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實驗建筑空調與潔凈系統

一、實驗建筑空調系統的分類與特點實驗建筑有別于普通建筑,不同的實驗室對溫度、濕度、壓強、潔凈度等參數有不同的要求,而且不同…

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一、實驗建筑空調系統的分類與特點

實驗建筑有別于普通建筑,不同的實驗室對溫度、濕度、壓強、潔凈度等參數有不同的要求,而且不同實驗室之間的氣流不能交叉污染,實驗區的氣流不能流向辦公區等,因此,實驗建筑空調系統的要求比普通建筑的要求復雜得多,按布置方式不同可分為分散型空調系統、集中型空調系統及局部集中型空調系統。

1.分散型空調系統

分散型空調系統是指各實驗室分別采用獨立的空調機,常見的空調機包括天花式空調、壁掛式空調、柜式空調、窗式空調。天花式空調由于不占使用空間、噪音低,綜合性能優越,常被使用于實驗室;窗式空調由于噪聲相對大,不推薦使用;壁掛式空調和柜式空調可根據實驗室面積的大小可應用于普通實驗室。

分散型空調系統的優點是安裝容易、使用靈活、管理方便、實驗室之間相互干擾少、維修簡單、能單獨控制、節約能源。缺點是沒有新風系統,空調室外主機很多,室外主機與室內機的距離不能太遠,需要考慮室外機的安放地點與美觀因素。適用于實驗室之間沒有特別壓差或潔凈度要求的普通實驗室,常見于投資少、規模小的建設項目。

2.集中型空調系統

集中型空調系統是指實驗建筑采用整體空調系統,開機時整個實驗樓的空調“一開全開”。由于實驗樓內一般同時存在辦公區及實驗區,而實驗區內有不同的實驗室,會產生一些問題,例如:對于各類不同步使用的實驗室,采用集中型空調能源浪費較大;難以滿足各類型實驗室對不同溫度、濕度的要求;對于潔凈度要求不同的實驗室,因集中型空調系統處理的風量較大,會造成過高的投資;不能適應實驗樓中儀器室和其他實驗室的不同要求;不能滿足實驗區與辦公區對空調系統的不同需求。集中型空調系統采用統一制冷機組,管道統一布置,溫度、濕度、換氣設計容易滿足人體舒 適度的要求,適用于大樓內的大型辦公區,但不推薦用于實驗區與辦公區同時使用的綜合區域。

3.局部集中型空調系統

局部集中型空調系統是指采用多個空調機組,對實驗建筑內空氣環境有不同要求的區域分開控制,同時采用變頻控制系統,根據使用區域的變化而改變能耗,從而實現節能的目的。局部集中型空調系統綜合了分散型空調系統和集中型空調系統的優點,廣泛應用于實驗建筑。

二、普通實驗室的空調系統

普通實驗室的空調系統是指對潔凈度沒有特殊要求的實驗室空調系統,一般按舒 適性空調設計即可,夏季的適宜溫度應是18~28℃,冬季16~20℃,濕度好在40%(冬季)~70%(夏季)之間,為了保證實驗室的氣流不對周圍的公共區產生污染,一般相對公共區保持微負壓。有些儀器室要求保持恒溫恒濕,以利于儀器的保養。對于棱鏡光譜儀等儀器設備,對溫度和濕度的要求更高,由于棱鏡的折射率因溫度而異,溫度波動大時,可顯著影響波長的測定精度,所以棱鏡光譜儀對環境條件要求很嚴格,一般要求光譜室溫度為20±5℃,相對濕度65%±5%。

對于排毒柜較多的理化實驗室,為了達到節能的目的,除了通風系統采用VAV控制系統外,還需要合理設置空調系統的補新風系統,避免實驗室內過多空氣被抽走而出現負壓,當室內外的溫差較大時,還需要對補入空氣進行預熱或預冷。

實驗建筑空調與潔凈系統

三、潔凈實驗室的空調

系統潔凈實驗室是一個全密閉環境,通過空調送、回風系統的初、中、過濾器,使室內環境的空氣不斷地循環過濾,以保證空氣懸浮粒子濃度受控到一定的濃度,潔凈實驗室需控制的主要參數有塵埃粒子數、菌落數、換氣次數、壓差、溫度、濕度、光照度、噪音。

潔凈室的空氣中懸浮粒子潔凈度等級表

空氣潔凈度等級(N) 大于或等于表中粒徑的大濃度值(pc/m3) 

