实验室通风的目的和要求

 实验室通风与舒适性空调系统的通风设计要求不同，主要目的是提供安全、舒适的工作环境，减少人员暴露在危险空气下的可能。通风主要解决的是工作环境对实验人员的身体健康和劳动保护问题。

 实验室通风要求新风全部来自室外，然后100%排出室外，通风柜的排气不在室内循环。化学实验室换气要求每小时大于10次，物理实验室每小时大于10次，实验室无人时换气可减少为6次。实验室通风柜设计数量要足够，并且不作为唯一的室内排风装置，仪器室或产生危险物质的仪器上方设局部排风系统

 实验室的补风一部分来自空调系统直接送入实验室的新风，这部分新风根据实验室排风量的变化而变化；另一部分通过空调系统送入非实验室区域的走道、房间再通过实验室的门缝补给。实验室的负压通过送、排风风量和送排风口的布置来实现，气流组织从办公、管理用房、内走道、到产生危险物质的实验房间。通风柜的位置布置在远离空气流动、紊流大的地方，远离行走区域和空气新风区。新风从远离通风柜的方引入，空气流动路径远离通风柜

 通风柜的类别

 建设现代化的实验室是个综合的系统工程。在装备各种仪器设备及其配套设施的同时，既要考虑供电、给水、排水、送风、排风、净化、排污等要求，还要考虑到对人员、物体、周边环境的安全性，噪音、异味、视觉环境的舒适性，仪器设备的可操作性、功能性，以及信息处理的便捷性。因此，现代化的实验室必须有最佳的设计和高品质的设备去满足在现代化实验室设备中有通风柜、中央实验台、边台、药品柜、器皿柜、气瓶柜等，其中通风柜是生化实验室设备中担负着十分重要的功能，是必不可少的设备。因此，选择通风柜是实验室建设中的重要问题，必须引起足够的重视。

 通风柜按照排风方式分类：分为上部排风式、下部排风式和上下同时排风式三类。为保证工作区风速均匀，对于冷过程的通风柜应采用下部排风式，对于热过程的通风柜采用上部排风式，对于发热量不稳定的过程，可在上下均设排风口随柜内发热量的变化调节上下排风量的比例，从而得到均匀的风速。

 通风柜按照进风方式分类也分三类。通过室内进风在柜内循环后排出室外称为全排风式，这是应用非常广泛的一种类型。当通风柜设置于采暖或对温湿度有控制要求房间时，为节省采暖，空调能耗，采用从室外取补给风在柜内循环后排出室外的方式称为补风式通风柜。再一种就是变风量控制式的通风柜。普通的定风量系统需要人工调整固定叶片的风阀，调节通风柜的排风量，当调节阀门到某一角度时达到希望的面风速。变风量控制是通过调节阀门的传感器改变风量达到给定的面风速，当然标准式成本低、变风量成本高，适用于要求精度高的场合。

 通风柜按照使用状态分类可分为整体式下部开放式、落地式、两面式、三面玻璃式、桌上式、连体式以及根据不同实验使用需要而设计的对放射性实验的、对合成实验的，对过氯酸实验的专用通风柜。

 通风柜的主要功能

 通风柜的功能中最主要的是排气功能，在化学实验室中，实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质，为了保护使用者的安全，防止实验中的污染物质向实验室扩散，在污染源附近要使用通风柜。

 以往通风柜使用台数较少，只在特别有害且危险的气体及产生大量热的实验中使用。通风柜只担负实验台的辅助功能。近年来考虑到改善实验环境，在实验台上进行的实验逐渐转移到通风柜内，这就要求在使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体，保护实验人员的健康，也就是说要有高度的安全性和优越的操作性，这就要求通风柜应具有如下功能：

 （1）释放功能：应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式，使其稀释后排至室外的机构。

 （2）不倒流功能：应具有在通风柜内部由排风机产生的气流将有害气体从通风柜内部不反向流进室内的功能。为确保这一功能的实现，一台通风柜与一台通风机用单一管道连接是最好的方法，不能用单一管道连接的，也只限于同层同一房间的可并联，通风机尽可能安装在管道的末端（或屋顶处）。

