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為實(shí)驗(yàn)室提供清新空氣和安全環(huán)境的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。合理的通風(fēng)系統(tǒng)能夠有效地排除有害氣體和顆粒物，保障實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣質(zhì)量和工作人員的安全。本文將詳細(xì)介紹化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括空氣凈化、負(fù)壓通風(fēng)、風(fēng)量控制、排風(fēng)管道和設(shè)備維護(hù)等方面。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)工程設(shè)計(jì)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50243-2002)
《簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》
《暖衛(wèi)、通風(fēng)、空調(diào)技術(shù)手冊(cè)》
《城市區(qū)域環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》
《機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JBJ16-2000)
《中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)通風(fēng)柜標(biāo)準(zhǔn)》、
《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012)
《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50019-2003)
《實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量排風(fēng)柜》 (JGT222-2007)
《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 (GB 50243-2002)
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)排風(fēng)設(shè)備
1、通風(fēng)柜
通風(fēng)柜材質(zhì)結(jié)構(gòu)說明：
主體左右旁板、前鋼板、背板、頂板、下柜體可采用1.0厚鋼板，德國(guó)進(jìn)口2000W全自動(dòng)數(shù)控激光切割機(jī)下料，折彎采用全自動(dòng)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)一次性一體折彎成型，表面經(jīng)環(huán)氧樹脂粉末靜電流水線自動(dòng)化噴涂及高溫固化。
內(nèi)襯板、導(dǎo)流板采用5mm厚實(shí)芯抗倍特板具有良好的防腐蝕、化學(xué)抗性。導(dǎo)流板固定件使用PP優(yōu)質(zhì)材質(zhì)制作一體成型。
移動(dòng)視窗玻璃兩側(cè)PP夾條包裹，拉手PP一體成型，嵌入5mm鋼化玻璃，門開啟高度為760mm,自由升降，移門上下滑動(dòng)裝置采用同步帶結(jié)構(gòu)，無級(jí)任意停留，移門導(dǎo)向裝置由抗腐蝕的聚氯乙稀材質(zhì)構(gòu)成。
固定視窗框架為鋼板制作環(huán)氧樹脂噴涂，框內(nèi)嵌入5mm厚鋼化玻璃。
臺(tái)面采用（國(guó)產(chǎn)）實(shí)芯理化板（12.7mm厚）耐酸堿，耐沖擊，耐腐蝕，甲醛達(dá)到E1級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)。
連接部分所有的內(nèi)部連接裝置都需隱藏布置和抗腐蝕，沒有外露的螺釘，外部連接裝置都抗化學(xué)腐蝕的不銹鋼部件與非金屬材料。
2、萬(wàn)向排氣罩
萬(wàn)向抽氣罩特點(diǎn)：
3、原子吸收罩
抽氣罩所有關(guān)節(jié)調(diào)整時(shí)可單手操作，整套組件可分解，重組及清潔；
抽氣罩材質(zhì)1.0厚304不銹鋼，具有防腐蝕耐高溫等特點(diǎn)；
抽氣罩吸頂連接為特制的PVC管件制成，管徑160MM氣流量達(dá)到190立方米每小時(shí)，管件設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門旋轉(zhuǎn)按鈕裝置。能有效的控制進(jìn)去之氣流；
風(fēng)機(jī)功率75W，風(fēng)量500m&suP3;/h。
4、排風(fēng)試劑柜
一般試劑儲(chǔ)存條件要求不是很高，一般存放于陰涼通風(fēng)處，溫度低于30°柜內(nèi)即可，但要對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行定期察看，做到藥品的密封性良好，要在保質(zhì)期內(nèi)用完。存放的物質(zhì)包括：不易變質(zhì)的無機(jī)酸堿鹽、不易揮發(fā)燃點(diǎn)低的有機(jī)物。如硅酸、硅酸鹽、沒有還原性的硫酸鹽、碳酸鹽、鹽酸鹽、堿性比較弱的堿等。
一般把對(duì)人的皮膚、黏膜、眼、呼吸道和物品等有強(qiáng)腐蝕性的液體和固體，歸類為強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)。這些藥品存放要求陰涼通風(fēng)，并與其它藥品隔離放置，應(yīng)選用抗腐蝕性的試劑柜以保證存放安全。
通風(fēng)型智能試劑柜存放的物質(zhì)包括：濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸、甲酸、五氧化二磷、無水氯化鋁、氫氧化納、氫氧化鉀、硫化鈉、苯酚等。
智能通風(fēng)型試劑柜的發(fā)展趨勢(shì)：
