某高校實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

林成楷 張媛媛

摘 要：實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工對(duì)實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生環(huán)境是有決定性影響作用的。進(jìn)行該類(lèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如何及時(shí)、高效地排除污染性氣體，并且合理布置整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的管路和設(shè)備。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng);通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì);合理布置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.026

實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中，規(guī)模最大、影響最深、最需要精細(xì)化考慮的建筑設(shè)備系統(tǒng)之一。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是否布置合理，直接對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)人員的身體健康、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)等方面產(chǎn)生重要影響。實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)過(guò)多的負(fù)壓，氣體泄漏，實(shí)驗(yàn)室噪音等問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)操作的正常進(jìn)行以及人員的工作狀態(tài)。一個(gè)合理的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要求環(huán)境控制效果好、噪音低、節(jié)省能耗、安裝運(yùn)行成本低，最為重要的是要求室內(nèi)壓差范圍和溫濕度都能保持進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的要求，并兼顧人體的舒適性要求。實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置方式與普通的民用建筑既有相同點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和具體布置方式上有其獨(dú)特之處，尤其體現(xiàn)在對(duì)污染物的收集方式和處理方式的考慮上。現(xiàn)在大多數(shù)工程中，實(shí)驗(yàn)室多采用凈化空調(diào)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境的控制[1]。

1 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)常用方案

為了使實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保持所需要的溫度濕度、風(fēng)速、壓力和潔凈度等參數(shù)，最常用的方法是向室內(nèi)不斷地送入一定量，經(jīng)過(guò)處理的空氣，以消除實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外各種各樣的余熱余濕量及污染物質(zhì)。為獲得滿足可送入實(shí)驗(yàn)室環(huán)境要求的，具有一定熱濕狀態(tài)的空氣，就需要一整套設(shè)備對(duì)送入的新鮮空氣進(jìn)行相應(yīng)的熱濕處理，不斷地送入室內(nèi)，又不斷地從室內(nèi)排出空氣，作為排風(fēng)，并將排風(fēng)進(jìn)行合理的凈化處理，滿足室內(nèi)基本衛(wèi)生條件和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

這一整套設(shè)備就構(gòu)成了凈化空調(diào)系統(tǒng)，該類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)一般由下列設(shè)備和管路系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）進(jìn)行熱濕處理的空調(diào)機(jī)組以及相應(yīng)的空氣凈化設(shè)備;

（2）將處理后的空氣送入各個(gè)實(shí)驗(yàn)室并使之循環(huán)的空氣輸送設(shè)備及其管路系統(tǒng);

（3）向系統(tǒng)提供冷熱量的熱源、冷源及其附屬的管路系統(tǒng);

（4）配屬于熱源、冷源的熱交換設(shè)備及其附件。

2 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)具體布置方法

現(xiàn)以某高校的食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為例，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的具體布置方法。

該實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為集中式潔凈空調(diào)系統(tǒng)。在該實(shí)驗(yàn)室中，又劃分出多個(gè)單體隔間實(shí)驗(yàn)室，作為各個(gè)實(shí)驗(yàn)流程專(zhuān)屬的操作場(chǎng)。所需的空氣凈化設(shè)備和制冷機(jī)組都集中布置在專(zhuān)門(mén)的機(jī)房?jī)?nèi)，用送風(fēng)管道將潔凈處理后的空氣配給各個(gè)單體實(shí)驗(yàn)室，以下介紹該系統(tǒng)具體的布置方式。

2.1 排風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)方式又有局部排風(fēng)和全面排風(fēng)之分，當(dāng)污染物集中于某處發(fā)生時(shí)，局部排風(fēng)能有效的治理污染物對(duì)環(huán)境危害。如果在實(shí)驗(yàn)室采用全面通風(fēng)方式，反而會(huì)使污染物在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)擴(kuò)散，嚴(yán)重危及操作人員身心健康，起不到控制污染物擴(kuò)散的效果，并且當(dāng)污染物發(fā)生量大時(shí)，所需的稀釋通風(fēng)量也會(huì)較大，使得設(shè)備及管路規(guī)格尺寸過(guò)大，在實(shí)際布置上存在困難，難于實(shí)現(xiàn)。故為保證控制效果，且考慮設(shè)備和管路布置方便，該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置為局部排風(fēng)的排風(fēng)系統(tǒng)。

