某科研中心實(shí)驗(yàn)室改造工程暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

高克文 吳美嫻 余俊祥,2△ 曹益堅(jiān) 林金成

(1.浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,杭州;2.浙江大學(xué)平衡建筑研究中心,杭州)

0 引言

高水平科研實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的必要條件,是實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的硬件基礎(chǔ)。近年來,隨著城市用地日趨緊張,新建實(shí)驗(yàn)室成本高、周期長,越來越多的實(shí)驗(yàn)室改造工程相繼出現(xiàn)。相比于新建工程,改造工程受既有建筑條件限制大,而且短期內(nèi)較難全面平衡各種相關(guān)因素,項(xiàng)目建設(shè)的復(fù)雜程度加劇。本文以杭州某科研中心實(shí)驗(yàn)室改造項(xiàng)目為例,在介紹典型實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對(duì)改造關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析,并針對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)提出針對(duì)性建議,以期對(duì)其他科研實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目改造提供參考。

1 工程概況

該工程原為綜合產(chǎn)業(yè)園區(qū),位于杭州市蕭山區(qū)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。工程用地面積約78 080 m2,總建筑面積為118 274.65 m2,其中,地上建筑面積為114 193.15 m2,地下室建筑面積為4 081.50 m2。該工程共有12個(gè)單體建筑,各單體建筑均為不超過24 m的多層建筑,其中2#～4#單體建筑為科研實(shí)驗(yàn)用房。項(xiàng)目總平面圖見圖1。工程改造時(shí)將原創(chuàng)客天地場地和收儲(chǔ)用房進(jìn)行全面改造,改造過程中建筑結(jié)構(gòu)主體保留不變,局部根據(jù)使用功能和規(guī)范要求調(diào)整樓板高度并進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固等。

圖1 項(xiàng)目總平面圖

為滿足不同科研平臺(tái)的分期建設(shè)要求,結(jié)合改造工程的復(fù)雜現(xiàn)狀,項(xiàng)目綜合采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)+直膨式新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、直膨式凈化空調(diào)系統(tǒng)、直膨式屋頂空調(diào)箱、模塊化空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)等分散靈活的空調(diào)系統(tǒng)配置,滿足不同平臺(tái)的個(gè)性化需求,并為后期實(shí)驗(yàn)工藝變化時(shí)的改造提供良好的基礎(chǔ)。

2 改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

該工程是將既有建筑改造為科研實(shí)驗(yàn)室,需要在綜合分析既有建筑現(xiàn)狀與實(shí)驗(yàn)工藝需求的基礎(chǔ)上重點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制、室內(nèi)凈高控制、環(huán)境噪聲控制等方面的設(shè)計(jì)改造,而且還要兼顧安全環(huán)保要求。

2.1 實(shí)驗(yàn)工藝溝通

實(shí)驗(yàn)工藝需求的溝通是整個(gè)項(xiàng)目改造目標(biāo)的確立基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室作為一種特殊功能空間,相比于一般辦公會(huì)議房間,對(duì)面積大小、室內(nèi)凈高等空間要素,對(duì)溫度、濕度、潔凈度、壓力梯度等室內(nèi)環(huán)境要素都有更為嚴(yán)苛的要求,而這2類要素均與暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)息息相關(guān),需要綜合考量。該工程部分特殊實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境要求如表1所示。除空間要素和環(huán)境要素以外,使用方還需提供所有儀器設(shè)備的安裝要求。暖通專業(yè)比較關(guān)注儀器設(shè)備的散熱量(如超低溫冰箱)、通風(fēng)量(如排風(fēng)柜、生物安全柜、質(zhì)譜儀、色譜儀)等參數(shù)。在設(shè)計(jì)階段,工藝相關(guān)設(shè)計(jì)人員還需要與使用方針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的工藝需求進(jìn)行深入的溝通,包括實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)操作流程(SOP)。由于科研人員的關(guān)注點(diǎn)與設(shè)計(jì)人員不盡相同,因此,在深入了解實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作流程后可以更好地識(shí)別設(shè)計(jì)要素,如某些細(xì)胞實(shí)驗(yàn)需要連續(xù)數(shù)日不間斷運(yùn)行,此時(shí)有必要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)以保障重要實(shí)驗(yàn)的不停運(yùn)轉(zhuǎn)。

