實驗室通風(fēng)系統(tǒng)是整個實驗室設(shè)計和建設(shè)過程中，規(guī)模最大、影響最廣泛的系統(tǒng)之一。其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，對于實驗室環(huán)境的舒適度、實驗工作人員的身體健康、實驗設(shè)備的運行維護等方面產(chǎn)生重要影響，并關(guān)系到實驗室的投資成本、能源消耗及后期運行費用。

實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的目的，是為工作人員提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少人員暴露在危險空氣下的可能。由于在實驗操作過程中可能產(chǎn)生有毒有害氣體，為確保實驗人員安全，此類可能產(chǎn)生有毒有害氣體的實驗，要求盡量在排風(fēng)柜或生物安全柜內(nèi)進(jìn)行，不能在排風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行的，要設(shè)局部排風(fēng)設(shè)施，例如原子吸收罩、萬向排氣罩等，同時,實驗室要設(shè)全面通風(fēng)（或稱輔助排風(fēng)）系統(tǒng)滿足實驗室最小換氣量要求。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是使得實驗室通風(fēng)效果好、噪音低、操作簡便、節(jié)約能源，室內(nèi)壓差和溫濕度都能保持人體的舒適。

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實驗室通風(fēng)系統(tǒng)

實驗室通風(fēng)系統(tǒng)一般有定風(fēng)量系統(tǒng)、雙風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)的形式：

1.1 定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)

排風(fēng)機采用單速定頻風(fēng)機，排風(fēng)量基本恒定不變，系統(tǒng)無法隨排風(fēng)柜使用數(shù)量及排風(fēng)柜門開啟高度而調(diào)節(jié)風(fēng)量。該系統(tǒng)優(yōu)點是設(shè)計直接、投資小、控制簡單；缺點是靈活性差、噪音大、排風(fēng)柜面風(fēng)速難以保證，會有部分有毒有害氣體從排風(fēng)柜中逸出（面風(fēng)速過小或過大都能造成氣體從排風(fēng)柜中逸出），且運行費用高（排風(fēng)機的電力消耗最大化，被排風(fēng)機排出的熱能消耗最大化）。

1.2 雙風(fēng)量系統(tǒng)

排風(fēng)機采用雙速風(fēng)機，在兩個預(yù)定的風(fēng)流量值之間進(jìn)行高-低（或者稱為最大-最?。┣袚Q，較定風(fēng)量系統(tǒng)有所改進(jìn)，但沒有從根本上改變定風(fēng)量系統(tǒng)的缺點，目前應(yīng)用不多。

1.3 變風(fēng)量系統(tǒng)

排風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，在排風(fēng)或補風(fēng)主風(fēng)道上設(shè)壓力傳感器，利用靜壓控制器PID控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒定靜壓或動壓調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。高性能的氣流控制器可以快速、穩(wěn)定的在大流量變化范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在變風(fēng)量系統(tǒng)中排風(fēng)柜一般采用面風(fēng)速控制，通過在排風(fēng)柜前采用人體感應(yīng)器檢測人員是否存在，來控制柜門面風(fēng)速，當(dāng)操作人員在排風(fēng)柜前作業(yè)時，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定為工作模式，此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.5m/s, 當(dāng)操作人員離開的時候，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設(shè)定為待命模式，此時排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.3m/s，遵循《實驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》JG/T222－2007規(guī)范之要求。另房間還要設(shè)輔助排風(fēng)，當(dāng)排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿足實驗室最小排風(fēng)量要求時，輔助排風(fēng)自動打開，保證實驗室最小排風(fēng)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。自動變風(fēng)量控制系統(tǒng)的優(yōu)點包括：節(jié)能顯著、安全性高，易于適應(yīng)風(fēng)量變化需求。

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實驗室全面排風(fēng)

當(dāng)排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿足實驗室最小排風(fēng)量要求時，輔助排風(fēng)自動打開，保證實驗室最小排風(fēng)量，排風(fēng)量換氣次數(shù)依照房間的功能與要求。

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補風(fēng)系統(tǒng)

