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实验建筑空调与洁净系统

发布时间:
2019/07/26
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  一、实验建筑空调系统的分类与特点

  实验建筑有别于普通建筑,不同的实验室对温度、湿度、压强、洁净度等参数有不同的要求,而且不同实验室之间的气流不能交叉污染,实验区的气流不能流向办公区等,因此,实验建筑空调系统的要求比普通建筑的要求复杂得多,按布置方式不同可分为分散型空调系统、集中型空调系统及局部集中型空调系统。

  1.分散型空调系统

  分散型空调系统是指各实验室分别采用独立的空调机,常见的空调机包括天花式空调、壁挂式空调、柜式空调、窗式空调。天花式空调由于不占使用空间、噪音低,综合性能优越,常被使用于实验室;窗式空调由于噪声相对大,不推荐使用;壁挂式空调和柜式空调可根据实验室面积的大小可应用于普通实验室。

  分散型空调系统的优点是安装容易、使用灵活、管理方便、实验室之间相互干扰少、维修简单、能单独控制、节约能源。缺点是没有新风系统,空调室外主机很多,室外主机与室内机的距离不能太远,需要考虑室外机的安放地点与美观因素。适用于实验室之间没有特别压差或洁净度要求的普通实验室,常见于投资少、规模小的建设项目。

  2.集中型空调系统

  集中型空调系统是指实验建筑采用整体中央空调系统,开机时整个实验楼的空调“一开全开”。由于实验楼内一般同时存在办公区及实验区,而实验区内有不同的实验室,会产生一些问题,例如:对于各类不同步使用的实验室,采用集中型空调能源浪费较大;难以满足各类型实验室对不同温度、湿度的要求;对于洁净度要求不同的实验室,因集中型空调系统处理的风量较大,会造成过高的投资;不能适应实验楼中精密仪器室和其他实验室的不同要求;不能满足实验区与办公区对空调系统的不同需求。集中型空调系统采用统一制冷机组,管道统一布置,温度、湿度、换气设计容易满足人体舒适度的要求,适用于大楼内的大型办公区,但不推荐用于实验区与办公区同时使用的综合区域。

  3.局部集中型空调系统

  局部集中型空调系统是指采用多个空调机组,对实验建筑内空气环境有不同要求的区域分开控制,同时采用变频控制系统,根据使用区域的变化而改变能耗,从而实现节能的目的。局部集中型空调系统综合了分散型空调系统和集中型空调系统的优点,广泛应用于实验建筑。

  二、普通实验室的空调系统

  普通实验室的空调系统是指对洁净度没有特殊要求的实验室空调系统,一般按舒适性空调设计即可,夏季的适宜温度应是18~28℃,冬季16~20℃,湿度最好在40%(冬季)~70%(夏季)之间,为了保证实验室的气流不对周围的公共区产生污染,一般相对公共区保持微负压。有些精密仪器室要求保持恒温恒湿,以利于仪器的保养。对于棱镜光谱仪等精密仪器设备,对温度和湿度的要求更高,由于棱镜的折射率因温度而异,温度波动大时,可显著影响波长的测定精度,所以棱镜光谱仪对环境条件要求很严格,一般要求光谱室温度为20±5℃,相对湿度65%±5%。

  对于排毒柜较多的理化实验室,为了达到节能的目的,除了通风系统采用VAV控制系统外,还需要合理设置空调系统的补新风系统,避免实验室内过多空气被抽走而出现负压,当室内外的温差较大时,还需要对补入空气进行预热或预冷。

  三、洁净实验室的空调系统

  洁净实验室是一个全密闭环境,通过空调送、回风系统的初、中、高效过滤器,使室内环境的空气不断地循环过滤,以保证空气悬浮粒子浓度受控到一定的浓度,洁净实验室需控制的主要参数有尘埃粒子数、菌落数、换气次数、压差、温度、湿度、光照度、噪音。

洁净室的空气中悬浮粒子洁净度等级表

空气洁净度等级(N) 大于或等于表中粒径的最大浓度值(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

 