表1 部分特殊實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

此外,科研人員存在對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求不夠清晰、全面、準(zhǔn)確的情況,如環(huán)境濕度要求容易遺漏、溫度精度要求過高等,這時(shí)可在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已有的規(guī)定基礎(chǔ)上與使用方進(jìn)行溝通,參考標(biāo)準(zhǔn)有JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》、HG/T 20711—2019《化工實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)室供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50346—2011《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》、T/CECS 644—2019《恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室工程技術(shù)規(guī)程》、T/CECS 770—2020《理化實(shí)驗(yàn)室工程技術(shù)規(guī)程》等。除各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外,某些高等院校、科研機(jī)構(gòu)等尚有其內(nèi)部建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)人員還需調(diào)研獲得相關(guān)要求。

2.2 建筑現(xiàn)狀分析

從建設(shè)成本與建設(shè)周期角度考慮,新建建筑更加容易滿足實(shí)驗(yàn)室工程的配套要求,而既有建筑改造限制條件頗多,難度很大,特別是局部改造項(xiàng)目,還需最小化項(xiàng)目施工對(duì)其他正在使用區(qū)域的影響,因此,在有條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇更為適用的建筑類型。文獻(xiàn)[1]總結(jié)了幾種常見既有建筑類型及特點(diǎn),如表2所示,顯然,工業(yè)廠房作為科研實(shí)驗(yàn)室的改造載體最為適合。

表2 常見既有建筑類型及特點(diǎn)[1]

但即便是工業(yè)廠房,對(duì)于實(shí)驗(yàn)室改造工程也需對(duì)建筑條件進(jìn)一步深化,如實(shí)驗(yàn)通風(fēng)管井位置、空調(diào)通風(fēng)機(jī)房位置、設(shè)備平臺(tái)位置等。對(duì)于空調(diào)通風(fēng)管井,應(yīng)盡可能地根據(jù)實(shí)驗(yàn)工藝平面分散設(shè)置,集中的管道布置不利于室內(nèi)凈高控制,且屋頂實(shí)驗(yàn)通風(fēng)機(jī)布置也過于密集。有條件時(shí),新風(fēng)管井與排風(fēng)管井也應(yīng)分散設(shè)置,可有效地減少空調(diào)通風(fēng)主管交叉,且屋頂新風(fēng)機(jī)組和排風(fēng)機(jī)組也不易短路。對(duì)于復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室工程,由于需要更多的空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)組、室外機(jī)機(jī)位及廢氣處理裝置機(jī)位,因此對(duì)設(shè)備平臺(tái)、屋面的空間要求相比常規(guī)辦公建筑更大。若既有建筑單層面積不大,則屋面基本要滿鋪實(shí)驗(yàn)用空調(diào)通風(fēng)設(shè)備,這在項(xiàng)目前期階段就需與建設(shè)方、使用方及其他相關(guān)專業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制