為了確保不出現(xiàn)氣流回溯，實驗室一般會設(shè)定較高的排風(fēng)量，且連續(xù)排風(fēng)時間較長（一般多為7*24小時全天候開啟排風(fēng)系統(tǒng)），因此實驗室室內(nèi)負(fù)壓過大的情況非常常見。為平衡室內(nèi)外壓差，避免出現(xiàn)負(fù)壓過大的情況，實驗室在設(shè)計時就需要規(guī)劃實驗室補風(fēng)系統(tǒng)，以維持房間設(shè)定的壓力，負(fù)壓防止實驗過程中有毒氣體和顆粒以及化學(xué)品存放過程中揮發(fā)的有害氣體向其他空間外溢，正壓實驗室不受外部空氣污染影響檢驗結(jié)果，并使得實驗室內(nèi)換氣率能有效控制，室內(nèi)空氣應(yīng)充分置換，保證其新鮮度。

3.1 補風(fēng)量計算

補風(fēng)量的設(shè)定有相應(yīng)的計算公式，應(yīng)根據(jù)實驗室排風(fēng)量及設(shè)定的負(fù)壓值（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算確定，補風(fēng)量按下列公式計算：Lb=Lp-Ly。

式中，Lb 為補風(fēng)量，m3/h；Lp 為排風(fēng)量，m3/h；Ly為維持負(fù)壓所需風(fēng)量，也叫余風(fēng)量，m3/h；Ly可按負(fù)壓值與房間換氣次數(shù)的關(guān)系確定，也可按縫隙法計算，依照房間的壓差功能要求補風(fēng)量比例在50%~90%不等，有正壓要求的房間補風(fēng)量比例不低于110%。

3.2 補風(fēng)方式

實驗室的補風(fēng)方法一般有兩種，分別是自然補風(fēng)和機械補風(fēng)。

自然補風(fēng)不安裝補風(fēng)機，通過實驗室內(nèi)外的壓差（室內(nèi)為負(fù)壓）將室外新風(fēng)經(jīng)過濾器、管道吸入室內(nèi)達(dá)到補風(fēng)效果，由于新風(fēng)是被室外的正壓壓入負(fù)壓的室內(nèi)，所以自然補風(fēng)可以使得氣流達(dá)到動態(tài)平衡，同時也保證實驗室氣流流向穩(wěn)定，且始終處于負(fù)壓狀態(tài)。自然補風(fēng)的優(yōu)點主要是不需安裝補風(fēng)機，節(jié)省了前期投資和補風(fēng)機運行的電費；缺點是在設(shè)計裝修時需要提前擴大進(jìn)風(fēng)井或進(jìn)風(fēng)百頁面積，這需要占用建筑使用面積或影響建筑立面效果，其次是不通過補風(fēng)機的自然風(fēng)無法進(jìn)行加熱或冷卻處理。

圖片

機械補風(fēng)設(shè)置引風(fēng)機形成理想的氣流組織，將室外新風(fēng)經(jīng)集中處理后，由補風(fēng)機經(jīng)管道送入房間內(nèi)，機械補風(fēng)可以對其加熱或冷卻處理及過濾等預(yù)處理，進(jìn)行采用定風(fēng)量補風(fēng)還是變風(fēng)量補風(fēng)系統(tǒng)，一般與排風(fēng)系統(tǒng)對應(yīng)，即排風(fēng)為定風(fēng)量系統(tǒng)，補風(fēng)也為定風(fēng)量系統(tǒng)，排風(fēng)為變風(fēng)量系統(tǒng)，補風(fēng)也為變風(fēng)量系統(tǒng)。

3.3 補風(fēng)地點

室內(nèi)補風(fēng)的補風(fēng)地點一般沒有很大的限制，可以直接補在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前，也可補在房間內(nèi)，但是不同的補風(fēng)地點有著不同的影響，在排風(fēng)柜內(nèi)或柜門前補風(fēng)的優(yōu)勢是不需要為新風(fēng)做加熱或冷卻處理，可節(jié)省能源，節(jié)約成本；缺點則是新風(fēng)會影響通風(fēng)柜內(nèi)實驗時的實驗數(shù)據(jù)，同時破壞操作人員工作環(huán)境舒適性，這種補風(fēng)地點不適用有面風(fēng)速要求的排風(fēng)系統(tǒng)。與之對比，補風(fēng)地點設(shè)置在房間內(nèi)時，其優(yōu)點是操作人員的工作環(huán)境基本不會受到影響，對排風(fēng)柜面風(fēng)速及柜內(nèi)氣流亦無影響；缺點則是新風(fēng)一般需要經(jīng)過加熱或者冷卻處理，能量成本要比第一種補風(fēng)地點高。

