浅谈洁净实验室通风空调系统设计

通风系统引起的空调补风能耗在实验室空调能耗中占较大比例，是实验室最具节能潜力的部分。按照我国现实国情，从各地项目的经济条件出发，选用合理的实验室空调通风设计标准，采取灵活适用的空调冷热源方案，研究实验室变风量通风系统的设计方案，是较大幅度地减少实验室新风能耗的一些方法，目的是从总体上降低实验室空调能耗。同时，排风柜自循环过滤系统的应用，相比传统的排风柜形式，其在新风能耗方面的节能潜力优势明显，值得进一步研究及推广。

有资料表明，一个完全满足实验室规范及人员舒适性要求的实验室，其单位面积的空调负荷明显大于一般的办公室需求，有些实验室的空调负荷（制冷）实际需求甚至超过300w/m2，远大于甲级办公楼的负荷值。因此，如何在工程设计上有效降低实验室空调能耗，为用户带来客观的运行费用节省，有其探讨价值。

一、实验室通风空调设计

1实验室概况及环境要求

本建筑内质量实验室、车间实验室、化学室位于2层，环保实验室、样品室位于3层，室内布置有台式通风柜、万象抽气罩、安全柜及烤箱架等需要通风的实验设施；根据业主方的要求，实验室及样品室的湿度均要求在50%，质量实验室、车间实验室及环保实验室有恒温要求。实验室及样品室均要求为室内负压，负压数值无需准确控制。

2实验室通风设计

2.1实验室通风系统设计原则

实验室的通风设计应满足实验室的安全性、经济性、技术先进性与安装使用维护的便利。实验室通风必须保证工作人员的安全和健康，即需保证排风柜入口合适的面风速，送排风阀的快速启动及风机风量的匹配，实验室内相对于建筑其他区域一定为负压，回风不可利用，全新风，并保证室内最小的换气次数。据以上原则，本项目实验楼根据楼层布局采用独立的空调新风送风系统和独立的排风系统。实验室每个排风柜为变风量排风，保持其入口平均面风速随着柜门开度的变化快速反应。

在安全柜等排风设备为定风量排风。根据实验室的具体情况，可能配置变风量或定风量室内辅助排风阀从吊顶上排风。通过这些排风控制阀，既保证了通风设备的正常工作，又能满足室内换气次数的要求。

考虑实验室的实际需要和使用情况，配置有变风量阀的通风柜的实验室设置2个开关：紧急排风工况开关和夜间工况开关。在紧急排风工况时，排风柜的排风量始终保持最大排风量，而无论柜门处于什么样的位置。当实验室有药品试剂打翻等紧急情况下，或某台排风柜需要大量排风时，可以置于此种工况。当晚上下班后可置于夜间工况，关闭房间送风及排风柜的排风，维持实验室最小风量排风，节约能耗。

2.2实验室通风量确定

下面以车间实验室为例进行说明实验室风量的确定。车间实验室内有2台排风柜，1台安全柜（排风量为180m3/h）。

1）实验室负压控制。

为防止实验室的气体扩散到周围区域，实验室内需保持负压，也就是说实验室内总排风量应始终大于送风量。实验室的负压就由2台通风柜排风，1台安全柜排风，1台房间送风阀送风和自然渗透风之间的平衡来保证。

根据工程经验，当送排风量差为2次换气次数对应的风量时，室内负压约为-5Pa。该实验室面积为25m2，层高为3m，2次换气次数对应的风量为：ΔV=25×3×2=150m3/h。

室内送排风量差确定为150m3/h时，门窗关闭时室内负压通过自然渗透可维持在-5Pa左右。实际上由于门窗的缝隙和吊顶的密封性以及吊顶上房间与走廊的隔墙的密封性差异，维持-5Pa的负压可能需要不同于150m3/h的风量差，这个问题可以在调试时再根据实际情况来确定风量差加以解决。

2）实验室总排风量的确定。

排风柜最大排风量：排风柜规格为（面长×高度×深度）：1.2m×2.4m×0.85m。柜前有人操作时面风速可选0.5m/s，柜门拉起开度取0.7m，此时为排风柜最大排风量。

柜门最大开口净面积为：A排=1.2×0.7=0.84m2。

排风柜最大排风量：V柜max=A排×0.5×3600=1512m3/h。

排风柜最小排风量：V柜min=300m3/h。

室内排风量除了要考虑实验室排风设备的需要，还要考虑实验室日间工作工况最小换气次数12次/h的室内排风量要求。

室内排风设备最大排风量：V室max=2×1512+180=3204m3/h。

室内排风设备最小排风量：V室min=2×300+180=780m3/h。

室内夜间工况排风量：V室reduce=25×3×2=150m3/h。

室内日间工作工况，按照室内最小换气次数12次/h确定排风量，最小排风量为900m3/h。当通风柜处于最小排风量时，房间的总排风量780m3/h，不能满足最小换气次数的要求，需要加装室内辅助排风，辅助排风量设为120m3/h。

加设辅助排风后室内最大排风量：Vmax=2×1512+180+120=3324m3/h。加设辅助排风后室内最小排风量：Vmin=2×300+180+120=900m3/h。

室内夜间工况，关闭辅助排风及通风柜排风，保留安全柜排风，用以保证室内负压，因此室内夜间工况排风量：Vreduce=180m3/h。

3）实验室送风量的确定。

此系统为变风量送风系统，送风量应根据室内总排风量确定，为维持室内负压，本实验室取送排风量差为150m3/h。

室内日间工作工况时，根据送排风量差，确定送风量为：

室内最大送风量：V送max=3324-150=3174m3/h。

室内最小送风量：V送min=900-150=750m3/h。

室内夜间工况时，根据送排风量差，确定送风量为：

室内夜间工况送风量：V送reduce=0m3/h。

2.3系统功能介绍

变风量通风系统安装这些设备后，可分成日间工作工况变风量运行、紧急运行工况及夜间运行工况定风量运行。在实验室工作时间，排风柜排风控制器保证排风柜合适的面风速，能迅速跟踪排风柜门位置和门前空气流动阻挡物自动调整排风量。室内安全柜排风及辅助排风采用完全开启、定风量运行，保证实验室最小换气次数不低于12t/h。室内送风量始终保持比排风量少150m3/h，送风系统能根据控制系统获得所有排风设备的排风量，通过风量差限定计算送风量，在1s内跟随排风柜排风量相应调整送风量，从而保证室内负压的稳定。

二、实验室空调设计

1温度控制

质量实验室及样品室均采用独立全新风空调送风系统及独立排风系统，质量实验室、车间实验室同时选用一套多联机空调系统负担室内冷热负荷。环保实验室采用一台分体空调器负担室内冷热负荷。新风送风系统采用组合空调机组，在主风管上设温度传感器，送风温度为室内温度（23±1）℃，送风温度控制通过控制冷热盘管的冷热水进管上的电动二通阀开度调整冷热水量实现。

实验室独立全新风送风系统的冷热源采用风冷热泵机组，机组设在实验室的屋顶上，夏季供回水温度为7℃～12℃，冬季供回水温度为40℃～45℃。室内维护结构及设备人发热的冷热负荷由多联空调系统及分体空调器负担，根据计算，选用合适的机型。

2湿度控制

实验室内人员不多，且无大量散湿设备，因此室内主要湿负荷为新风湿负荷，当新风处理到送风温度时的相对湿度不小于50%时，新风由新风空调机组设有的表冷段进行减湿处理。当新风处理到送风温度时的相对湿度小于50%时，根据业主要求（室内相对湿度不大于50%），因此不需要加减湿处理。