 （3）隔离功能：在通风柜前面应具用不滑动的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。

 （4）补充功能：应具有在排出有害气体时，从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。

 （5）控制风速功能：为防止通风柜内有害气体逸出，需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有：实验内容产生的热量及与换气次数的关系。其中主要的是实验内容和有害物的性质。通常规定，一般无毒的污染物为0.25―0.38m/s，有毒或有危险的有害物为0.4―0.5m/s，剧毒或有少量放射性为0.5―0.6m/s,气状物为0.5m/s,粒状物为1m/s。为了确保这样的风速,排风机应有必要的静压，即空气通过通风管道时的摩擦阻力。确定风速时还必须注意噪音问题,通过空气在管道内流动时以7―10m为限，超过10m将产生噪音，通常实验室的噪声（室内背景噪声级）限制值为70dB(A)，增加管道裁面积会降低风速，也就降低噪音，考虑到管道的经费和施工问题，必须慎重选择管道及排风机的功率。

 （6）耐热及耐酸碱腐蚀功能：通风柜内有的要安置电炉，有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。通风柜的台面，衬板、侧板及选用的水咀、气咀等都应具有防腐功能

 气体排放处理

 由于实验室气体排放中存在着很多有毒和酸碱腐蚀性极强的气体，所以在排入大气前要对气体进行过滤处理，通常情况下：酸性气体选用立式酸雾塔；有毒和有机气体选用光学催化净化箱。两种设备分别安装在排风系统末端，立式酸雾塔安装在风机的正压段，光学催化净化箱安装在风机负压段。动物房的气体经过初效和中效过滤后，直接排入大气，但在排风口处做高压喷射流处理，喷射高度在3米以上。

 实验室通风系统设计方法

 综上所述，实验室通风系统对设备（特别是通风柜）是有一定标准和要求的。抛开设备因素，单纯从系统设计上考虑，实验室通风空调系统的设计要考虑以下几个主要因素：

 （1）保证实验室的安全性，保证一定数量的换气次数；

 （2）解决实验室通风系统负压的设计和系统控制；

 （3）在满足换气次数和全新风条件下，控制能耗。

 （4）系统稳定可靠。

 实验室通风设计采用以下步骤和方案：

 （1）实验室根据工艺要求和功能布置选择一定数量的通风柜，有的还兼有部分局部排风罩。通常校核下来换气次数远远大于10次，一般在20-30次以上，满足换气次数要求。但是此换气次数是按照通风柜最大开启面积计算的通风量，资料和经验表明100通风风柜99%的时间只有18个或更少的人在使用。故还应校核通风柜最小开启面积时的通风量和换气次数，若小于换气次数要求，则增加综合排风系统。

 （2）实验室通风采用全新风系统，通风柜的排气不在室内循环。由于实验室要求房间相对其他辅助区域为负压。所以实验室的新风量设计为排风量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新风送至实验室辅助房间、办公、管理用房、内走道等，再由门窗缝隙补充到房间。

 （3）通风柜的风量平衡可以采用定风量控制系统，即排风量恒定，送风量和门窗缝隙补充风量恒定。此方法适用于最大排风量满足最小换气次数要求的实验室。

 （4）对于排风量远大于最小通风量要求的房间还可以采用两段式通风控制系统保证风量平衡，即根据通风柜的位移信号，排风机、送风机有2种送风工况，低风量工况应用于维持最小换气次数的要求，节约能耗。此情形采用了变风量控制系统。通风柜风量变化时，排风量也会相对变小，此时要求放置在屋顶的排风机随着通风柜柜门的位置变化而变频，降低风量，保证通风柜面风速恒定。同时自控系统改变全新风风机的频率，降低风量，维持负压平衡。变风量系统可以降低系统能耗。系统最大、最小换气次数接近则考虑采用定风量系统，使得系统简单，降低初投资。