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通風(fēng)柜變風(fēng)量控制器

通風(fēng)柜變風(fēng)量控制器有一類是測量柜門面風(fēng)速，通過與設(shè)定風(fēng)速比較，調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度以達(dá)到設(shè)定值，風(fēng)閥一般采用蝶閥，其缺點有：精度受測量點的位置和數(shù)量影響，比較容易受到安裝位置和內(nèi)外氣流（紊流）影響，測量到的風(fēng)速需要通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號調(diào)節(jié)風(fēng)閥，系統(tǒng)反映速度稍慢，控制信號響應(yīng)時間：<3秒，面風(fēng)速控制精度一般在±20%。

另一類排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器，目前主流使用的是文丘里風(fēng)量控制器，通過測量移門位置，借助位移傳感器測得移門開度并傳輸給控制器，控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風(fēng)量來實時改變閥門的開度大小來調(diào)節(jié)排風(fēng)量。該系統(tǒng)抗干擾性好，控制穩(wěn)定，從理論上屬開環(huán)控制，在試劑應(yīng)用中需另設(shè)風(fēng)速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準(zhǔn)確性和可靠性。調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響，調(diào)整風(fēng)量過程迅速精準(zhǔn)，響應(yīng)時間短，可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)量閥不可能實現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(guān)(150~750PA)、響應(yīng)時間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

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變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制

5.1常用的實驗室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)控制原理

5.2 通風(fēng)柜面風(fēng)速控制系統(tǒng)工作原理

確定安全有效的面風(fēng)速，對實驗室工作人員來說，通風(fēng)柜集塵能力是關(guān)鍵問題。與正確的集塵能力相關(guān)的幾個因素是：面風(fēng)速、交叉通風(fēng)和工作實踐。研究與現(xiàn)場經(jīng)驗使人們了解到通風(fēng)柜有效的面風(fēng)速設(shè)定值。通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是0.3m/s~0.6m/s，現(xiàn)在很多設(shè)施中，0.5m/s被接受作為安全運行標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明0.5m/s的面風(fēng)速要求部分是因為操作人員的存在和移動。而未占用通風(fēng)柜（即那些沒有人使用的通風(fēng)柜）在面風(fēng)速減少到0.3m/s的情況下運行時可以包容有害氣體。而占用的通風(fēng)柜則需要較高的流速以保證通風(fēng)柜正確的集塵能力。操作人員的移動在面風(fēng)速為0.4m/s~0.5m/s時對通風(fēng)柜集塵能力幾乎沒有影響。但在0.4m/s以下時，擾動會明顯導(dǎo)致有害氣體濃度升高。而當(dāng)沒有操作人員移動時，0.3m/s以下面風(fēng)速也可以滿足實驗室一般性集塵環(huán)境的使用要求。面風(fēng)速控制圖解。

5.3 風(fēng)量的控制方法

目前對于風(fēng)量的控制方法有面風(fēng)速法和位移法。

面風(fēng)速法，通常是利用安裝在排風(fēng)柜入口邊緣處的風(fēng)速傳感器測得風(fēng)速并傳輸?shù)娇刂破鳎ㄟ^比較和計算得到所需風(fēng)量，然后改變風(fēng)閥開度調(diào)整排風(fēng)量，最終使其面風(fēng)速保持在0.3m/s~0.6m/s（OSHA）的某個設(shè)定值或是某個較小的范圍。其特點是：結(jié)構(gòu)簡單易安裝，控制相對容易；閉環(huán)反饋控制保證了安全性和節(jié)能性的控制效果；以一個點的風(fēng)速來代替面風(fēng)速，與真正的控制對象其面風(fēng)速還會有些偏差，比較容易受到安裝位置和內(nèi)外氣流（紊流）影響。

位移法，配合使用VAV變風(fēng)量文丘里閥，借助位移傳感器測得柜門開度并傳輸給控制器，控制器根據(jù)“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風(fēng)量來實時改變閥門的開度大小來調(diào)節(jié)排風(fēng)量。該系統(tǒng)抗干擾性好，控制穩(wěn)定，從理論上屬開環(huán)控制，在實際應(yīng)用中需另設(shè)風(fēng)速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準(zhǔn)確性和可靠性。調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度具有精度不受柜前有無人員遮擋影響，調(diào)整風(fēng)量過程迅速精準(zhǔn)，響應(yīng)時間短，可實現(xiàn)傳統(tǒng)的變風(fēng)量閥不可能實現(xiàn)的高調(diào)節(jié)比（1:17~20）、與管道靜壓無關(guān)(150~750PA)、響應(yīng)時間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