該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，由于科研活動(dòng)經(jīng)常開(kāi)展，一般進(jìn)行生物化學(xué)類(lèi)的實(shí)驗(yàn)，其產(chǎn)生的有害氣體較多，且污染源分布較為分散，所以在每個(gè)試驗(yàn)臺(tái)都設(shè)置了排風(fēng)罩口，以有效地控制污染源。排風(fēng)罩口的設(shè)置形式依據(jù)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的種類(lèi)和特點(diǎn)，排風(fēng)風(fēng)道按污染物危害類(lèi)別匯流，分別進(jìn)入相應(yīng)的凈化裝置，處理至符合排放標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，然后排往設(shè)置于實(shí)驗(yàn)室樓頂?shù)娘L(fēng)帽出口。

該實(shí)驗(yàn)室的回風(fēng)口設(shè)置形式較為多樣，主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)需要和污染氣體產(chǎn)生機(jī)理而設(shè)置。回風(fēng)口形式有外部吸氣罩、百葉形式回風(fēng)口或依據(jù)試驗(yàn)平臺(tái)外廓設(shè)置的通風(fēng)柜，同時(shí)也存在一些個(gè)性化的排風(fēng)口，不過(guò)其尺寸比較小。局部排風(fēng)罩適用性很廣，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)排風(fēng)罩。大多要求吸氣氣流的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)盡可能與污染氣流運(yùn)動(dòng)方向一致，并且要求已被污染的吸氣氣流不能通過(guò)操作人員的呼吸區(qū)域[2]。

2.2 送風(fēng)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室由于布置了較多排風(fēng)口，留給進(jìn)風(fēng)口布置空間不多，故實(shí)驗(yàn)室進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于進(jìn)門(mén)處，一次性送入所需的空氣。

空調(diào)機(jī)組是由各種空氣處理功能段組裝而成的空氣處理設(shè)備，機(jī)組功能段有：空氣混合均流、進(jìn)行過(guò)濾、冷卻或者加熱、去濕或者加濕、風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力、噴水、消聲處理。由于實(shí)驗(yàn)室潔凈度要求，該類(lèi)擁有實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組一般不采用回風(fēng)，故不設(shè)置熱回收功能段。空調(diào)季時(shí)，空氣通過(guò)運(yùn)行的空調(diào)機(jī)組進(jìn)行熱濕處理，過(guò)濾器多級(jí)過(guò)濾;其余時(shí)間里空調(diào)機(jī)組停機(jī)，空氣通過(guò)過(guò)濾器多級(jí)過(guò)濾直接送入室內(nèi)。空調(diào)進(jìn)風(fēng)通過(guò)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)風(fēng)口一次性送入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。

空調(diào)季節(jié)時(shí)，空調(diào)機(jī)組運(yùn)行，內(nèi)設(shè)有噴水室，以對(duì)新風(fēng)進(jìn)行熱濕處理，從而達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)。噴水室是一種多功能的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，是空調(diào)機(jī)組的核心功能段之一，可對(duì)空氣進(jìn)行加熱、冷卻、加濕及減濕等多種處理過(guò)程。噴水室中的水來(lái)自冷水系統(tǒng)，為制冷機(jī)組中蒸發(fā)器出水，水系統(tǒng)通過(guò)高位膨脹水箱定壓，進(jìn)出水經(jīng)過(guò)分集水器進(jìn)行分配，維持水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，并保證系統(tǒng)的水力平衡。噴水室的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)多種空氣熱濕處理過(guò)程，并且具有一定的凈化空氣能力，金屬耗量比較少，但是，它也有對(duì)水質(zhì)的要求較高需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾凈化裝置、占地面積較大、水泵耗能多等缺點(diǎn)。

在空調(diào)機(jī)組前后，都要設(shè)置相應(yīng)的空氣過(guò)濾器。空氣過(guò)濾器是通過(guò)多孔過(guò)濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設(shè)備。它把含塵量低的空氣凈化處理后送入室內(nèi)，以保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣潔凈度。

2.3 排風(fēng)的凈化處理

通過(guò)排風(fēng)系統(tǒng)收集污染煙氣后，按照收集的污染煙氣的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行系統(tǒng)劃分，分別進(jìn)行處理。該實(shí)驗(yàn)室煙氣處理方式有活性炭吸附和化學(xué)藥劑洗滌兩種方式。

活性炭吸附屬于物理吸收，其比表面積大，活性強(qiáng)，吸收效果良好，主要吸收排風(fēng)中的顆粒物以及氣溶膠類(lèi)污染物。

化學(xué)藥劑洗滌屬于化學(xué)吸附，主要吸收排風(fēng)中的有毒有害氣體。化學(xué)吸附的吸收效率要比物理吸收高，特別是在處理低濃度氣體時(shí)尤為明顯[3]。使有害氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，常采用化學(xué)吸附。