 通风系统除上文所述对通风柜有特殊要求外，对其他设备和控制系统也有一定的要求和标准。通风柜的选择除满足排风和捕捉能力外，还要注意需要根据调节门移动而立即改变风量，维持表面风速的恒定。笔者建议系统风量的测定和控制以柜门位移为信号而不是测定表面风速来测定。实验室压力控制和最小通风量的控制除了设备选型因素以外，通风系统设计和控制系统是关键因素，要保证系统的反应时间要足够短（<1秒），通风系统不平衡会导致通风柜排风和捕捉能力散失，气流流出实验室，建筑物内压力不稳定。

 还有一点要注意的是系统应该是压力变化无关型的，即系统风量的变化不会因为风管内静压的变化而使得反应时间缓慢影响系统流量的精确性。压力相关型的系统也会造成系统流量设备无法精确控制，缓慢的反应时间会让送排风设备产生震荡，速度不稳定会有大量的平衡问题存在，波动的送、排风系统使气流平衡复杂化，从而自控系统无法实现调节功能。

 所以，系统首先监测的是通风柜的状态，接受调节门感应器信号后可以计算调节门面积（风量），此时向（压力无关型）阀门送出风量控制信号，调节阀门的开度，送风量跟随排风量即刻变化，送排风机变频调节送风量。

 结论

 上述介绍了实验室通风设计的目的，实验室通风柜的的要求和功能，排放气体的处理方法和实验室通风系统设计方法。实验室的通风设计首要解决的问题是安全性问题，通风柜的捕捉集尘能力要符合一定的标准和规定，气流方向为流向实验室，实验室要随时保持负压。实验室通风设计还要考虑到为实验人员创造一个舒适的工作环境，解决温度、气流、噪音的问题，同时要保证最低的能源消耗，系统稳定，容易控制，易于操作管理。简而言之就是要从安全、舒适、节能、可靠运行方面进行设计。

安全

 您的实验室安全吗？

 实验室的通风效果会严重地影响工作人员的长期身体健康。作为长期工作在实验室的医院，您可曾问过以下问题：

·如何知道您的实验室是否安全？

·通风柜的安全面风速是多少？

·在操作时能否知道通风柜的任一时刻的实际面风速值？

·有无监测及报警系统？

·出现通风故障时，有无紧急处理措施？

 当您不能全部回答以上问题时，那就说明您的实验室以及处在危险中了！

 经权威机构的抽样调查，目前国内80%以上的实验室存在着通风安全隐患！

实验室危害种类

 根据美国制程安全管理标砖（OSHAPSM），工作场所潜在的危害可分为化学性危害、生物性危害、生产环境危害（物理性），此三种危害对人的传播途径主要为直接接触和呼吸道吸入两种，其中以呼吸道吸入最难以防护，这点尤其以实验室工作环境为突出，据统计：1949年，美国Sulkin.Pike调查统计22例滤过性病毒感染者，至少有三分之一的病毒传染来源于处理传染动物过程中。1974年，美国Harring&Shainnon：实验室人员肝炎发生率为一般人的7倍，肺结核为一般人的5倍。1996年，新的统计表明80%的浮尘传染安全发生在相关的实验室工作人员中。

化学性危害

通常以空气悬浮物的形式散布于空气中，可通过呼吸进入人体内，长期积蓄在体内会导致慢性疾病，或短时间大剂量而引起急性中毒。主要有以下五种形式：有机溶剂。重金属、粉尘、挥发性试剂、特定化学物质、缺氧。

常见于化工、食品、医药、科研、检测等化学工作环境。

生物性危害

指任何有生命之物质会引起伤害或疾病之病原体，对人体产生感染、过敏、中毒等现象。

生物的危害主要途径为：动物、植物、微生物（病毒、细菌、真菌、藻类、原生动物）。常见于生物安全实验室、动植物房、隔离房等工作环境。

工作环境危害（物理性）

大多以不同形式之能量或少量物质传播于环境中，而引起暴露于该工作环境的工作者或生产物质之危害。存在于环境的危害主要包括：噪音、辐射、光线、温度、湿度、灰尘、杂志、工业废气。常见于物理、电子、净化间、工业车间等工作环境。

