实验室通风系统解决方案

一、 实验室通风的基本概念

1、 通风和通风柜的概念

所谓通风，就是把室内的污浊空气直接或经净化后排至室外把新鲜空气补充进来，从而保持室内的空气条件，以保持卫生标准和满足生产工艺的要求，我们把前者称为排风，后者称为送风。而通风柜可以简单理解成一个箱体和一个风机，产生于箱体中的气体被风机排出并被安全的排放到大气中。

2、 通风的分类

按照动力不同，通风系统可以分为自然通风和机械通风，机械通风又可以分为全面通风和局部通风，全面通风是指在房间内整体的进行通风换气的一种方式，局部通风是指通风的范围控制在有害物质形成比较集中的地方，或是工作人员经常活动的局部地区的通风方式，例如通风柜、万向排烟罩、原子吸收罩等。

3、 实验室通风

实验室通风是研究控制实验室有害物质对室内外空气环境的影响和破坏的技术。

 

二、实验室通风系统设计原则

1、 根据大楼的结构特点，就近开设风井，划分排风和补风系统，管道系统做到“短、平、顺、直”，减小系统阻力，降低系统噪声；

2、 排风和补风系统达到风量平衡，保持室内-5Pa—-10Pa的负压，防止有害气体的散溢，保证实验人员的身心健康；

3、 夏天补冷风、冬天补暖风，保证室内温湿度的舒适性；

4、 采用智能变频控制系统，达到操作方便、节能降噪的目的；

5、 综合考虑各项因素，采用投资少、运行稳定、运行费用低、运行效果好的成熟工艺；

6、 所选择的工艺必须满足现场条件，平面布置简洁、紧凑、少占地，并方便生产操作和维护维修；

7、 非标设备应符合国家或行业相关规范，并保证性能稳定、外表美观；

8、 在设计中充分考虑噪声、臭味等，防止二次污染的产生，不给周围环境造成新的污染；

9、 处理设施具备冲击负荷能力，确保废气达标排放。

 

三、实验室通风系统的基本组成

1、通风末端设备

主要包括通风柜、万向排烟罩、原子吸收罩、吹吸式排风罩等。

2、通风管路系统

主要有风机、风管、风阀、消声器、废气处理塔等。

备：实验室按通风柜数量来定制实验室通风系统设计方案：

单个通风柜实验室：采用旁通型通风柜，送、排风系统中采用双稳态定风量调节方式来实现通风柜工作状态和空闲状态下两个不同风量值间的切换。

多个通风柜实验室：采用旁通型通风柜和变风量通风柜，送、排风系统中采用双稳态定风量调节方式和变风量调节方式来实现通风柜工作状态和空闲状态下风量值间的切换。

四、实验室通风设备简介

1、通风柜

主要尺寸宽度为1200mm、1500mm、1800mm，深度为800mm，高度为2350mm。通风柜的主要结构为：

①柜体：通风柜的柜体可根据使用要求做成钢制、木制、塑料、不锈钢等材料；

②台面及衬板：耐腐蚀、耐酸碱、耐高温的各种材质，进行高温或强酸碱操作的内层板要用不锈钢除渣除油静电喷涂环氧树脂粉末；

③活动拉门：装在柜体表面上的透明玻璃，使用户远离有害的化学物质和气体，同时使有害气体通向通风柜的内部管道；

④导流板：控制气流流经通风柜时的形状，减少空气流入通风柜时产生的由于方式不定造成的回流或涡流，提高使用效率（会对噪声及静压产生影响）；

⑤集流环：位于通风柜的顶部，将通风柜的气体导向风排放（对通风柜的效率和噪声有着重要的影响）；

⑥调风阀：通风柜的附属部件，来调节通风柜的排气量以及最佳表面风速；

⑦水龙、考克、水杯等配件。

2、万向排烟罩

主要为PP材质，规格Φ110mm。

3、原子吸收罩

主要为不锈钢材质，规格一般为400×400mm。

 

五、实验室通风管路的尺寸及计算方法

1、常用圆形风管尺寸

①单台原子吸收罩主要选用Φ160（DN150）管；

②万向排烟罩主要选用Φ110（DN100）管；

③单台、两台通风柜支、干管主要选用Φ315（DN300）管。

2、常用方形风管尺寸

如果系统较复杂，或同一房间平行设有三台或三台以上的通风柜，或实验室高度有限，圆形风管无法安装，可以考虑选用方形风管。

方形风管的边长标准尺寸如下（单位为mm）：120、160、200、320、400、500、630、800、1000、1250，由于通风柜宽度为800mm，故选用方管长边尺寸不宜超过630mm，而且最好选择正方形，如果条件不允许也可选用矩形，但每个单最好统一。

