摘要：通風(fēng)系統(tǒng)引起的空調(diào)補(bǔ)風(fēng)能耗在實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗中占較大比例，是實(shí)驗(yàn)室最具節(jié)能潛力的部分。按照我國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情，從各地項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)條件出發(fā)，選用合理的實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采取靈活適用的空調(diào)冷熱源方案，研究實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，是較大幅度地減少實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)能耗的一些方法，目的是從總體上降低實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗。同時(shí)，排風(fēng)柜自循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的排風(fēng)柜形式，其在新風(fēng)能耗方面的節(jié)能潛力優(yōu)勢(shì)明顯，值得進(jìn)一步研究及推廣。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；通風(fēng)空調(diào)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
有資料表明，一個(gè)完全滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室規(guī)范及人員舒適性要求的實(shí)驗(yàn)室，其單位面積的空調(diào)負(fù)荷明顯大于一般的辦公室需求，有些實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)負(fù)荷（制冷）實(shí)際需求甚至超過(guò)300w/m2，遠(yuǎn)大于甲級(jí)辦公樓的負(fù)荷值。因此，如何在工程設(shè)計(jì)上有效降低實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗，為用戶(hù)帶來(lái)客觀的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省，有其探討價(jià)值。
一、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)
1實(shí)驗(yàn)室概況及環(huán)境要求
本建筑內(nèi)質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)室位于2層，環(huán)保實(shí)驗(yàn)室、樣品室位于3層，室內(nèi)布置有臺(tái)式通風(fēng)柜、萬(wàn)象抽氣罩、安全柜及烤箱架等需要通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施；根據(jù)業(yè)主方的要求，實(shí)驗(yàn)室及樣品室的濕度均要求在50%，質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間實(shí)驗(yàn)室及環(huán)保實(shí)驗(yàn)室有恒溫要求。實(shí)驗(yàn)室及樣品室均要求為室內(nèi)負(fù)壓，負(fù)壓數(shù)值無(wú)需準(zhǔn)確控制。
2實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)
2.1實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室的安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)先進(jìn)性與安裝使用維護(hù)的便利。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)必須保證工作人員的安全和健康，即需保證排風(fēng)柜入口合適的面風(fēng)速，送排風(fēng)閥的快速啟動(dòng)及風(fēng)機(jī)風(fēng)量的匹配，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相對(duì)于建筑其他區(qū)域一定為負(fù)壓，回風(fēng)不可利用，全新風(fēng)，并保證室內(nèi)最小的換氣次數(shù)。據(jù)以上原則，本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)樓根據(jù)樓層布局采用獨(dú)立的空調(diào)新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)和獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室每個(gè)排風(fēng)柜為變風(fēng)量排風(fēng)，保持其入口平均面風(fēng)速隨著柜門(mén)開(kāi)度的變化快速反應(yīng)。在安全柜等排風(fēng)設(shè)備為定風(fēng)量排風(fēng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體情況，可能配置變風(fēng)量或定風(fēng)量室內(nèi)輔助排風(fēng)閥從吊頂上排風(fēng)。通過(guò)這些排風(fēng)控制閥，既保證了通風(fēng)設(shè)備的正常工作，又能滿(mǎn)足室內(nèi)換氣次數(shù)的要求。
考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際需要和使用情況，配置有變風(fēng)量閥的通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置2個(gè)開(kāi)關(guān)：緊急排風(fēng)工況開(kāi)關(guān)和夜間工況開(kāi)關(guān)。在緊急排風(fēng)工況時(shí)，排風(fēng)柜的排風(fēng)量始終保持最大排風(fēng)量，而無(wú)論柜門(mén)處于什么樣的位置。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有藥品試劑打翻等緊急情況下，或某臺(tái)排風(fēng)柜需要大量排風(fēng)時(shí)，可以置于此種工況。當(dāng)晚上下班后可置于夜間工況，關(guān)閉房間送風(fēng)及排風(fēng)柜的排風(fēng)，維持實(shí)驗(yàn)室最小風(fēng)量排風(fēng)，節(jié)約能耗。
2.2實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)量確定
下面以車(chē)間實(shí)驗(yàn)室為例進(jìn)行說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室風(fēng)量的確定。車(chē)間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有2臺(tái)排風(fēng)柜，1臺(tái)安全柜（排風(fēng)量為180m3/h）。
1）實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓控制。
為防止實(shí)驗(yàn)室的氣體擴(kuò)散到周?chē)鷧^(qū)域，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需保持負(fù)壓，也就是說(shuō)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)總排風(fēng)量應(yīng)始終大于送風(fēng)量。實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓就由2臺(tái)通風(fēng)柜排風(fēng)，1臺(tái)安全柜排風(fēng)，1臺(tái)房間送風(fēng)閥送風(fēng)和自然滲透風(fēng)之間的平衡來(lái)保證。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)送排風(fēng)量差為2次換氣次數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)量時(shí)，室內(nèi)負(fù)壓約為-5Pa。該實(shí)驗(yàn)室面積為25m2，層高為3m，2次換氣次數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)量為：ΔV=25×3×2=150m3/h。
