實驗室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)

??由于實驗室環(huán)境的特殊性，在進(jìn)行科學(xué)研究時難以避免的會產(chǎn)生些許有毒有害物質(zhì)。為了保證科研人員的身心健康，一般需要設(shè)置通風(fēng)柜、萬向罩、原子罩等局部排風(fēng)設(shè)備或者考慮全面通風(fēng)，并設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)措施。

??一、補(bǔ)風(fēng)原則

??依據(jù)實驗室建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般實驗室房間小通風(fēng)換氣次數(shù)不低于4次/h，污染嚴(yán)重的實驗房間小通風(fēng)換氣次數(shù)取8～12次/h。考慮到科研工作的連續(xù)性，要求所對應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)也需連續(xù)運行，所以需要設(shè)置與排風(fēng)系統(tǒng)相匹配的機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。同時，為了保證送入室內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)對實驗環(huán)境不造成影響，需要對補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行相應(yīng)的過濾、熱濕處理。

??二、補(bǔ)風(fēng)處理

??2.1 補(bǔ)風(fēng)過濾

??室外空氣中含有一定量的灰塵，北方地區(qū)，補(bǔ)風(fēng)中還存在部分沙塵，為了保證送入室內(nèi)的是清潔的新鮮空氣，新風(fēng)送入室內(nèi)之前需經(jīng)過濾處理。

??傳統(tǒng)做法是在補(bǔ)風(fēng)處理機(jī)組內(nèi)設(shè)置兩道過濾器，分別是粗效板式過濾器（G4）和中效袋式過濾器（F7）。為了延長過濾器的使用壽命，在補(bǔ)風(fēng)機(jī)組入口前增設(shè)一個截面風(fēng)速很低的補(bǔ)風(fēng)采集箱，讓大顆粒的粉塵在此沉降，然后再進(jìn)入補(bǔ)風(fēng)機(jī)組進(jìn)行后續(xù)過濾。(實驗室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng))

??由于北方地區(qū)風(fēng)沙大，傳統(tǒng)的過濾器，1周左右就需要跟換，維護(hù)工作量大，維護(hù)成本高，且如果跟換不及時，將影響室內(nèi)補(bǔ)風(fēng)量。鑒于此，可考慮采用易于維護(hù)、阻力低的粗效金屬濾網(wǎng)過濾器加靜電吸附過濾器替換傳統(tǒng)的粗、中效過濾器。替換后的過濾器，當(dāng)阻塞時，可就近水洗，快速吹干后即可重新投入使用。

??2.2 補(bǔ)風(fēng)熱濕處理

??2.2.1夏季

??為了避免送入室內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)，對室內(nèi)溫濕度產(chǎn)生較大影響，根據(jù)項目所處地區(qū)不同，需要對補(bǔ)風(fēng)分別采取不同的熱濕處理方式。

??①室外空氣含濕量大于室內(nèi)空氣含濕量時，可先將補(bǔ)風(fēng)含濕量處理到小于或等于室內(nèi)設(shè)計含濕量，然后再升溫至室內(nèi)設(shè)計溫度。

??②室外空氣含濕量小于室內(nèi)含濕量時，補(bǔ)風(fēng)僅需等濕處理到室內(nèi)設(shè)計溫度即可。

??③室外空氣含濕量適中時，將補(bǔ)風(fēng)處理到室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點的等焓點，然后采用露點送風(fēng)。

??2.2.2冬季

??當(dāng)室外空氣溫濕度低于室內(nèi)設(shè)計溫濕度時，送入室內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)需要經(jīng)過加熱、加濕處理后送入室內(nèi)。

??加熱方式，根據(jù)項目冬季熱源情況，可選用熱水、蒸汽等，除特殊情況外，嚴(yán)禁采用電加熱。

??加濕方式，結(jié)合項目可提供的資源及室內(nèi)設(shè)計要求，選用干蒸汽加濕、電極加濕、電熱加濕、濕膜加濕、高壓微霧加濕等。

實驗室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)

??三、補(bǔ)風(fēng)機(jī)組防凍

??冬季，當(dāng)室外溫度低于0℃時，如果相關(guān)的防凍保護(hù)措施不到位，易造成補(bǔ)風(fēng)處理機(jī)組盤管凍裂，進(jìn)而影響通風(fēng)系統(tǒng)正常使用。

??3.1 基本防凍措施

??①補(bǔ)風(fēng)機(jī)組吸入口處設(shè)置保溫型電動密閉關(guān)斷閥，與補(bǔ)風(fēng)機(jī)組連鎖起停，確保停機(jī)狀態(tài)下無新風(fēng)進(jìn)入補(bǔ)風(fēng)機(jī)組內(nèi)，造成盤管凍裂。

