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實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)?
專欄:新聞
發(fā)布日期:2024-10-09
閱讀量:409
作者:網(wǎng)絡(luò)
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實(shí)驗(yàn)室是產(chǎn)出重大創(chuàng)新成果的重要科研基地,然而實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的污染物和有毒有害氣體,對(duì)科研人員的身體健康及科研成果具有潛在的影響和阻礙。尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,每天要消耗大量且多樣的化學(xué)試劑,實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)作為重要的安全保護(hù)設(shè)施,對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各類空氣傳播危害源的控制至關(guān)重要,因此更需要合理的設(shè)計(jì)方案,來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全舒適、環(huán)保節(jié)能及智慧化管理。

一、 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)的基本概念

1、 通風(fēng)和通風(fēng)柜的概念

所謂通風(fēng),就是把室內(nèi)的污濁空氣直接或經(jīng)凈化后排至室外把新鮮空氣補(bǔ)充進(jìn)來(lái),從而保持室內(nèi)的空氣條件,以保持衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和滿足生產(chǎn)工藝的要求,我們把前者稱為排風(fēng),后者稱為送風(fēng)。而通風(fēng)柜可以簡(jiǎn)單理解成一個(gè)箱體和一個(gè)風(fēng)機(jī),產(chǎn)生于箱體中的氣體被風(fēng)機(jī)排出并被安全的排放到大氣中。

2、 通風(fēng)的分類

按照動(dòng)力不同,通風(fēng)系統(tǒng)可以分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng),機(jī)械通風(fēng)又可以分為全面通風(fēng)和局部通風(fēng),全面通風(fēng)是指在房間內(nèi)整體的進(jìn)行通風(fēng)換氣的一種方式,局部通風(fēng)是指通風(fēng)的范圍控制在有害物質(zhì)形成比較集中的地方,或是工作人員經(jīng)?;顒?dòng)的局部地區(qū)的通風(fēng)方式,例如通風(fēng)柜、萬(wàn)向排煙罩、原子吸收罩等。

3、 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)是研究控制實(shí)驗(yàn)室有害物質(zhì)對(duì)室內(nèi)外空氣環(huán)境的影響和破壞的技術(shù)。

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二、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的基本組成

1、通風(fēng)末端設(shè)備

主要包括通風(fēng)柜、萬(wàn)向排煙罩、原子吸收罩、吹吸式排風(fēng)罩等。

2、通風(fēng)管路系統(tǒng)

主要有風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、風(fēng)閥、消聲器、廢氣處理塔等。


三、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)備簡(jiǎn)介

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1、通風(fēng)柜

主要尺寸寬度為1200mm、1500mm、1800mm,深度為800mm,高度為2350mm。通風(fēng)柜的主要結(jié)構(gòu)為:

①柜體:通風(fēng)柜的柜體可根據(jù)使用要求做成鋼制、木制、塑料、不銹鋼等材料;

②臺(tái)面及襯板:耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫的各種材質(zhì),進(jìn)行高溫或強(qiáng)酸堿操作的內(nèi)層板要用不銹鋼除渣除油靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末;

③活動(dòng)拉門:裝在柜體表面上的透明玻璃,使用戶遠(yuǎn)離有害的化學(xué)物質(zhì)和氣體,同時(shí)使有害氣體通向通風(fēng)柜的內(nèi)部管道;

④導(dǎo)流板:控制氣流流經(jīng)通風(fēng)柜時(shí)的形狀,減少空氣流入通風(fēng)柜時(shí)產(chǎn)生的由于方式不定造成的回流或渦流,提高使用效率(會(huì)對(duì)噪聲及靜壓產(chǎn)生影響);

⑤集流環(huán):位于通風(fēng)柜的頂部,將通風(fēng)柜的氣體導(dǎo)向風(fēng)排放(對(duì)通風(fēng)柜的效率和噪聲有著重要的影響);

⑥調(diào)風(fēng)閥:通風(fēng)柜的附屬部件,來(lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)柜的排氣量以及最佳表面風(fēng)速;

