恒溫油槽實驗室通風設計

黃科薪 陳蜀

摘 要：文章為了提供一個良好舒適的恒溫油槽實驗室的空氣環境，根據實驗室性質和要求，通過示例詳細的計算設計了實驗室通風系統，為類似實驗室通風設計提供一種有益的參考。

關鍵詞：局部通風；全面通風；風量；風速

1 概述

溫度是社會、工作、生活中最基本測量參數，該參數涉及的測溫和控溫已廣泛應用于工業、農業、氣象、醫療及人們的日常生活等領域。溫度計、工業熱電阻、熱電偶是最常用的測溫器具，而這些測溫器具的準確性對測溫控溫的作用至關重要，為了保證測溫器具的量值準確可靠，需要對這些測溫器具進行校準。檢定熱電阻常用恒溫槽。恒溫槽又以不同的溫度范圍及使用不同的介質分為水槽、油槽、乙醇槽。油槽介質通常使用甲基硅油，在高溫下會蒸發，這對工作環境的舒適性、安全性有一定的損害，文章即以恒溫油槽為主要對象，建立模型，設計恒溫油槽實驗室通風系統，為建設安全、人性化恒溫油槽實驗室提供有益的參考[1～2]。

2 系統設備

文章取某型標準恒溫油槽作為主體進行通風設計，其主要特點及技術參數為：可高精度智能控溫，升溫迅速，無超調欠調，溫度穩定性強，計算機控制實現自動控溫且持續穩定，工作區采用雙槽體雙循環，提高溫場均勻性穩定性，油槽下方配置儲油箱，配備油泵系統。

結構參數：溫度范圍（35℃-300℃），工作區尺寸：φ150mm×480mm，外形尺寸長×寬×高：750mm×550mm×1140mm。工作介質：甲基硅油（推薦）。

3 通風概述

硅油是一種鏈狀結構的聚合有機硅氧烷，它有很多特殊性能包括溫粘系數小、耐高/低溫、抗氧化、閃點高、揮發性小（150°，30天，揮發量2%）、絕緣性好、表面張力小、對金屬無腐蝕、無毒等。正因為如此，硅油常用于日用化妝品、潤滑油、擴散泵油等。恒溫油槽推薦使用的介質即為甲基硅油。

雖然甲基硅油具有無毒、揮發性小的屬性，但由于種種因素的影響，實際使用過程中（特別是加熱至持續高溫）常有異味散發，影響工作區的空氣品質，對工作者身心健康有一定的危害，故對其進行通風換氣、及時排污是必要的。

通過通風換氣的方法改善室內空氣環境，是把室內的不符合衛生標準的污濁空氣排到室外，換以室外新鮮空氣或經過處理符合衛生要求的空氣送入室內。采用通風的目的在于利用諸如凈化、排除、稀釋或置換技術，確a保環境區域具有良好的空氣品質，提供生命過程必須的氧氣，形成適合生活和生產的空氣環境。

就通風的覆蓋范圍而言，通風方式可分為全面通風和局部通風。全面通風實質是全面系統地對室內空氣污染物稀釋。局部通風是對局部地點的空氣條件提供保證的特色通風方式，是在產生污染物的源頭采用局部通風技術把含有污染物的氣體就地捕集、凈化排放至室外，阻止污染源污染物向工作區擴散。

4 設計示例

設計步驟：（1）根據房間的要求和用途，選擇通風方式；（2）根據排風類型，計算通風量；（3）通過通風量，選擇通風機，并校驗風機風壓。

文章的污染源是恒溫油槽，是固定集中的點污染源，故選用局部通風的方式，具體采用局部排風罩實施[3]。

排風罩設在油槽的上方，由于油槽的限制，氣流只能從側面流入罩內，如圖1所示。為避免及減少橫向氣流的影響，要求H盡可能小于等于0.3a（a為罩口的長）。此時，排風罩的排風量按式（1）計算[4～5]：

L=KPHvx （1）

式中：K-考慮沿高度速度分布均勻的安全系數，通常取K=1.4；

P-排風罩口敞開面的周長，m；

H-罩口至污染源的距離，m；

vx-邊緣控制點的控制風速，m/s。

局部排氣罩是利用排風罩的抽吸作用，在有害物發生地點（控制點）造成一定的氣流運動，將有害物吸入罩內，加以捕集。控制點上必需的氣流速度稱為控制風速。邊緣控制點風速的大小與工藝操作、有害物毒性、周圍干擾氣流運動狀況等多種因素有關。設計時可參照表1確定，控制點風速選取原則按表2選擇。

表1 控制點控制風速

表2 控制點的控制風速選取原則

文中污染物放散速度較輕微，控制風速范圍取（0.25～0.5）m/s，且毒性小，空氣擾動小，選擇速度下限，從而控制風速vx取0.3m/s。有了控制風速vx取，計算排風量還需要得到高度H，及罩口周長P，這兩項未知數可由排風罩口的長寬及約束條件確定。排風罩口長寬尺寸如表3所示。

表3 設備尺寸

條件：要求H盡可能小于等于0.3a（a為罩口的長），即H≤0.3（2×0.4H+0.75），得H≤0.3m，取H=0.3m，故罩口周長P=3.56m。

排風罩排風量為：L=KPHvx=1.4×3.56×0.3×0.3=0.45m3/s=1620 m3/h

選擇風機需考慮風量附加，采用一般送排風，定轉速風機時，風量附加為5%～10%。文章取下限，即5%，從而風機風量為：（1+5%）L=1701m3/h。對照風機型號規格，選取軸流風機T35-11系列，具體參數如表4所示。

表4 風機參數

風機風壓校驗：文章局部排風，污染氣體經風機抽吸后流經一截與風機風口同徑的短風管排到室外，所選風機風壓能滿足使用要求。

圖1 恒溫油槽通風示意圖

5 結束語

文章介紹了恒溫油槽的特點，簡要概述了通風的目的和方式及對應的作用，并進一步通過計算詳細示例了恒溫油槽實驗室通風設計，為相關類似實驗室通風，建設安全、人性化實驗室提供有益借鑒。此外，在選用或設計排風罩時，設計應遵循以下基本原則：已被污染的吸入氣流避免進去人的呼吸區，設計時應充分考慮操作人員的工作點和活動范圍；局部排風罩設計應與生產工藝協調一致，力求不影響生產流程。排風罩應力求結構簡單、造價少，方便安裝維護；設計排風罩進行通風換氣的覆蓋區域，應盡可能避免或減弱擾動氣流、穿堂風和激烈送風氣流等對排氣罩排氣的影響。設計人員在滿足設計的基本原則和科學計算基礎上，設計出合理的實驗室通風系統。

參考文獻

[1]中國環境保護部.GB3095-2012.環境空氣質量標準[S].北京：中國環境科學出版社，2012.

[2]中國質量監督檢驗檢疫總局.GB/T18883-2002.室內空氣質量標準[S].北京：中國標準出版社，2002.

[3]陳康.實驗室通風柜安全應用的影響因素研究[D].華東理工大學，2013.

[4]孫一堅，沈恒根.工業通風[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[5]中國建設部.GB/50019-2003.采暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.11.

作者簡介：黃科薪（1986-），工學碩士，主要從事計量測試技術研究工作。

陳蜀（1980-），工學碩士，主要從事計量測試技術研究工作。