淺談實(shí)驗室通風(fēng)空調系統設計
有資料表明，一個(gè)完全滿(mǎn)足實(shí)驗室規范及人員舒適性要求的實(shí)驗室，其單位面積的空調負荷明顯大于一般的辦公室需求，有些實(shí)驗室的空調負荷（制冷）實(shí)際需求甚至超過(guò)300w/m2，遠大于甲級辦公樓的負荷值。因此，如何在工程設計上有效降低實(shí)驗室空調能耗，為用戶(hù)帶來(lái)客觀(guān)的運行費用節省，有其探討價(jià)值。
No.1 實(shí)驗室通風(fēng)空調設計
1.實(shí)驗室概況及環(huán)境要求
本建筑內質(zhì)量實(shí)驗室、車(chē)間實(shí)驗室、化學(xué)室位于2層，環(huán)保實(shí)驗室、樣品室位于3層，室內布置有臺式通風(fēng)柜、萬(wàn)象抽氣罩、安全柜及烤箱架等需要通風(fēng)的實(shí)驗設施；根據業(yè)主方的要求，實(shí)驗室及樣品室的濕度均要求在50%，質(zhì)量實(shí)驗室、車(chē)間實(shí)驗室及環(huán)保實(shí)驗室有恒溫要求。實(shí)驗室及樣品室均要求為室內負壓，負壓數值無(wú)需準確控制。
2.實(shí)驗室通風(fēng)設計
2.1實(shí)驗室通風(fēng)系統設計原則
實(shí)驗室的通風(fēng)設計應滿(mǎn)足實(shí)驗室的安全性、經(jīng)濟性、技術(shù)先進(jìn)性與安裝使用維護的便利。實(shí)驗室通風(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)機風(fēng)量的匹配，實(shí)驗室內相對于建筑其他區域一定為負壓，回風(fēng)不可利用，全新風(fēng)，并保證室內最小的換氣次數。據以上原則，本項目實(shí)驗樓根據樓層布局采用獨立的空調新風(fēng)送風(fēng)系統和獨立的排風(fēng)系統。實(shí)驗室每個(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(zhù)柜門(mén)開(kāi)度的變化快速反應。在安全柜等排風(fēng)設備為定風(fēng)量排風(fēng)。根據實(shí)驗室的具體情況，可能配置變風(fēng)量或定風(fēng)量室內輔助排風(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)設備的正常工作，又能滿(mǎn)足室內換氣次數的要求。
考慮實(shí)驗室的實(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)驗室設置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。當實(shí)驗室有藥品試劑打翻等緊急情況下，或某臺排風(fēng)柜需要大量排風(fēng)時(shí)，可以置于此種工況。當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)驗室最小風(fēng)量排風(fēng)，節約能耗。
2.2實(shí)驗室通風(fēng)量確定
下面以車(chē)間實(shí)驗室為例進(jìn)行說(shuō)明實(shí)驗室風(fēng)量的確定。車(chē)間實(shí)驗室內有2臺排風(fēng)柜，1臺安全柜（排風(fēng)量為180m3/h）。
1）實(shí)驗室負壓控制。
為防止實(shí)驗室的氣體擴散到周?chē)鷧^域，實(shí)驗室內需保持負壓，也就是說(shuō)實(shí)驗室內總排風(fēng)量應始終大于送風(fēng)量。實(shí)驗室的負壓就由2臺通風(fēng)柜排風(fēng)，1臺安全柜排風(fēng)，1臺房間送風(fēng)閥送風(fēng)和自然滲透風(fēng)之間的平衡來(lái)保證。 根據工程經(jīng)驗，當送排風(fēng)量差為2次換氣次數對應的風(fēng)量時(shí)，室內負壓約為-5Pa。該實(shí)驗室面積為25m2，層高為3m，2次換氣次數對應的風(fēng)量為：ΔV=25×3×2=150m3/h。 室內送排風(fēng)量差確定為150m3/h時(shí)，門(mén)窗關(guān)閉時(shí)室內負壓通過(guò)自然滲透可維持在-5Pa左右。實(shí)際上由于門(mén)窗的縫隙和吊頂的密封性以及吊頂上房間與走廊的隔墻的密封性差異，維持-5Pa的負壓可能需要不同于150m3/h的風(fēng)量差，這個(gè)問(wèn)題可以在調試時(shí)再根據實(shí)際情況來(lái)確定風(fēng)量差加以解決。
2）實(shí)驗室總排風(fēng)量的確定。
排風(fēng)柜最大排風(fēng)量：排風(fēng)柜規格為（面長(cháng)×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。
