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通風系統工程

一、實驗室通風的目的和要求實驗室通風與空調系統的通風設計要求不同,主要目的是減少人員暴露在危險空氣下的可能。通風主要解決的…

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一、實驗室通風的目的和要求

實驗室通風與空調系統的通風設計要求不同,主要目的是減少人員暴露在危險空氣下的可能。通風主要解決的是工作環境對實驗人員的身體健康和勞動保護問題。

二、通風的分類

1. 按通風系統作用劃分

按照通風系統作用范圍可分為全通鳳和局部通風。

(1)全通風是對整個房間進行通風換氣,用送入室內的新鮮空氣把房間里的有害氣體 濃度稀釋 到衛生標準的允許范圍內,同時把室內污染的空氣直接或經過凈化處理后 排放到塞外大氣中。全通風的效果不僅與全通風量有關,還與通風房間的氣流組織有關。全通風的進排風應使室內氣流從有害物濃度較低地區流向有害物濃度較高的地區,特別是應使氣流將有害物從人員停留區帶走。

(2)局部通風是采取局部氣流使局部地點不受有害物的污染,從而營造良好的工作環境。實驗室局部通風一般包含,排毒柜通風、萬向抽氣罩通風、原子吸收罩通風、桌面通風罩通風等。

2. 按通風系統作用動力劃分

按照通風系統的作用動力可分為自然通風和機械通風 。

(1)自然通風是利用室外風力造成的風壓,以及由室內外溫度差產生的熱壓使空氣流動的通風方式。

(2)機械通風是依靠風機的動力使室內外空氣流動的方式。實驗室一般采用機械通風 以及機械補風或自然補風相結合的形式。在通風系統設計時,先考慮局部通風,若達不到要求,再采用全通風,局部通風可以保證在實驗地點合理有效地排除有害物質,全通風用來排除散發及殘存在實驗室中的有害物質,以保證實驗室的衛生 環境。另外,還要考慮建筑設計和自然通風的配合。

另有一種特殊通風形式是“事故通風”,它是為防止在發生偶然事故 或故障時,可能突然放散的大量有害氣體或有爆炸性的氣體造成更大人員或財產損失而設置的排氣系統,是保障的一項必要措施。

三、通風系統的組成

通風系統一般由通風設備、通風管道、消聲器、風機、控制系統組成。

1.通風設備

實驗室常用通風設備主要有,排毒中巨、原子吸收罩、萬向排氣罩、桌面式通風罩等。

(1)排毒柜是處理有害、有毒氣體或蒸汽的通風設備,作用是用來捕捉、密封和轉移污染物以及有害氣體,防止其逃逸到實驗室內,這樣通過吸入工作區域的污染物,使操作者吸入接觸的污染物小化排毒柜內的氣流是通過排風機將實驗室內的空氣吸進排毒柜,將排毒柜內污染的氣體稀釋并通過通風系統排到戶外后,可以達到低濃度擴散 。

常見排毒柜技術參數


(2)萬向抽氣罩,安裝簡單、定位靈活,通風性能良好,能有效保護實驗室工作人員,適用于液相色譜、氣相色語或廢氣量不大且沒有高溫的實驗。

(3)原子吸收罩主要適用于原子吸收儀 等涉及高溫且需要局部通風的大型儀器,要求定位安裝,也是整體實驗室規劃中考慮的因素之一。

(4)桌面通風罩主要適用于有 機化學或需要長時間蒸館的 實驗室 ,在解決這類實驗室的整體通風要求 中,它是必不可少的裝備之一。

2.通風管道

對于一般的普通建筑,若室內排出的氣體沒有腐蝕性,通風管道可以采用鍍辭鋼板,對于產生有腐蝕性氣體的實驗室,風管應采用耐腐蝕材料 的 PVC 風管或玻璃鋼風管。在一般的 實驗室通風工程,室內大多采用 PVC 風管、室外采用玻璃鋼風管。

中低壓系統硬聚氯乙烯(PVC)矩形鳳管板材厚度


對于室內層高不足的實驗室或采用大型鳳管的實驗室,一般采用矩形風管,以便與現場空間匹配,在滿足風管要求的前提下,盡量減小風管占用空間。圓形風管采用插件連接,矩形風管采用法蘭方式連接,根據實際情況也可采用插件方式連接。

3. 風機

風機主要有軸流風機、斜流風機、離心風機。軸流風機、斜流風機適用于風壓小、管路短的通風系統,如直接排至窗外或墻外的通風系統,簡稱直排;玻璃鋼離心風機適用于管路長的通風系統,如通過風管井或外墻接管排至屋頂,簡稱屋頂排放。風機的材質:般分為玻璃鋼、PP、PVC等。風機的型號根據風量和風壓選擇。

4. 通風控制系統

通風控制系統可根據不同的情況采用不同的控制方式,如單臺通風設備定風量通風控制系統、多臺通風設備變頻通風控制系統、多臺通風設備變頻+變風量通風控制系統 。

(1)單臺通風設備定風量通風控制系統。單臺通風設備定風量通風控制系統是指每一臺排毒柜的排風由獨立的一組通風管和一臺風機,有效的排放于大氣層。風機的開關、排風系統的啟動安裝于排毒柜或通風設備上,排毒柜上方的控制閥為電動閥或于動閥。

