化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)工藝優(yōu)化技術(shù)

卞曉紅　劉明艷　王慶波

摘 要：目前國內(nèi)許多研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室環(huán)境惡劣，布局混亂、風(fēng)管錯(cuò)綜復(fù)雜，沒有從根本上考慮到通風(fēng)系統(tǒng)對于實(shí)驗(yàn)室的重要性，故結(jié)合自己的工作實(shí)踐和理論研究，探討一下研發(fā)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的方案優(yōu)化及方法。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)室；定風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)；變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)；補(bǔ)排風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.006

由于企業(yè)對實(shí)驗(yàn)室不夠重視，以往的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)理念缺乏長遠(yuǎn)、整體的規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)室之間布置格局紊亂，不能整體協(xié)調(diào)，設(shè)備的利用率低，投資效益差，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)、走道氣味刺鼻通風(fēng)效果差，設(shè)備噪音大，耗能高，風(fēng)管布置雜亂無章，三廢處理不當(dāng)達(dá)不到環(huán)保要求等諸多問題。所以對于設(shè)計(jì)一個(gè)美觀、舒適、適用、安全的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室是很有價(jià)值的。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要求

實(shí)驗(yàn)室是廣泛存在于化工類企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)中，其特點(diǎn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置通風(fēng)柜或者萬向排風(fēng)罩將有害氣體排除室內(nèi)再經(jīng)尾氣吸收裝置達(dá)標(biāo)后排至大氣中，而根據(jù)ASHRAE對實(shí)驗(yàn)室的要求，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室要求送風(fēng)全部采用新風(fēng)，排風(fēng)100%全部排出室外，通風(fēng)柜的排氣不能在室內(nèi)循環(huán)。

在研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中，由于參與化學(xué)反應(yīng)的原料一般具有一定的可燃性和毒性，再加上反應(yīng)過程中操作等原因，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣受到污染，如果不及時(shí)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的有害氣體排出，勢必影響實(shí)驗(yàn)人員的身體健康（一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)要求6-15次，有機(jī)合成化學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)要求15-18次，實(shí)驗(yàn)室無人時(shí)換氣可減少為4次）；其次，實(shí)驗(yàn)室有毒有害氣體如果散發(fā)到廠房外，也會(huì)造成周圍其他環(huán)境的污染。因此如何將實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生出來的有害氣體及時(shí)排出并且對其無害化處理便是我們設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。而在設(shè)計(jì)如何做到有效控制有害氣體的擴(kuò)散污染使實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境滿足衛(wèi)生生產(chǎn)要求是我們實(shí)驗(yàn)中的主要任務(wù)。

2 研發(fā)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)分析

創(chuàng)造一個(gè)美觀、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)適用的現(xiàn)代化理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境是我們設(shè)計(jì)的宗旨。而通風(fēng)系統(tǒng)則是此次設(shè)計(jì)的核心，以往國內(nèi)許多研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室沒有從根本上考慮到通風(fēng)系統(tǒng)對于實(shí)驗(yàn)室的重要性，在初期通風(fēng)系統(tǒng)的選擇上往往以成本來定奪，而忽略運(yùn)行的費(fèi)用；然而通過對幾種通風(fēng)系統(tǒng)模式的市場調(diào)查及以往項(xiàng)目的的成果分析得出，從初期投資及運(yùn)行費(fèi)用這兩方面綜合比較，采用變風(fēng)量控制系統(tǒng)中的補(bǔ)風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式是比較經(jīng)濟(jì)適用的，既能節(jié)約資金，又能降低能耗。

所以實(shí)踐中按照企業(yè)相關(guān)性緊湊布局實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的通風(fēng)柜等設(shè)備，盡量減少風(fēng)管的走向；采用變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)（VAV）中的補(bǔ)風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式，；每臺通風(fēng)設(shè)備可單獨(dú)控制，而不影響其它設(shè)備使用；選擇變頻送排風(fēng)機(jī)組，根據(jù)通風(fēng)工作面情況末端可以獨(dú)立控制風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)速，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的合理控制下，風(fēng)機(jī)只按實(shí)際負(fù)荷需要運(yùn)行，噪音低、降低主管道風(fēng)速，因此可大幅度減少風(fēng)機(jī)的動(dòng)力耗能和運(yùn)行費(fèi)用還有利于房間的靈活分隔。和定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比，變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)能耗一般可節(jié)約1/3，兩年內(nèi)節(jié)電所省的費(fèi)用就可收回控制系統(tǒng)的投資。另外變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)還具有分室調(diào)節(jié)的能力，靈活性高。