如何保障实验室安全？

 安全是保证实验室管理及使用者们最大的挑战，不仅是实验室的工作人员，所有建筑内的人员都应要求享有对实验室的有毒物质的保护措施，降低实验室人员暴露在有害气体中的伤害。

安全因素可以细分为保障实验室内操作人员安全以及实验室周边环境安全两个部分。专业的实验室通风设计应有效地牵制实验室内有害物质的排放流向，以保证工作人员的健康，为实验室工作者提供一个舒适、安全的工作环境。

 新魅XMLAB气流控制系统为客户提供了整套的系统解决方案，与传统控制方案相比，主要通过两个方面的精确控制来实现实验室的安全保障：

①实验室内操作人员安全

直接的测量显示

面风速检测仪持续地检测通风柜的实际风速值，并以直观的数字进行显示，以便于操作者随时掌握通风的状态，提高了通风柜的操作安全。

时刻监控通风柜效果

移动柜门和操作者在通风柜前的移动等因素引起的通风柜面风速的变动，通过精密传感器的监控在瞬间将面风速恢复在设定值范围内，维持面风速保持在最佳状态，防止了因气流变化导致的有毒气体溢出。

安全报警

如果面风速超出安全范围，声音及报警灯将报警。

 

紧急排放

在遇到试剂瓶倒塌或其他紧急状况而产生大量烟雾时，可以操作监控器上的紧急启动键，保证烟雾在最短的时间内排放出，防止意外发生

网络监控

面风速控制面板，可与电脑联机，安装新魅XMLAB为客户定制的控制程序，在电脑上可随时检测任一时刻的通风状态，并可对通风数据进行存档。

②实验室周边环境安全

 已经散布到实验室房间内的有害气体，绝对不允许再扩散到其它的房间。实验室控制系统是建筑内排风控制的第二道防线。因此，实验室的安全管理标准应为维持实验室的房间空气对比周围为负压，以确保化学气体不能扩散到其它地方。

 传统实验室的排风与补风通常为两个单独的系统，没有任何关联性。当通风柜关闭或排风量减少时，室内很容易形成正压（相对室外）。新魅XMLAB房间压差控制系统将实验室内排风与补风实现一体化控制，通过实时监控任一时刻的压差值，保证了周边环境的安全。它具有以下特点：

直接的压差显示

 压差控制器持续监测房间的实际压差值，并以直观的数字进行显示，以便于实验室操作人员随时掌握室内压差的状态，提高了实验室周边环境的安全系数。

时刻监控压差状态

 室内排风和房间补风及门窗开关等因素引起的房间压差的变动，通过精密传感器的监控在瞬间将房间压差恢复在设定值范围内，维持压差保持在最佳状态，防止了因气流变化导致的有毒气体的溢出。

安全报警

 如果房间压差超出安全范围，声音及报警灯将报警。

紧急处理

 当门处于关闭状态时，系统会自动将房间补风调至设定的风量值，保证房间处于负压。

舒适

 实验室的环境直接影响工作人员的工作效率和身体健康。作为长期工作在实验室的一员，您可曾关心过以下问题：

·您有一个舒适的工作环境吗？

·您在实验室内或过道里会闻到很强的气味吗？

·您是否有一个安静的环境让您工作与思考？

·您是否有一个适当的温湿度环境让你长时间地工作？

·您是否有时会觉得胸闷、头疼，感觉没有足够的新鲜空气？

 舒适的工作环境是工作效率的保证，舒适就是保证实验室合适并且稳定的温湿度，气流稳定无噪音无异味，蛋是传统的实验室大量的排风必然造成实验室的噪声，同事使市内的冷/热量大量流失，直接影响工作环境的温湿度。因此，要保证一个舒适的实验室环境，关键在于控制！

 新魅XMLAB气流控制系统通过引入一下两个方面的全新技术概念，为您的实验室打造一个舒适的工作环境：

 ①整体的规划

 实验室的通风不仅仅是在局部的几个设备上装入排风系统就可以达到安全舒适的环境效果，房间内的整体大环境才是最终控制的目标。因此必须将空调、新风、设备排风、房间排风、室外的风机排放及处理相结合，综合控制才能创造理想的室内环境。

