技術(shù)導航 ｜ 淺談實(shí)驗室新風(fēng)處理

技術(shù)導航 ｜ 淺談實(shí)驗室新風(fēng)處理

　　摘要：本文論述了實(shí)驗室新風(fēng)處理的基本方法和注意事項，確保補入室內的新風(fēng)是潔凈、舒適的，對室內環(huán)境不會(huì )產(chǎn)生影響。

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　　實(shí)驗室新風(fēng)

　　在分析化驗過(guò)程中，難以避免的會(huì )產(chǎn)生一些有毒有害物質(zhì)，為了保護科研人員的身心健康，通常在室內設置大量的局部排風(fēng)設備，如通風(fēng)柜、集氣罩、原子罩、萬(wàn)向罩、通風(fēng)藥品柜等，且當局部排風(fēng)設備的排風(fēng)量不能滿(mǎn)足實(shí)驗室相關(guān)規范對最小換氣次數的要求時(shí)，還需增設一些環(huán)境排風(fēng)口進(jìn)行全室通風(fēng)，進(jìn)而造成實(shí)驗室內的排風(fēng)量較大。

　　現代化的實(shí)驗室，為了創(chuàng )造一個(gè)舒適的工作環(huán)境，提高科研人員的工作效率，對于設置排風(fēng)的實(shí)驗房間，通常按照風(fēng)平衡、熱平衡設計對應的新風(fēng)系統。

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　　新風(fēng)過(guò)濾

　　2.1粉塵過(guò)濾

　　室外空氣中含有大量的粉塵，如果僅在新風(fēng)空調機組內設置一道粗效過(guò)濾器，實(shí)踐證明，粗效過(guò)濾器通常1個(gè)月就要更換一次。對于我國北方等有風(fēng)沙的地區，由于地理位置的特殊性，新風(fēng)中還夾帶著(zhù)大量的沙塵，使得粗效過(guò)濾器的更換周期更短，一周需要更換一次。

　　使用方如果不能及時(shí)更換過(guò)濾器，會(huì )使新風(fēng)空調機組內換熱器盤(pán)管表面很快結垢，降低換熱效率。同時(shí)空氣中的粉塵與送風(fēng)機長(cháng)期磨損，使得送風(fēng)機壽命大為縮短。當過(guò)濾器阻塞到一定程度時(shí)，會(huì )形成一道“泥墻”，即使送風(fēng)機滿(mǎn)負荷運轉，也無(wú)法將新風(fēng)送入室內，造成實(shí)驗室內負壓過(guò)大。

　　為了延長(cháng)新風(fēng)空調機組內的過(guò)濾器使用壽命，可現場(chǎng)制作或與建筑專(zhuān)業(yè)相配合，在新風(fēng)空調機組的入口處增設一個(gè)截面積較大的新風(fēng)采風(fēng)箱或新風(fēng)采風(fēng)室，使大量的大顆粒沙塵在此沉降和阻隔，從而延長(cháng)新風(fēng)空調機組內的過(guò)濾器使用壽命，大大節省后期運行維護費用。

　　由于粗效過(guò)濾器僅能過(guò)濾一定范圍內的粉塵，對于一些要求較高的實(shí)驗室，還可在新風(fēng)空調機組內增設凈化級別更高的過(guò)濾器，如中效袋式過(guò)濾器、駐電極高效凈化過(guò)濾器等。

　　2.2鹽霧過(guò)濾

　　沿海地區，空氣中含有大量的鹽分，如果不經(jīng)過(guò)濾處理，直接送入室內，易對新風(fēng)空調機組內的表冷器、送風(fēng)機、變頻電機和室內儀器設備等造成嚴重的腐蝕和破壞。

　　為了降低鹽霧的危害，提高設備的使用壽命，通常在新風(fēng)空調機組內設置一道中高效過(guò)濾器，對鹽霧進(jìn)行過(guò)濾。

　　當空氣中鹽霧成分較多時(shí)，考慮到中高效過(guò)濾器的使用壽命較短，后期的維護成本較高，也可采用專(zhuān)用的鹽霧過(guò)濾機組，通過(guò)過(guò)濾、噴淋等原理對鹽霧進(jìn)行過(guò)濾。