室內排風(fēng)量除了要考慮實(shí)驗室排風(fēng)設備的需要，還要考慮實(shí)驗室日間工作工況最小換氣次數12次/h的室內排風(fēng)量要求。
室內排風(fēng)設備最大排風(fēng)量：V室max=2×1512+180=3204m3/h。
室內排風(fēng)設備最小排風(fēng)量：V室min=2×300+180=780m3/h。
室內夜間工況排風(fēng)量：V室reduce=25×3×2=150m3/h。
室內日間工作工況，按照室內最小換氣次數12次/h確定排風(fēng)量，最小排風(fēng)量為900m3/h。當通風(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)足最小換氣次數的要求，需要加裝室內輔助排風(fēng)，輔助排風(fēng)量設為120m3/h。
加設輔助排風(fēng)后室內最大排風(fēng)量：Vmax=2×1512+180+120=3324m3/h。
加設輔助排風(fēng)后室內最小排風(fēng)量：Vmin=2×300+180+120=900m3/h。
室內夜間工況，關(guān)閉輔助排風(fēng)及通風(fēng)柜排風(fēng)，保留安全柜排風(fēng)，用以保證室內負壓，因此室內夜間工況排風(fēng)量：Vreduce=180m3/h。
3）實(shí)驗室送風(fēng)量的確定。
此系統為變風(fēng)量送風(fēng)系統，送風(fēng)量應根據室內總排風(fēng)量確定，為維持室內負壓，本實(shí)驗室取送排風(fēng)量差為150m3/h。
室內日間工作工況時(shí)，根據送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為：
室內最大送風(fēng)量：V送max=3324-150=3174m3/h。
室內最小送風(fēng)量：V送min=900-150=750m3/h。
室內夜間工況時(shí)，根據送排風(fēng)量差，確定送風(fēng)量為：
室內夜間工況送風(fēng)量：V送reduce=0m3/h。
2.3系統功能介紹
變風(fēng)量通風(fēng)系統安裝這些設備后，可分成日間工作工況變風(fēng)量運行、緊急運行工況及夜間運行工況定風(fēng)量運行。在實(shí)驗室工作時(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)調整排風(fēng)量。室內安全柜排風(fēng)及輔助排風(fēng)采用完全開(kāi)啟、定風(fēng)量運行，保證實(shí)驗室最小換氣次數不低于12t/h。室內送風(fēng)量始終保持比排風(fēng)量少150m3/h，送風(fēng)系統能根據控制系統獲得所有排風(fēng)設備的排風(fēng)量，通過(guò)風(fēng)量差限定計算送風(fēng)量，在1s內跟隨排風(fēng)柜排風(fēng)量相應調整送風(fēng)量，從而保證室內負壓的穩定。
No.2 實(shí)驗室空調設計
1.溫度控制
質(zhì)量實(shí)驗室及樣品室均采用獨立全新風(fēng)空調送風(fēng)系統及獨立排風(fēng)系統，質(zhì)量實(shí)驗室、車(chē)間實(shí)驗室同時(shí)選用一套多聯(lián)機空調系統負擔室內冷熱負荷。環(huán)保實(shí)驗室采用一臺分體空調器負擔室內冷熱負荷。新風(fēng)送風(fēng)系統采用組合空調機組，在主風(fēng)管上設溫度傳感器，送風(fēng)溫度為室內溫度（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)度調整冷熱水量實(shí)現。實(shí)驗室獨立全新風(fēng)送風(fēng)系統的冷熱源采用風(fēng)冷熱泵機組，機組設在實(shí)驗室的屋頂上，夏季供回水溫度為7℃～12℃，冬季供回水溫度為40℃～45℃。室內維護結構及設備人發(fā)熱的冷熱負荷由多聯(lián)空調系統及分體空調器負擔，根據計算，選用合適的機型。
2.濕度控制
實(shí)驗室內人員不多，且無(wú)大量散濕設備，因此室內主要濕負荷為新風(fēng)濕負荷，當新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時(shí)的相對濕度不小于50%時(shí)，新風(fēng)由新風(fēng)空調機組設有的表冷段進(jìn)行減濕處理。當新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時(shí)的相對濕度小于50%時(shí)，根據業(yè)主要求（室內相對濕度不大于50%），因此不需要加減濕處理。