潔淨實驗室通風櫃係統設計應用

1通風櫃的功能和應用場合

通風櫃最主要的功能是，將實驗操作時產生的各種有害氣體、水蒸汽、氣味、餘熱等，控製在通風櫃內並排至室外，達到為了保護使用者的安全，防止實驗中的汙染物質向實驗室擴散的目的。通風櫃在各種生化和理化實驗室中有著非常廣泛的應用，在保護實驗樣品的純度、保證實驗結果的準確、維護實驗室環境的清潔、改善勞動衛生條件和提高工作效率等方麵，發揮著至關重要的作用。通風櫃可用於理化實驗室和生物實驗室，也可以用於潔淨實驗室，但不適用於生物安全三級和四級實驗室。

2國內外關於通風櫃的標準

國外關於通風櫃的標準主要有：德國標準D IN 1 2 92 7（1 99 0年），法國標準N FX 15 -2 11（1996年），英國標準BS7989:2001（2001年），澳大利亞標準AS/NZS2243.9:2003（2003年），美國標準ANSI/AIHAZ9-5:2003（2003）和SEFA-9。我國關於通風櫃的標準都是行業標準，包括：《排風櫃》JB/T6412-1999，《實驗室變風量排風櫃》JG/T222-2007，《無風管自淨型排風櫃》（報審稿）JB/Txxxx-2011。

3通風櫃的性能

通常以3個參數衡量通風櫃的性能：捕捉效率、抑製效率和排除有害氣體的效率。

良好的捕捉效率可以通過2個途徑來獲得，首先是保持通風櫃開口合理的麵風速，其次是合理布置通風櫃。

合理的通風櫃櫃體設計以及保持通風櫃開口合理的麵風速是獲得較高抑製效率的關鍵。

排除有害氣體的效率則是通過室外排放口的高度和適當風速來達到。

3.1設計原則

通風櫃在工作場所的配置數量依實驗研究類型而定，差別較大。一般在研究所和大學的配置是，化學研究實驗室按每位研究者1台通風櫃，生物學研究實驗室6~10位研究者共用1台通風櫃，物理學實驗室可能整個部門設1台通風櫃。應根據實驗性質和實驗室工藝要求，選擇通風櫃類型，確定通風櫃數量。綜合考慮各項因素，確定通風櫃排風係統和補風係統形式，確定通風機房和通風豎井的位置。

應以安全、實用、有效、經濟為原則，使有害氣體在盡快就近排走，不至汙染環境和操作者，並使實驗中的氣態汙染物全部控製在通風櫃以內。

應與工藝和建築專業結合，合理確定通風櫃在實驗室的位置。通風櫃應設置在受氣流幹擾少的地方，盡量遠離門口、送風口和人員頻繁往來的通道，避免無組織氣流對通風櫃排風流場形成幹擾；同時，也應遠離精密儀器，避免通風櫃排風影響儀器操作。根據BS7258標準，通風櫃平行於穿堂風時，其前端距門邊應保持1m的距離；通風櫃垂直於穿堂風時，其近端距門邊應保持1m的距離，相向布置的通風櫃之間應保持3m的淨距。

應根據建設項目環境影響評價報告書及其審批意見，以及汙染氣體成分，確定需要采取的廢氣處理措施，選擇處理設備，並滿足排放口的設置要求。例如，法國標準XPX15-203要求排放口至少高出房頂3 m；或者至少是建築高度的125%。我國《全國民用建築工程設計技術措施：暖通空調 ·動力 》規定：查措施。

合理布置風管，盡量縮短管道長度，減少風管阻力，降低風機功率和噪聲。由於實驗時常常有水蒸汽或試劑蒸發到排風中，在嚴寒和寒冷地區冬季的排風管中會出現冷凝現象，因此，水平排風管宜設坡度2‰~3‰ ，並盡量避免風管上、下翻彎，以免冷凝液積聚；必要時應在排風管和排風機最低點分別設置帶手動密閉閥的泄水管。