??②補(bǔ)風(fēng)機(jī)組內(nèi)熱水盤管后設(shè)置防凍開關(guān)，當(dāng)防凍開關(guān)測量值小于或等于設(shè)定值時，補(bǔ)風(fēng)機(jī)組自動停機(jī)，保溫型電動密閉關(guān)斷閥連鎖關(guān)閉，且熱水管路上電動調(diào)節(jié)閥閥門開度開到大。

??③補(bǔ)風(fēng)機(jī)組熱水管路上的電動調(diào)節(jié)水閥設(shè)置小開度，從而保證熱水管路上一定的水流速。

??④補(bǔ)風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的采暖設(shè)施，保證機(jī)房內(nèi)溫度在5℃以上。

??3.2 結(jié)合實際情況增設(shè)加強(qiáng)型防凍措施

??①當(dāng)建筑空間、電量有富余時，可在每臺補(bǔ)風(fēng)機(jī)組熱水供回水主管間增設(shè)1臺防凍循環(huán)水泵，根據(jù)測量回水管道內(nèi)的水壓力，進(jìn)行水泵流量調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證熱水管道內(nèi)的水流速始終大于等于1m/s。

??②當(dāng)采用集中高溫?zé)嵩磿r，可在熱力入口處增設(shè)1臺板式換熱機(jī)組，將集中熱源與補(bǔ)風(fēng)機(jī)組用熱水分開，在二次側(cè)管路內(nèi)充注一定質(zhì)量濃度的乙二醇溶液，從而避免盤管凍裂。

??四、節(jié)能措施

??4.1 主機(jī)冷凝熱回收

??對送風(fēng)參數(shù)控制嚴(yán)格的場合且需新設(shè)冷熱源時，可通過選用熱回收型冷熱水機(jī)組，在制冷的同時，產(chǎn)生再熱水，用于補(bǔ)風(fēng)再熱。為了保證熱水的質(zhì)量，通常設(shè)置一個蓄水箱，用于儲存主機(jī)產(chǎn)生的熱水。

??4.2 新風(fēng)熱回收

??當(dāng)項目處于夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)時，夏季，如果補(bǔ)風(fēng)處理不當(dāng)，易造成實驗室內(nèi)相對濕度過大，甚者房間內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，進(jìn)而影響科學(xué)研究。為了保證室內(nèi)環(huán)境滿足設(shè)計要求，通常需要對補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行除濕處理。當(dāng)項目有廢熱可供利用時，可利用免費的能源對補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行除濕再熱。若項目無相關(guān)的資源，可通過采用新技術(shù)、新產(chǎn)品獲取“免費"的熱源再熱補(bǔ)風(fēng)。目前采用的技術(shù)是在補(bǔ)風(fēng)空調(diào)機(jī)組內(nèi)增設(shè)一道U型除濕三維熱管，包裹表冷器前后，利用熱管內(nèi)充注的環(huán)保型冷媒的相變，實現(xiàn)能量的“搬運"。

??先，室外高溫高濕的補(bǔ)風(fēng)經(jīng)過表冷器前的熱管，利用熱管對其進(jìn)行預(yù)冷，同時將熱量轉(zhuǎn)移到表冷器后的熱管。

??然后，經(jīng)過預(yù)冷后的補(bǔ)風(fēng)，再通過表冷器進(jìn)行深度除濕。

??后，經(jīng)過深度除濕后的補(bǔ)風(fēng)，又經(jīng)過表冷器后的熱管再熱，達(dá)到設(shè)計送風(fēng)狀態(tài)點，同時將補(bǔ)風(fēng)中的冷量“搬運"至表冷器前的熱管，以便對補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷。

??通過設(shè)置U型三維熱管，可以利用免費的能源對補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷和再熱，滿足室內(nèi)濕度要求，節(jié)能60%左右。

??4.3 排風(fēng)熱回收

??夏季室內(nèi)外溫差在10℃左右，冬季室內(nèi)外溫差甚者達(dá)到40℃，節(jié)能潛力巨大。在保證、無交叉污染的前提下，選用的熱回收裝置回收排風(fēng)中的能量，用于預(yù)冷或預(yù)熱補(bǔ)風(fēng)。

??4.3.1 三維熱管熱回收

??隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，三維熱管的泄漏率不斷降低，換熱效率不斷提高，對于設(shè)置補(bǔ)風(fēng)空調(diào)機(jī)組的項目，通常在補(bǔ)風(fēng)機(jī)組入口處與排風(fēng)機(jī)組入口處設(shè)置一臺三維熱管熱回收器，利用熱回收器內(nèi)的制冷劑相變實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。