  常见的洁净实验室有细胞培养室、动物实验室、植物实验室等,根据实验的需要,对环境的洁净度、温度、湿度及空调的工作时间有不同的要求。为了实现节能的目的。对于动物饲养室、培养室等不间断工作的房间,需要配备独立的空调机组及备用电源。

  四、实验室空调系统设计的考虑因素

  实验室空调系统必须满足实验室研究要求。除对温度、湿度需严格控制外,需要足够的通风量处理烟尘、异味、空气中污物,满足排风设备通风以及实验室内热负荷要求。空调系统必须充分考虑系统的可靠性并考虑富余量。不同性质区域需保证不同的相对压力,并要根据相关标准考虑节能。实验室空调系统设计除了常规空调需要考虑的因素外,还需要结合实验室特点,综合分析各种因素后,选择合适的空调系统。

  1、实验室的气流组织

  实验室必须保持一定的温度梯度和气流状况。通常情况下,实验室相对于走廊以及非实验室区保持负压,气流从低危区流向高危区,整栋建筑相对于外界必须保证正压以防止有害的未经过过滤处理的气体渗入。

  走廊的送风需考虑到对实验室的补风以及整栋建筑的正压要求。在建筑平面布局合理的前提下,充分考虑送风口、回风口以及排风口的位置,送回排风量的匹配,建立房间之间合理的压力梯度,保证空气有序流动,防止交叉污染。在实验室的设计中不仅要考虑气流的流向,还要考虑流量、不同洁净等级或不同功能房间的压差,通常为5~10Pa,生物安全实验室相邻不同功能房间压差通常为1O~15Pa,要充分考虑人流、物流的路线,最大限度地减少室内的回流和涡流,避免污染物扩散到室内,危害人员和环境的安全。特别要注意排毒柜对室内气流组织的影响,在实验室排毒柜、生物安全柜附近的区域应尽量避免紊流的出现,紊流在罩边的影响远比在罩前的影响大。

  2.实验室气流的压力控制

  实验室气流的压力控制主要有直接压差控制法和余风量控制法。

  (1)直接压差控制法。

  直接压差控制法即通过压差传感器测量室内与参照区域的压差,与设定的压差比较后,控制器根据偏差调节送风量(或排风量)进行控制,从而达到要求的压差。此种压力控制法为反馈控制,系统的响应时间长,控制精度低。

  (2)余风量控制法。

  实验室的送风量与排风量之间保持一定的风量差(称为余风量),必然会导致实验室内外产生一定的压差。当室内总送风量大于室内回风、排风总量时,空气通过余压阀和房间缝隙排出,与相邻区域建立起正压,避免环境中的污染物进入室内,如要求洁净度较高的场所。

  当房间总送风量小于回风、排风总量时,空气通过相邻房间或由室外进入室内,室内呈负压,此类负压系统是为了保证环境的安全,保证未经处理的污染物不会流向室外,如生物安全实验室、负压动物房等。余风量控制法的优点是压差控制准确、系统波动小、平衡迅速。系统在不受外扰的条件下属于前馈控制,系统响应时间短,控制精度高,多数洁净室采用此种压力控制方法。

  对于要求压力控制精度高且需要压力稳定的场所(如生物安全实验室),多以余风量控制法为基本控制方法,同时加入压力传感器和控制器对余风量进行设定。以产生压差的余风量确定送、排风量,同时对佘风量进行监测,当余风量偏离设定值达到一定程度时,系统自动报警,此时需要对测量装置或可能产生漏风的设备(如风管系统、围护结构)进行处理。余风量控制与压力控制相结合,可以实现系统的动态控制,确保压力系统压差的准确。

  3、实验室的排风设备

  实验室排风设备的数量及其排风量是实验室空调系统设计考虑的重要因素,常见的实验室排风设备包括排毒柜、万向排烟罩、原子吸收罩、桌面通风罩、生物安全柜、抽风式试剂柜、通风的动物笼、手套箱等。

  4、冷热负荷的因素

  实验室空调系统的设计必须充分考虑实验室的潜在热源与冷源,以便计算出科学准确的冷量及采用变频空调,达到节能的目的。实验室常见的冷热负荷包括人员显热、动物显热、实验室仪器设备、计算机、灯光、冷房、暖房等。

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