主柜集成控制系統(tǒng)、指靜脈掃描、條碼掃描等單元，可將操作人員、試劑信息、柜體信息系統(tǒng)的管理起來，形成完整的試劑信息管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)試劑的安全管理，適用于整套試劑信息管理的高端實(shí)驗(yàn)室。
實(shí)驗(yàn)室等通風(fēng)柜的分類
是否通風(fēng)的分類：通風(fēng)型柜、非通風(fēng)型柜。
通風(fēng)型又可以分為內(nèi)置通風(fēng)型和外置通風(fēng)型兩類。
通風(fēng)型試劑柜是實(shí)驗(yàn)室，特別是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一種大型設(shè)備。用途是減少實(shí)驗(yàn)者和有害氣體的接觸。通風(fēng)是保護(hù)人員防止有毒化學(xué)煙氣危害的一級(jí)屏障，從而保護(hù)工作人員和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。
普通實(shí)驗(yàn)室等地方通風(fēng)柜的選擇
在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)，選擇通風(fēng)柜以及確定通風(fēng)柜的安裝位置，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來選擇通風(fēng)柜的類型，材質(zhì)、形狀等，通常要考慮。
使用的藥品：當(dāng)使用有機(jī)物或其他特殊試劑實(shí)驗(yàn)時(shí)，要充分考慮其控制風(fēng)速。
有放射性物質(zhì)或過氯酸等實(shí)驗(yàn)時(shí)：要選用專用的通風(fēng)柜，其進(jìn)風(fēng)風(fēng)速必須設(shè)定大于0.5m/s。
使用大型設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)：要考慮內(nèi)部的有效尺寸，為排風(fēng)留出必要的空間。
耐熱及耐酸堿腐蝕功能：通風(fēng)柜內(nèi)有的要安置電爐，有的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生大量酸堿等有毒有害氣體具有極強(qiáng)的腐蝕性。通風(fēng)柜的臺(tái)面，襯板、側(cè)板及選用的水閥、氣閥等都應(yīng)具有防腐功能。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)管道設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)原則
1.根據(jù)大樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就近開設(shè)風(fēng)井，劃分排風(fēng)和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，管道系統(tǒng)做到“短、平、順、直”，減小系統(tǒng)阻力，降低系統(tǒng)噪聲；
2.排風(fēng)和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到風(fēng)量平衡，保持室內(nèi)-5Pa—-10Pa的負(fù)壓，防止有害氣體的散溢，保證實(shí)驗(yàn)人員的身心健康；
3.夏天補(bǔ)冷風(fēng)、冬天補(bǔ)暖風(fēng)，保證室內(nèi)溫濕度的舒適性；
4.采用智能變頻控制系統(tǒng)，達(dá)到操作方便、節(jié)能降噪的目的；
5.綜合考慮各項(xiàng)因素，采用投資少、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行效果好的成熟工藝；
6.所選擇的工藝必須滿足現(xiàn)場(chǎng)條件，平面布置簡(jiǎn)潔、緊湊、少占地，并方便生產(chǎn)操作和維護(hù)維修；
7.非標(biāo)設(shè)備應(yīng)符合國(guó)家或行業(yè)相關(guān)規(guī)范，并保證性能穩(wěn)定、外表美觀；
8.在設(shè)計(jì)中充分考慮噪聲、臭味等，防止二次污染的產(chǎn)生，不給周圍環(huán)境造成新的污染；
9.處理設(shè)施具備沖擊負(fù)荷能力，確保廢氣達(dá)標(biāo)排放；
二、設(shè)計(jì)參數(shù)
1.支管路內(nèi)風(fēng)速6～8m/s, 干管路內(nèi)風(fēng)速8～14m/s；
2.通風(fēng)設(shè)備設(shè)計(jì)風(fēng)量：
（1）通風(fēng)柜面風(fēng)速：0.3～0.8 m/s，單臺(tái)1200*800*2350通風(fēng)柜設(shè)計(jì)風(fēng)量1500m3/h，單臺(tái)1500*800*2350通風(fēng)柜設(shè)計(jì)風(fēng)量1800m3/h，單臺(tái)1800*800*2350通風(fēng)柜設(shè)計(jì)風(fēng)量2200m3/h；
（2）萬(wàn)向抽氣罩面風(fēng)速：≥0.35 m/s，萬(wàn)向抽氣罩排風(fēng)量150～350 m3/h；
（3）原子吸收罩面風(fēng)速：≥0.35 m/s，排風(fēng)量350～600 m3/h；
3.換氣次數(shù)：一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的換氣數(shù)：8～12次/小時(shí)；
4.通風(fēng)系統(tǒng)使用終端噪聲≤62db；
5.風(fēng)機(jī)采用耐腐蝕玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)采用變頻控制，以達(dá)到節(jié)能和降噪的目的；
三、系統(tǒng)控制
定風(fēng)量系統(tǒng)控制