該工程實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是構(gòu)建符合工藝需求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的核心內(nèi)容,筆者以其中典型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和生物安全實(shí)驗(yàn)室為例介紹與分析在實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制方面空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.3.1化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要從系統(tǒng)劃分、風(fēng)量平衡、系統(tǒng)控制等方面予以關(guān)注。關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)劃分,GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》強(qiáng)制要求:當(dāng)試劑混合能形成毒害更大或腐蝕性的混合物、化學(xué)物或能引起燃燒爆炸時(shí),應(yīng)當(dāng)設(shè)置獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)[2]。該工程按照使用方的工藝要求,將同樓層的不同實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)柜及萬向罩排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合并,并且在當(dāng)層預(yù)留了一些按獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室,以適應(yīng)未來實(shí)驗(yàn)工藝變化的可能性,同時(shí),為降低改造項(xiàng)目的操作難度,將部分預(yù)留實(shí)驗(yàn)室設(shè)置于建筑頂層。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)量平衡與系統(tǒng)控制是通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性較差,壓力測點(diǎn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,所以不宜使用直接壓差控制法作為負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)的控制手段,而是采用“變送變排”的余風(fēng)量控制法進(jìn)行系統(tǒng)控制,即設(shè)定余風(fēng)量值Qy為控制目標(biāo),通過變風(fēng)量排風(fēng)末端閥門的反饋數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)隨使用狀態(tài)變化的總排風(fēng)量Qp,Qp和Qy的差值即為總送風(fēng)量Qs,Qs通過變風(fēng)量送風(fēng)末端閥門控制隨使用狀態(tài)變化而變化,系統(tǒng)控制原理見圖2。關(guān)于余風(fēng)量的確定,文獻(xiàn)[3]指出,余風(fēng)量的選擇應(yīng)考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲透風(fēng)、管道漏風(fēng)及測量誤差,氣密性較差的實(shí)驗(yàn)室可按照不小于2倍的測量誤差考慮。由于測量誤差一般不小于5%,因此負(fù)壓系統(tǒng)的余風(fēng)量需控制在排風(fēng)量的10%以上,對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲透風(fēng)量較大的實(shí)驗(yàn)室,負(fù)壓系統(tǒng)的余風(fēng)量可能還需提高到排風(fēng)量的20%,而且實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量還要滿足實(shí)驗(yàn)室不小于6 h-1的換氣次數(shù)要求。±5%的控制誤差一般是末端使用了文丘里閥門時(shí)的誤差,而該工程采用的變風(fēng)量蝶閥控制系統(tǒng)將使誤差擴(kuò)大。綜合上述,筆者將余風(fēng)量定為排風(fēng)量的20%,該工程某化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)量平衡計(jì)算結(jié)果如表3所示。單臺(tái)變風(fēng)量排風(fēng)柜的排風(fēng)量為1 500 m3/h,排風(fēng)柜同時(shí)使用系數(shù)為75%,單個(gè)萬向罩的排風(fēng)量為150 m3/h,萬向罩同時(shí)使用系數(shù)為100%,該實(shí)驗(yàn)室體積為336 m3,最小送風(fēng)換氣次數(shù)為7.1 h-1,滿足不小于6.0 h-1的使用要求。

表3 風(fēng)量平衡計(jì)算結(jié)果

圖2 余風(fēng)量控制法系統(tǒng)控制原理圖

該工程化學(xué)實(shí)驗(yàn)室涉及操作易燃?xì)怏w,故設(shè)置全室事故通風(fēng)系統(tǒng),換氣次數(shù)按不小于12 h-1取值。由于改建空間受限,為減少風(fēng)管系統(tǒng)的管路布置,事故通風(fēng)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)合用并設(shè)置電動(dòng)控制閥進(jìn)行切換,當(dāng)房間內(nèi)所檢測氣體濃度超過安全限值時(shí),啟動(dòng)報(bào)警裝置,通風(fēng)系統(tǒng)同步切換至事故通風(fēng)狀態(tài)。事故排風(fēng)風(fēng)管平面布置如圖3所示。

2.3.2二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室

該工程設(shè)有二級(jí)動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)驗(yàn)環(huán)境需滿足負(fù)壓潔凈的生物安全防護(hù)要求。該實(shí)驗(yàn)室由人員更衣、滅菌清洗室、實(shí)驗(yàn)核心區(qū)(包含BSL-2(生物安全二級(jí))實(shí)驗(yàn)室和ABSL-2實(shí)驗(yàn)室、配套設(shè)備用房等構(gòu)成,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有A2型生物安全柜、高壓滅菌器、實(shí)驗(yàn)小鼠獨(dú)立通風(fēng)籠具(individually ventilated cage,IVC)、冰箱、CO2培養(yǎng)箱等,其平面圖見圖4。

該實(shí)驗(yàn)室采用全新風(fēng)凈化空調(diào)系統(tǒng),為使室內(nèi)達(dá)到ISO 7級(jí)潔凈環(huán)境要求,采用不小于18 h-1的換氣次數(shù)進(jìn)行新風(fēng)量計(jì)算,新風(fēng)經(jīng)粗效、中效及末端高效三級(jí)過濾后送至室內(nèi),房間及IVC排風(fēng)經(jīng)高效過濾及除臭處理后高空排放。由于該實(shí)驗(yàn)室不間斷運(yùn)行,因此送風(fēng)機(jī)及排風(fēng)機(jī)均考慮一用一備,發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換。