優點:

1) 操作簡捷,系統的開關不影響其他同房的設備,只引用需要的通風設備。

2) 防止通風系統的串聯及廢氣的回流。

3) 便于氣流的控制。

4) 系統運作費用低廉。

缺點:

1) 系統前期投入費用高 。

2) 安裝復雜,安裝空間需求大。

3) 長期維修費用昂貴 。

4) 適用條件 特別功能實驗室如P2實驗室、P3實驗室、無菌間、放射性實驗室、PCR實驗室、動物實驗室、DNA實驗室等。

(2)多臺通風設備定風量通風控制系統。多臺通風設備定風量通風控制系統是指多臺的通風柜或通風設備經由一組管道的串聯由一臺風機進行排放,排毒柜上方的控制閥為電動闊。本方式有兩種控制方式:

1)定點控制。所有的通風設備僅用一個開關同時啟動或關閉。

2)多點控制。在多臺通 風設備上或實驗室里安裝開關,只要有其中臺的開關還處于啟動階段,風機還是會處于運行狀態。只有所有的開關斷開,風機才會停頓。整個通風系統才會停止關閉狀態。

優點:

a.減低材料的運用、減少前期的投資。

b.簡化通風系統的安裝、減少安裝空間的需求。

c.維護費用相對減低。

d.多點控制可達到“以人為本”的實驗室的理念,便于操作人員根據情況開關所需的設備。

缺點:

a.屬于定風量排風,需....的排風,系統越大,越會浪費大量的能源。

b.管道運作量大,易有噪聲大,風量不易于平衡,引出排風量不足的問題。

c 排風量無法控制自如并根據實際所需量而排放 。

適用條件:

要求不高的理化實驗室、準備間、調配室等,性能不是很好,不推薦使用。

(3)多臺通風設備變頻通風控制系統。在大型通風系統中,如果采用單臺排毒柜獨立的定風量排風方式,會導致排風管道太多,管井尺寸不夠用或外墻全是管道不美觀,一次性投資大。如果采用多臺通風設備運用個定風量通風系統,雖然一次性投資減少了,但是運行不節能,在其中一些通風設備不使用時,其他通風設備的排風量將加大甚至超出正常排風量,影響實驗操作,而且風機運行費用也很高,存在一定的弊病。

為了實現降低一次性投資且節省運行費用的目的,變頻通風系統應運而生。 變頻通風系統是指多臺通風設備共用一臺風機,采用變頻控制技術,根據通風設備的使用量自動調節風機的運轉,從而達到節能的目的。其原理是:在通風管路的主管上加風管壓力傳感器,另設變頻柜,變頻柜里安裝變頻控制器,通過初設一個風管壓力值,由變頻控制柜對系統風量進行控制。當有一部分通風設備不使用時,通風主管的壓力產生變化,這時壓力傳感器檢測到壓力變化后,它將這種壓力變化轉換為 0-10V 的電壓信號,傳遞到變頻控制柜,變頻控制柜將這種信號轉換為種電流值來控制變頻器,降低變頻器的工作頻率,由于變頻器的頻率變化,產生的電流變化控制風機的轉速,以達到降低風機的排風量的目的 。

變頻調速是 種先進且較成熟的技術,它是通過整流器、逆變器和控制電路將頻率一定的交流電變成直流 ,再將直流逆變為不同頻率的交流,以達到對交流異步電機進行調速控制。

排毒柜上方的控制閥為電子調風閥,它是種新型的微電腦式風閥,具有下列優點:

1)電子調風閥的控制面板可以直接安裝在排毒柜的上立柱或下座,操作方便、直觀。

2)風閥的角度可從0°到 90°作任意調整,操作人員可以通過風閥的控制面板的觸摸按鈕任意設置風閥的角度,風閥會自動保存設定值。

3)電子調風閥可以開關風閥和風機 ,可以多個風閥聯機開關風機,也可以作

為變頻控制系統中的控制器,向 PLC、變頻器輸出信號來控制變頻器的輸出,從而控制系統風量,保持排毒柜的風量'恒定。

4) 電子調風閥同時可以代替照明開關和系統開關等,減少排毒 拒上的各種電器設備,提高了操作人員的保護。

5) 電子調風閥在關機狀態時能自動復位為 0°,因此同時具備了止回閥的功能,其他正在工作的排毒柜產生的廢氣不會倒流到此排毒柜中。

對于通風系統采用 PLC 變頻控制,具有以下優點:

1)效率:采用變頻調速,直接調節風量,使無用功減少,提高系統工作效率。

2)節能:變頻調速后風機一般以30~45Hz 運行,節能達25%~70% 以上,頻率越低,節電率越高。

3) 延長風機系統壽命:實現變頻軟啟動,減少電機啟動對電網的沖擊和對電機本身的危害,提高電機的壽命和系統的壽命 。

4)提高風機運行質量,以往,風機總是處于工頻 50Hz 滿速運行,風機的運行質量很低;而采用變頻調速后,隨風量適時調節頻率以調節轉速,風機的運行質量大大提高 。

缺點 :