??夏季，室內(nèi)排出的低溫空氣，經(jīng)過三維熱管熱回收器，將熱回收器內(nèi)的制冷劑，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，然后液態(tài)的制冷劑利用重力流，流至補(bǔ)風(fēng)側(cè)。液態(tài)制冷劑遇到高溫的室外風(fēng)，液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，吸收熱量，實現(xiàn)預(yù)冷，同時氣態(tài)制冷劑又流至排風(fēng)側(cè)，重新進(jìn)行循環(huán)。

??冬季，管路布置與夏季一致，但制冷劑相變過程與夏季正好相反。

??4.3.2 乙二醇熱回收

??在一些項目中，補(bǔ)風(fēng)空調(diào)機(jī)組位于樓層內(nèi)，而排風(fēng)機(jī)組位于屋面，如果采用三維熱管熱回收，需要借助風(fēng)管將經(jīng)過預(yù)冷或預(yù)熱的補(bǔ)風(fēng)引入補(bǔ)風(fēng)空調(diào)機(jī)組內(nèi)。鑒于乙二醇水溶液的密度比空氣大，輸送同樣能量時，水管路占用的建筑空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于風(fēng)管路占用的建筑空間。所以采用分體式熱回收機(jī)組，即在補(bǔ)風(fēng)空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)置一道補(bǔ)風(fēng)乙二醇熱回收裝置，在排風(fēng)機(jī)入口處設(shè)置一道排風(fēng)乙二醇熱回收裝置，兩個熱回收裝置之間通過無縫鋼管相連，管路內(nèi)充注一定質(zhì)量濃度的乙二醇水溶液，通過循環(huán)水泵，將排風(fēng)中的冷/熱量轉(zhuǎn)移至補(bǔ)風(fēng)中，實現(xiàn)節(jié)能。

??4.4 變風(fēng)量控制系統(tǒng)

??4.4.1 末端變風(fēng)量風(fēng)閥控制

??每臺排風(fēng)柜均設(shè)置一套變風(fēng)量閥門控制系統(tǒng)，含一顆壓力無關(guān)型變風(fēng)量閥門、一個門高傳感器、一個閥門控制器。當(dāng)排風(fēng)柜柜門移動時，門高傳感器會產(chǎn)生一個電阻信號，傳送至閥門控制器，閥門控制器根據(jù)設(shè)定好的程序，進(jìn)行變風(fēng)量閥門風(fēng)量調(diào)節(jié)，從而保證排風(fēng)柜的面風(fēng)速始終恒定在0.5m/s±0.1m/s。

??由于排風(fēng)柜風(fēng)量在變化，如果補(bǔ)風(fēng)量不變的話，那么存在當(dāng)排風(fēng)量降到一定程度時，實驗房間內(nèi)會出現(xiàn)正壓，將實驗產(chǎn)生的有毒有害氣體泄露出來。鑒于此，在設(shè)置變風(fēng)量排風(fēng)閥的房間補(bǔ)風(fēng)支管上設(shè)置一套與排風(fēng)變風(fēng)量閥門相匹配的壓力無關(guān)型變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)閥，跟隨排風(fēng)閥門變化而變化，保證實驗房間內(nèi)始終為負(fù)壓狀態(tài)。

??4.4.2 風(fēng)機(jī)變頻控制

??末端風(fēng)量在不停的變化，需要對應(yīng)的風(fēng)機(jī)也能夠滿足末端風(fēng)量變化需求，即要求選用的風(fēng)機(jī)電機(jī)為變頻電機(jī)。風(fēng)機(jī)變頻控制方式通常采用成熟的定靜壓模式，即在管路上，設(shè)置一個靜壓傳感器，實時監(jiān)測管道內(nèi)的壓力，與設(shè)定值比較。如實測壓力值大于設(shè)定值時，將信號傳給控制器，控制器控制風(fēng)機(jī)降低頻率運行，減小管道壓力；如實測壓力值小于設(shè)定值時，將信號傳給控制器，控制器控制風(fēng)機(jī)升高頻率運行，增加管道壓力。

??4.5 全新風(fēng)運行

??當(dāng)室外新風(fēng)焓值低于室內(nèi)排風(fēng)焓值時，可考慮直接利用補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行實驗房間降溫，節(jié)約能耗。

??五、結(jié)束語

??實驗室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到室內(nèi)空氣質(zhì)量、科研人員身心健康及后期的運行維護(hù)費用等。所以，一個的設(shè)計方案，需要設(shè)計師在實驗室通風(fēng)空調(diào)設(shè)計過程中，嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行合理計算、科學(xué)選型、積極采用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝、新材料。