實(shí)驗(yàn)室與鄰室設(shè)置壓差測量傳感器,實(shí)驗(yàn)室壓力梯度通過直接壓差控制方案實(shí)現(xiàn)。為維持室內(nèi)潔凈度,送風(fēng)管道上設(shè)置定風(fēng)量蝶閥使送風(fēng)量保持恒定,當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),為維持房間與鄰室壓差恒定,房間排風(fēng)量由變風(fēng)量蝶閥控制,空調(diào)系統(tǒng)原理見圖5。

圖5 二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

2.4 室內(nèi)凈高控制

根據(jù)筆者的工程經(jīng)驗(yàn),層高大于4 m的區(qū)域可改造為常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和低級(jí)別潔凈實(shí)驗(yàn)室(ISO 7級(jí)及以下)。實(shí)際改造工程中,既有建筑層高絕大多數(shù)情況不能滿足實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要求,這也是改造工程的痛點(diǎn)。據(jù)前述,在分析建筑現(xiàn)狀與實(shí)驗(yàn)工藝需求的基礎(chǔ)上,合理安排管井與機(jī)房位置可為控制室內(nèi)凈高奠定良好基礎(chǔ)。此外,在設(shè)計(jì)過程中結(jié)合其他技術(shù)措施可進(jìn)一步提高室內(nèi)凈高的利用率以滿足使用要求,同時(shí)應(yīng)盡可能地減少原始建筑結(jié)構(gòu)的拆改。下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)各項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行具體說明。

1) 管井處設(shè)置結(jié)構(gòu)上翻梁。

該工程某檢測分析實(shí)驗(yàn)室如圖3所示。原始層高僅3.2 m,梁下凈高2.6 m,僅能設(shè)置凈高較低的排風(fēng)柜,且無排風(fēng)管道布置空間。改造時(shí)與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)調(diào),如圖6所示,排風(fēng)井道邊陰影區(qū)保留鋼筋,拆除原井道邊次梁及樓板,改設(shè)上翻梁,利用原梁空間進(jìn)行管道布置,有效解決了層高不足的問題。具體梁柱改造節(jié)點(diǎn)需由結(jié)構(gòu)專業(yè)在原始竣工圖及現(xiàn)場實(shí)測的基礎(chǔ)上經(jīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算后確定。

圖6 結(jié)構(gòu)上翻示意圖

2) 局部設(shè)置設(shè)備層。

當(dāng)整幢建筑層高受限(標(biāo)準(zhǔn)層層高3.2 m,梁下凈高2.6 m)時(shí),不僅工藝排風(fēng)管道安裝困難,實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)管道也難以布置,故考慮將中間某樓層設(shè)置為設(shè)備專用層,將工藝配套設(shè)備機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、庫房等均設(shè)置于此設(shè)備層,新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)管道內(nèi)襯于新風(fēng)豎井,布置至各服務(wù)樓層。

3) 采用凈高要求更低的末端設(shè)備。

該工程某潔凈實(shí)驗(yàn)室(潔凈要求ISO 7級(jí))內(nèi)除設(shè)有常規(guī)儀器設(shè)備外,還設(shè)有專門的箱式自動(dòng)化科研裝置,箱體尺寸為12.00 m(長)×2.60 m(寬)×2.55 m(高),箱體上方需預(yù)留0.5 m高空間用于空氣流通,因此,室內(nèi)凈高需3.05 m。受建筑結(jié)構(gòu)條件所限,梁下凈高僅3.5 m,若采用普通的有隔板型高效過濾器風(fēng)口(其高度一般為450～530 mm),在低矮空間內(nèi)安裝難度較高,因此考慮將高效過濾器風(fēng)口調(diào)整為“凈化高效箱+風(fēng)口”的組合型式,將凈化高效箱安裝于該實(shí)驗(yàn)室外側(cè)凈高要求較低的走廊中,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)僅安裝風(fēng)口,不僅有效降低了末端高效風(fēng)口的占用空間,同時(shí)有利于日常檢修、更換高效過濾器。