合理選擇和布置排風機。排風機選擇和布置應考慮以下因素：

（1）首先排風機材質應耐腐蝕，一般應選擇離心風機，使電動機置於排風氣體以外。

（2）考慮施工和今後實驗室變化的可能性，風機風量和壓頭均要考慮一定的餘量。

（3）為減少噪聲和振動，風機的轉速不應高於1450 r/min。

合理確定風機安裝位置，風機位置應考慮以下因素 ：

① 由於風機的噪聲和振動，其安裝地點應盡量遠離對噪聲和振動有限製的房間，並相對集中布置；便於安裝和維護。

② 風機盡量布置在機房內，尤其是在嚴寒和寒冷地區，既便於隔聲減振，又可防凍。

③ 排風機盡量布置在靠近排放口處，如頂層或屋頂，使室內的排風管道保持負壓，避免漏風對風管穿越的其它房間產生不利影響。

④ 確定通風櫃排風係統和補風係統的控製方式。空調房間應考慮房間壓力控製，並與整個實驗樓的樓宇控製係統相結合。

3.2係統設計

3.2.1麵風速的確定

目前，我國沒有國家標準和規範對於通風櫃麵風速做出明確規定，工程設計通常按照設計手冊的推薦值，或者甲方和工藝要求確定，見表1。

3.2.2排風係統形式

通風櫃排風係統常見形式主要有以下幾種，見表2。

3.2.3補風係統形式

通風櫃補風係統常見形式見表3。

3.2.4控製係統形式

通風櫃控製係統常見形式見表4。

3.2.5廢氣處理

通常理化實驗會采用多種試劑，通風櫃的排風中氣體成分複雜且多變，有害物濃度不高，一般能夠直接排放。隻有在一些特殊情況下需要進行排風處理。

（1）實驗中大量使用高濃度強酸、強堿時，可以采用廢氣淨化塔，以酸堿中和的原理處理排風。

（2）實驗中使用放射性核元素時，排風應經過高效空氣過濾器處理後排放。

（3）實驗中使用氨或實驗產物含有氨、惡臭或痕量致癌物時，排風應經過活性炭過濾後排放。用於吸附氣態物質時應選擇粒狀活性炭，其四氯化碳的活性應高於60%。

（4）通風櫃內做標記實驗時，排風口應設除碘過濾裝置。

（5）通風櫃做含汞實驗時，排風口應設高錳酸鉀和次氯酸鈉溶液吸收裝置或載硫活性炭吸附後排放。

4通風櫃應用實例分析

4.1一對一係統

某大學生命科學學院總建築麵積27000 m2，設有102台通風櫃，所有通風櫃的排風機均置於屋頂5個風機房內，實驗室設有新風和全麵排風係統，通風櫃排風時采取自然補風。

某大學理科樓，總建築麵積38000 m2。通風櫃共47台，主要集中在11―14層的化學、生物和環境實驗室，通風櫃排風機均置於15層屋頂。這種一台排風機對應一台通風櫃的係統，使用靈活，互不幹擾，得到實驗人員的好評。這兩所大學，通風櫃在一天中的使用時間不長，因而實驗室的環境參數基本不受影響。如果通風櫃長時間集中使用時，實驗室的舒適度可能會受到影響。

4.2共用係統

某大學化學學院的新樓總建築麵積19700 m2。采用的是2~4台通風櫃共設1台排風機的一對多係統。每間實驗室的標準配置是設3個通風櫃（1.8m的2個，1.5 m或1.2 m的1個），和2個房間排風口（設於吊頂上），每個實驗室配置1台排風機和1個變頻控製器。每個通風櫃都裝有位移傳感器，隨著玻璃櫃門開啟（升降）幅度的變化自動調整係統的排風量，以維持通風櫃正麵的麵風速基本不變（風速為0.5 m/s±0.1 m/s）。當所有通風櫃的玻璃櫃門都關閉（降到底）時，吊頂上排風口的電動風閥隨即自動開啟，通過吊頂上的2個排風口進行全麵排風。當任一通風櫃的櫃門開啟時，吊頂排風口隨即關閉。

每層設有新風係統，新風一部分送至走廊，一部分通過吊頂上送風口送入實驗室。新風係統夏季送冷風，過渡季可送自然風，冬季不送風。

通風櫃與房間共用排風係統的特點是：

（1）通過位移傳感器直接控製變頻器，風管內不裝傳感器，避免了傳感器被腐蝕和汙染，在較低成本下實現變風量控製。

（2）通過玻璃櫃門的升降直接調整排風量，控製簡單。

（3）節能效果好，小風量排風時既可省電，又可減少冷、熱量損失。

（4）低速排風時，室內外噪聲降低。

（5）通風櫃櫃門半開至全開時麵風速約為0.5 m/s，櫃門開啟高度小於300 mm時麵風速約為1 m/ s，風速增大。麵風速不穩定。

4.3變風量係統

變風量係統在外企研發實驗室大量應用，僅以國內某生命科學研究所實驗及辦公樓和某出入境檢疫檢驗局大樓采用的是變風量通風櫃控製係統。某生命科學研究所實驗及辦公樓總建築麵積18000 m2。設有變風量通風櫃的通風係統8個，每個係統並聯6台通風櫃，送、排風機均變頻控製，送、排風之間設有空氣熱交換器，回收排風能量 。

某出入境檢疫檢驗局大樓14―19層為實驗室。全樓設有36台通風櫃，排風係統根據走廊、房間和通風櫃的壓力梯度，采用變風量閥和變頻器，控製通風櫃的排風和補風。同時，通風櫃排風經酸霧吸收塔淨化處理後排放。

變風量通風櫃係統的麵風速控製和實驗室環境舒適度較好，但如果按照每台通風櫃麵風速進行變頻控製，則出現風閥頻繁動作、調節滯後、風機振動和噪聲大等現象，實際應用時變頻器往往難以做到無級調節。

4.4無管過濾係統

當實驗規模不大、實驗強度和頻度不高時，無管過濾型通風櫃以安裝簡便、使用靈活、安全節能的特性成為首選。由於無管過濾型通風櫃配裝了分子過濾器、排風機和風速儀，還可以選配亞高效過濾器或高效過濾器，隻要排風中的汙染物能夠被過濾器吸收，出風口汙染物的濃度低於GBZ 2.1-2007、GBZ 2.2-2007中的規定值（PC-TWA、PC-STEL、PC-MAC中的最嚴格值），過濾後的空氣不需排出室外而在實驗室內再循環，運行可以取得顯著的節能效果。同濟大學李強民等人曾經以上海為例，計算一台排風量為2300 m3/h的無管過濾型通風櫃節約的能耗及費用，共節省全年新風耗冷量79207 kWh，全年新風耗熱量34106 kWh，能耗費用55170元。

這種無管過濾係統的淨氣型通風櫃已在中國科學院上海藥物研究所、北京獸藥監察所，北京四環製藥廠等多家單位使用。

5總結

通風櫃排風係統的選擇受到諸多因素影響，應用時需要根據具體情況分析後確定。隻要係統合理，哪種係統都能夠取得令人滿意的使用效果。