1.系統(tǒng)采用靜壓傳感自動(dòng)變頻控制（或PLC編程控制），靜壓傳感自動(dòng)變頻控制可以根據(jù)開啟通風(fēng)設(shè)備的數(shù)量變化，將其感應(yīng)到的靜壓轉(zhuǎn)變成0-10v的電信號(hào)輸入變頻器從而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，使風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)量與實(shí)際所需排風(fēng)量相匹配，從而確保排風(fēng)效果，達(dá)到節(jié)能節(jié)噪的效果。
2.每臺(tái)通風(fēng)柜安裝一個(gè)電子風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，其控制開關(guān)和變頻控制系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)或多臺(tái)通風(fēng)設(shè)備等不同工況下的控制。風(fēng)量調(diào)節(jié)閥采用數(shù)顯可調(diào)角度的電子風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，并且有記憶功能（即可以記住此次調(diào)節(jié)的角度，下次打開時(shí)仍然調(diào)到設(shè)計(jì)的角度）。 3.系統(tǒng)風(fēng)閥和風(fēng)機(jī)整體聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)氣流的有序流動(dòng)，平衡系統(tǒng)風(fēng)量，防止氣流反串、倒流。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)風(fēng)機(jī)選型
常用的風(fēng)機(jī)參數(shù)（性能指標(biāo)）：
風(fēng)量：風(fēng)機(jī)每分鐘輸送的空氣立方數(shù)，SI：m³/h。
全壓：氣體所具有的全部能量，等于動(dòng)壓+靜壓，SI：Pa。
動(dòng)壓：將氣體從零速度加速至某一速度所需要的壓力，SI：Pa 。
靜壓：流體某點(diǎn)的絕對(duì)壓力與大氣壓力的差值，SI：Pa 。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：風(fēng)機(jī)葉輪每分鐘轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)，SI：RPM；
軸功率：電動(dòng)機(jī)除去外部損耗因素，傳遞到風(fēng)機(jī)軸上的實(shí)際功率，通常認(rèn)為是風(fēng)機(jī)實(shí)際所需功率，SI：KW 。
噪音：風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣動(dòng)噪音和機(jī)械噪音疊加所形成的噪音；大多數(shù)廠家公布A記權(quán)噪音(dBA)，1.5m處。SI：dBA。
全壓效率：風(fēng)量×全壓/軸功率/1000/3600×100%
電源：380/50/3，220/50/1，220/50/3，690/50/3等等。
出口風(fēng)速：風(fēng)機(jī)出口截面積的風(fēng)速，控制出口風(fēng)速可間接控制噪音。SI：m/s
如何看懂風(fēng)機(jī)曲線：
根據(jù)樣本選型：
風(fēng)機(jī)種類和型號(hào)甚多，應(yīng)該如何選?。?/b>
風(fēng)機(jī)按照葉輪形式分類，可分為離心風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)、混流風(fēng)機(jī)、貫流風(fēng)機(jī)等等；
風(fēng)機(jī)按照安裝位置或按照安裝形式可分為：屋頂風(fēng)機(jī)、邊墻風(fēng)機(jī)、管道風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)箱等等；
風(fēng)機(jī)按照用途可分為：排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、過濾風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)等等
這些分類還可組合，如屋頂離心排風(fēng)機(jī)，邊墻軸流排風(fēng)機(jī)、排煙混流風(fēng)機(jī)等。
最主要原則：合理組織氣流，完成所需功能。
1：盡量利用自然形成的氣流
舉例1：某熱處理車間，面積4000㎡，廠房高約6m，無空調(diào)，夏季車間內(nèi)最高平均溫度可達(dá)50℃，為降低車間內(nèi)溫度，使工作人員感覺舒適，采用機(jī)械送排風(fēng)方式引入外界冷風(fēng)。第一次，采用10臺(tái)邊墻排風(fēng)機(jī)，百葉送風(fēng)形式，但百葉安裝位置較高（4m左右）。使用后，車間地表溫度降低5℃，5.5米行車處，溫度降低10℃，工作人員對(duì)其效果不太滿意。后改造，原風(fēng)機(jī)位置及臺(tái)數(shù)均不變，加大送風(fēng)百葉面積，將百葉高度降低至距地面0.5m處。改造后，車間內(nèi)送排風(fēng)總量基本不變，但車間內(nèi)地表溫度降低9℃，工作人員認(rèn)為效果有明顯改善。
原因分析：熱處理設(shè)備為該車間主要熱源，空氣加熱后向上方屋頂聚集，經(jīng)過對(duì)流循環(huán)后，整個(gè)車間內(nèi)溫度升高。第一次方案中，采用機(jī)械送排風(fēng)沒有錯(cuò)，但是不應(yīng)將百葉安裝過高，這樣進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣迅速被熱空氣混合加熱，達(dá)不到給人員降溫的作用。第二次方案中，降低了百葉的高度，使得冷空氣先流過工作人員所在的地表，然后再混合熱空氣，降低最多的車間內(nèi)地表溫度。達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。