　　2.3化學(xué)污染物過(guò)濾

　　當實(shí)驗室周邊空氣質(zhì)量較差時(shí)，如空氣中存在含硫氣體、含氯氣體、含氮氣體等化學(xué)物質(zhì)或空氣中存在刺激性氣味時(shí)，新風(fēng)空調機組內除設置常規的粉塵過(guò)濾器外，尚需設置專(zhuān)用的活性炭或化學(xué)過(guò)濾模塊對新風(fēng)進(jìn)行吸附、化學(xué)催化、除臭等處理，從而保證送入室內的空氣是高品質(zhì)的新鮮空氣。

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　　新風(fēng)溫濕度控制

　　3.1溫度控制

　　對于夏季采用冷凍水進(jìn)行降溫處理的新風(fēng)空調機組，在送風(fēng)總管內設置一個(gè)溫度傳感器，實(shí)時(shí)監測送風(fēng)溫度，當送風(fēng)溫度高于設定值時(shí)，通過(guò)控制冷水電動(dòng)水閥執行器調大電動(dòng)水閥的開(kāi)度，加大表冷器的水流量來(lái)保證送風(fēng)溫度達到設定要求。反之減小表冷器的水流量來(lái)保證送風(fēng)溫度達到設定要求。

　　對于冬季采用熱水進(jìn)行加熱處理的新風(fēng)空調機組，利用送風(fēng)總管內已有的溫度傳感器，實(shí)時(shí)監測送風(fēng)溫度，當送風(fēng)溫度高于設定值時(shí)，通過(guò)控制熱水電動(dòng)水閥執行器調小電動(dòng)水閥的開(kāi)度，減小加熱器的水流量來(lái)保證送風(fēng)溫度達到設定要求。反之加大加熱器的水流量來(lái)保證送風(fēng)溫度達到設定要求。

　　3.2濕度控制

　　首先查閱相關(guān)設計標準，了解項目所處地區冬夏季室外空調計算參數，然后有針對性的進(jìn)行濕度控制。

　　當夏季空氣中濕度較大時(shí)，可采用冷凍除濕+再熱的方式進(jìn)行除濕；當冬季空氣中濕度較小時(shí)，可選用濕膜加濕、高壓微霧加濕、干蒸汽加濕、電極加濕等方式對新風(fēng)進(jìn)行加濕處理。

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　　新風(fēng)風(fēng)量控制

　　由于實(shí)驗室內存在大量的變風(fēng)量局部排風(fēng)設備，如變風(fēng)量通風(fēng)柜、變風(fēng)量中央集氣罩等，造成末端風(fēng)量存在變化的可能。而在設計之初，按照考慮了一定同時(shí)使用系數后進(jìn)行設備選型，即所選設備通常風(fēng)量較大。當室內通風(fēng)量需求較小時(shí)，就需要新風(fēng)空調機組降低頻率運行。

　　目前常見(jiàn)的風(fēng)機轉速控制方式有：定靜壓控制、變靜壓控制和總風(fēng)量控制三種基本方法。在實(shí)驗室通風(fēng)領(lǐng)域，常用的是定靜壓控制方法，即在最不利環(huán)路的末端定風(fēng)量壓力無(wú)關(guān)型閥門(mén)前后設置一個(gè)靜壓傳感器，保持該點(diǎn)靜壓值在設定值，并以此為基準點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)機變頻調節。當室內排風(fēng)變風(fēng)量壓力無(wú)關(guān)型閥門(mén)的風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，為了保證實(shí)驗室內始終處于微負壓，必然連鎖調節對應的送風(fēng)變風(fēng)量壓力無(wú)關(guān)型閥門(mén)的開(kāi)度，進(jìn)而造成新風(fēng)風(fēng)道壓差發(fā)生變化。通過(guò)靜壓傳感器檢測到的風(fēng)道壓差變化，調節送風(fēng)機的運行頻率滿(mǎn)足風(fēng)道壓差恒定。

