浅谈广州某化学材料学院实验室工艺通风系统设计

浅谈广州某化学材料学院实验室工艺通风系统设计

周中鲁

广东华方工程设计有限公司510220

摘要：化学材料学院实验室为了不使有害气体外扩散，室内空气应保持负压，室内应有良好的通风系统。本文结合具体项目简单谈谈化学材料学院实验室工艺通风系统设计。

关键词：实验室；暖通空调；设计

一、概况：

1、广州某化学与材料楼建设项目，建筑基底面积13552m2，总建筑面积135821m2，建筑高度47.9m。功能布局：1~10层实验室，其中：-1层建筑楼板底到地面高3.0m；1层建筑层高5.7m，主梁0.8m、次梁0.4m；2-10层建筑层高4.3m，主梁0.8m、次梁0.4m。

2、设计内容：本建筑1—10层实验室工艺通风系统、实验室通风自控、变风量控制系统设计。

二、设计依据：

A、设计参数：

1、通风设备设计风量：

单台1.8米通风柜设计风量1300-2200m3/h

单台1.5米通风柜设计风量1100-1700m3/h

单台1.5米桌面集气罩设计风量3000m3/h

单台万向排风罩设计风量180-200m3/h

单台原子吸收罩设计风量1000m3/h（750*750）

单台试剂柜设计风量100-150m3/h

单台原子吸罩设计风量400-600m3/h（400*400）

2、排风支管内风速6-8m/s，干管内风速8-12m/s

B、主要通风设备及通风系统划分：

1、主要通风设备：试剂柜约1610套，1.5米通风柜约1312套，万向排气罩约2172套。

2、设备排风系统：共分为147个设备排风系统。排风设备安装在10层楼顶；实验室补风新风：6楼及6楼以下不设计空调补风系统，优先采用自然补风。7-10层采用空调补风，新风由本层百叶窗引入，经新风处理空调机处理后送入实验室，新风空调机安装于所在楼层的吊项内。

三.设计参数：

1、室外：（选用地区：广东省广州市）

四.空调冷热源、末端、水系统：

空调冷热源：整栋大楼新风补风机组冷源采用风冷螺杆式冷水机组，共5台，其中化学楼3台，材料楼2台，每台机组制冷量为900kw；COP值3.2以上，IPLV值3.3以上，满足<<公共建筑节能设计标准>>，机组屋面安装。

空调末端：实验室区域内新风补风采用组合式全新风空气处理机组。

水系统：

1.冷冻水系统采用密闭式机械循环，冷冻水立管采用两管异程制。化学楼冷冻水系统采用冷冻水泵4台，3用1备，冷冻水泵流量为170m3/h，扬程为38m；材料楼冷冻水系统采用冷冻水泵3台，2用1备，冷冻水泵流量为170m3/h，扬程为38m。

2.水系统的补充水由生活供水管网考虑预留到天面指定位置待接。

3.冷冻水系统设置2套有效容积1.0m3膨胀水箱，安装位置比冷冻水系统最高点高2.5米。

五、通风设计方案及管线布局

A.实验室通风设计原则：

1.综合考虑各项因素，采用投资少、运行稳定、运行费用低、处理效果好的成熟工艺；

2.所选择的工艺必须满足现场条件，平面布置简洁、紧凑、少占地，并方便生产操作和维护维修；

3.非标设备应符合国家或行业相关规范，并保证性能稳定、外表美观；

4.在设计中充分考虑噪声、臭味等，防止二次污染的产生，不给周围环境造成新的污染；

5.处理设施具备冲击负荷能力，确保废气达标排放。

B.实验室通风系统规划总体思路：

1、在同房间各通风柜或通风设备尽量经同一管路进行排放，为排除实验中产生的有害气体，实验室的通风柜尽可能布置在同一个方向上.

2、为了减少系统阻力及降低室内噪声，适当增大风管尺寸以减少风速；

3、为了保证各入口处的风量符合设计要求，各系统的变频进行风量调节；

4、风管材质：选用阻燃性PVC材质，风管具有防腐、耐高低温和抗老化等性能，外形美观；室外排风风管采用15mm厚橡塑加0.5mm厚铝板作保护，要求施工平整，美观。

5、风管支吊架：采用圆管镀锌钢，条抱箍风管方管采用经防锈处理的吊杆紧固，40*40角钢来支撑风管；

6、为了保证各排风房间的负压状态，补新风风量按排风量的45%%%-75%%%计算；7、房间补风新风管道均采用镀锌钢板制作，风管保温材料为25mm厚难燃B1级橡塑绝热保温材料。通风系统具体介绍见图纸说明。

C.通风系统设计：

通风系统划分要根据建筑功能、平面分布及甲方的使用要求，综合技术、经济、管理等因素，还应当考虑工艺流程、同时使用情况及有害气体性质及其处理等因素。本工程中实验室排风系统采用楼顶排放方式，风机安装在楼顶，室内排风设备由风管接至管井，并同时对风井进行密封处理，在屋面由风机连接至废气处理设备、经过处理后进行高空排放。

工艺流程：

标准实验室通风平面图

六、空调通风系统自动控制要求：

空调通风系统设自动控制系统，控制终端设在空调控制室内，实现远程控制。

1）冷源

（1）冷水机组、冷冻水泵、连锁装置：根据系统冷负荷变化，自动或手动控制主机运转台数。开机程序：电动蝶阀--→冷冻水泵--→延时启动冷水机组，关机与上述顺序相反。而冷水泵可手动单独投入运转。