舉例2：某車間座北朝南，由于地形原因，常年刮東南風(fēng)，導(dǎo)致車間內(nèi)氣流多以由南向北為主。由于車間內(nèi)有比較重的醋酸味，所以業(yè)主想增加機(jī)械排風(fēng)，而后在南墻上安裝一排排風(fēng)機(jī)。使用后，效果非常不理想。后經(jīng)改造，將南墻上的排風(fēng)機(jī)安裝在北墻上，并在南墻原風(fēng)機(jī)位置加裝電動(dòng)百葉。改造后效果非常明顯。
原因分析：原方案機(jī)械排風(fēng)和自然風(fēng)方向相反，所以排風(fēng)效果很不理想。改造后，機(jī)械排風(fēng)與自然風(fēng)形成合力，大幅度提高了排氣效果，另外增加的百葉，也加強(qiáng)了自然通風(fēng)的效果。所以效果會(huì)比較明顯。
類似的場(chǎng)合：
1.需要排熱或排熱蒸汽，應(yīng)盡量?jī)?yōu)先設(shè)置屋頂排風(fēng)機(jī)；
2.需要取暖、降溫或送新風(fēng)時(shí)，應(yīng)盡量讓暖氣流或冷氣流流經(jīng)工作人員所在位置，所以多選用管道風(fēng)機(jī)或邊墻風(fēng)機(jī)；
3.消防排煙，應(yīng)優(yōu)先采取屋頂風(fēng)機(jī)或吊裝的風(fēng)管，故多選用管道風(fēng)機(jī)；
4.盡量利用自然風(fēng)氣流（應(yīng)合理設(shè)置風(fēng)機(jī)位置和形式）；
2：控制氣流分層/分區(qū)域
氣流分層不僅可以使用在凈化室，也可以使用在其他許多場(chǎng)合。氣流分層僅需要考慮和控制某一空間內(nèi)或某一高度范圍內(nèi)的氣流。
例如：某水泥分裝車間，如果整體換氣則需要20次/小時(shí)的換氣，如果采用氣流分層技術(shù)，則只需要5次/小時(shí)的折合換氣量。因此能大量節(jié)約設(shè)備成本和運(yùn)行成本。
類似場(chǎng)合：手術(shù)室、細(xì)菌培養(yǎng)室、面粉廠灌裝車間、食堂。焊接車間等。
3：局部送排風(fēng)
有些情況下，車間內(nèi)整體清潔，但有個(gè)別幾處嚴(yán)重污染源（或嚴(yán)重發(fā)熱），這是就需要用到局部排風(fēng)。
有些情況下，僅需要照顧到固定崗位的工作人員的氣流，則應(yīng)采取局部送新風(fēng)。
例如：某開放空間，外界氣溫非常低（-30℃），但工作人員需要取暖。如果用整體采暖，只能是浪費(fèi)能源。這種情況下，應(yīng)首先考慮熱輻射采暖，或者采用局部暖風(fēng)機(jī)既可。
風(fēng)機(jī)類型的選擇：
比轉(zhuǎn)數(shù)ns是一個(gè)無因次參數(shù)，它反映了不同類型通風(fēng)機(jī)的流量、全壓和轉(zhuǎn)速之間的綜合特性。
比轉(zhuǎn)數(shù)主要應(yīng)用于三個(gè)方面：
1.通風(fēng)機(jī)的系列化和確定通風(fēng)機(jī)的型式；
2.通風(fēng)機(jī)的分類；
3.通風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)。
通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)都是指單級(jí)單吸入時(shí)的比轉(zhuǎn)數(shù)：
• 求值于最高效率點(diǎn)；
• 在設(shè)計(jì)參數(shù)給定后，可計(jì)算出比轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的大小即可決定采用哪種類型的風(fēng)機(jī)。
例：一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)n=1040rpm時(shí)，其流量為1.2m³/s，全壓為700Pa，通風(fēng)機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)。選擇適合要求的通風(fēng)機(jī)型式。
P1gTJ"> 所以，該通風(fēng)機(jī)可能是前彎離心通風(fēng)機(jī)，可能是后傾離心通風(fēng)機(jī)，也可能是混流風(fēng)機(jī)。
離心風(fēng)機(jī)出口設(shè)計(jì)：
離心風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)：
進(jìn)風(fēng)條件：
進(jìn)風(fēng)渦流：
進(jìn)風(fēng)渦流：
增加導(dǎo)流葉片是解決進(jìn)口渦流的最好辦法。
離心風(fēng)機(jī)（無進(jìn)口風(fēng)管）進(jìn)口布置要求：
C＞1.0x葉輪直徑；D＞0.75x葉輪直徑。
軸流風(fēng)機(jī)出口設(shè)計(jì)：
軸流式風(fēng)機(jī)出口設(shè)計(jì)：
軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)：
進(jìn)氣箱：
風(fēng)室效應(yīng)：
裝于進(jìn)氣箱內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)口與壁面對(duì)應(yīng)尺寸的系統(tǒng)效應(yīng)曲線。
風(fēng)室效應(yīng)：
進(jìn)氣箱入口與風(fēng)機(jī)進(jìn)口不對(duì)稱：
軸流風(fēng)機(jī)的平行安裝：
有障礙出口：
好，L2＞0.75D；差，L2＜0.75D；
好，L1大于1.0；差，L1＜1.0D。
管路支管設(shè)計(jì)：
合理的分支管路可以減少“T”形管中噪聲的產(chǎn)生。
支管，支管應(yīng)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)出口。
風(fēng)機(jī)出口增加一段直管段。
進(jìn)出口障礙：
典型安裝：
典型的風(fēng)管連接：
正確的設(shè)計(jì)，可避免噪聲的疊加：
下圖說明了，在空氣處理機(jī)組中由于管路的偏斜所產(chǎn)生的影響。
整流格柵：
AMCA 210標(biāo)準(zhǔn)整流柵：
ISO 星形整流柵：
應(yīng)用范圍：
系統(tǒng)效應(yīng)：
定義：任何置于風(fēng)機(jī)前后足以影響風(fēng)機(jī)性能之現(xiàn)象。