3、风管尺寸方法

①圆形风管计算方法：Q=（3600×πd2v）/4，{Q–排风量，m3/h；d–风管直径，mm；v—管内风速，m/s；

②方形风管计算方法：Q=3600×a?b?v，{Q–排风量，m3/h；a、b–风管边长，mm；v–管内风速，m/s}。

4、风管厚度标准

根据国家标准，选用通风系统属于中、低压系统。

①中、低压系统PVC圆形风管厚度标准如下：

风管直径d（mm） 板材厚度（mm）

d≤320 3.0

320＜d≤630 4.0

630＜d≤1000 5.0

1000＜d≤2000 6.0

②中、低压系统PVC方形风管厚度标准如下：

风管长边尺寸b（mm） 板材厚度（mm）

b≤320 3.0

320＜b≤500 4.0

500＜b≤800 5.0

800＜b≤1250 6.0

③中、低压系统玻璃钢圆形风管厚度标准如下：

风管直径d（mm）或方形风管长边b（mm） 板材厚度（mm）

d（b）≤200 2.5

200＜d（b）≤400 3.2

400＜d（b）≤630 4.0

630＜d（b）≤1000 4.8

六、实验室风机分类及选用

1、风机的分类

按照气流方式，风机分为离心式（常放置在屋外）、轴流式（常放置在屋内）和混流（斜流）式三种；

按照材质分类，风机主要有普通钢制风机、不锈钢风机、PVC风机和玻璃钢风机等。我公司主要选用的风机有玻璃钢离心风机、玻璃钢斜流风机、PVC离心风机和不锈钢离心风机。

风机风口粗细一般分为2.8、3.2、3.6、4.0、4.5、5、6几种，选择风机要让风机风口大于主管道尺寸。

2、风机特点

①轴流风机的特点是：耗电量小，运行费用低，但噪音大，风机抽力小（风压小），适用于简单系统，一般安装在墙上或管道上；

②离心风机的特点是：耗电量大、运行费用较高，噪音较大，风机抽力大（风压大），适用于复杂系统，主要安装在室外或楼顶；

③斜流风机的特点是：耗电量、运行费用、风机抽力处于前两者之间，噪音较小，适用于简单系统，一般安装在室内。

3、风机的几个主要参数

①流量（Q）单位时间内流经某一流道截面的流体体积；

②风机转速（n）风机转子的速度，单位r∕min；

③效率（η）风机的做功效率η=（W有用∕W总）×100%；

④压力（P）风机的全压（Pt）分为动压（Pd）和静压（Ps）两部分。静压是指风机克服整个通风系统的摩擦阻力所必须具备有的压力，它由通风柜、百叶、调风阀、风管、风机整个系统的特性决定，动压是气体以一定的速度排放所具有的那部分压力，在标准状况下计算Pd=0.5PV2（P空气密度，通常为1.2；V风速，单位m/s）。

4、风机的选用

在3.5F以下，4000m∕h以下，2台通风柜以下可以选择斜流风机，以上选择离心风机。

①单台万向排烟罩、原子吸收罩，

如果管路较简单，直接从房间穿墙或穿窗对外排放，则可选用玻璃钢斜流风机。设计人员可根据系统的情况，选用FSJG-2.5F型（配用电机功率为N=0.09kw）或FSJG-3.0F型（配用电机功率为N=0.18kw）斜流风机；

如果管路较复杂，弯头较多，则可选用F4-72-3.0A型（配用电机功率为N=0.55kw或0.75kw）或F4-72-3.2A型（配用电机功率为N=0.55kw或0.75kw）离心风机；

②单台排毒柜，如果管路系统较简单，直接从房间穿墙或穿窗对外排放，则可选用FSJG-3.5F型（配用电机功率为N=0.18kw）斜流风机；

如果系统较为复杂的话，应该选用离心风机。管路不太复杂，则可选用F4-72-3.5A（3.6A）型，配用电机为0.75kw或1.1kw。

如果客户要求风量比较大，系统较为复杂，则可选用F4-72-4A型风机，配用电机功率为1.1kw。单台排毒柜系统阻力约80-100Pa，单个弯头阻力约40-50Pa。

选用风机时，由于国内厂家风机参数有一定水分，应该适当放一定的余量；

③多台排毒柜及复杂系统，对于两台或两台以上排毒柜的通风系统，一般采用楼顶高空排放或室外排放，风机一般选用离心风机。

风机的型号可根据系统的总排风量和系统阻力选用。对于同时能满足系统的排风量和系统压力的风机，我们应该尽量选用型号偏大，电机功率偏小的风机。

④一台风机带动两台或几台排毒柜的系统，为了能单独控制排毒柜的开闭，应该在每一台排毒柜上设计一个电子调风阀。电子调风阀的型号一般为Φ315mm。

七、实验室通风系统设计参数

1、通风换气

对于客户要求对实验室进行通风设计的，通风换气量可根据房间的换气次数来确定，实验室的换气次数取每小时10-12次，特殊情况可以相应增大。

[房间通风一般选择500×500的铁皮罩作为通风末端设备，每个通风罩通风量可达到600m3／h，房间的长×宽×高×10（换气次数）=房间每小时的通风量，然后房间每小时的通风量除以600来确定通风罩的数量，支、干管风速按照6m／s计算]

