該實(shí)驗(yàn)室是某學(xué)院實(shí)驗(yàn)室大樓，總建筑面積為31130m2 ,地上建筑面積為26977m2 ,地下建筑面積為4152m2。建筑高度24m。地下共一層設(shè)有設(shè)備用房,停車庫。地上由南北兩棟樓組成各6層。
本文主要是研究實(shí)驗(yàn)樓中的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)。資化實(shí)訓(xùn)大樓內(nèi)設(shè)有礦加工實(shí)驗(yàn)室、污水工藝實(shí)驗(yàn)室、高分子加工實(shí)驗(yàn)室、資環(huán)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室、化工環(huán)境工程)原理實(shí)驗(yàn)室、物化實(shí)驗(yàn)室、預(yù)備室、無機(jī)實(shí)驗(yàn)室、生物質(zhì)能實(shí)驗(yàn)室、資源循環(huán)實(shí)驗(yàn)室、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室等各種化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室。
一、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)方案
1、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)簡介
實(shí)驗(yàn)室是學(xué)院內(nèi)學(xué)生和教師進(jìn)行化學(xué)、生物等實(shí)驗(yàn)的場所,本設(shè)計(jì)需確保在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的教師和學(xué)生的健康安全以及保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，防止實(shí)驗(yàn)中的污染物和有毒物質(zhì)向?qū)嶒?yàn)室擴(kuò)散，其中安全有效的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)效起了至關(guān)重要的作用。由于實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)涉及各種生化類實(shí)驗(yàn)，使得樓內(nèi)產(chǎn)生廢氣的種類眾多,且成分復(fù)雜。經(jīng)過與該學(xué)院專業(yè)老師溝通了解到在教學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)室廢氣產(chǎn)物主要分為無機(jī)物廢氣、有機(jī)物廢氣。根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)室主要無機(jī)物廢氣為氯化氫、溴化氫、硝酸、硝酸、硫酸、汞蒸氣等;主要的有機(jī)物廢氣為二氯甲烷、乙酸乙酯、甲笨、丙酮、甲醇、丙烯酸等揮發(fā)性有機(jī)物VOCS。由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)的使用時(shí)間不固定，實(shí)驗(yàn)室的廢氣排放具有不穩(wěn)定性，且產(chǎn)生點(diǎn)源分散的特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)需根據(jù)功能和使用頻率合理劃分實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)，最終實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)方案定為似向系統(tǒng)，需確保排放到同一豎井的各層實(shí)驗(yàn)室有害氣體應(yīng)保證不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不燃燒、不爆炸、不結(jié)聚成塊或形成毒性更大的有害物質(zhì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)樓的通風(fēng)設(shè)計(jì)提出了高要求。該工程有42間實(shí)驗(yàn)室設(shè)有工藝通風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)以上要求設(shè)置了26套通風(fēng)系統(tǒng)。通鳳主管從豎井直上屋面，風(fēng)機(jī)及廢氣處理設(shè)備均安裝在屋面。
2、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算與設(shè)備選型