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)性能不佳的三個(gè)最普遍的原因：
進(jìn)出口連接不當(dāng)；進(jìn)口氣流不均；進(jìn)口處產(chǎn)生渦流。
為什么系統(tǒng)效應(yīng)是重要的？
會(huì)降低風(fēng)機(jī)性能；會(huì)導(dǎo)致額外振動(dòng)；會(huì)導(dǎo)致額外噪音；如欲達(dá)成所預(yù)期的工況點(diǎn)，需要更多的能源；可能需要更多的時(shí)間去了解及決定。
風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速之型態(tài)：
有效管長(zhǎng)：
有效管長(zhǎng)=2.5倍出風(fēng)口當(dāng)量直徑。
風(fēng)速低于12.5m/s時(shí)；
風(fēng)速每增加5m/s，有效管長(zhǎng)需增加一個(gè)當(dāng)量直徑；
對(duì)方形管道而言，當(dāng)量直徑相當(dāng)于
實(shí)例：
已知：離心風(fēng)機(jī)；風(fēng)量：6,000m3/h，靜壓：250Pa。
風(fēng)機(jī)出風(fēng)口尺寸：330mm×330mm，有效出口面積：230mm×330mm，風(fēng)管長(zhǎng)度：300mm。
有效管道長(zhǎng)度=2.5+ 1（每額外增加5m/s)，有效管道長(zhǎng)度=(2.5+1)×當(dāng)量直徑=3.5×0.37m=1.3m，300mm管道長(zhǎng)度相當(dāng)于有效長(zhǎng)度的25%。
面積比=有效面積/出口面積=230×330/330×330=0.7。
系統(tǒng)效應(yīng)曲線：
軸流風(fēng)機(jī)出口彎頭之系統(tǒng)效應(yīng)曲線：
圓形進(jìn)風(fēng)管道之系統(tǒng)效應(yīng)：
速度超過17.5m/s時(shí)，將產(chǎn)生系統(tǒng)效應(yīng)。
彎管可改變氣流之形態(tài)：
彎管與導(dǎo)流葉片：
工況點(diǎn)：
被忽略了的系統(tǒng)效應(yīng)：
在出風(fēng)口側(cè)，至少2.5倍當(dāng)量直徑；在進(jìn)風(fēng)口側(cè)，至少5-8倍當(dāng)量直徑；避免在進(jìn)風(fēng)口側(cè)形成渦流。
系統(tǒng)中如有任何因素?zé)o法適從上述原則時(shí)，務(wù)必將這些因素考慮在系統(tǒng)效應(yīng)之內(nèi)。
壓力梯度－風(fēng)機(jī)測(cè)試時(shí)：
壓力梯度－風(fēng)室效應(yīng)：
壓力梯度－出風(fēng)口擴(kuò)散(中斷式)：
壓力梯度－排風(fēng)系統(tǒng)：
風(fēng)機(jī)測(cè)試的配置：
典型的商用通風(fēng)系統(tǒng)：
開放式進(jìn)風(fēng)，開放式出風(fēng) (Type A)：
開放式進(jìn)風(fēng)，管道式出風(fēng) (Type B)
管道式進(jìn)風(fēng)，開放式出風(fēng) (Type C)
管道式進(jìn)風(fēng)，管道式出風(fēng)(Type D)
如何降低風(fēng)機(jī)噪音：
噪音小當(dāng)然好，但必須兼顧其經(jīng)濟(jì)性。要求的噪音越低，整臺(tái)設(shè)備的成本就越高。大約每降低10個(gè)分貝，風(fēng)機(jī)成本上漲1倍（經(jīng)驗(yàn)值，非線性）。大多數(shù)風(fēng)機(jī)噪音最小不可能低于35dBA。
風(fēng)機(jī)設(shè)備所在區(qū)域?yàn)闊o人區(qū)，那只要考慮噪音不超過“紅線”即可。
風(fēng)機(jī)設(shè)備所在區(qū)域存在更高噪音的設(shè)備時(shí)，可將風(fēng)機(jī)設(shè)備的噪音設(shè)定為“最高設(shè)備的噪音-6dBA”，合成后噪音最多高出1分貝，而成本最為經(jīng)濟(jì)。如果“最高設(shè)備噪音-10dBA”，合成后噪音仍為最高設(shè)備的噪音，而低的噪音已被“湮沒”。
風(fēng)機(jī)所在設(shè)備如果有隔音或吸音效果，只要考慮噪音透射產(chǎn)生的影響即可。
有時(shí)候風(fēng)機(jī)本身的噪音難以降低，為消除其有害影響，我們需要控制噪音。那么如何控制？
1.遠(yuǎn)離衰減法：將風(fēng)機(jī)放置在距離目標(biāo)較遠(yuǎn)的位置，通過聲音的自然衰減，減小影響。下表為聲音衰減表：
2.隔音法：
將風(fēng)機(jī)設(shè)備與目標(biāo)區(qū)域隔離，通過隔離屏障的反射與吸收作用來達(dá)到降低噪音的效果。
舉例：設(shè)備間/設(shè)備層；隔音箱；隔音玻璃罩。
利用消音材料消除噪音。利用疏松多孔，表面凹凸的材料，使聲音鉆入孔內(nèi)不斷反射衰減，波峰波谷疊加衰減，從而起到減小噪音的效果。
舉例：消音器；消音箱；消音罩；吸音棉。
風(fēng)管對(duì)風(fēng)機(jī)性能有什么影響？
不正確的風(fēng)管設(shè)計(jì)：
不正確的風(fēng)管設(shè)計(jì)會(huì)大大增加管道阻力，產(chǎn)生風(fēng)機(jī)風(fēng)量減小、噪音過大、風(fēng)機(jī)設(shè)備過載、縮短風(fēng)機(jī)使用壽命、風(fēng)機(jī)喘振、效率降低等危害。
正確的風(fēng)管設(shè)計(jì)：
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室活性炭箱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
活性炭吸附箱原理說明
廢氣由風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，進(jìn)入活性炭吸附塔，由于活性炭固體表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學(xué)健力，當(dāng)活性炭表面與廢氣接觸時(shí)，就能吸引廢氣分子，使其濃聚并保持在固體表面，污染物質(zhì)從而被吸附，最后進(jìn)行排放。活性炭具有發(fā)達(dá)的空隙，表面積大，具有很強(qiáng)的吸附能力，可以吸附，醛類，醇類、酮類、苯類和惡臭氣體等。
