淺談環(huán)境監(jiān)測實驗室通風(fēng)設(shè)計要求及案例分析

宋立新

(江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 江陰 214431)

在實驗室監(jiān)測分析過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生各種有毒有害氣體，這些廢氣如不及時排至室外，不僅會腐蝕設(shè)備，影響分析精度，同時也會造成室內(nèi)空氣污染，影響分析人員的健康和安全。因此在基建設(shè)計之初充分考慮實驗室通風(fēng)要求非常重要。本文以江陰市環(huán)境監(jiān)測站新實驗大樓為實例，對環(huán)境監(jiān)測實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中需要解決的問題和注意事項進行探討。

1 環(huán)境監(jiān)測實驗室通風(fēng)需解決的問題

(1)保證實驗室環(huán)境安全：要做到室內(nèi)保持一定狀態(tài)的負(fù)壓;做到新風(fēng)全部來自室外，然后100%排出室外;通風(fēng)柜的排氣不在室內(nèi)循環(huán);保證實驗室有足夠的換氣次數(shù)。

(2)符合實驗質(zhì)控要求：要求通排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)有高度的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，并且合理設(shè)置送、排風(fēng)區(qū)域，形成良好的氣流組織，避免交叉污染。

(3)達到經(jīng)濟與舒適的共贏：通排風(fēng)系統(tǒng)不僅要滿足舒適要求，還應(yīng)達到降低能耗、運維方便、減少投資等的經(jīng)濟目標(biāo)。

2 江陰市環(huán)境監(jiān)測站實驗室通風(fēng)設(shè)計案例分析

2.1 實驗室概況

江陰市環(huán)境監(jiān)測站于2011年10月啟用新的監(jiān)測大樓，監(jiān)測站用房面積達7259平方米，其中實驗室面積5719平方米［1］，已具現(xiàn)代化監(jiān)測實驗室雛形。大樓從功能上分為辦公區(qū)域、實驗區(qū)域和配套服務(wù)服務(wù)區(qū)域。其中實驗區(qū)域包括物理、化學(xué)、生物及大型儀器分析等。

2.2 合理布局優(yōu)化設(shè)計

該樓共五層，各樓層均為“回”字型布局。一樓主要為耗材、藥品、采樣設(shè)備庫房和接樣以及樣品保存間等;二樓、三樓南側(cè)為辦公區(qū)域，北側(cè)為常規(guī)分析實驗室;四樓為有機分析室;五樓為無機分析室。實驗樓通過合理設(shè)置樓層及房間分布，各樓層分設(shè)獨立送風(fēng)管路，優(yōu)化兼并排風(fēng)管道，形成良好的氣流組織，避免交叉污染。該系統(tǒng)采用壓力無關(guān)型集中變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)，將同性質(zhì)實驗室廢氣集中排放，避免了管道縱橫交叉影響美觀，通風(fēng)管道垂直敷設(shè)方式接至樓頂風(fēng)機。

2.3 充分估算風(fēng)量保證室內(nèi)新風(fēng)

采用全新風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)工藝要求和功能布置選擇一定數(shù)量的通風(fēng)柜、抽氣式藥品柜和局部排風(fēng)罩，根據(jù)通風(fēng)柜及排風(fēng)罩的數(shù)量及相應(yīng)設(shè)計風(fēng)量獲得總的通風(fēng)量，然后選擇風(fēng)量稍大于對應(yīng)通風(fēng)量的屋頂風(fēng)機，同時也考慮到實驗室經(jīng)后的發(fā)展變化，風(fēng)機和管道等相應(yīng)放置一些余量。各樓層不同實驗室均采用單獨風(fēng)機及風(fēng)道經(jīng)屋頂風(fēng)機排至室外機構(gòu)。確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實驗室的安全性。

2.4 根據(jù)空氣中不同有害物質(zhì)濃度限值調(diào)試面風(fēng)速

通過在送、排風(fēng)管道上安裝耐酸堿的定風(fēng)量固定風(fēng)閥或變風(fēng)量文丘里閥相結(jié)合的方式，來控制好通風(fēng)柜面風(fēng)速。參照實驗室內(nèi)空氣中有害物的最高容許濃度＞15 mg/m3的柜口面風(fēng)速值0.35m/s，有害物質(zhì)最高容許濃度為0.2～15mg/m3的柜口面風(fēng)速值0.5m/s，劇毒或有少量放射性物質(zhì)等最高容許濃度＜0.1 mg/m3的柜口面風(fēng)速值0.75m/s［2］的標(biāo)準(zhǔn)進行調(diào)試面風(fēng)速。實驗室設(shè)計新風(fēng)量約為排風(fēng)量的90%，滿足實驗室負(fù)壓的條件下，保證10次/小時的換氣次數(shù)要求［3］。應(yīng)注意：通風(fēng)柜的面風(fēng)速并不是越大越好［4］。實驗表明，面風(fēng)速過小，＜0.3m/s，操作人員擾動易造成通風(fēng)柜內(nèi)有害氣體外溢，對操作人員造成危害。通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門進風(fēng)面風(fēng)速過大，＞0.8m/s，也易造成柜內(nèi)有害氣體外溢。通風(fēng)柜內(nèi)排風(fēng)氣流應(yīng)均勻，減少渦流，避免有害氣體濃度積聚，及時排出有害氣體。