（2）供回水压差旁通装置：供回水总管之间设压差控制阀，压差控制器对系统的总供水和总回水压差进行系统检测，并根据检测结果对电动阀进行调节控制，进而使供水管与回水管实现旁通，以保持所需要的压差值，实现主机定流量、末端系统变流量运行。

（3）在冷水机组的供、回水管上分别设有水流开关，水流开关与主机连锁。当管内水停止流动，或水流量减少到设定值时，主机自动停止或无法启动。

（4）空调自动控制系统根据回水总管的温度、流量信号，计算系统的实际空调负荷，并控制冷水机组及其配用的空调水泵的运行台数和运行组合。空调自动控制系统累计每台冷水机组、空调水泵的运行时间，并控制冷水机组和空调水泵均衡运行。

2）新风补风机组（全新风组合式空气处理机组）

控制系统由比例积分控制器、装设在（送）回风口的温度传感器及装设在回水管上的电动三通比例积分阀组成。系统运行时，温度控制器把温度传感器所检测的温度与温度控制器设定温度相比较，并根据比较结果输出相应的电压信号，以控制电动三通比例积分阀的动作，通过改变水流量，使（送）回风温度保持在所需要的范围。空调机组以回风温度作为控制信号；新风机组以送风温度作为控制信号。空气处理机组控制按钮设在该实验室房内，就地控制，控制室有信号显示。

3）排风系统控制：

（1）实验室排风系统采用等静变频控制，通风总管直管段安装压差传感器，监控测量排风管道内的静压，调整风机变频器，使排风管内静压稳定。

（2）实验室通风柜采用变风量通风控制系统。

（3）实验室通风柜排风时同时开启补风机（室外过滤新风）进行补风，新风补风采用变频控制、补风机根据房间流量控制器进行整体风量控制，有通风柜等局部排风设备的房间采用变风量补风，补风变风量阀要求与管道静压无关（50-1000Pa）且能自行开关、从而在保证房间一定负压的情况下保持房间风量平衡。

（4）实验室的万向排气罩和其他排气罩按开关型定风量调节阀设计，50Pa到1000Pa之间时压力无关。

（5）所有实验室的试剂柜均采用机械排风系统，该排风系统每天24小时不间断运行。

（6）废气处理水泵同排风系统联动。

4）实验室通风柜控制

1、风阀类型：变风量控制，通过通讯与子系统内其它阀相连，交换数据，实现相关控制功能。

2、阀体材质要求：阀体和锥体和其它硬件为铝质加烘干酚醛涂层，不锈钢阀杆为不锈钢+Telfon防腐蚀涂层。

3、阀门控制：根据位移传感器计算出通风柜的标准风量，控制器快速调节变风量控制阀的开度，保证通风柜标准风量，每一阀位置流量标定点数不少于48点。

4、正常工作压力范围：管道内压力变化150~750Pa，系统流量变化时，实验室气流控制系统保持在原设定流量±5%设定值。

5、风量控制精度：采用LCD显示面板，数字显示面风速状态，控制风量的±5%。

6、风量调节比：最大风量：最小风量16：1以上

7、风量控制稳定性：平衡风管内压力波动时间<1秒，采用线型高速电动执行器，调节时间<1秒。

8、通风柜排风量在通风柜调节门开度改变后的1秒钟以内达到其设定指令值（不超过5%的振荡和调节过冲）。

9、现场安装：阀门安装前后无需直管段。

11、反馈信号：提供实时风量反馈信号，反馈风量控制精度：当前风量的±5%。

12、输入/输出接口：三路全能输入端；一路开关输入；两路模拟输出；一路开关输出。

13、满足低声能级设计，达到或超过ASHRAE要求。

14、安全措施：主电源失电时，阀门回复至合适的失效保护状态（常开－最大状态，常闭－最小状态和最终状态）。

15、通过变风量阀内置的压差传感器确认变风量阀的工作状态，压力过低或过高会发出报警指示。

16、通风柜上方安装区域存在传感器，通风柜面风速在正常与节能状态之间自动切换，既保证安全，又节约能源。

17、面风速过低，视窗开启高度过高，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正。

18、紧急情况下，开启紧急排风，通风柜排风量不受变风量控制，以最大风量工作。

19、变风量阀控制系统要求同排风柜联合安装调试运行。

七.节能设计篇：

1、本设计通风及补风系统及设备选型订购均严格按照<<公共建筑节能设计标准>>要求执行；

2.本设计选用风冷磁悬浮制冷机组，制冷性能系数（COP）达到3.4以上。

3.冷水机组、冷冻水泵、电动水阀一一对应联锁运行，冷源系统根据冷量（用自动监测流量、温度等参数计算出冷量，自动发出信号）控制冷水机组的启停数量及其对应水泵台数。

4.全新风组合式空气处理机组及玻璃钢风机采用变频控制。

5.风管和水管的绝热材料和厚度符合节能标准的要求。

参考文献：

[1]《生物安全实验室建筑技术规范》GB50346-2011

[2]《实验动物环境及设施》GB14925-2010

[3]《科学实验建筑设计规范》（JGJ91-93）

[4]侯喜快.某大学解剖实验室通风空调系统改造[J].建筑热能通风空调.2017（02）