⑦水龍、考克、水杯等配件。

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2、萬(wàn)向排煙罩

主要為PP材質(zhì),規(guī)格Φ110mm。是進(jìn)行局部通風(fēng)的首選:安裝簡(jiǎn)單、定位靈活,通風(fēng)性能良好,能有效保護(hù)實(shí)驗(yàn)室工作人員的人身安全。

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3、原子吸收罩

主要為不銹鋼材質(zhì),規(guī)格一般為400×400mm。主要適用于各類大型精密儀器,要求定位安裝,有設(shè)定的通風(fēng)性能參數(shù),也是整體實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃中必須考慮的因素之一。


四、通風(fēng)管路的材質(zhì)要求

1、圓形風(fēng)管通風(fēng)效率高但直徑不宜太大。由于北方冬季室內(nèi)外溫差較大,室外管道可選用玻璃鋼產(chǎn)品,對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)室,若室內(nèi)排放的氣體沒(méi)有腐蝕性,風(fēng)管可以采用鍍鋅鐵皮。

2、若實(shí)驗(yàn)室排放的廢氣有一定的腐蝕性,風(fēng)管應(yīng)采用耐腐蝕材料的PVC、玻璃鋼風(fēng)管;如果通風(fēng)系統(tǒng)廢氣含強(qiáng)酸(如鹽酸、硝酸等),通風(fēng)管道應(yīng)該選用PP材質(zhì)。對(duì)于沒(méi)有或只有輕微腐蝕或客戶要求的話,也可選用不銹鋼風(fēng)管。

3、如果客戶要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng),可選用鍍鋅管進(jìn)行補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)也可選用低噪音軸流風(fēng)機(jī),在特殊情況下,也可考慮軟管連接(如鋁箔管、塑料軟管等)。


五、通風(fēng)管路的尺寸及計(jì)算方法

1、常用圓形風(fēng)管尺寸

①單臺(tái)原子吸收罩主要選用Φ160(DN150)管;

②萬(wàn)向排煙罩主要選用Φ110(DN100)管;

③單臺(tái)、兩臺(tái)通風(fēng)柜支、干管主要選用Φ315(DN300)管。

2、常用方形風(fēng)管尺寸

如果系統(tǒng)較復(fù)雜,或同一房間平行設(shè)有三臺(tái)或三臺(tái)以上的通風(fēng)柜,或?qū)嶒?yàn)室高度有限,圓形風(fēng)管無(wú)法安裝,可以考慮選用方形風(fēng)管。

方形風(fēng)管的邊長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下(單位為mm):120、160、200、320、400、500、630、800、1000、1250,由于通風(fēng)柜寬度為800mm,故選用方管長(zhǎng)邊尺寸不宜超過(guò)630mm,而且最好選擇正方形,如果條件不允許也可選用矩形,但每個(gè)單最好統(tǒng)一。

3、風(fēng)管尺寸方法

①圓形風(fēng)管計(jì)算方法:Q=(3600×πd2v)/4,{Q--排風(fēng)量,m3/h;d--風(fēng)管直徑,mm;v—管內(nèi)風(fēng)速,m/s;

②方形風(fēng)管計(jì)算方法:Q=3600×a?b?v,{Q--排風(fēng)量,m3/h;a、b--風(fēng)管邊長(zhǎng),mm;v--管內(nèi)風(fēng)速,m/s}。


六、風(fēng)機(jī)分類及選用

1、風(fēng)機(jī)的分類

按照氣流方式,風(fēng)機(jī)分為離心式(常放置在屋外)、軸流式(常放置在屋內(nèi))和混流(斜流)式三種;

軸流風(fēng)機(jī)適用于風(fēng)壓小、適用于管路短的通風(fēng)系統(tǒng)(一般10米以內(nèi),否則易造成抽不動(dòng));離心風(fēng)機(jī)適用于管路長(zhǎng)的通風(fēng)系統(tǒng)(一般10m以外,否則易造成噪音大)。風(fēng)機(jī)的材質(zhì):一般分為玻璃鋼、PP、PVC、鐵皮、不銹鋼等,其中玻璃鋼較多。風(fēng)機(jī)的型號(hào)的選擇,是根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓來(lái)選擇的。

