為0.4/0.5 m/s；有極度危害或釋放少量放射性有害物質(zhì)的風(fēng)速為0.5/0.7 m/s。國外標(biāo)準(zhǔn)低于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，因為國外設(shè)備測試的環(huán)境與國內(nèi)不同，國外比較嚴(yán)格，因此不同項目的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)需要在計算開始時與業(yè)主討論確定。本項目使用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 空調(diào)箱功能段組成

細(xì)胞培養(yǎng)、重點實驗室的潔凈區(qū)空調(diào)采用凈化循環(huán)空調(diào)箱，同時設(shè)置送排風(fēng)乙二醇熱回收系統(tǒng)，以便達(dá)到節(jié)能的目的。新風(fēng)量滿足人員衛(wèi)生、工藝排風(fēng)要求及房間壓力要求。回排風(fēng)口置于對人員及產(chǎn)品無影響的區(qū)域，送風(fēng)口根據(jù)需求，比如細(xì)胞培養(yǎng)等有潔凈等級的需求設(shè)計H13高效送風(fēng)。AHU設(shè)置蒸汽加濕段、表冷段、加熱段，用于控制房間溫度和保證濕度不低于下限值。循環(huán)空調(diào)箱由新回風(fēng)混合段、初中效過濾段G4＋F6、乙二醇回收段、表冷盤管段、加熱盤管段、風(fēng)機(jī)段、中效段F9、消聲段、干蒸汽加濕段組成。排風(fēng)需高出屋面6 m排放。

潔凈室（除潮濕房間）空調(diào)送風(fēng)采用吊頂高效送風(fēng)口，回風(fēng)和排風(fēng)采用單層百葉下側(cè)，保證良好的氣流組織。對于潔凈區(qū)潮濕房間，空調(diào)送風(fēng)采用吊頂高效送風(fēng)口，回風(fēng)和排風(fēng)采用吊頂單層百葉，以避免工作區(qū)潮濕產(chǎn)生的微生物返回空調(diào)系統(tǒng)。潔凈室房間送回排支管均設(shè)置CAV/VAV閥門，以滿足房間的壓差要求，房間壓力通過VAV控制，空調(diào)系統(tǒng)為變風(fēng)量系統(tǒng)。實驗區(qū)采用直流式全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，同時設(shè)置送排風(fēng)乙二醇熱回收系統(tǒng)，以便達(dá)到節(jié)能的目的。新風(fēng)量滿足人員衛(wèi)生、工藝排風(fēng)要求及房間壓力要求?；嘏棚L(fēng)口置于對人員及產(chǎn)品無影響的區(qū)域，AHU設(shè)置蒸汽加濕段、表冷段、加熱段，用于控制房間溫度和保證濕度不低于下限值。直流空調(diào)箱由新風(fēng)段、初中效過濾段G4＋F6、乙二醇回收段、表冷盤管段、加熱盤管段、風(fēng)機(jī)段、中效段F9、消聲段、干蒸汽加濕段組成。

5 房間風(fēng)量計算注意事項

計算房間風(fēng)量時應(yīng)該注意以下幾點：①通風(fēng)柜排風(fēng)最大值和最小值需根據(jù)通風(fēng)柜操作面的面積計算，如果通風(fēng)柜廠家提供了參數(shù)，則可以參考使用。②烘箱、萬向罩、試劑柜等排風(fēng)設(shè)備需要由供應(yīng)商提供準(zhǔn)確的數(shù)值。如果設(shè)計初期沒法提供，可以按照150～200 CMH估算。③通風(fēng)柜面風(fēng)速一般為80～120 fpm，本項目取100 fpm，0.5 m/s。面風(fēng)速過低會導(dǎo)致有害氣體外溢，過高會導(dǎo)致通風(fēng)柜內(nèi)部產(chǎn)生亂流，從而溢出通風(fēng)柜危害實驗人員，同時過大的排風(fēng)量不利于節(jié)能。④最小換氣次數(shù)需要根據(jù)具體房間及房間設(shè)施危險等級來定。⑤房間處于負(fù)壓，房間風(fēng)量平衡很重要，比如房間與走道之間的壓差、房間內(nèi)部通風(fēng)柜與房間的壓差等。

6 本項目實驗室安全控制及要求

本次項目包含動物實驗室部分，這部分比較特殊，根據(jù)國家動物實驗室規(guī)范，需要對溫濕度及壓差梯度進(jìn)行控制。

不同動物對溫濕度有不同的要求，此次嚙齒類動物溫度要求為20～25℃，溫度變化范圍為±1℃，因此設(shè)計溫度定為22℃±1℃；適當(dāng)?shù)臏囟认驴梢越邮艿臐穸纫鬄?0%～70%，因此設(shè)計濕度定為50%為宜。動物實驗室的換氣次數(shù)稍微高于普通實驗室，在10～20ACH，壓差范圍一般在25～50 Pa；壓差梯度很重要，需從清潔向污染的方向流動，通過各個房間的風(fēng)量平衡控制氣流方向。

動物實驗室潔凈等級定義為7級（動物實驗室的等級一般在7～8級）；氨氣濃度14 mg/m3，噪聲≤60 dB，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況24 h。

獨立雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：房間送風(fēng)管和排風(fēng)管上安裝定風(fēng)量文丘里閥門，根據(jù)確定的房間換氣次數(shù)和余風(fēng)量調(diào)整送風(fēng)量和排風(fēng)量；IVC的排風(fēng)管上安裝定風(fēng)量籠架閥。

7 總結(jié)

對于潔凈的實驗室、動物房，整個空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量平衡很重要，需要業(yè)主提供工藝設(shè)備的排風(fēng)數(shù)據(jù)。工藝設(shè)備散熱散濕不可忽視，壓差梯度及換氣次數(shù)是實驗室潔凈度的保證，熱交換很有必要。動物實驗室設(shè)計需謹(jǐn)慎，溫濕度、壓差梯度、氣流方向、換氣次數(shù)、系統(tǒng)風(fēng)量平衡一個都不能忽視。

［1］實驗室生物安全手冊（2016版）［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2016.

［2］陳培聰.探析實驗室暖通變風(fēng)量的控制及暖通空調(diào)的設(shè)計［J］.科學(xué)與財富，2016（8）.

［3］中國建筑科學(xué)研究院.GB 50447—2008實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.