實驗室家具

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                    實驗室空調與通風設計

                    2019年03月12日 熱度:899 ℃

                    一、工程設計特點

                      (1)農生組團為一個建筑群,空調系統按學院劃分:①主樓(國家實驗室)為集中冷熱源、半集中式空調系統。辦公室和普通實驗室采用風機盤管加新風系統,潔凈實驗室采用全空氣系統。②其他學院為自帶冷熱源的半集中式空調系統,新風集中處理;辦公室采用集中新風加分體空調;普通實驗室采用集中新風加變制冷劑流量空調系統。潔凈實驗室采用單元式直接蒸發空調機組(新風集中處理)。

                      (2)潔凈實驗室凈化空調有多種形式:①全新風凈化空調系統設三級過濾,采用頂送風下排風,排風出口設凈化處理裝置。②循環風空調箱通過送風管,再經過ULPA過濾器或HEPA過濾器將空氣送入潔凈室,氣流向下送入潔凈間,再經豎直回風夾道進入吊頂回風??諝舛啻芜M入循環風空調箱過濾,使用不同類型的中高效過濾器,提供了節約成本和使用能源的選擇。

                      (3)根據甲方提供的實驗室潔凈度、實驗內容、污染性以及房間正負壓特性設計排風系統,并按類別排放廢氣。每個實驗室的排風系統為獨立系統,排風柜補風采用室外風,減少了空調負荷。

                      (4)嚴格執行國家環境保護法,對有可能對環境造成污染的排風在排放前進行過濾處理,按排出氣體的成分采取吸附、過濾、凈化處理,使排出氣體有害成分低于國家環保衛生要求。

                      (5)采用DDC數字控制系統,提高樓宇智能化。

                      設計參數與空調冷熱負荷(一級標題)

                      主要房間的室內空調供暖設計參數及通風換氣參數見表1。

                      表1主要房間的室內空調供暖設計參數及通風換氣參數

                      特殊實驗室的(恒溫恒濕,無菌,凍干,超凈臺)溫濕度按校方要求,換氣次數為10~25 h- (無菌操作間按萬級,超凈臺按百級)。對溫、濕度無工藝要求時室溫為20~26℃,相對濕度小于70%。

                      空調負荷:主樓冷負荷6 616 kW,熱負荷2 043 kW;動物學院實驗樓冷負荷3 200 kW,熱負荷1 550 kW;農學院實驗樓冷負荷4 060 kW,熱負荷2 230 kW;環資學院實驗樓冷負荷2 940 kW,熱負荷l 600 kW。

                      蒸汽用量:負擔主樓空調換熱用量約3.5t/h,用于所有空調機組加濕用量約2.9t/h,合計約6.4 t/h。

                      二、空調系統設計

                      (1)主樓(國家實驗室)空調系統按辦公區域與實驗室區域劃分,一層報告廳采用雙風機全空氣系統,其他房間均采用風盤加新風空調系統,每層按區域設兩個新風系統;十二層使用功能相同且空氣無污染的六間光室的新風機組為帶熱回收的機組。對有潔凈度要求的實驗室另設有帶三級過濾的吊裝或立式潔凈空調機組。其他三個學院實驗樓考慮與主樓冷熱源機組距離較遠,且運行時間各不相同,空調系統包括新風處理機均采用變制冷劑流量變頻多聯機和直接蒸發系統,新風機組每層分區設兩臺;同樣對有潔凈度要求的實驗室另設有帶三級過濾的吊裝或立式直接蒸發式沽凈空調機組;小開間辦公室采用分體式空調機組。所有實驗室的冷藏室、冷凍室均設置了拼裝式冷庫。所有新風機組、變制冷劑流量變頻機組、拼裝冷庫室外機均安裝在屋頂。

                      (2)潔凈實驗室空調采用帶有兩級過濾的凈化空調機組,粗效過濾器用易清洗更換的合成纖維過濾器,中效過濾器集中設置在空調機組的正壓段,處理后的送風在進入房間時由高效空氣過濾器或亞高效空氣過濾單元過濾。潔凈室應維持一定的正壓。送風與排風管上安裝變風量(VAV)裝置,控制房間的壓力梯度,潔凈區與緩沖區之間的靜壓差不小于5Pa,潔凈區與室外的靜壓差不小于10 Pa。