2、風(fēng)機(jī)特點(diǎn)

①軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是:耗電量小,運(yùn)行費(fèi)用低,但噪音大,風(fēng)機(jī)抽力?。L(fēng)壓小),適用于簡(jiǎn)單系統(tǒng),一般安裝在墻上或管道上;

②離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是:耗電量大、運(yùn)行費(fèi)用較高,噪音較大,風(fēng)機(jī)抽力大(風(fēng)壓大),適用于復(fù)雜系統(tǒng),主要安裝在室外或樓頂;

③斜流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是:耗電量、運(yùn)行費(fèi)用、風(fēng)機(jī)抽力處于前兩者之間,噪音較小,適用于簡(jiǎn)單系統(tǒng),一般安裝在室內(nèi)。

3、風(fēng)機(jī)的幾個(gè)主要參數(shù)

①流量(Q)單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一流道截面的流體體積;

②風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(n)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的速度,單位r∕min;

③效率(η)風(fēng)機(jī)的做功效率η=(W有用∕W總)×100%;

④壓力(P)風(fēng)機(jī)的全壓(Pt)分為動(dòng)壓(Pd)和靜壓(Ps)兩部分。靜壓是指風(fēng)機(jī)克服整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的摩擦阻力所必須具備有的壓力,它由通風(fēng)柜、百葉、調(diào)風(fēng)閥、風(fēng)管、風(fēng)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的特性決定,動(dòng)壓是氣體以一定的速度排放所具有的那部分壓力,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下計(jì)算Pd=0.5PV2(P空氣密度,通常為1.2;V風(fēng)速,單位m/s)。

4、風(fēng)機(jī)的選用

在3.5F以下,4000m∕h以下,2臺(tái)通風(fēng)柜以下可以選擇斜流風(fēng)機(jī),以上選擇離心風(fēng)機(jī)。

①單臺(tái)萬(wàn)向排煙罩、原子吸收罩,

如果管路較簡(jiǎn)單,直接從房間穿墻或穿窗對(duì)外排放,則可選用玻璃鋼斜流風(fēng)機(jī)。

如果管路較復(fù)雜,彎頭較多,則可選用離心風(fēng)機(jī);

②單臺(tái)排毒柜,如果管路系統(tǒng)較簡(jiǎn)單,直接從房間穿墻或穿窗對(duì)外排放,則可選用斜流風(fēng)機(jī);

如果系統(tǒng)較為復(fù)雜的話,應(yīng)該選用離心風(fēng)機(jī)。

選用風(fēng)機(jī)時(shí),由于國(guó)內(nèi)廠家風(fēng)機(jī)參數(shù)有一定水分,應(yīng)該適當(dāng)放一定的余量;

③多臺(tái)排毒柜及復(fù)雜系統(tǒng),對(duì)于兩臺(tái)或兩臺(tái)以上排毒柜的通風(fēng)系統(tǒng),一般采用樓頂高空排放或室外排放,風(fēng)機(jī)一般選用離心風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)的型號(hào)可根據(jù)系統(tǒng)的總排風(fēng)量和系統(tǒng)阻力選用。對(duì)于同時(shí)能滿足系統(tǒng)的排風(fēng)量和系統(tǒng)壓力的風(fēng)機(jī),我們應(yīng)該盡量選用型號(hào)偏大,電機(jī)功率偏小的風(fēng)機(jī)。

④一臺(tái)風(fēng)機(jī)帶動(dòng)兩臺(tái)或幾臺(tái)排毒柜的系統(tǒng),為了能單獨(dú)控制排毒柜的開閉,應(yīng)該在每一臺(tái)排毒柜上設(shè)計(jì)一個(gè)電子調(diào)風(fēng)閥。電子調(diào)風(fēng)閥的型號(hào)一般為Φ315mm。


