以上海張江高科技園區某項目的實(shí)驗室為例，從對其實(shí)際運行中出現的問(wèn)題分析得出一些實(shí)驗室空調通風(fēng)設計及調試中應注意的事項進(jìn)行論述。
前言：
實(shí)驗室空調通風(fēng)設計的主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少室內空氣的污染，若在實(shí)驗室的空調通風(fēng)系統的設計和調試中采用一般舒適性空調的傳統方式則會(huì )出現問(wèn)題，本文以上海張江高科某化學(xué)實(shí)驗室為例，對其在實(shí)際運行中產(chǎn)生問(wèn)題提出一些在設計和調試中應注意的事項，該工程目前已竣工交付業(yè)主正常使用1年，經(jīng)回訪(fǎng)后業(yè)主反饋運行效果良好。
工程概況：
本工程為張江某外資項目生物研發(fā)樓，由三棟主樓組成，其中兩棟研發(fā)樓每棟地上6 層，建筑面積7232m2。首層建筑層高4.80m，2~6 層建筑層高4.0m。研發(fā)樓主要由實(shí)驗室用房組成，另包含一些附屬辦公用房及車(chē)庫，每棟設通風(fēng)柜150 臺。
通風(fēng)系統的設計：
3.1 主要設計思路
（1）實(shí)驗室安裝獨立的送排風(fēng)系統，以控制（control)實(shí)驗室氣流方向和壓力梯度。應確保在使用實(shí)驗室時(shí)氣流由清潔區流向污染區，同時(shí)做到實(shí)驗室有害氣體經(jīng)處理后排放。
（2）實(shí)驗室通風(fēng)柜設計數量，要求能滿(mǎn)足實(shí)驗時(shí)所要求的排風(fēng)量，通風(fēng)柜采用機械排風(fēng)方式。由于實(shí)驗室通風(fēng)柜排風(fēng)量很大，因此實(shí)驗室送風(fēng)應考慮補風(fēng)。
（3）在維持一個(gè)安全舒適的室內環(huán)境的同時(shí)應盡可能減少能耗，考慮（consider)采用熱回收方式。實(shí)驗室建設實(shí)驗室裝修采用可靠的材料，合理的施工措施，保證潔凈實(shí)驗室-生物安全實(shí)驗室始終處于相對密封的環(huán)境，防止微生物的外逸，易于實(shí)驗室的清潔消毒，同時(shí)避免外部對實(shí)驗室環(huán)境的破壞。
3.2 排風(fēng)方式的確定：
要保證實(shí)驗人員的安全，則應保證通風(fēng)柜的面風(fēng)速恒定在安全范圍內，國際上認同的一般標準是（0.5 ～0.1）m/s。這就需要過(guò)在通風(fēng)柜的調節閥處的傳感器(transducer)變風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內空氣的流通量)控制系統，以確保通風(fēng)柜排風(fēng)量達到給定的面風(fēng)速。當操作人員在通風(fēng)柜前有擾動(dòng)行為時(shí)可實(shí)現較高的面風(fēng)速（0.5m/s）；當操作人員不在時(shí)能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風(fēng)速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環(huán)境的前提下，減少排風(fēng)量，實(shí)現了節能。由于大部分時(shí)間均在小流量條件下運行，系統噪音較低；通風(fēng)柜變風(fēng)量控制原理見(jiàn)圖1，主要設備和性能如下：
（1）配置Phoenix 文丘里閥控制通風(fēng)柜排風(fēng)量，閥門(mén)特性：閥門(mén)壓降在150~750Pa 范圍內風(fēng)量與風(fēng)道靜壓力無(wú)關(guān)；風(fēng)量控制相對精度為5%；閥門(mén)控制響應速度小于1s；風(fēng)量控制誤差小于依5%；閥門(mén)調節比大于16:1。
（2）調節門(mén)開(kāi)度的檢測配置調節門(mén)開(kāi)度傳感器（VSS）。
（3）每臺通風(fēng)柜控制配置一臺監控器（FHM），監控器根據調節門(mén)開(kāi)度控制通風(fēng)柜排風(fēng)量確保調節門(mén)任意開(kāi)度下通風(fēng)柜面風(fēng)速恒定：有人操作時(shí)，面風(fēng)速0.5m/s；無(wú)人操作時(shí)，面風(fēng)速0.3m/s。監控器特性：LCD動(dòng)態(tài)顯示實(shí)際的面風(fēng)速；對排風(fēng)系統故障作出聲光報警；緊急情況下，操作人員可通過(guò)控制器面板按鍵強制設定通風(fēng)柜排風(fēng)為最大。
