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药物研发实验室通风系统设计

作者：发布日期： 2020-04-06 11:19:00

信息摘要：

一、项目的概况本建筑建筑为3层局部4层。建筑1层为研发行政办公区域：包括研发中心的各行政部、办公室及会议报告厅等单位公用辅助功能房间。建筑2…

一、项目的概况
本建筑建筑为3层局部4层。建筑1层为研发行政办公区域：包括研发中心的各行政部、办公室及会议报告厅等单位公用辅助功能房间。建筑2层为洁净实验区域：包括与其相关联的一般区准备间以及2层实验人员的专用办公房间。建筑3层为研发实验区域：包括2个合成实验室、1个药学实验室、1个仪器分析室。建筑局部4层是各种试剂、实验耗材的存放间，小型设备维修间，化学废液临时存放间，主要属于存储功能。
二、系统方案概述
对有温度要求的存储房间设置空调系统，并设置一套集中新风系统为楼内提供新风，储物间可根据实际存放的药品种类设置排风。实验区实验房间采用VAV变风量空调系统;根据每个实验室内的设备通风要求不同，设计变风量控制系统或定风量控制系统。
三、实验室通风设计
在实验室通风设备中，通风柜是常用的设备之一。其特点是：
（1）实验过程的安全性，通风柜的结构及排风要保证有效捕捉和阻隔有害气体在实验室内的扩散，保证实验人员免受有害物质伤害以及确保实验数据的准确性。影响通风柜性能的因素主要包括:面风速、扰动气流和操作习惯。
面风速:如果通风柜的面风速较低，则可能会使得有害物质不能及时排出室内，如果面风速较高，则可能会产生局部扰流和涡流，使通风柜内的有害气体溢出至实验室中。目前行业规定的标准面风速是0.3—0.7m/s，在现代化的实验场所中0.5 m/s被视为通风柜个的安全运行标准。另外扰动气流的控制需要空调设计气流组织的时候重点考虑，送风口要尽可能的远离排风气流的动力影响区域;操作习惯则是实验人员的职业素养，需要设计为使用者提供简单便捷的使用方式。
（2）稳定性:在实验过程中为了使有害气体在通风柜柜门各个开度下均能达到并保持安全所需的面风速，需要排风量时时刻刻不停调整，这就要求其具备稳定可靠的调节控制系统，气流控制系统需提供稳定的气流，且与风管静压变化无关，对系统的响应时间和控制精度要求很高。
（3）节能性:良好的通风柜构造可以使气流及时排出，且所需的风量较小，VAV系统的设置，又可以根据通风柜的使用情况进一步优化系统的运行工况，在操作通风橱柜门开启高度不同时，调节排风量，从而控制补风空调系统的补风量，使冷热消耗即时调节，起到能源的高效利用，节约能耗。
由于各实验工位的实验过程和步骤并非同时进行，因此实验室VAV系统的设置，从理论上讲，系统越大同时系数可以选取的越低，从设备选型和能源配置的方面考量，大系统更有利。结合实际工程和用户的不同需求，往往系统都难以做到很大，这就要求各专业设计人员根据实际条件权衡取舍，选择相对优化的方案。

1、合成实验室1空调系统风量平衡

设备	桌上型通风柜	步入式通风柜	万象排气罩	通风试剂柜	临时通风设备
数量	10台	2台	2个	2台	3台
通风量	1500m3/台	3500m3/台	200m3/个	300m3/台	200m3/台
危害性	高	高	中	低	低
通风系统要求	VAV变风量	VAV变风量	CAV定风量	CAV定风量	CAV定风量