七、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

1、風(fēng)量的計(jì)算方法:

根據(jù)面風(fēng)速來(lái)確定排風(fēng)量(面風(fēng)速的一般取值為:0.3~0.5 m3/h)

計(jì)算公式:G=S?V?h?μ

                    =L?H?3600?μ

其中           G:排風(fēng)量

           S:操作窗開啟面積

           V:面風(fēng)速

           h: 時(shí)間(1小時(shí))

           L: 通風(fēng)柜長(zhǎng)度

           H: 操作窗開啟高度

           μ: 安全系數(shù)(1.1~1.2)

例:1200L的通風(fēng)柜其排風(fēng)量計(jì)算如下:

G:1.2*0.75/2*0.8*3600*1.2=1555 m3/h

經(jīng)驗(yàn)值:1200L的通風(fēng)柜排風(fēng)量一般為1500 m3/h

1500L的通風(fēng)柜排風(fēng)量一般為1800 m3/h

1800L的通風(fēng)柜排風(fēng)量一般為2000 m3/h

注:中央臺(tái)上用排風(fēng)罩排風(fēng)量的計(jì)算方法同通風(fēng)柜排風(fēng)量的計(jì)算方法相同。


原子吸收罩排風(fēng)量的計(jì)算方法:

根據(jù)罩口風(fēng)速來(lái)確定排風(fēng)量(罩口風(fēng)速的一般取值:1~2 m3/h)

計(jì)算公式:G=πR2?V?3600?μ

其中           G:排風(fēng)量

          R:罩口半徑

          V:罩口風(fēng)速

          μ:安全系數(shù)(1.1~1.2)

經(jīng)驗(yàn)值:一般情況下原子吸收罩的排風(fēng)量在500~600 m3/h


整體通風(fēng)的排風(fēng)量計(jì)算方法:

計(jì)算公式:G=V?n?h=L?W?H?n?h

其中          G:排風(fēng)量          V:房間體積

          n:換氣次數(shù) (一般取8~12次)          h:時(shí)間(1小時(shí))

 換氣次數(shù)參考值

實(shí)驗(yàn)室      化學(xué)     有機(jī)合成     有毒實(shí)驗(yàn)     P級(jí)實(shí)驗(yàn)     生物     醫(yī)藥     物理

次 /小時(shí)     6-20     15-18          20-30        15-30      5-30      5-10      3-8


 2、風(fēng)壓的計(jì)算

管線沿程阻力約5Pa/米,彎頭阻力為10~30 Pa/個(gè),三通阻力為30~50 Pa/個(gè)。

注:所有阻力之和乘以安全系數(shù)(1.1~1.2)即為風(fēng)壓值。


 3、通風(fēng)管線風(fēng)量的計(jì)算

注:一般情況下國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)管風(fēng)速取值范圍為V=6~8m/s  (公司計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)管風(fēng)速取值范圍為V=8~12m/s)

計(jì)算公式:G=S?V?3600=πR2?V?3600→R=[G/(π?V?3600)]?

其中           G : 排風(fēng)量(根據(jù)上述計(jì)算得出)              R:風(fēng)管半徑             V:風(fēng)管風(fēng)速

注:矩形風(fēng)管的尺寸有如下幾種固定尺寸:120、150、200、250、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800  (如需由圓形管變?yōu)榫匦喂?,設(shè)計(jì)原則是面積相等)

4、通風(fēng)換氣

對(duì)于客戶要求對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)的,通風(fēng)換氣量可根據(jù)房間的換氣次數(shù)來(lái)確定,實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)取每小時(shí)10-12次,特殊情況可以相應(yīng)增大。

[房間通風(fēng)一般選擇500×500的鐵皮罩作為通風(fēng)末端設(shè)備,每個(gè)通風(fēng)罩通風(fēng)量可達(dá)到600m3/h,房間的長(zhǎng)×寬×高×10(換氣次數(shù))=房間每小時(shí)的通風(fēng)量,然后房間每小時(shí)的通風(fēng)量除以600來(lái)確定通風(fēng)罩的數(shù)量,支、干管風(fēng)速按照6m/s計(jì)算]