                      (3)布置有局部百級超凈實驗臺的個別實驗室采用小型空調凈化機組(吊頂內安裝)和超小型凈化單元與潔凈層流罩的組合體。氣流組織采用局部工作區空氣凈化和全室空氣凈化相結合的形式。

                      無菌室應設有無菌操作間和緩沖間,無菌操作間潔凈度應達到萬級,室內溫度保持在20℃~24℃,相對濕度保持在45%~60%。超凈臺潔凈度應達到百級。

                      (4)對有恒溫、恒濕要求的實驗室,采用帶獨立冷源的風冷恒溫恒濕空調機組。機組設輔助電加熱器,或設移動式除濕機,滿足房間溫濕度及干燥度的要求。對恒溫恒濕要求不高的場所采用變制冷劑流量機組??照{系統及設備的選擇具有經濟實用、使用靈活、技術先進等特性。萬級恒溫恒濕潔凈實驗室的空調機組可布置在機房或吊頂上,通常需要的冷熱量不是很大,系統的循環風量較大,可將回風分兩路.一部分經盤管,另一部分與處理的空氣混合,經過濾器送出(見圖1 )。

                      (5)低溫庫房是實驗室的一部分,用于保存基礎種質搜集品。有溫、濕度要求。采用分體式制冷機組,配除霜設備、恒溫控制器和高溫報警器。庫板為聚氨酯夾心板,蒸發器的風扇為低速風扇,風冷冷凝器安裝在屋頂上,在緩沖間、冷庫門口設風幕機。

                      (6)普通實驗室新風量按40 m3/(人·h)確定,特殊實驗室按滿足工藝要求,滿足換氣(一般20 m3/(m2·h))以及壓力梯度要求確定。

                    三、通風系統

                      實驗室通風設計與舒適性空調系統的通風設計是有區別的。實驗室通風設計有實驗用的通風柜排風和室內平時排風兩種,通風柜排出實驗中產生的有害氣體(臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性氣體)。以前通風柜是作為實驗臺的輔助設備,而目前實驗臺上進行的實驗逐漸轉移到了通風柜內,使用臺數的日益增多,就要求通風柜具有最適于實驗使用的功能,要求通風柜具有排放功能、小倒流功能、隔離功能、補風功能等,不只是提供舒適的工作環境,減少人員暴露在危險空氣下的可能,還要保證工作人員的身體健康,不造成傷害。通風柜的類別很多,包括中央實驗臺、邊臺、藥品柜、器皿柜等,這些通風柜是實驗室設備中最重要的設備。但它并不是室內唯一的排風裝置,實驗室還有平時排風口,布置在儀器室或產生危險物質的儀器上方。

                      (1)實驗室通風系統的設置原則是有毒、無毒分開排放,有機物、無機物分開排放。根據各學院實驗室的實際情況,每個實驗室排風系統基本是單獨設置的,少部分實驗室排風系統是同層相同功能房間的多臺并聯系統。

                      (2)實驗室通風柜排風與室內排風共用一套排風系統(風管及風機)。風機風速有三擋(或為變頻風機),低速時為室內平時排風(換氣次數見室內設計參數),中速時為通風柜排風(1600m3/(臺· h)),高速為室內平時排風加通風柜排風。風機設置在屋面,排風管為負壓,完全避免有害氣體在室內泄露。

                      (3)各通風系統均配有排風補風系統。低速排風時的補風由室內人員新風補充。通風柜補風量大,為避免大量抽用房間內空氣,造成能源的浪費,采用了帶補風的通風柜,補風由室外直接供給。補風管設電動風閥,與通風柜排風聯動,通風柜排風時抽吸室外風補風。補風在柜內循環后排排除室外,設計中大部分通風柜選用了上部排風和通風柜后側補風的形式。雖然在控制上復雜一些,但為今后使用提供了便利。圖2為實驗室排風與通風示意圖。

                      (4)對通風柜操作面的吸入風速進行控制,防止有害氣體逸出。對一般無毒的污染物風速控制為0.25~0.38m/s。對一般無毒的危險的有害物風速控制為0.4~0.5 m/s,劇毒或有少量放射性物質風速控制為0.5~0.6m/s。為了確保通風順暢,排風機應有必要的靜壓。另外,確定排風風速時還必須注意噪聲問題,通風管道內流速以5~8m/s為限。