2.5 安全要求

隨著科研實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)規(guī)模日漸擴(kuò)大,實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)管理也愈發(fā)重要。實(shí)驗(yàn)室的安全性問題是科研建筑建設(shè)過程中需特別關(guān)注的問題。教育部2019年發(fā)布的《教育部關(guān)于加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全工作的意見》中提出“在新建、改建、擴(kuò)建實(shí)驗(yàn)室時(shí),應(yīng)當(dāng)把安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為建設(shè)立項(xiàng)的必要條件”[4]。實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)因素大體可分為物理性因素、化學(xué)性因素及生物性因素。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)室安全管理關(guān)口前移的重要措施。

實(shí)驗(yàn)室的生物性因素主要指危險(xiǎn)生物因子?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)圍繞生物安全柜排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓環(huán)境系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)生物因子的安全防護(hù)。實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)性因素主要涉及化學(xué)試劑、實(shí)驗(yàn)氣體等。除常規(guī)實(shí)驗(yàn)區(qū)的負(fù)壓環(huán)境通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)外,對(duì)于專門存放危險(xiǎn)化學(xué)品的試劑庫,GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》和JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》均要求其設(shè)置獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng),不能與其他建筑功能房間的排風(fēng)系統(tǒng)合并,JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》還要求其“設(shè)置24 h持續(xù)通風(fēng)的化學(xué)品儲(chǔ)存柜”[5]。在該工程設(shè)計(jì)時(shí),除化學(xué)品儲(chǔ)存柜采用局部通風(fēng)措施外,危險(xiǎn)化學(xué)品試劑庫還設(shè)置了1套事故通風(fēng)系統(tǒng)。

除實(shí)驗(yàn)工藝安全性問題外,實(shí)驗(yàn)室由于易燃易爆品使用相對(duì)頻繁,消防安全隱患也較大,做好消防安全工作至關(guān)重要。該工程的防排煙系統(tǒng)嚴(yán)格按照GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《浙江省消防技術(shù)規(guī)范難點(diǎn)問題操作技術(shù)指南(2020版)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于潔凈實(shí)驗(yàn)室,根據(jù)GB 50591—2010《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求“排煙口安裝時(shí)不應(yīng)影響防倒灌設(shè)施正常發(fā)揮作用。排煙口應(yīng)安裝板式排煙口,不應(yīng)漏風(fēng)”[6],板式排煙口可以安裝于吊頂或側(cè)墻處,平時(shí)保持常閉,火災(zāi)時(shí)根據(jù)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)啟動(dòng)。采用板式排煙口既可以保證區(qū)域的潔凈度要求,又能在火災(zāi)時(shí)開啟排煙。另外值得注意的是,一些昂貴的儀器室,如液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析室,單臺(tái)儀器采購價(jià)格高達(dá)上百萬元,一般要求設(shè)置氣體滅火措施,此類房間不需設(shè)置排煙系統(tǒng),但是需按照GB 50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求設(shè)置不小于5 h-1的氣體滅火災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng),而且穿越此類房間的空調(diào)通風(fēng)管道均應(yīng)設(shè)置電動(dòng)閥,氣體滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉,保證空間的密閉性。

2.6 環(huán)保要求

為使科研實(shí)驗(yàn)室達(dá)到國家及地方標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告的相關(guān)技術(shù)要求,暖通專業(yè)需對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢氣進(jìn)行凈化處理。不同類型實(shí)驗(yàn)室的廢氣處理不盡相同,筆者以該項(xiàng)目中涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生物安全實(shí)驗(yàn)室為例進(jìn)行說明。

該項(xiàng)目中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作過程中產(chǎn)生的有害氣體既包括有機(jī)氣體,又包括無機(jī)氣體,風(fēng)量相對(duì)較大、種類復(fù)雜、濃度較低,而且科研項(xiàng)目還具有未知性和變化性。因此,考慮采用組合式廢氣處理裝置,該裝置主要由干式(活性炭)+濕式(吸收液)裝置組成,結(jié)構(gòu)緊湊,適用于改造工程項(xiàng)目。采用“吸附+吸收”兩級(jí)聯(lián)用的處理方法,其處理效率要求大于等于90%,廢氣排放指標(biāo)滿足GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。為避免實(shí)驗(yàn)廢氣通過風(fēng)管外逸至室外,組合式廢氣處理裝置設(shè)置于系統(tǒng)的負(fù)壓段,排風(fēng)機(jī)末端還需設(shè)置如圖7所示的錐形風(fēng)帽。