煙氣的處理裝置也設(shè)置于該實(shí)驗(yàn)室的頂端，兩類(lèi)煙氣分別處理后，分別經(jīng)由終端風(fēng)機(jī)排至頂端風(fēng)帽出口處排風(fēng)。

3 冷源系統(tǒng)的具體布置方法

該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)由冷水系統(tǒng)、制冷機(jī)組構(gòu)成，

它們和空調(diào)機(jī)組設(shè)置于專(zhuān)門(mén)的機(jī)房中，以上系統(tǒng)進(jìn)出口必要處設(shè)有軟連接，以抵消設(shè)備工作產(chǎn)生的不穩(wěn)定應(yīng)力。

（下轉(zhuǎn)第48頁(yè)）

（上接第32頁(yè)）

制冷機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流膨脹閥、蒸發(fā)器和必要的控制系統(tǒng)組成。冷水系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍水泵、過(guò)濾器和冷凍水管道組成。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻水泵、冷卻塔、過(guò)濾器和冷卻水管道組成。冷凍水在蒸發(fā)器中降溫成為低溫冷凍水，之后由冷凍水泵加壓送入冷水管道出水，進(jìn)入空調(diào)機(jī)組進(jìn)行熱濕交換，帶走余熱量，最后回到蒸發(fā)器，重新降溫。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行熱濕交換的同時(shí)，帶走大量的熱量，該熱量通過(guò)制冷機(jī)組內(nèi)的冷媒傳遞給在冷凝器側(cè)的冷卻水，使冷卻水溫度升高，冷卻水升溫后，由冷卻水泵升壓進(jìn)入冷卻水塔，與大氣進(jìn)行熱交換，降低溫度后再送回冷凝器。

對(duì)于制冷機(jī)組，其主要功能是帶出實(shí)驗(yàn)室內(nèi)熱負(fù)荷，向房間提供足夠的冷量，以下介紹其組成部件的具體功能：

（1）制冷壓縮機(jī)是制冷機(jī)組中最核心的設(shè)備，是制冷機(jī)組循環(huán)的動(dòng)力源。制冷劑蒸氣從低壓態(tài)升為高壓態(tài)、循環(huán)流動(dòng)輸送，主要依靠制冷壓縮機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。制冷壓縮機(jī)從蒸發(fā)器中吸取制冷劑蒸氣，從容保證蒸發(fā)器內(nèi)具有適宜蒸發(fā)壓力;然后將低溫低壓的制冷劑蒸氣壓縮成為高溫高壓的過(guò)熱蒸氣，以創(chuàng)造在較高室外溫度下冷凝的溫度和壓力條件。

（2）該實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的冷凝器為水冷卻式，在該凝器中，制冷劑在內(nèi)側(cè)冷凝放熱，放出的熱量被外側(cè)冷卻水帶走，冷卻水可以循環(huán)使用。

（3）節(jié)流膨脹閥起節(jié)流降壓的作用，經(jīng)冷凝器冷凝后的較高溫高壓的制冷劑液體經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹閥時(shí)，因受到節(jié)流膨脹閥的阻力作用，從而使壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體氣化，同時(shí)也要吸收氣化潛熱，導(dǎo)致制冷劑蒸汽的溫度也相應(yīng)下降，成為低溫低壓的濕蒸汽，然后進(jìn)入蒸發(fā)器。

（4）蒸發(fā)器的作用是低壓低溫的制冷劑液體通過(guò)蒸發(fā)器，在一定蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)，同時(shí)與外側(cè)的冷凍水進(jìn)行熱交換，使之降溫，從而達(dá)到制冷的效果。

4 總結(jié)

在環(huán)保觀念越來(lái)越深入時(shí)代下，實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)有所提高。在保證實(shí)驗(yàn)室安全實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的前提下，盡量減少對(duì)外界的污染，通過(guò)設(shè)計(jì)方案的合理規(guī)劃，提高通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制效果。就如該高校的實(shí)驗(yàn)室中的送排風(fēng)口布置和設(shè)備布置就充分考慮了所控制區(qū)域的特殊環(huán)境要求，有效地控制污染物，使其能夠及時(shí)排出實(shí)驗(yàn)室，并得到相應(yīng)的處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海橋，李銳.空氣潔凈技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]孫一堅(jiān)，沈恒根.工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：林成楷（1996-），男，福建廈門(mén)人，碩士在讀，研究方向：暖通空調(diào)。