圖1：通風(fēng)柜控制原理圖
3.3 通風(fēng)柜排風(fēng)量計算：
通風(fēng)柜的排風(fēng)量按下式計算：
L = 3600 Av β
式中L— 通風(fēng)柜排風(fēng)量，m3/h；
A — 通風(fēng)柜拉門(mén)面積，m2；
v— 通風(fēng)柜的面風(fēng)速，m/s，設定為0.5m/s；
β— 通風(fēng)柜排風(fēng)量修正系數。一般為1.05～1.1
3.4 實(shí)驗室通風(fēng)柜排風(fēng)系統設計
（1）由于本工程通風(fēng)柜數量多，不能每臺通風(fēng)柜單獨設排風(fēng)系統，否則風(fēng)機和垂直風(fēng)管太多，占地面積太大，不美觀(guān)也難以布置。故與業(yè)主方協(xié)商，采用壓力無(wú)關(guān)型集中變風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內空氣的流通量)排風(fēng)系統，即多個(gè)排風(fēng)柜共用一臺風(fēng)機及一個(gè)排風(fēng)管的方法。配置原則：將實(shí)驗性質(zhì)相同的實(shí)驗室排風(fēng)系統集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實(shí)驗室分設排風(fēng)系統；對有可能造成空氣污染的排放物設有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進(jìn)入大氣的有害物濃度保證不超過(guò)國家標準規定的限制，并通過(guò)有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發(fā)生爆炸的可能。
（2）各實(shí)驗室通風(fēng)柜，通風(fēng)沿豎向劃分排風(fēng)系統，通風(fēng)管道采用垂直敷設方式接至屋頂風(fēng)機(roof ventilator)。通風(fēng)管道采用無(wú)機玻璃鋼風(fēng)管。調查與其余類(lèi)似項目經(jīng)驗表明此實(shí)驗樓150臺通風(fēng)柜多數時(shí)間都不會(huì )同時(shí)運行，考慮到初投資(意義:是未來(lái)收益的累積)與運行費用的節省，本項目采用變頻（frequency conversion)風(fēng)機自控系統。由于通風(fēng)柜的使用數量及柜門(mén)開(kāi)啟大小變化，造成管道內靜壓的變化，通風(fēng)機由風(fēng)道內的靜壓信號實(shí)現變頻調速，從而達到節能運行。根據實(shí)驗室的性質(zhì)及位置（position )，本設計將150 個(gè)通風(fēng)柜劃分為10 個(gè)變風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內空氣的流通量)排風(fēng)系統，控制方法和功能如下：
1）通風(fēng)柜排風(fēng)機(Draught Fan)控制配置DDC 實(shí)現控制功能；
2）每一組通風(fēng)柜排風(fēng)機配置(deploy)一臺變頻器；
3）每一組通風(fēng)柜排風(fēng)機的主風(fēng)道上配置風(fēng)道靜壓傳感器檢測風(fēng)道壓力；
4）每一臺通風(fēng)柜排風(fēng)機的主風(fēng)道上配置氣流開(kāi)關(guān)，檢測風(fēng)機的實(shí)際起停狀態(tài)；
5）風(fēng)機(Draught Fan)控制包括啟停控制、變頻控制、風(fēng)機報警；
6）DDC 控制系統根據風(fēng)道壓力的變化，隨時(shí)調整風(fēng)機(Draught Fan)的轉速，確保文丘里閥正常工作；
7）DDC 控制（control)系統根據風(fēng)機(Draught Fan)氣流開(kāi)關(guān)狀態(tài)判斷排風(fēng)機是否故障，以作相應的報警。
3.5 實(shí)驗（experiment)室通風(fēng)柜補風(fēng)系統：