圖7 錐形風(fēng)帽示意圖

與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室不同,一般生物安全實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)主要通過高效過濾器進(jìn)行凈化處理。對(duì)于二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室,根據(jù)GB 50346—2011《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》的要求,防護(hù)區(qū)的排風(fēng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來確定是否需經(jīng)高效過濾器處理。加強(qiáng)型二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室建議參考T/CECS 662—2020《醫(yī)學(xué)生物安全二級(jí)實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求,排風(fēng)經(jīng)高效過濾器處理后再排放。對(duì)于動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室,還需考慮實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的異味,設(shè)置專用除臭裝置以滿足GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

2.7 噪聲振動(dòng)控制

改造工程常因原始建筑局促的平面布局而無法為所有空調(diào)機(jī)組安排適合的機(jī)房,吊裝空調(diào)機(jī)組的噪聲影響容易在建設(shè)階段被忽略,但在運(yùn)行階段又是使用方關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。針對(duì)噪聲控制問題,該工程將風(fēng)量較大的集中空調(diào)機(jī)組設(shè)置于專用機(jī)房或設(shè)備平臺(tái),而且優(yōu)先選用低噪聲設(shè)備,從源頭上根治噪聲問題。對(duì)于一些分散吊裝的風(fēng)量較小的空調(diào)箱,采用電子換相(electrical commutation,EC)風(fēng)機(jī)。EC風(fēng)機(jī)采用直流無刷電動(dòng)機(jī),內(nèi)置變頻器,將電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)一體化設(shè)計(jì),相比于傳統(tǒng)交流(alternating current,AC)風(fēng)機(jī)空調(diào)箱,無需皮帶,效率高,能耗低[7],構(gòu)造簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有碳刷噪聲,噪聲控制明顯優(yōu)于AC風(fēng)機(jī)[8]。根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn),將AC風(fēng)機(jī)空調(diào)箱調(diào)整為EC風(fēng)機(jī)空調(diào)箱后,相比原方案可降低A聲級(jí)噪聲5～10 dB,特別是對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)風(fēng)空調(diào)箱,由于其風(fēng)量變化大,EC風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢更加明顯。

另外,該工程個(gè)別吊裝的空調(diào)機(jī)組采用了“防火型復(fù)合阻尼隔聲板+不燃巖棉+鍍鋅鋼板”的隔聲組合結(jié)構(gòu),吊裝空調(diào)機(jī)組所在區(qū)域的側(cè)墻面及頂部墻面安裝自粘吸聲棉,可以降低風(fēng)機(jī)A聲級(jí)噪聲約8～10 dB。綜合處理后,吊裝空調(diào)機(jī)組的噪聲可滿足辦公區(qū)的使用要求。

除建筑內(nèi)的噪聲外,還應(yīng)考慮設(shè)置于建筑屋面的空調(diào)設(shè)備對(duì)相鄰樓層的振動(dòng)影響。該項(xiàng)目屋頂水泵要求采用浮筑基礎(chǔ)隔振隔聲,同時(shí)結(jié)合“阻尼彈簧減振器+慣性減振臺(tái)”的使用,以達(dá)到良好的隔振隔聲效果。此外,水泵出水管道90°轉(zhuǎn)彎處也建議采用隔振支撐措施。

3 結(jié)束語

城市更新大背景下科研基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需求催生了眾多實(shí)驗(yàn)室改造工程。區(qū)別于新建建筑,實(shí)驗(yàn)室改造工程設(shè)計(jì)需要更加關(guān)注項(xiàng)目的土建實(shí)施條件,仔細(xì)的現(xiàn)場勘察相當(dāng)必要,其暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需在滿足實(shí)驗(yàn)工藝要求的前提下,靈活變化技術(shù)手段,不能簡單套用新建工程的設(shè)計(jì)方法,對(duì)工藝環(huán)境控制、層高控制、噪聲控制、安全環(huán)保要求等方面需要構(gòu)思相應(yīng)的改造技術(shù)措施,這樣才能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)室改造工程的后續(xù)運(yùn)維奠定良好基礎(chǔ)。