活性炭吸附箱參數(shù)及案例展示
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室VAV變風(fēng)量控制系統(tǒng)
近幾年，國(guó)內(nèi)許多新建的化學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓采取集中排風(fēng)和全新風(fēng)空調(diào)兩套獨(dú)立的送排風(fēng)系統(tǒng)。這類實(shí)驗(yàn)室采用較多的一種通風(fēng)方案是豎直集中排風(fēng)，風(fēng)管豎直安裝在排風(fēng)管井內(nèi)，排風(fēng)機(jī)安裝在屋頂，一個(gè)排風(fēng)機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)上下多個(gè)樓層多個(gè)房間通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)。排風(fēng)設(shè)施以通風(fēng)柜、移動(dòng)風(fēng)罩、固定風(fēng)罩和試劑柜為主。
為了節(jié)約能源，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象，減少在少量房間使用時(shí)的能源損耗，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)了一些新的控制思路與技術(shù)。本文對(duì)筆者參與的已建成及在建的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和調(diào)試方法進(jìn)行介紹，供同仁參考。
一、送排風(fēng)開關(guān)控制
1.1、設(shè)計(jì)要求要求每個(gè)房間的送排風(fēng)閥都能單獨(dú)開關(guān)。只要有一間房間開，送排風(fēng)機(jī)就開，所有房間關(guān)，送排風(fēng)機(jī)才關(guān)。為了方便實(shí)驗(yàn)人員操作和物業(yè)管理人員監(jiān)控，要求每個(gè)房間的送排風(fēng)閥都能做到就地開關(guān)，遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1.2、設(shè)計(jì)方案
以每個(gè)房間為一個(gè)送排風(fēng)單元，在每個(gè)房間送排風(fēng)支管與主管的連接處安裝一個(gè)電動(dòng)密閉閥，在門口安裝一個(gè)送排風(fēng)啟停按鈕。當(dāng)該房間需要啟用時(shí)，就地開啟按鈕，信號(hào)上傳到樓宇設(shè)備自控(building automation，BA)系統(tǒng)控制柜，經(jīng)直接數(shù)字控制(direct digital control,DDC)，或可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)控制元器件確認(rèn)后，打開該房間的電動(dòng)密閉閥。電動(dòng)密閉閥的開啟信號(hào)反饋到BA自控柜，控制模塊按程序同時(shí)啟動(dòng)送排風(fēng)機(jī)，上述控制程序和狀態(tài)在遠(yuǎn)程監(jiān)控室計(jì)算機(jī)人機(jī)界面都能操作和顯示(見圖2)。
1.3、調(diào)試方法
1)先斷開送排風(fēng)機(jī)的電源，逐個(gè)開關(guān)每個(gè)房間的啟停按鈕，檢查其電動(dòng)密閉閥是否開關(guān)自如。
2)合上送排風(fēng)機(jī)電源，再逐個(gè)開啟每個(gè)房間的啟停按鈕，檢查送排風(fēng)機(jī)能否啟動(dòng);如能，則打開所有房間的啟動(dòng)按鈕，然后再逐個(gè)關(guān)閉按鈕，檢查最后一個(gè)房間的按鈕關(guān)閉后送排風(fēng)機(jī)能否關(guān)閉。3)針對(duì)上述開關(guān)流程和工作狀態(tài)，檢查現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)顯示的狀態(tài)是否一致。
二、送排風(fēng)風(fēng)量控制
2.1、設(shè)計(jì)要求
在所有房間正常使用的工況下，送排風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，能夠滿足所有房間所需要的風(fēng)量。采取變風(fēng)量(VAV)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，最大設(shè)計(jì)風(fēng)量按照全部通風(fēng)柜在有人操作時(shí)，移門開啟高度0.5m，同時(shí)使用系數(shù)70%而設(shè)計(jì);采取或含有定風(fēng)量(CAV)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，按照實(shí)際風(fēng)量的100%設(shè)計(jì)。
房間的實(shí)際排風(fēng)量大于設(shè)計(jì)最大排風(fēng)量時(shí)要有房間報(bào)警裝置，以提醒實(shí)驗(yàn)人員把通風(fēng)柜的移門拉低，減少通風(fēng)柜的排風(fēng)量，以防某個(gè)房間的風(fēng)量過大影響其他房間的風(fēng)量分配和節(jié)約能源。在少量房間使用和變風(fēng)量通風(fēng)柜大風(fēng)量變化的情況下，風(fēng)機(jī)要能自動(dòng)快速地進(jìn)行無級(jí)變頻調(diào)速，以節(jié)約能源。
2.2、設(shè)計(jì)方案
通風(fēng)柜和房間的變風(fēng)量范圍相對(duì)該系統(tǒng)主風(fēng)道的總風(fēng)量變化較小，要求反應(yīng)速度較快，而BA系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速反應(yīng)比較滯后，對(duì)小風(fēng)量的變化不是很靈敏，因此采取兩級(jí)控制的方法(見圖1)。