由于實(shí)驗室通風(fēng)柜排風(fēng)量很大，造成實(shí)驗室內負壓過(guò)大。實(shí)驗室送風(fēng)量除應滿(mǎn)足實(shí)驗室的舒適性外，同時(shí)還要考慮對排風(fēng)的補充風(fēng)量。設計由室外引進(jìn)新風(fēng)管道經(jīng)過(guò)濾器送入實(shí)驗室，（進(jìn)實(shí)驗室后加止回閥(check valve；reflux valve)，以防止風(fēng)從負壓小的實(shí)驗室進(jìn)入負壓大的實(shí)驗室）。隨著(zhù)實(shí)驗室內通風(fēng)柜啟動(dòng)排風(fēng)量增大，室外新風(fēng)由負壓被吸進(jìn)室內，氣流達到動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)也保證實(shí)驗室氣流流向穩定（解釋:穩固安定；沒(méi)有變動(dòng))，且始終處于負壓狀態(tài)，使被污染氣體不進(jìn)入走道。送風(fēng)口設在通風(fēng)柜上方，使室外風(fēng)直接經(jīng)通風(fēng)柜排出室外，減少了房間冷熱負荷。實(shí)驗室空調系統設計為風(fēng)機盤(pán)管空調系統，空調送風(fēng)口應遠離通風(fēng)柜，以免含濕量較大的夏季室外空氣在室內結露。為減少能量損失，此設計根據各房間使用功能分若干系統設有全熱交換器，局部排風(fēng)口設于實(shí)驗室內各試驗臺上方。
實(shí)際試運行初期遇到的問(wèn)題與原因分析：
該實(shí)驗室空調系統自夏天交付給業(yè)主使用以來(lái)，出現主要這樣兩個(gè)問(wèn)題：
房間濕度有時(shí)過(guò)大，部分送風(fēng)口出現了結露現象。
原因分析及解決方案如下：針對4.1的問(wèn)題主要整個(gè)系統安裝完畢后分包單位未對送回排風(fēng)口進(jìn)行仔細調試，導致大量未經(jīng)處理的無(wú)組織熱濕空氣進(jìn)入。后根據檢查結果責令分包單位嚴格根據設計要求進(jìn)行調試，重新定義了各風(fēng)口風(fēng)量，使無(wú)組織進(jìn)入室內的風(fēng)量減少，解決了結露問(wèn)題。
房間的負壓過(guò)大，且不同房間冷熱不均。
原因分析及解決方案如下：針對4.2的問(wèn)題主要是排風(fēng)柜本身有多處漏風(fēng)，另局部排風(fēng)點(diǎn)分包單位為貪圖簡(jiǎn)便使用軟管連接而未安裝風(fēng)閥，導致排風(fēng)量大于設計值。實(shí)驗室凈化無(wú)菌試驗室、生物安全實(shí)驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長(cháng)期而安全地運行，同時(shí)還為需要實(shí)驗室工作人員提供一個(gè)舒適、而良好的工作環(huán)境。后根據檢查結果要求供應商對排風(fēng)柜進(jìn)行改造，封堵住了漏風(fēng)的縫隙，還在局部排風(fēng)罩上加裝了風(fēng)量調節閥門(mén)，重新調整了風(fēng)管斷面風(fēng)速下的排風(fēng)量。
結語(yǔ)：
實(shí)驗室通風(fēng)設計及通風(fēng)柜控制的安全性、可靠性，氣流流向、房間壓力、補風(fēng)控制的穩定性，乃至整個(gè)系統的節能、環(huán)保等多方面因素都直接決定實(shí)驗室通風(fēng)系統設計的優(yōu)劣，實(shí)驗室的排風(fēng)量相對舒適性空調房間要大很多，換氣次數很大又要保持微負壓狀態(tài)還要控制室內的溫濕度有一定的困難（difficult)，為避免出現以上問(wèn)題，應在設計階段就對溫濕度控制引起充分重視，且充分考慮漏入室內的空氣對室內溫濕度的影響；施工階段應充分的監督施工單位的施工過(guò)程，施工完畢后應進(jìn)行系統調整以使系統按設計要求運行。實(shí)驗室凈化無(wú)菌試驗室、生物安全實(shí)驗室必須保證人身安全、環(huán)境安全、廢棄物安全和樣本安全，能長(cháng)期而安全地運行，同時(shí)還為需要實(shí)驗室工作人員提供一個(gè)舒適、而良好的工作環(huán)境。
參考文獻：
通風(fēng)與空調工程施工及驗收規范（GB50243-2002）
采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范（GB50019-2003 ）
實(shí)驗室生物安全通用要求（GB19489-2004）