 ②技术参数的控制

 不只是接入风机和管道以达到最大风量排放，就能实现舒适的环境，各项技术参数的设计、控制、检测才能保障房间的安全、舒适。控制参数包括：

 ·温度

 ·湿度

 ·通风设备的风速、风量（过大的风量造成的空气乱流、涡流，高速噪音以及高能源消耗等）

 ·房间压差

 ·房间的换风次数

 ·噪音

 ·各种有毒、有害气体及细菌、微生物的控制与处理。

节能

 早能源问题越发紧张的今天，作为实验室管理者，您可曾关心过以下问题：

 ·您了解实验室的通风会消耗多少能源吗？

 ·即使有远大于办公室的空调，您的实验室是否存在冬冷夏热的现象？

 ·通风、空调系统的运行及维护是否是一项很大的支出？

 实验室节能的紧迫性与可行性：

♦ 通常的商用建筑物，为了节约能耗，采用的仅仅是15%的新风，而且建筑物是每周5天，每天10小时的运作。而对于实验室，采用的往往是1005新风，每周5-7天，每天运作10~24小时运作。根据跳车统计，实验室的平均通风消耗是同样面积办公室的5倍！

♦ 响应国务院关于实现”十一五期间实现单位GDP能耗低于20%左右的约束性目标“的节能指标，在选用节能产品时能得到政府的相关补贴。

♦ 变风量（Variable Air Volume）通风系统于20世纪60年代起源于美国，直到1973年西方石油危机之后，能源危机推动了变风量系统的研究和应用，此后20年中不断发展，如今已经成为国际实验室通风系统的主流。

 因此专业的实验室通风建设不仅应为实验室工作者提供一个舒适、安全的工作环境；同时应有效地利用资源解决实验室通风问题造成的大量能源消耗。

 如何实现实验室节能排放呢？

新魅公司将国际最先进的气流控制产品引入中国，为客户量身打造国内现阶段最好的实验室节能减排解决方案。

① 通风柜排风量的适应性控制

 通风柜是实验室排风的主体，是导致室内冷/热量流失的最关键因素。根据通风柜的不同使用状态：白天和夜间，操作与非操作等不同状态，通过感应区探头及调节门感应器对排风量进行适应性控制，在保证恒定的安全面风速的同时，实现最小的排风量，以确保最佳的节能效果。

 ②新风系统送风量的适应性控制

 由于采用变风量控制方式，最大限度的降低了不必要气体的排放，为室内节约了大量的冷/热源，同时通过房间压差的控制，使房间送风量也随着降低，随着系统总风量的减少，风机电能也相应减少，实现了节能的效果。

 ③维护与使用成本的降低

变风量系统使风机能够以最低的频率运转，减少对风机零配件的损耗，降低电能的损耗，同时延长风机的寿命。

案例：

通风柜：1800mm×6台，面风速0.5米/秒。

每小时排放量

使用传统排风方式时：平均排风量为2000立方米/小时。

使用变风量排风方式时：最大排风量为2000立方米/小时。

          最小排风量为300立方米/小时。

工作时间

通风柜开启时间：10小时。

工作人员在通风柜前工作状态：2小时/天。

每天排风总量

使用传统排风方式时排风总量：20000立方米/小时

使用变风量排风方式时排风总量：2000立方米/小时×2小时+300立方米/小时×8小时=6400立方米/天。

结论：通风柜采用新魅的VAV变风量排风系统时节约70%的风量（13600立方米/天）。

灵活、易维护

 过于复杂的系统，往往需要定期维护，维护程序复杂并且费用高。气流控制系统功能强大、操作简单可靠，不需定期维护，为客户节省大量维护费用。同时在系统设计时已充分考虑日后的改造和扩建，使得通风柜等设备的更新、移位、增加、实验室压力极性的变换等得到完美解决！