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化学实验室的暖通设计

时间:2021-04-06 09:50点击量:

  一般的暖通设计都是舒适性空调。舒适性主要考虑到温度和湿度,并且同时考虑二氧化碳浓度,民用建筑不超过1000ppm,那就必须要有新风。而室内污染物会考虑 PM2.5和甲醛等,一般现有技术也能控制妥当。所以对舒适性空调来说,我们更多考虑是热湿负荷以及耦合的问题,而化学实验室的暖通设计,除了考虑冷负荷、热负荷,或者湿负荷以外,还要再加一个概念叫污染负荷。污染负荷主要包括两部分:一部分我们称之为气体污染物,另一部分是颗粒污染物。然后将这四个因素耦合在一起,可以按照“就高不就低”的原则进行设计。所以,实验室的暖通系统由于考虑的因素更多,其控制系统会更复杂,能耗也会更大。

化学实验室

来源于网络-复旦大学化学实验室

  化学实验室的污染负荷,哪些技术可以应对?

  一般,我们做实验,都会在一个有通风柜或者排风的区域里进行。假设有一个实验操作柜台,在柜子前面1.5米,旁边各1米,高度是2米的空间,我们称之为工作区。在工作区里的空气流速不能超过0.15m/s。对比家用空调,要求是热天不超过0.3m/s,冷天不超过0.2m/s或者0.25m/s。而有些工作区的空气流速甚至要求不能超过0.1m/s。所以针对实验室的暖通设计,我们不但要考虑冷热怎么送进去,还要考虑气流组织,以确保实验操作人员不会吸入被污染的空气。

  针对生物实验室而言,吸入被污染的空气意味着你有可能已经吸入病毒/细菌了。

  那实验室内的污染物通常都有哪些?我们应该采取怎样的措施进行监控?

  事实上,实验室内的污染物是比较复杂的,以土木类实验室举例。通常,都认为这类实验室内一般只有些粉尘。但对于涉及防火研究的实验,需要燃烧防火材料、保温材料和一些建筑材料,所以会产生相当多的气体污染物。在管理完善的实验室里,实验使用的排风柜有三轮检测,第一轮是 as manufactured:会将产品放到特定的实验室以测试产品性能;第二轮是 as installed:以测试安装质量;最后一轮是 as used:类似年度例行检查。这样才能确保排风柜的性能表现是符合标准要求的。

  那么在满足实验室特殊需求的前提下,您觉得现在有哪些技术可以降低实验室的能耗?

  这还是有不少的。比如,我们如果能对实验室的工艺流程有所了解和熟悉,那么对于一些化学品使用强度不大的实验室,刚才提到的排风柜的排风就不必排到室外了。用可靠的技术手段将粉尘,尤其是有害气体进行吸附过滤之后,可以直接排在室内再进行循环,这就是一项非常好的技术。但它的前提条件是有非常可靠的传感器以及有效的过滤手段。

  过滤器更换按照卫生标准要求。首先,将污染物分普通毒性和较强毒性,如果过滤器中的普通毒性污染物达到卫生标准浓度的50%,就必须进行更换;而如果较强毒性污染物达到卫生标准浓度的1%,也必须更换过滤器。

  另一个就是如何有效利用实验室排出空气的能量。实验室的换气次数普遍在6~12次换气/小时,在一些排风柜密集的实验室能达到几十次甚至上百次,这也是其能耗高的原因之一。在夏天,这些经过处理后排出的空气温度为25℃~26℃,而在上海的室外大气温度要达到34℃,如果利用得当,这是一种有效的热回收措施。我们可以将这些排出的空气先用于空调的再热,然后再去预冷新风,这样它就是一个很好的应用。


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