                    (5)潔凈實驗室的通風設計如下:

                     ?、?對有潔凈等級要求的正壓實驗室、回風與經過集中處理的新風混合后進入空調機組的潔凈實驗室,機組內設中效過濾,房間送風口設高效送風口,回風口處設空氣阻尼層,氣流組織采用上送側回;通過調節回風阻尼層阻力調節回風量,以實現對潔凈室的正壓控制。在機組新風入口處設電動風閥,與潔凈空調機組聯鎖。潔凈實驗室送風量通過緩沖間壓出,在緩沖間外的實驗室房間常配有通風柜排風和房間排風,滿足各房間的壓力梯度。

                     ?、?對有潔凈等級要求的負壓實驗室,如動科院寄生蟲實驗室的細胞培養室,既要保證潔凈,又要保持負壓。送入潔凈間的風量為此房間排風量的70%~80%,并加定風量閥鎖定送風量。排風機與空調機聯鎖運行,排風口處加定風量閥,以滿足實驗室壓力梯度的要求。另外,與正壓實驗室不同的是負壓潔凈實驗室外的房間內仍要保證為同潔凈等級,因此潔凈空調其余20%~30%的風量送至實驗室輔助房間、非實驗區域,使氣流流向從安全區到產生危險物質的實驗房間,既保證污染源不泄漏,又保證了實驗室的潔凈等級。

                      (6)一些有特殊排風要求的實驗室(例如有藥品柜、安全柜的實驗室),其排風機配置變頻器,實現24小時不間斷排放。而一般實驗室房間排風均為負壓,壓差約5Pa。

                      (7)有的通風柜內需要安置電爐,有的實驗產生的大量酸堿有害有毒氣體具有極強的腐蝕性,通風柜的臺面、襯板、側板都應具有防腐功能。使用硫酸、硝酸、氫氟酸等強酸的場合,還要求通風柜的整體材料必須防酸堿,須采用不銹鋼或玻璃鋼材料制造。風柜內襯板材質采用環氧樹脂板。

                      (8)實驗室的A聲級噪聲限制值為50dB,增加管道截面尺寸可以降低噪聲,考慮到管道的經費和施工問題,大部分風量為1600m3/h的通風柜與實驗室房間的管道、有平時排風要求的豎井的截面尺寸多數為350×400mm。

                      (9)實驗室排出的有毒和酸堿腐蝕性極強的氣體會對環境造成污染,在排入大氣前根據氣體的成分采取吸取、過濾等措施對其進行凈化處理,使排出氣體有害成分低于國家環保衛生要求。例如動物房的氣體經過粗效和中效過濾后,直接排入大氣,排出口應高出頂部3m以上。

                      (10)潔凈實驗室事故排風換氣次數為12 h-。事故排風裝置的控制開關應分別設在潔凈室和室外便于操作的地點,并應與凈化空調機聯鎖,室內宜設報警裝置。

                      (11)對需要氫氣、乙炔和燃氣的實驗室,要作好房間內的通風。當實驗房間沒有可開啟外窗時還要設置燃氣泄漏報警裝置(防爆型)和事故排風(換氣次數為12 h-),控制開關設在實驗室便于操作的地點。

                      (12)空壓機房設通風,保證站內設計溫度低于40℃。2臺空壓機共用1個排風管,排熱至室外,空壓機進風口與冷卻用空氣均來自室外新風。

                      (13)整個實驗室雖然設置通風柜多達550臺以上。但資料和經驗表明100臺通風柜中99%的時間只有18個或更少的在使用,尤其是當實驗室不同時使用或學校放假期間,使用數量會更少,所以,不用擔心通風柜帶來巨大的能耗。

                      (14)對豎向設置的發熱量較大的網絡機房設豎向集中排風,可有效控制服務器機房的溫度。

                      四、氣體輸送系統

                      (1)實驗室需用氣體種類繁多,集中供應的氣體有壓縮空氣、氮氣、蒸汽等。其余氣體分散瓶裝供應。但潔凈房間使用的氣體均通過管道進入,在潔凈室預留進房間的管道,氣瓶放置在潔凈室外。

                      (2)地下室動力機房有空壓機、制氮機、真空泵及配套設備等設備機房,壓縮空氣取風來自進風井(確??諝鉂崈?,真空泵排氣經水箱過濾及消毒排至安全處。氣體管道經過濾器至各實驗室入口。