設(shè)備還可安裝紅外線人體監(jiān)測器，自動控制系統(tǒng)可以通過不同的面風(fēng)速設(shè)置值達(dá)到節(jié)約運行費用的目的，當(dāng)操作臺前有操作人員工作時面風(fēng)速控制在某一設(shè)定值（如0.5m/s）,當(dāng)通風(fēng)柜前無人操作時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到另一設(shè)定值（如0.3m/s）。通風(fēng)柜移門位置過高時有明顯警報。發(fā)生機械故障導(dǎo)致面風(fēng)速過高或過低時有明顯警報。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，面風(fēng)速控制系統(tǒng)可開啟事故排風(fēng)模式，將風(fēng)閥開到最大開度，不受面風(fēng)速設(shè)定值的控制。

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尾氣排放及排風(fēng)處理

有些實驗設(shè)備在工作過程中會產(chǎn)生尾氣，部分實驗室尾氣需經(jīng)過處理后，才能外排，在排風(fēng)系統(tǒng)劃分時，需將這部分排風(fēng)集中在一個系統(tǒng)，以集中處理。采用何種處理方式，應(yīng)根據(jù)排氣性質(zhì)決定。

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設(shè)計中要注意的問題

在設(shè)計實驗室通風(fēng)系統(tǒng)時，要將實驗性質(zhì)相同或相近的排風(fēng)設(shè)在一個系統(tǒng)，如果有混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強的有害物質(zhì)的可能，則需要另外分設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)。

生物安全柜要單排風(fēng)。

實驗室使用的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計首先要確保實驗室的安全性，就要確保有一定數(shù)量的換氣次數(shù)；還有實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓的設(shè)計和系統(tǒng)控制很重要，要解決好；系統(tǒng)要能穩(wěn)定可靠的運行；最后就是在確保了一定數(shù)量的換氣次數(shù)和全新風(fēng)條件下，要將能耗降低到最低。要達(dá)到這些要求，通風(fēng)設(shè)備尤其是通風(fēng)柜就得有一定標(biāo)準(zhǔn)和要求。

當(dāng)實驗室排風(fēng)量較大時，要在實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時在走廊、大廳等公共區(qū)域增設(shè)補風(fēng)系統(tǒng)，以避免出現(xiàn)負(fù)壓過大造成的開門或關(guān)門困難。

通風(fēng)系統(tǒng)不僅對實驗室通風(fēng)柜有特殊要求外，還對控制系統(tǒng)和其他設(shè)備有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備型號、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)都會影響到實驗室的壓力控制和最小通風(fēng)量的控制，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)最主要。通風(fēng)系統(tǒng)不平衡會導(dǎo)致通風(fēng)柜排風(fēng)和捕捉能力散失，氣流流出實驗室，建筑物內(nèi)壓力不穩(wěn)定。

通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量的變化不能因為風(fēng)管內(nèi)靜壓的變化影響其反應(yīng)時間，從而影響通風(fēng)量的準(zhǔn)確性。壓力相關(guān)型的系統(tǒng)也會影響系統(tǒng)流量的精準(zhǔn)控制，使得其反應(yīng)時間變慢，從而導(dǎo)致送排風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生震蕩，速度不穩(wěn)定，風(fēng)量不平衡，最終導(dǎo)致控制系統(tǒng)沒法能調(diào)節(jié)。所有系統(tǒng)應(yīng)選擇壓力變化無關(guān)型的。

實驗室種類繁多，其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計也應(yīng)該因地制宜、與時俱進(jìn)，在一個實驗樓內(nèi)可能同時存在多種通風(fēng)方式，而通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的首要原則是保證實驗室工作環(huán)境不損害工作人員的健康安全，在這個基礎(chǔ)上，則應(yīng)盡量控制裝修和運行成本，為實驗室減輕經(jīng)濟壓力。隨著實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，實驗室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計也需要多傾聽使用人員及其他相關(guān)方面人士的意見，設(shè)計要有針對性，做到有的放矢。