（1）系统最小排风量的确定过程实验室上班时，系统提前运行开机。此时各个工位实验操作都未进行，系统在最小排风量下运行。桌上型通风柜保持柜内负压的排风量为200 m3/h，步入式通风柜保持负压的排风量为500m/h,万象排风罩、通风试剂柜、临时通风柜为定风量常开。
合成实验室1最小排风量:200m3/h*10+500m/h*2+200 m2/h*2+300m3/h*2+200m3/h*3=4600 m2/h。
（2）系统最大排风量的确定过程
实验室正常使用时，各个工位实验操作按照规程进行运行，由于房间内排风设备较多，而实
验人员与设备并非一一对应的关系，一个实验人员可能负责一个或多个实验设备的运行操作，另外同类型的排风设备的同时开启时刻也不一致,因此，系统最大排风量的配置需要结合以上各因素计算确定。
根据与实验人员的交流合成实验室1中，台上型通风橱同时使用的最大数量为5台，2台步入式通风柜不会同时使用，而通风试剂柜、万象排风罩和存放使用过的器皿等物品的临时通风柜需要常开。
合成实验室1最大排风量: 1500 m/h*5+3500m/h*1+200 m2/h*2+300 m/h*2+200 m2/h*3+200
m2/h*5+500 m3/h= 14100 m3/h
（3）系统送风量的确定过程计算确定排风系统的最大、最小风量之后就需要确定系统的补风系统风量。由于实验室实验过程中使用很多有毒有害和刺激气味的化学试剂等，虽然通过通风柜、排风罩等局部隔离排风设备保证了物质的扩散和危害，但是在清洗使用过的容器时，一些危害性较小的挥发性试剂，还是会或多或少散发在房间中，因此房间需要保持相对负压状态，避免物质进入普通的办公区及走廊、吊顶等区域，造成实验人员心理或身体上的不适。为保证实验房间的负压控制，一般采取余风量法、压差法或者两者结合的综合控制。
A、纯压差控制方法
其控制原理为:压差传感器测量室内与参照区域的压差，与设定点比较后，控制器根据偏差对送风量或排风量进行控制，从而达到要求的压差。
B、余风量控制方法
实验室的送风量与排风量之间保持一定的风量差，必然会导致实验室产生一定的压差。余风量控制即控制系统实时测量风量送风和排风量变化，通过调节送风量或排风量，动态的达到相应的风量平衡，使送风量和排风量之间保持恒定的风量差，从而维持恒定的压差。
C、混合控制系统
实验室的压差控制以及气流方向控制必须确保压差和气流方向得到稳定可靠的控制。对于这样压差控制非常关键的地方，采用纯压差控制和余风量控制两种方法混合的控制系统是更好的选择，它可以确保对实验室压差稳定可靠的控制。通常的做法是采用余风量控制作为基本控制方法，同时加入压差传感器和控制器对余风量控制系统的余风量进行设定。当房间特性发生变化时，如风管的泄漏以及围护结构的气密性等发生变化，余风量也会发生变化，此时压差控制系统可以动态的计算出一个合适的余风量，以保持稳定的压差控制。
同时，一旦余风量增加到一个预定值时，系统将发出报警，此时可能需要对流量测量装置进行校正，或者对风管和围护结构的泄漏进行处理，使系统状态回到正常范围内。因此这样的系统可以通过对余风量的监视实现对整个实验室的控制系统、风管系统、围护结构完整性的监视。
2、药学实验室空调系统风量平衡

设备	桌上型通风柜	万象排气罩	通风试剂柜	临时通风设备
数量	5台	1个	1台	1台
通风量	1500m3/台	200m3/个	300m3/台	200m3/台
危害性	高	中	低	低
通风系统要求	VAV变风量	CAV定风量	CAV定风量	CAV定风量

(1)系统最小排风量的确定单台桌上型通风柜保持柜内负压排风量为200m2/n，万象排风罩、通风试剂柜、临时通风柜定风量常开。
药学实验室最小排风量:200m/h*5+200m/h+300 m/h+200 m/h= =1700 m3/h。
(2)系统最大排风量的确定过程
桌上型通风柜同时使用的最大数量为3台，通风试剂柜、万象排风罩和其它通风设备常开。
药学实验室最大排风量: 1500 m/h*3+200m/h+ 300 m2/h+200m/h+200 m3/h*2 =5600 m3/h
(3)系统送风量的确定过程
药学实验室根据围护结构和门窗缝隙计算得到的余风量预设定值为600 m/h;既在最大最小排风量时，通过门窗缝隙及围护结构渗透的风量均按600 m/h设计。最小送风量为: 1700-600=1100 m2/h最大送风量为: 5600-600=5000 m3/h

房间	合成实验室1	合成实验室2	医学实验室	分析仪器室
最小排风量	4600（m3/h）	4600（m3/h）	1700（m3/h）	1100（m3/h）
最大排风量	14100（m3/h）	14100（m3/h）	5600（m3/h）	5000（m3/h）
最小送风量	3100（m3/h）	3100（m3/h）	1100（m3/h）	700（m3/h）
最大送风量	12600（m3/h）	12300（m3/h）	5000（m3/h）	4600（m3/h）

同一系统的风量变化差别可达4倍以上，从而空气处理的冷热量等各种能耗的差值也会达到数倍之多，因此实验室系统采用VAV变风量系统，在满足实验安全的同时，可以在非操作时大大的降低系统能量消耗，有利于整个建筑物能源的优化利用。
实验室控制的核心问题是实验过程的安全性，因此实验人员应该充分考虑并预见实验过程中可能发生的危害情况，结合先进的实验设备，规范化的使用操作，使空调系统稳定运行，满足使用需求。

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