2、通风柜支管风速

通风柜支管风速为6-10m／s（计算时一般选择10m／s），特殊情况可超过10m／s，但不宜超过12m／s；

干管风速为10-14m／s（计算时一般选择10m／s，如果管道比较长选择12m／s，如果风量大选择14m／s）。

3、通风柜面风速

通风柜面风速一般控制在0.375-0.75m／s之间，验收标准一般取0.5m／s，最佳面风速为0.508m／s。

（测量面风速时，一般将拉门拉至5cm高度测量，风速达到0.3-0.5 m／s即算合格，如果拉门高度过大时，测量拉门下方5cm高度处风速，也可合格）。通风柜的危险等级 平均面风速（m／s） 最低面风速（m／s）

高 0.622-0.75m／s 0.5m／s

中 0.5m／s 0.4 m／s

低 0.375-0.4m／s 0.25m／s

4、 室外噪声

室外噪声应控制在70dB（A），实验室内噪声应控制在55dB（A），（室内噪声GB60分贝超标，室外噪音大约为75分贝）。

风机的噪声可以分为本身的机械噪声（此噪声主要由风扇质量不同引起）和风声（为主要噪声）。在风机功率不大的情况下，可通过在风机上方加防雨罩来消除风声，在使用大功率风机时一般在风机进出口加消声器来消除风声，机械噪声主要靠建隔音墙、小黑屋或在风机进出口加软接头来解决。减振的主要方法为风机底座做成减振底座并安装减振器或加装减振垫。

5、 通风量（Q）=表面风速（vs）×排毒柜开口面积。

电子调风阀的作用是通过调节每台通风柜的风管半径来调节每台通风柜的通风量，来达到当通风柜开口面积变化时保持表面风速不变。

6、 排风量（Q）=表面风速（vs）×排毒柜开口面积。

变频系统的作用是改变风机的转速来改变风机的通风量，当一套通风系统中只有少量几台通风柜工作时，变频系统自动调节风机的转速，从而改变风机的通风量，从而保证通风柜的面风速恒定。变频系统和调风阀的作用类似，但如果只使用调风阀，则当一套通风系统中只有少量几台通风柜工作时，风机仍然以最高转速工作，而使用变频系统后，调整风机转速可节省能源。

 

八、实验室通风管路设计

1、通风设备的选择

先根据平面图确定每个系统包括多少通风柜，再根据每个系统包括通风柜的数量确定本系统的大致通风量（每台1200mm的通风柜设计风量为1300m3／h，每台1500mm的通风柜设计风量为1700m3／h，每台1800mm的通风柜设计风量为2100m3／h，每台原子吸收罩的设计风量为600m3／h，每台万向排烟罩的设计风量为250或300m3／h），然后选择通风量稍大于系统通风量的风机。

2、计算通风过程中损失的压力

单台排毒柜系统阻力约80-100Pa，一般1m的管道损失5-6Pa，一个弯头损失40-50Pa，风机出口和抽风口各损失60Pa，消声器损失50Pa，然后根据所计算出的风机的通风量和压力在图表曲线中选择合适的风机（在计算过程中只计算最远端通风柜的压差，然后留200-300Pa的余量）。

3、通风量的计算

根据通风量=风管截面×管内风速来计算风管半径（支管根据通风柜尺寸选择315mm）

 

九、实验室补风系统

1、补风系统

室内放置N台通风柜或客户要求时需要对室内进行补风，补风量一般为排风量的70%（门窗可补30%左右）；补风系统应尽量靠近排毒柜，以免影响实验室内空调、采暖系统，而且补风还需进行预处理，方可送入实验室。

2、补风的方式有多种

①通过室内空调补风；

②在天花上放置一段风管与室外相连，达到自然补风；

③使用补风型通风柜；

④在通风系统外安装补风系统。

3、补风量

如果做补风系统，根据房间的密闭情况确定补风量，最大补风量为通风量的70%，最小为20%，主管道的风速可设为8m∕s。

十、实验室尾气处理

1、 有机尾气处理

采用活性碳吸附，其中国产活性炭每片数千元，吸附率达到70%；进口活性炭每片数万元，吸附率可达到99%，且可以三次还原；一般一台1800通风柜需要两片活性炭。

2、 无机尾气处理

采用水喷淋，用酸雾或碱雾来中和无机废气。

 

十一、实验室通风现场条件

1、 建筑现场条件：

a.建筑物的总层数；

b.建筑物的层高；

c.建筑物内梁或其他对通风系统设置有影响的物体的具体位置及尺寸；

d.楼顶的现场条件，是否有空位安装风机；

e.建筑物内是否有风井，如果有需要提供具体位置与尺寸；

f.建筑物内如果没有风井，客户同意建筑物外哪些部分可以走风管而不影响通风系统效果及其他设施与建筑物整体美观。

2、 甲方要求：

a.甲方要求风机安装位置（室内、侧墙或楼顶）；

b.甲方要求通风系统材质（PVC、玻璃钢、镀锌铁皮、不锈钢、PP等）

c.甲方是否需要本公司提供墙体开孔、设备基础、防水处理等服务；

d.甲方是否需要做通风系统尾气处理；

e. 甲方要求通风末端设备达到的面风速等具体参数；

f. 客户要求通风末端设备噪声控制的范围等。