1)第一級(jí)主要是對(duì)通風(fēng)柜排風(fēng)和房間送風(fēng)進(jìn)行變風(fēng)量控制。控制方法以每個(gè)房間為一個(gè)單元，主要是采用實(shí)驗(yàn)室專用的壓力無關(guān)型的文丘里閥或蝶閥對(duì)通風(fēng)柜的排風(fēng)和房間的送風(fēng)進(jìn)行VAV控制。通風(fēng)柜VAV閥能夠根據(jù)移門開啟高度的變化，在通風(fēng)柜面風(fēng)速保持不變的情況下快速調(diào)整排風(fēng)量，VAV送風(fēng)閥能夠根據(jù)房間總排風(fēng)量的變化信號(hào)，快速改變房間送風(fēng)量，并始終與排風(fēng)量保持一個(gè)負(fù)的余風(fēng)量差，以保證房間負(fù)壓和換氣次數(shù)要求，因此VAV閥能夠滿足通風(fēng)柜和房間風(fēng)量快速變化的要求。房間送風(fēng)量的控制也有兩種模式，完全變風(fēng)量控制模式和部分變風(fēng)量控制模式。
?、?完全變風(fēng)量控制模式是變送變排，房間總送風(fēng)量隨著總排風(fēng)量的變化而變化。房間所有通風(fēng)柜瞬間的排風(fēng)量為房間總的排風(fēng)量。為了保證房間的負(fù)壓，送風(fēng)量與排風(fēng)量始終維持一個(gè)負(fù)的風(fēng)量差。該模式可采用兩種控制方式，一種是VAV系統(tǒng)，由VAV閥及其控制器件、通風(fēng)柜數(shù)據(jù)采集及其控制器件組成，VAV系統(tǒng)自身采集所有通風(fēng)柜瞬間的排風(fēng)量參數(shù)，聯(lián)動(dòng)控制VAV閥送風(fēng)量，VAV閥供應(yīng)商成套提供軟件及相關(guān)設(shè)備。另一種是BA系統(tǒng)，由末端采集設(shè)備、控制模塊及上位機(jī)組成，BA系統(tǒng)采集每個(gè)通風(fēng)柜的參數(shù)，經(jīng)DDC或PLC數(shù)據(jù)分析后控制變風(fēng)量送風(fēng)，一般由弱電系統(tǒng)集成商完成。
?、?部分變風(fēng)量控制模式是定送變排。送風(fēng)采用壓力無關(guān)型的CAV閥，手動(dòng)方式設(shè)定一個(gè)固定的風(fēng)量值，不受排風(fēng)量變化控制，為了保證房間在最小排風(fēng)量時(shí)也不出現(xiàn)正壓，送入房間的風(fēng)量始終略小于最小排風(fēng)量。送風(fēng)系統(tǒng)70%的風(fēng)量送入室內(nèi)，其余30%的風(fēng)量送入走廊，送入走廊的這部分風(fēng)量會(huì)隨著室內(nèi)排風(fēng)量大小變化，通過門窗百葉或余壓閥自然地補(bǔ)入室內(nèi)。部分變風(fēng)量控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠、調(diào)試簡(jiǎn)單，本例采用的就是部分變風(fēng)量控制系統(tǒng)。2)第二級(jí)主要是對(duì)主風(fēng)道進(jìn)行變風(fēng)量控制。采用定靜壓BA變頻控制系統(tǒng)，在送排風(fēng)各自主管道的末端(進(jìn)房間之前)1/3處，設(shè)計(jì)安裝靜壓傳感器，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)得的管道壓力值與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力值相比較，從而控制變頻器對(duì)各自的送排風(fēng)機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。安裝位置有時(shí)需要根據(jù)工程情況實(shí)際測(cè)定。當(dāng)送排風(fēng)機(jī)同時(shí)工作時(shí)，設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)基準(zhǔn)送風(fēng)值，排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量跟蹤該值，保持排風(fēng)量值在送風(fēng)量值之上合理區(qū)間范圍內(nèi)，這樣就不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)總送風(fēng)量大于總排風(fēng)量，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)正壓、造成污染。
2.3、調(diào)試方法
2.3.1 排風(fēng)調(diào)試
1)先將排風(fēng)機(jī)控制柜的變頻器設(shè)置在手動(dòng)擋，風(fēng)管的基準(zhǔn)靜壓值設(shè)定在滿足最不利點(diǎn)排風(fēng)設(shè)施———移動(dòng)風(fēng)罩所需的風(fēng)壓值350Pa，為防止在少量房間剛啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)管壓力過大壓爆靜壓傳感器，所有房間的通風(fēng)柜的移門都定位在房間最大設(shè)計(jì)排風(fēng)量時(shí)的移門開啟高度，頻率暫設(shè)定為20Hz。
2)逐個(gè)打開系統(tǒng)所有房間的啟停按鈕，將排風(fēng)機(jī)的變頻器頻率逐步調(diào)高，達(dá)到風(fēng)道動(dòng)態(tài)靜壓值350Pa。此時(shí)每個(gè)通風(fēng)柜的面風(fēng)速和排風(fēng)量還未調(diào)試和校正，所以該頻率只能作為初調(diào)時(shí)最大風(fēng)量的初設(shè)值。