5、 室外噪聲

室外噪聲應(yīng)控制在70dB(A),實(shí)驗(yàn)室內(nèi)噪聲應(yīng)控制在55dB(A),(室內(nèi)噪聲GB60分貝超標(biāo),室外噪音大約為75分貝)。

風(fēng)機(jī)的噪聲可以分為本身的機(jī)械噪聲(此噪聲主要由風(fēng)扇質(zhì)量不同引起)和風(fēng)聲(為主要噪聲)。在風(fēng)機(jī)功率不大的情況下,可通過(guò)在風(fēng)機(jī)上方加防雨罩來(lái)消除風(fēng)聲,在使用大功率風(fēng)機(jī)時(shí)一般在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口加消聲器來(lái)消除風(fēng)聲,機(jī)械噪聲主要靠建隔音墻,小黑屋或在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口加軟接頭來(lái)解決。減振的主要方法為風(fēng)機(jī)底座做成減振底座并安裝減振器或加裝減震墊。


八、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)管路設(shè)計(jì)

1、通風(fēng)設(shè)備的選擇

先根據(jù)平面圖確定每個(gè)系統(tǒng)包括多少通風(fēng)柜,再根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)包括通風(fēng)柜的數(shù)量確定本系統(tǒng)的大致通風(fēng)量(每臺(tái)1200mm的通風(fēng)柜設(shè)計(jì)風(fēng)量為1300m3/h,每臺(tái)1500mm的通風(fēng)柜設(shè)計(jì)風(fēng)量為1700m3/h,每臺(tái)1800mm的通風(fēng)柜的計(jì)風(fēng)量為2100m3/h,每臺(tái)原子吸收罩的設(shè)計(jì)風(fēng)量為600m3/h,每臺(tái)萬(wàn)向排煙罩的設(shè)計(jì)風(fēng)量為250或300m3/h),然后選擇通風(fēng)量稍大于系統(tǒng)通風(fēng)量的風(fēng)機(jī)。

2、計(jì)算通風(fēng)過(guò)程中損失的壓力

單臺(tái)排毒柜系統(tǒng)阻力約80-100Pa,一般1m的管道損失5-6Pa,一個(gè)彎頭損失40-50Pa,風(fēng)機(jī)出口和抽風(fēng)口各損失60Pa,消聲器損失50Pa,然后根據(jù)所計(jì)算出的風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量和壓力在圖表曲線中選擇合適的風(fēng)機(jī)(在計(jì)算過(guò)程中只計(jì)算最遠(yuǎn)端通風(fēng)柜的壓差,然后留200-300Pa的余量)。

3、通風(fēng)量的計(jì)算

根據(jù)通風(fēng)量=風(fēng)管截面×管內(nèi)風(fēng)速來(lái)計(jì)算風(fēng)管半徑(支管根據(jù)通風(fēng)柜尺寸選擇315mm)


九、補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)

1、補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)

室內(nèi)放置N臺(tái)通風(fēng)柜或客戶要求時(shí)需要對(duì)室內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)量一般為排風(fēng)量的70%(門窗可補(bǔ)30%左右);補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量靠近排毒柜,以免影響實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空調(diào)、采暖系統(tǒng),而且補(bǔ)風(fēng)還需進(jìn)行預(yù)處理,方可送入實(shí)驗(yàn)室。

2、補(bǔ)風(fēng)的方式有多種

①通過(guò)室內(nèi)空調(diào)補(bǔ)風(fēng);

②在天花上放置一段風(fēng)管與室外相連,達(dá)到自然補(bǔ)風(fēng);

③使用補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜;

④在通風(fēng)系統(tǒng)外安裝補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

3、補(bǔ)風(fēng)量

如果做補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)房間的密閉情況確定補(bǔ)風(fēng)量,最大補(bǔ)風(fēng)量為通風(fēng)量的70%,最小為20%,主管道的風(fēng)速可設(shè)為8m∕s。




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