變頻系統由于是很多臺通風設備連接在一起,通風系統對房間的高度和管井的大小都有要求,只有高度足高的房間才適用做變頻系統。因為變頻系統的風管尺寸較大。

適用條件:同一個房間或同時使用的多個房間有很多通風設備,宜采用變頻系統,能有效地節約能源。

(4)變頻+變風量通風控制系統。在大型通風系統中,多臺通風設備連在一起,采用變頻系統控制時,只能是對主風管的風量進行控制,只有感受到主風管的風壓產生變化,才對風機作出相應調整,而對通風設備末端的面風速不能作任何調整。在一些通風設備要求變風量控制或面風速要求恒定的情況下,采用變頻系統就不能對通風設備末端進行有效控制。

為了解決通風設備末端的變風量要求和面風速恒定的要求,實現進一步節能,出現了變頻+變鳳量通風控制系統。變頻+變風量通風控制系統包括:一個風速傳感器、紅外線探測器、一個變風量控制閥、一個自動控制器面板和操作終端。

變頻+變風量控制系統的原理是,通風設備例如排毒柜,增加末端控制系統后,排毒柜上方布置一個風速傳感器及紅外線探測器,測得的排毒柜面風速通過傳感器與事先設定好的合理入口風速值在自動控制器中相比較,控制排毒柜風管上的變鳳量控制閥,調整排毒柜的排風量,保證拉門處的入口面風速恒定,確保柜內污染物被混合均勻,能排除。紅外線探測器的目的是感應排毒柜前面是否有人存在,當有人操作時,排風自動加大,當人離開時,排風自動減小。有人在時,排毒柜的面風速設定在 0.5m/s ,無人操作時排毒柜的面風速設定在 0.3m/s。

主風管也附有一套變頻控制系統。主風管終端置有風壓傳感器,將測到變風量和設定好的風速值在自動控制器中相比較,通過控制箱的計算與調配來控制變頻器的輸出,以調整風機上電機的轉速,從而達到風量調節之 目的,排毒柜上方的控制閥為變風量調風閥(VAV 閥)。

對于變頻+變風量通風控制系統有以下優點:

1)效率:采用變頻調速,直接調節鳳量,使無用功減少,提高系統工作效率。

2)更節能:變風量末端加傳感器控制變頻器,比單獨采用變頻系統在主管加壓力傳感器控制變頻器的控制精度要高得多,變頻調速后風機一般以30~45Hz運行,節能達50%~ 70% 以上,頻率越低,越節能,一般采用變風量控制系統,三年左右就可以回收成本,運行 10 年可節約80%的運行費用。

3)延長風機系統壽命,實現變頻軟啟動,減少電機啟動對電網的沖擊和對電機本身的危害,提高電機的壽命和系統的壽命。

4)提高風機運行質量:以往,風機總是處于工頻 50Hz滿速運行,風機的運行質量很低;而采用變頻調速后,隨風量適時調節頻率以調節轉速,風機的運行質量大大提高。

缺點:

變頻系統由于是很多臺通風設備連接在一起,通風系統對房間的高度和管井的大小都有要求,只有高度足夠的房間才適用做變頻+變風量系統。

適用條件:同一個房間或同時使用的多個房間有很多通風設備,宜采用變頻+變風量系統,控制效果好,節能多。

四、躁音控制

為減少通風系統運行中產生的噪音,可采取如下措施。

1.減震設計

(1)由于大型離心風機運行時振動較大,為使風機運行時,其振動不至于影響周圍環境,對風機 采取減振措施,風機底座采用混凝土基礎,在風機底座與混凝土之間采用或阻尼彈簧減振器,考慮經濟性小型離心風機可用橡膠減振墊減振。

(2)在風機進風口安裝軟接頭,可使風機運行時所產生的噪聲和振動不至通過風管傳遞到各層實驗室 。

2.在風機吸風口處加裝消聲器

當采用玻璃鋼離心風機屋頂排風時,需在風機吸風口處加裝消聲器,消聲器是為了降低實驗室廢氣排放系統噪音水平而設計的消音裝備,消聲器防雨、抗腐蝕,殼體整體采用白色PP板材,內部采用消音材料。

五、實驗室通風系統技術參數

(1)實驗室的通風換氣 8~15 次/h。

(2)支管內風速 6~8m/s,干管內風速 8~12m/s。

(3)排毒柜柜面風速一般控制在 0.3~0.8m/s ,驗收標準一般 0.5m/s。

(4)室 外噪聲 應該控制在 70dB(A)和實驗室內噪聲應該控制在55dB(A),如果不能控制在此范圍內,通風系統末端配有消聲器。

(5)單臺1800×800型排毒柜設計排風量:1300~21003/h。

單臺1500 ×800型排毒柜設計排風量:900~1700m3/h。

單臺1200 ×800型排毒柜設計排風量為:700~1300m3/h。

單臺萬向排煙罩設計排風量為 :150~300m3/h。

單臺 500 ×500原子吸收罩設計排風量為。400~600m3/h。


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