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　　新風(fēng)除濕

　　5.1除濕目的

　　南方地區，夏季炎熱潮濕，空氣中濕度加大，尤其是梅雨季節，如新風(fēng)不經(jīng)除濕處理直接送入室內，易造成室內空氣相對濕度較大，出現發(fā)霉，甚者出現墻壁結露、儀器表面結露等現象，進(jìn)而破壞室內裝飾裝修，影響部分儀器設備不能正常工作。

　　5.2除濕措施

　　傳統的除濕方式為室外高溫高濕的新風(fēng)，先經(jīng)過(guò)表冷器進(jìn)行降溫，通常處理到室內露點(diǎn)溫度，將新風(fēng)中的大量水分除去，然后利用表冷器后端的熱水盤(pán)管進(jìn)行二次升溫，從而保證送入室內的空氣品質(zhì)不影響室內環(huán)境。

　　鑒于冷凍除濕需要先降溫再升溫，造成能量的浪費，而且不是每個(gè)項目夏季均能夠提供再熱源，為了在現有的條件下進(jìn)行濕度控制，當相對濕度控制精度要求不高時(shí)，當下也可采用U型三維除濕熱管進(jìn)行除濕再熱。室外高溫高濕的空氣，首先經(jīng)過(guò)U型三維除濕熱管的前段進(jìn)行熱交換，對新風(fēng)進(jìn)行預冷，同時(shí)新風(fēng)中的熱量轉移到熱管內；然后預冷后的新風(fēng)經(jīng)過(guò)表冷器進(jìn)行深度降溫后送往U型三維除濕熱管的后段進(jìn)行再熱。U型三維除濕熱管在對新風(fēng)進(jìn)行降溫、升溫的過(guò)程中，利用體內充注制冷劑的相變進(jìn)行，可實(shí)現能量轉移零能耗。

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　　新風(fēng)空調機組防凍

　　6.1凍裂原因

　　對于夏熱冬冷、寒冷、嚴寒地區，冬季室外空氣溫度較低，可以達到零下幾度甚至零下幾十度。而實(shí)驗室新風(fēng)空調系統冬季加熱用的熱媒通常為熱水，如果操作、運行不當，極易造成加熱盤(pán)管凍裂。凍裂的原因大致如下：

　　6.1.1運行過(guò)程

　　1)實(shí)驗室新風(fēng)系統常規采用的是全新風(fēng)變風(fēng)量空調系統，存在低風(fēng)量運行工況，造成新風(fēng)空調機組內盤(pán)管的水流速降低，盤(pán)管凍裂。

　　2)組合式空調機組設計時(shí)，除熱量需求遠遠大于冷量需求的地區，經(jīng)常夏季制冷和冬季加熱共用一道盤(pán)管，因此組合式空調機組生產(chǎn)廠(chǎng)商為了保證盤(pán)管性能，均按制冷量進(jìn)行盤(pán)管選型。在冬季運行時(shí)，由于熱水溫差較大，需要的換熱面積小，造成盤(pán)管內運行的水流速降低。

　　3)由于系統中排氣不暢，造成盤(pán)管中混有大量氣體，使循環(huán)管路流動(dòng)阻力加大、流速降低。

　　4)水系統中存在較多的雜質(zhì)，阻塞盤(pán)管，使流體速度降低或靜止。

　　5)冷熱盤(pán)管獨立設計時(shí)，冬季冷盤(pán)管內水未排或未排凈，冷空氣流經(jīng)盤(pán)管后，凍裂冷水盤(pán)管。

　　6.1.2停機過(guò)程

　　1)在系統間歇運行時(shí)，關(guān)閉狀態(tài)的電動(dòng)保溫閥，在熱壓和風(fēng)壓的共同作用下，冷空氣通過(guò)閥門(mén)縫隙滲入新風(fēng)空調機組內，使其內部溫度降低，造成盤(pán)管凍裂。

　　2)正常停機時(shí)，熱水循環(huán)系統停止工作，熱水在盤(pán)管內積存。由于新風(fēng)口處設置的風(fēng)閥熱傳導和室外冷空氣的滲入，使盤(pán)管內的水因局部溫度逐漸降低而凍結，導致盤(pán)管凍裂。