                      (3)空壓站配置遠程通訊管理系統,可實時了解空壓機的運行信息,并根據用氣量隨時重新設置參數,及時加載/卸載并監控能耗。

                      結論與建議(一級標題)

                      (1)設計前期,要對甲方資料進行整理,詳細了解實驗室工藝要求,需收集的資料有:實驗室類型,潔凈級別,安全性,是否有通風柜,是否有平時排風;做實驗時,哪些辦公室與實驗室同時使用,是否為正壓、負壓或普通試驗室;工作時段(按8h/d,12h/d,24h/d),不能間斷工作的實驗室,實驗室使用間隔時間;哪些是屬正常工作時間段的行政辦公室,一般辦公室,會議室;細致了解實驗人員的要求,必要時進行參觀與調研。這些資料與負荷有關,與新風量計算有關,與系統分類、系統分區有關,與機組的功能段、外形尺寸、機房位置、過濾器的級別有關,與風量、風壓等有關,便于設計時按功能、運行時段對系統進行劃分。

                      (2)了解實驗室通風柜的功能,按排放氣體和實驗室進行通風系統設計。對實驗室房間內通風的安全性要足夠重視。通風柜的集塵捕捉能力要符合現行標準和規定,保證一定數量的換氣次數,讓送風氣流流向實驗室,保持實驗室負壓。另外,為實驗人員創造舒適的工作環境,降低噪聲。系統要容易控制,易于管理,能穩定、低能耗運行。

                      (3)在計算房間空調負荷時,應考慮由于排風及室外風作為補風所帶來的能耗損失。因此,空調房間內通風柜數量必須考慮。

                      (4)有潔凈要求的空調機組,粗效空氣過濾器不能用浸油式,中效過濾器集中設置在空氣調機組的正壓段,在凈化房問設高效過濾進風口。選擇時中效及高效空氣過濾器按額定風量選擇,阻力、效率相近的高效空氣過濾器設置在同一潔凈室內,高效空氣過濾器的安裝應簡便可靠,宜于檢漏和更換。潔凈空調機組的送風機要按凈化空調系統的總送風量和總阻力值進行選擇。中效、高效空氣過濾器的阻力按其初阻力的2倍考慮取值。設計凈化空調系統時還要注意:回、排風口風速≤1m/s,回、排風支管風速≤3m/s,回風總管風速≤3~4 m/s;表冷器的迎面風速空凋機組≤2.2m/s,新風機組≤2.5m/s;對送風裝置,高效過濾器送風口實際風量應小于樣本給出的風量值;選用定風量控制器時,應注意同一位置上只能使用同一規格的定風量控制器。

                      (5)通風柜運行時與周圍的環境會相互影響。選擇通風柜時,要考慮實驗室的空間、通風柜的擺放,根據實驗內容選擇其外形尺寸,體積太大造成浪費,過小則影響使用。通風柜還要遠離空氣擾動大的地方,遠離送風口,避免造成能源浪費。排風管道的沒計原則是管內為負壓,防止管道廢氣泄漏,排風管長度越短越好,而且一臺風機連接的通風柜越少越好。排風通道盡可能豎直布置,通道越高越好。如需改變風道風速.則應配置相應的變頻調節系統。注意排風通道的末端應避開補風管道送氣口。

                      (6)通風柜也有其標準。通風柜的選擇除滿足排風和捕捉能力外,還要能根據調節門開度改變排風量,維持表面風速恒定在0.5m/s;在安裝調試時應按柜門位移為信號來確定排風量,接受調節門感應器信號后可以計算調節門開啟面積(風量),送風量跟隨排風量即刻變化。實驗室內壓力梯度控制和最小通風量的控制也是很關鍵的,否則也會導致通風柜排風不穩定。

                      (7)實驗室有空調時,盡量選用有補風的通風柜,從節能角度應推廣。

                      (8)電氣系統的選擇要考慮規格型號、電壓大小、防爆性、耐用性。

                      (9)確定排風機的功率時應考慮室外排風過濾裝置的阻力。

                      (10)除對辦公層按規定設置衛生問排風外,還要根據各層及全樓風平衡,在各層公共區域(如走道)設置必要的集中排風系統。

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