0.1μm 0.2μm 0.3μm 0.5μm 1μm 5μm 

1 10 2         

2 100 24 10 4     

3 1000 237 102 35 8   

4 10000 2370 1020 352 83   

5 100000 23700 10200 3520 832 29 

6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 

7       352000 83200 2930 

8       3520000 832000 29300 

9       35200000 8320000 293000 

常見的潔凈實驗室有細胞培養室、動物實驗室、植物實驗室等,根據實驗的需要,對環境的潔凈度、溫度、濕度及空調的工作時間有不同的要求。為了實現節能的目的。對于動物飼養室、培養室等不間斷工作的房間,需要配備獨立的空調機組及備用電源。

四、實驗室空調系統設計的考慮因素

實驗室空調系統滿足實驗室研究要求。除對溫度、濕度需嚴格控制外,需要足夠的通風量處理煙塵、異味、空氣中污物,滿足排風設備通風以及實驗室內熱負荷要求??照{系統充分考慮系統的可靠性并考慮富余量。不同性質區域需保證不同的相對壓力,并要根據相關標準考慮節能。實驗室空調系統設計除了常規空調需要考慮的因素外,還需要結合實驗室特點,綜合分析各種因素后,選擇合適的空調系統。

1、實驗室的氣流組織

實驗室保持一定的溫度梯度和氣流狀況。通常情況下,實驗室相對于走廊以及非實驗室區保持負壓,氣流從低危區流向高危區,整棟建筑相對于外界保證正壓以防止有害的未經過過濾處理的氣體滲入。

走廊的送風需考慮到對實驗室的補風以及整棟建筑的正壓要求。在建筑平面布局合理的前提下,充分考慮送風口、回風口以及排風口的位置,送回排風量的匹配,建立房間之間合理的壓力梯度,保證空氣有序流動,防止交叉污染。在實驗室的設計中不僅要考慮氣流的流向,還要考慮流量、不同潔凈等級或不同功能房間的壓差,通常為5~10Pa,生物安 全實驗室相鄰不同功能房間壓差通常為1O~15Pa,要充分考慮人流、物流的路線,大限度地減少室內的回流和渦流,避免污染物擴散到室內,危害人員和環境的安 全。特別要注意排毒柜對室內氣流組織的影響,在實驗室排毒柜、生物安 全柜附近的區域應盡量避免紊流的出現,紊流在罩邊的影響遠比在罩前的影響大。

2.實驗室氣流的壓力控制

實驗室氣流的壓力控制主要有直接壓差控制法和余風量控制法。

(1)直接壓差控制法。

直接壓差控制法即通過壓差傳感器測量室內與參照區域的壓差,與設定的壓差比較后,控制器根據偏差調節送風量(或排風量)進行控制,從而達到要求的壓差。此種壓力控制法為反饋控制,系統的響應時間長,控制精度低。

(2)余風量控制法。

實驗室的送風量與排風量之間保持一定的風量差(稱為余風量),必然會導致實驗室內外產生一定的壓差。當室內總送風量大于室內回風、排風總量時,空氣通過余壓閥和房間縫隙排出,與相鄰區域建立起正壓,避免環境中的污染物進入室內,如要求潔凈度較高的場所。

當房間總送風量小于回風、排風總量時,空氣通過相鄰房間或由室外進入室內,室內呈負壓,此類負壓系統是為了保證環境的安 全,保證未經處理的污染物不會流向室外,如生物安 全實驗室、負壓動物房等。余風量控制法的優點是壓差控制準確、系統波動小、平衡迅速。系統在不受外擾的條件下屬于前饋控制,系統響應時間短,控制精度高,多數潔凈室采用此種壓力控制方法。

對于要求壓力控制精度高且需要壓力穩定的場所(如生物安 全實驗室),多以余風量控制法為基本控制方法,同時加入壓力傳感器和控制器對余風量進行設定。以產生壓差的余風量確定送、排風量,同時對佘風量進行監測,當余風量偏離設定值達到一定程度時,系統自動報警,此時需要對測量裝置或可能產生漏風的設備(如風管系統、圍護結構)進行處理。余風量控制與壓力控制相結合,可以實現系統的動態控制,確保壓力系統壓差的準確。

3、實驗室的排風設備

實驗室排風設備的數量及其排風量是實驗室空調系統設計考慮的重要因素,常見的實驗室排風設備包括排毒柜、萬向排煙罩、原子吸收罩、桌面通風罩、生物安 全柜、抽風式試劑柜、通風的動物籠、手套箱等。

4、冷熱負荷的因素

實驗室空調系統的設計充分考慮實驗室的潛在熱源與冷源,以便計算出科學準確的冷量及采用變頻空調,達到節能的目的。實驗室常見的冷熱負荷包括人員顯熱、動物顯熱、實驗室儀器設備、計算機、燈光、冷房、暖房等。

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