　　3)非正常停機，熱水系統因故障原因停機，而新風(fēng)空調機組的風(fēng)機仍然工作，大量低溫新風(fēng)經(jīng)過(guò)盤(pán)管，盤(pán)管內的存水結冰并使其凍裂。

　　6.2防凍措施

　　6.2.1設計措施

　　1)在新風(fēng)空調機組新風(fēng)入口處裝設開(kāi)關(guān)型保溫密閉風(fēng)閥并與送風(fēng)機連鎖。當送風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)，新風(fēng)入口處電動(dòng)密閉風(fēng)閥全開(kāi)；當送風(fēng)機停止運轉時(shí)，新風(fēng)入口處電動(dòng)密閉風(fēng)閥關(guān)閉。

　　2)在每臺新風(fēng)空調機組供回水總管間設置一套變頻防凍循環(huán)水泵，當室外溫度低于5℃時(shí)，防凍循環(huán)水泵自動(dòng)投入運行，保證盤(pán)管內水流量恒定，維持在設計值以上。該防凍循環(huán)水泵采用變頻控制，通過(guò)設置在水泵進(jìn)出口的壓力傳感器來(lái)控制水泵流量。

　　3)在每臺新風(fēng)空調機組的回水總管上設回水溫度檢測裝置，當回水溫度低于設定值時(shí)報警，連鎖關(guān)閉新風(fēng)空調機組。

　　4)在每臺新風(fēng)空調機組加熱盤(pán)管后側裝設防凍開(kāi)關(guān)，當盤(pán)管加熱后的溫度低于設定值時(shí)，將自動(dòng)切斷送風(fēng)機電路，停止風(fēng)機運轉，連鎖關(guān)閉新風(fēng)入口電動(dòng)密閉風(fēng)閥，同時(shí)將熱水電動(dòng)調節閥開(kāi)至最大，并發(fā)出報警信號。

　　5)冬季運行時(shí)，為電動(dòng)熱水調節閥設置最小開(kāi)度，從而保證盤(pán)管內一定的水流速。

　　6)當換熱效率允許時(shí)，新風(fēng)空調機組內的加熱盤(pán)管采用順流式設計，即使低溫空氣先與加熱盤(pán)管內的高溫進(jìn)水側進(jìn)行換熱，延遲水溫降低時(shí)間，防止盤(pán)管凍裂。

　　7)結合項目特點(diǎn)，設置乙二醇熱回收盤(pán)管段、三維熱管熱回收裝置等，對新風(fēng)進(jìn)行預熱；也可考慮熱媒采用乙二醇水溶液。

　　6.2.2施工措施

　　1)在每組加熱盤(pán)管的最高點(diǎn)處設置手動(dòng)放氣閥，最低點(diǎn)處設置泄水閥，用于在系統調試和新風(fēng)空調機組停機時(shí)，完全排空加熱盤(pán)管內的空氣和雜質(zhì)。

　　2)進(jìn)入加熱盤(pán)管的水系統管路上設置Y型過(guò)濾器，并在安裝調試后，清洗Y型過(guò)濾器，避免雜質(zhì)進(jìn)入加熱盤(pán)管內，增加阻力降低熱水流速。

　　6.2.3保養措施

　　1)定期檢查、清洗水管路上的Y型過(guò)濾器。

　　2)當新風(fēng)空調機組長(cháng)時(shí)間不工作時(shí)，可由維護管理人員在盤(pán)管的排氣閥位置設置一個(gè)三通，之后接入壓縮空氣進(jìn)行吹掃，打開(kāi)盤(pán)管最低點(diǎn)的排水口即可將水完全排凈，防止盤(pán)管凍裂。

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　　結束語(yǔ)

　　新風(fēng)系統設計的好壞，直接影響到室內空氣質(zhì)量、設備維護成本和后期的運行費用，這就要求我們精確計算，不斷總結經(jīng)驗教訓，采用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝、新材料，在保證安全的前提下，讓新風(fēng)系統更加節能穩定的運行。