通排風(fēng)系統(tǒng)驗收過程中，實驗室會同施工單位對各通風(fēng)柜面風(fēng)速進行了性能測試。此次測試步驟，完全遵照美國國家標(biāo)準(zhǔn)“ANSI/ASHRAE 110－1995實驗室通風(fēng)柜性能測試方式”中所規(guī)定的測試方式及步驟實施，測試內(nèi)容主要分為：可視煙霧測試和表面風(fēng)速分析。使用了Antari品牌F－80Z型煙霧產(chǎn)生器模擬煙氣排放，用TSI品牌9535－A型熱線式風(fēng)速測量儀測試面風(fēng)速。以四樓一有機前處理分析室為例，測試房間面積為50平方米，室內(nèi)有6臺排風(fēng)柜，排風(fēng)柜通風(fēng)控制采用電動風(fēng)閥。電動風(fēng)閥在實驗開始及完成時由實驗人員手動開啟或關(guān)閉，風(fēng)閥根據(jù)柜門開啟的不同高度自動調(diào)節(jié)排風(fēng)量，以保證面風(fēng)速的恒定。通風(fēng)柜門實際全開高度為0.77m，因此驗收選取了柜門開啟高度分別為0.25m，0.45m，0.77m三個高度，同時每層平均分成六個區(qū)域，在每個區(qū)域中心點位測量面風(fēng)速。測量結(jié)果基本恒定在0.5m/s之±15%標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

2.5 達到通風(fēng)要求的同時充分考慮節(jié)能

由于空調(diào)系統(tǒng)在全年大部分時間里是在部分負(fù)荷下運行，而變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是通過改變送風(fēng)量來調(diào)節(jié)室溫的，因此可以大幅度減少送風(fēng)風(fēng)機的動力耗能。據(jù)模擬測算，當(dāng)風(fēng)量減少到80%時，風(fēng)機耗能將減少到51%;當(dāng)風(fēng)量減少到50%時，風(fēng)機耗能將減少到15%。全年空調(diào)負(fù)荷率為60%時，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(變靜壓控制)可節(jié)約風(fēng)機動力耗能78%［5］。

通風(fēng)柜的風(fēng)量平衡采用兩段式通風(fēng)控制系統(tǒng)保證風(fēng)量平衡，即根據(jù)通風(fēng)柜的位移信號，排風(fēng)機、送風(fēng)機有2種送風(fēng)工況：定風(fēng)量工況應(yīng)用于維持最小換氣次數(shù)的要求，節(jié)約能耗;通風(fēng)柜采用文丘里閥控制風(fēng)量變化，根據(jù)通風(fēng)柜柜門的位置變化而變頻，降低風(fēng)量，保證通風(fēng)柜面風(fēng)速恒定。

2.6 廢氣處理排放

實驗室產(chǎn)生廢氣主要來自藥品柜、通風(fēng)柜及局部排風(fēng)罩排出等排風(fēng)。實驗室在樓頂設(shè)計了噴淋塔和活性炭吸附箱，通過水噴淋吸收及活性炭吸附的方式處理后直接高空排放。確保廢氣安全排出。

2.7 實驗室通風(fēng)設(shè)計探討

以上說明該實驗室通風(fēng)系統(tǒng)基本達到了環(huán)境安全、質(zhì)控合格、經(jīng)濟與舒適共贏的要求。優(yōu)點如下：①系統(tǒng)投入使用至今，實驗室通風(fēng)及空調(diào)運行狀態(tài)良好;②實驗室無明顯的異味;③各功能區(qū)、實驗室間未發(fā)生交叉污染狀況;④通風(fēng)系統(tǒng)與實驗室空調(diào)效果也基本能達到設(shè)計要求。

但是實驗室的建設(shè)是一次復(fù)雜的系統(tǒng)工程［6］，在裝備各種設(shè)備及配套設(shè)施的同時，既要考慮各設(shè)施設(shè)備滿足實驗要求，還應(yīng)考慮設(shè)備的可操作性、操作的便利性以及投入使用以后的一系列問題。建議：①作為送、排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該有更緊密的聯(lián)動措施，達到一鍵啟閉，或由專人負(fù)責(zé)，盡可能減少手動操作或誤操作的可能性;②需進一步考慮節(jié)能措施;③由專業(yè)運維團隊定期檢查維護。

3 結(jié)語

(1)實驗室通風(fēng)目標(biāo)是解決實驗室的安全問題［7］。

(2)設(shè)計過程中應(yīng)通過精確的計算分析、合理的氣流組織，選擇合適的控制方式及排風(fēng)處理措施避免風(fēng)量急劇變化帶來的分析影響、管道內(nèi)壓力安全以及特殊儀器實驗室環(huán)境要求的保證等等。

(3)在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下盡量達到控制方便、降低能耗的雙贏效果。在實驗室建設(shè)之初對通排風(fēng)系統(tǒng)進行一些初步探索，有利于建設(shè)過程中的質(zhì)量把關(guān)或者建設(shè)目標(biāo)的確定。

［1］卞金良，呂偉明，張潔.縣級環(huán)境監(jiān)測站實驗室內(nèi)部設(shè)計案例簡介和分析［J］.四川環(huán)境，2011.

［2］JGJ91－93科學(xué)實驗室建筑設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］張紅賢.化學(xué)實驗室的通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用［J］.科技傳播，2011－7(上).

［4］吳曉平，郭穎燕，尚新大.關(guān)于對縣級疾控中心理化實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的思考［J］.中國衛(wèi)生檢驗雜志，2010.

［5］郭傳忠.探析建筑能耗現(xiàn)狀及空調(diào)節(jié)能的技術(shù)途徑［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015(9)

［6］包永剛.化驗室建設(shè)之臺柜、載氣氣路施工安裝的探討與應(yīng)用［J］.中國科技博覽，2014(4).

［7］王燕，周素文.由德國實驗室的安全設(shè)施引發(fā)的思考［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2013(1).