3 研發(fā)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)以上對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的分析，選擇變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)中補(bǔ)風(fēng)聯(lián)動(dòng)型控制模式，結(jié)合試驗(yàn)室的布局及尾氣處理，減少尾氣對環(huán)境的危害，確定優(yōu)化技術(shù)方案如下：

首先通風(fēng)柜配備二級調(diào)控及面板、風(fēng)閥、變風(fēng)量控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制使用方便，可自由控制通風(fēng)設(shè)備的開啟或關(guān)閉；面風(fēng)速保持在0.5m/s±20%；通過面風(fēng)速傳感器實(shí)施監(jiān)測實(shí)際面風(fēng)速，面風(fēng)速不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)監(jiān)控器聲光報(bào)警；當(dāng)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門位置變化時(shí)，通風(fēng)柜的面風(fēng)速變化，面風(fēng)速傳感器感知風(fēng)速變化，將值傳遞至通風(fēng)柜監(jiān)控器，后者將比較通風(fēng)柜面風(fēng)速值與設(shè)定面風(fēng)速值，并調(diào)節(jié)閥門的開度，使面風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值且響應(yīng)時(shí)間小于2秒的目標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)需求，普通實(shí)驗(yàn)室采用蝶閥，特殊實(shí)驗(yàn)室采用文丘里風(fēng)量控制閥，文丘里風(fēng)量控制閥是一個(gè)高密度、高速反應(yīng)的風(fēng)量控制設(shè)備，具有高精度、高速反應(yīng)（響應(yīng)時(shí)間小于1秒）、高調(diào)節(jié)比（高達(dá)20：1）、無需直管段、維護(hù)簡單等特性。

其次實(shí)驗(yàn)室根據(jù)更能劃分，需要排風(fēng)的部位集中布局，從而使風(fēng)管緊密銜接，盡量不上下穿插，從而也減少了風(fēng)管的走向，節(jié)約成本。

再次為保證排風(fēng)盡可能的全部排出室外，減少人員暴露在危險(xiǎn)空氣下的可能性，采用變頻排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)組與變風(fēng)量通風(fēng)柜連鎖控制。風(fēng)機(jī)風(fēng)量隨通風(fēng)柜的開啟數(shù)量的增加而增大，隨開啟數(shù)量的減少而減小，根據(jù)每組通風(fēng)柜的排風(fēng)量確定排風(fēng)機(jī)組的大小。變頻排風(fēng)機(jī)排風(fēng)效果好、噪音低，節(jié)能降耗。

最后化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在排風(fēng)的同時(shí)需補(bǔ)風(fēng)，這樣才能保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)氣流平衡與溫度平穩(wěn)。補(bǔ)風(fēng)控制系統(tǒng)與排風(fēng)控制系統(tǒng)是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備每增加一組，排風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)讓排風(fēng)風(fēng)機(jī)增加一個(gè)排風(fēng)量，同時(shí)這個(gè)控制信號送給補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，同步增加一個(gè)補(bǔ)風(fēng)量，反之也相同，故根據(jù)選擇的排風(fēng)機(jī)組，對應(yīng)選擇相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)機(jī)組。

優(yōu)化結(jié)果如圖1：

通過以上對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)化，以及完善對實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，可有效節(jié)約能源，減少運(yùn)行費(fèi)用，并能減少尾氣對人體及環(huán)境的危害。但對目前的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室來說，試驗(yàn)試劑品種繁多，其中不乏易燃易爆及有毒物料，對人體的危害還是不能得到有效解決。因此，對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)還有很多的路要走，期待更多的技術(shù)人員去研究和實(shí)踐，創(chuàng)造一個(gè)適用、經(jīng)濟(jì)、健康、環(huán)保的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室。

參考文獻(xiàn)：

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