3)從上到下逐個(gè)調(diào)試和校正通風(fēng)柜的面風(fēng)速和排風(fēng)量，使所有通風(fēng)柜都能滿足面風(fēng)速和設(shè)定的排風(fēng)量要求，此時(shí)最大風(fēng)量值才是風(fēng)機(jī)能夠滿足最大風(fēng)量時(shí)的真實(shí)值。因VAV閥全部采用壓力無關(guān)型閥，其最大特點(diǎn)是在風(fēng)管壓力變化很大(250～750Pa)的情況下，風(fēng)量能保持不變;但在大壓差的情況下，風(fēng)阻較大，噪聲可能很大。因此在證明風(fēng)機(jī)能滿足最大排風(fēng)量需求后，逐步手動(dòng)調(diào)低變頻器的頻率，使最后一個(gè)通風(fēng)柜達(dá)到規(guī)定的面風(fēng)速時(shí)的噪聲最小。此時(shí)的風(fēng)機(jī)頻率為最大排風(fēng)量所需的最佳頻率值。此時(shí)的頻率值和相應(yīng)的壓力傳感器的壓力值，為最大風(fēng)量時(shí)的基準(zhǔn)值。
4)逐個(gè)關(guān)掉所有房間的風(fēng)機(jī)啟停按鈕，每關(guān)掉一間房間的風(fēng)機(jī)后靜壓值上升，手動(dòng)逐步降低變頻器的頻率，直至穩(wěn)定在原有的基準(zhǔn)靜壓值，記下每關(guān)掉一間房間風(fēng)機(jī)時(shí)的頻率和靜壓值，確定最大風(fēng)量值和最小風(fēng)量值時(shí)所需的最大頻率和最小頻率值，形成一條與變風(fēng)量相對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)變頻曲線。依此數(shù)據(jù)曲線，編制BA系統(tǒng)控制程序。
5)根據(jù)上述手動(dòng)調(diào)試的控制流程和數(shù)據(jù)，編制自控程序和計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，人機(jī)界面具有反映上面所有控制流程和狀態(tài)的圖(如圖3所示)，并能用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，在編制完控制軟件和人機(jī)界面后，將變頻器放置在自動(dòng)擋，在計(jì)算機(jī)上按上述手動(dòng)調(diào)試的方法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試。以檢驗(yàn)軟件編程是否可行，與手動(dòng)調(diào)試是否一致，微調(diào)基準(zhǔn)靜壓值和變頻曲線形狀，使風(fēng)量變化更趨平穩(wěn)，與現(xiàn)場(chǎng)更加趨于一致，穩(wěn)定可靠。
2.3.2 送風(fēng)調(diào)試
主風(fēng)道的大風(fēng)量的變頻調(diào)試程序方法與排風(fēng)相同。房間內(nèi)的送風(fēng)量調(diào)試，本項(xiàng)目采取的是部分變風(fēng)量系統(tǒng)，通風(fēng)柜采用VAV系統(tǒng)，送風(fēng)全部采用CAV送風(fēng)，因此VAV閥的設(shè)備供應(yīng)商僅對(duì)采用VAV閥的通風(fēng)柜進(jìn)行了調(diào)試，未對(duì)送風(fēng)進(jìn)行調(diào)試，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試的難度。
三、溫度控制
3.1、設(shè)計(jì)要求
在送風(fēng)溫度相同的情況下，送排風(fēng)量不同，室內(nèi)溫度也會(huì)不同。因此，在新風(fēng)換氣次數(shù)大于8h-1的理化實(shí)驗(yàn)室，溫度控制以新風(fēng)為主，風(fēng)機(jī)盤管為輔;在新風(fēng)小于6h-1的儀器室，溫度控制以風(fēng)機(jī)盤管為主，新風(fēng)為輔;需要24h溫度控制的房間，如樣品室、試劑室、留樣室采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。
3.2、設(shè)計(jì)方案
在新風(fēng)機(jī)組冷水進(jìn)水管安裝一個(gè)電動(dòng)比例積分水閥，在出風(fēng)口設(shè)置一溫度測(cè)點(diǎn)，通過出風(fēng)溫度與設(shè)定的基準(zhǔn)溫度的差值，自動(dòng)調(diào)節(jié)流經(jīng)新風(fēng)機(jī)組表冷器的水流量，調(diào)整出風(fēng)溫度以保證房間溫度的穩(wěn)定。調(diào)試方法與常規(guī)的新風(fēng)機(jī)組溫度調(diào)試相同。
綜上所述，通過對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試思路的探討，在一般實(shí)驗(yàn)室使用要求下，采取房間一對(duì)一設(shè)置開關(guān)、部分變風(fēng)量控制的模式是降低能耗、控制實(shí)驗(yàn)室壓力的有效方法。為了能夠更精準(zhǔn)地控制房間壓力，以及更快地提高響應(yīng)時(shí)間，還需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究，在實(shí)驗(yàn)室兩級(jí)控制的基礎(chǔ)上，VAV控制系統(tǒng)與BA系統(tǒng)可以有更多的信息互聯(lián)互通，從而更加智能地分析房間壓力的變化并進(jìn)行調(diào)整。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是確保實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量和人員安全的關(guān)鍵。通過合理的空氣凈化、負(fù)壓通風(fēng)、風(fēng)量控制、排風(fēng)管道和設(shè)備維護(hù)，能夠有效地排除有害氣體和顆粒物，為實(shí)驗(yàn)室提供清新空氣和安全環(huán)境?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要充分考慮實(shí)驗(yàn)室的特殊要求和使用環(huán)境，確保設(shè)計(jì)方案的可行性和有效性。
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