室內(nèi)送排風(fēng)量差確定為150m3/h時(shí)，門(mén)窗關(guān)閉時(shí)室內(nèi)負(fù)壓通過(guò)自然滲透可維持在-5Pa左右。實(shí)際上由于門(mén)窗的縫隙和吊頂?shù)拿芊庑砸约暗蹴斏戏块g與走廊的隔墻的密封性差異，維持-5Pa的負(fù)壓可能需要不同于150m3/h的風(fēng)量差，這個(gè)問(wèn)題可以在調(diào)試時(shí)再根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定風(fēng)量差加以解決。
2）實(shí)驗(yàn)室總排風(fēng)量的確定。
排風(fēng)柜最大排風(fēng)量：排風(fēng)柜規(guī)格為（面長(zhǎng)×高度×深度）：1.2m×2.4m×0.85m。柜前有人操作時(shí)面風(fēng)速可選0.5m/s，柜門(mén)拉起開(kāi)度取0.7m，此時(shí)為排風(fēng)柜最大排風(fēng)量。
柜門(mén)最大開(kāi)口凈面積為：A排=1.2×0.7=0.84m2。
排風(fēng)柜最大排風(fēng)量：V柜max=A排×0.5×3600=1512m3/h。
排風(fēng)柜最小排風(fēng)量：V柜min=300m3/h。
室內(nèi)排風(fēng)量除了要考慮實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)備的需要，還要考慮實(shí)驗(yàn)室日間工作工況最小換氣次數(shù)12次/h的室內(nèi)排風(fēng)量要求。
室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最大排風(fēng)量：V室max=2×1512+180=3204m3/h。
室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最小排風(fēng)量：V室min=2×300+180=780m3/h。
室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量：V室reduce=25×3×2=150m3/h。
室內(nèi)日間工作工況，按照室內(nèi)最小換氣次數(shù)12次/h確定排風(fēng)量，最小排風(fēng)量為900m3/h。當(dāng)通風(fēng)柜處于最小排風(fēng)量時(shí)，房間的總排風(fēng)量780m3/h，不能滿(mǎn)足最小換氣次數(shù)的要求，需要加裝室內(nèi)輔助排風(fēng)，輔助排風(fēng)量設(shè)為120m3/h。
加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最大排風(fēng)量：Vmax=2×1512+180+120=3324m3/h。加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最小排風(fēng)量：Vmin=2×300+180+120=900m3/h。
室內(nèi)夜間工況，關(guān)閉輔助排風(fēng)及通風(fēng)柜排風(fēng)，保留安全柜排風(fēng)，用以保證室內(nèi)負(fù)壓，因此室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量：Vreduce=180m3/h。
3）實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量的確定。
此系統(tǒng)為變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)室內(nèi)總排風(fēng)量確定，為維持室內(nèi)負(fù)壓，本實(shí)驗(yàn)室取送排風(fēng)量差為150m3/h。
室內(nèi)日間工作工況時(shí)，根據(jù)送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為：
室內(nèi)最大送風(fēng)量：V送max=3324-150=3174m3/h。
室內(nèi)最小送風(fēng)量：V送min=900-150=750m3/h。
室內(nèi)夜間工況時(shí)，根據(jù)送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為：
室內(nèi)夜間工況送風(fēng)量：V送reduce=0m3/h。
2.3系統(tǒng)功能介紹
變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)安裝這些設(shè)備后，可分成日間工作工況變風(fēng)量運(yùn)行、緊急運(yùn)行工況及夜間運(yùn)行工況定風(fēng)量運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)間，排風(fēng)柜排風(fēng)控制器保證排風(fēng)柜合適的面風(fēng)速，能迅速跟蹤排風(fēng)柜門(mén)位置和門(mén)前空氣流動(dòng)阻擋物自動(dòng)調(diào)整排風(fēng)量。室內(nèi)安全柜排風(fēng)及輔助排風(fēng)采用完全開(kāi)啟、定風(fēng)量運(yùn)行，保證實(shí)驗(yàn)室最小換氣次數(shù)不低于12t/h。室內(nèi)送風(fēng)量始終保持比排風(fēng)量少150m3/h，送風(fēng)系統(tǒng)能根據(jù)控制系統(tǒng)獲得所有排風(fēng)設(shè)備的排風(fēng)量，通過(guò)風(fēng)量差限定計(jì)算送風(fēng)量，在1s內(nèi)跟隨排風(fēng)柜排風(fēng)量相應(yīng)調(diào)整送風(fēng)量，從而保證室內(nèi)負(fù)壓的穩(wěn)定。
二、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)設(shè)計(jì)
1溫度控制
質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室及樣品室均采用獨(dú)立全新風(fēng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)及獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng)，質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間實(shí)驗(yàn)室同時(shí)選用一套多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷熱負(fù)荷。環(huán)保實(shí)驗(yàn)室采用一臺(tái)分體空調(diào)器負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷熱負(fù)荷。新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)采用組合空調(diào)機(jī)組，在主風(fēng)管上設(shè)溫度傳感器，送風(fēng)溫度為室內(nèi)溫度（23±1）℃，送風(fēng)溫度控制通過(guò)控制冷熱盤(pán)管的冷熱水進(jìn)管上的電動(dòng)二通閥開(kāi)度調(diào)整冷熱水量實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立全新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)的冷熱源采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組，機(jī)組設(shè)在實(shí)驗(yàn)室的屋頂上，夏季供回水溫度為7℃～12℃，冬季供回水溫度為40℃～45℃。室內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)備人發(fā)熱的冷熱負(fù)荷由多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)及分體空調(diào)器負(fù)擔(dān)，根據(jù)計(jì)算，選用合適的機(jī)型。
2濕度控制
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員不多，且無(wú)大量散濕設(shè)備，因此室內(nèi)主要濕負(fù)荷為新風(fēng)濕負(fù)荷，當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時(shí)的相對(duì)濕度不小于50%時(shí)，新風(fēng)由新風(fēng)空調(diào)機(jī)組設(shè)有的表冷段進(jìn)行減濕處理。當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時(shí)的相對(duì)濕度小于50%時(shí)，根據(jù)業(yè)主要求（室內(nèi)相對(duì)濕度不大于50%），因此不需要加減濕處理。
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