該大樓實(shí)驗(yàn)室廢氣，主要采用通風(fēng)柜和集氣罩進(jìn)行負(fù)壓收集。通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)室中重要的設(shè)備，能為實(shí)驗(yàn)人員提供一個(gè)安全的實(shí)驗(yàn)操作空間，高效地將煙霧及其他廢氣排放出去。通風(fēng)柜由外殼、內(nèi)襯、臺(tái)面、視窗、水槽、水龍頭、日光燈、插座、開關(guān)等組成。通風(fēng)柜的類型，主要有普通型通風(fēng)柜、補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜、落地型通風(fēng)柜、桌上型通風(fēng)柜。通風(fēng)柜排風(fēng)量與柜面氣流的平均風(fēng)速簡稱面風(fēng)速有直接關(guān)系，并且系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是為了確保穩(wěn)定的面風(fēng)速。根據(jù)《科學(xué)實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.3.3要求，對(duì)于不同的化學(xué)物品和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，一般推薦面風(fēng)速的范圍為:0.3—0.6m/s。
通風(fēng)柜的排風(fēng)量按下式計(jì)算:
L= 3600*F*V*u，其中L指排風(fēng)柜的通風(fēng)量m3/h;F指操作面的操作面積m2;V指操作面的平均速度，一般取0.3—0.5m/s;u指安全系數(shù),一般取1.1—1.2。集氣罩主要形式有萬向排風(fēng)罩和原子吸收罩。萬向罩由杯型集氣罩、關(guān)節(jié)密封圈、伸縮導(dǎo)管、關(guān)節(jié)松勁旋鈕組成。萬向罩的伸縮導(dǎo)管采用φl10mmPP材料，固定架結(jié)合處獨(dú)有可360°旋轉(zhuǎn)裝置，以固定架為中心，活動(dòng)半徑可1600mm，近集氣罩端有封門鈕，供氣流調(diào)節(jié)之用。原子吸收罩由可伸縮不銹鋼集氣罩、帶手動(dòng)調(diào)節(jié)不銹鋼導(dǎo)風(fēng)管等組成，不銹鋼導(dǎo)鳳管采用1.0mm不銹鋼制作，風(fēng)管直徑為φ200mm，在導(dǎo)風(fēng)管上配有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，開啟度可以0到1800,可任意調(diào)節(jié)風(fēng)量。不銹鋼集氣罩采用1.0mm16不銹鋼板制作,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要,抽氣罩可以上下伸縮150mm，以方便實(shí)驗(yàn)操作。原子罩功率較大,萬向排氣罩功率較小,原子罩的功率比較大，通常要用不銹鋼材料，排風(fēng)量原子罩的大。集氣罩排風(fēng)量根據(jù)罩口風(fēng)速來確定，罩口風(fēng)速一般取值;1—2m/s。集氣罩的排風(fēng)量按下式計(jì)算:
L=π*R2*V*3600*μ；L集氣罩的通風(fēng)量m3/h;R指集氣罩罩口半徑;V指集氣罩罩口風(fēng)速;μ指安全系數(shù),一般取值1.1-1.2。各個(gè)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜的個(gè)數(shù)和通風(fēng)柜、集氣罩的形式由學(xué)院老師統(tǒng)計(jì)確定。經(jīng)計(jì)算本次設(shè)計(jì)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)柜主要型號(hào)有1500mm長型通風(fēng)柜和1800 mm長型通風(fēng)柜兩個(gè)型號(hào)。其中開發(fā)實(shí)驗(yàn)室、無機(jī)實(shí)驗(yàn)室、物化實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)實(shí)驗(yàn)室、分析實(shí)驗(yàn)室、高分子物理室等實(shí)驗(yàn)室設(shè)有萬向罩，萬向罩設(shè)計(jì)風(fēng)量為250m3/h。另外4層的ICP、ICP- MS、AAS儀器臺(tái)設(shè)有原子罩,原子罩設(shè)計(jì)風(fēng)量600m3/h。對(duì)于單間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有較多的集氣罩和通風(fēng)柜時(shí)，需要考慮設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。考慮通風(fēng)柜使用頻率,本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中超過3個(gè)通風(fēng)柜考慮設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，補(bǔ)風(fēng)系數(shù)約為50—70%讓室內(nèi)保持一定的負(fù)壓，補(bǔ)風(fēng)為冷熱源新風(fēng)。補(bǔ)風(fēng)機(jī)安裝在走道的盡頭,做隔音處理。其他通風(fēng)柜排風(fēng)量較小的實(shí)驗(yàn)室依靠門、窗滲透補(bǔ)風(fēng)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空調(diào)冷負(fù)荷需考慮這部的新風(fēng)滲透負(fù)荷。
3、通風(fēng)系統(tǒng)的形式及通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制
若每個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置一個(gè)單獨(dú)排風(fēng)機(jī),排風(fēng)機(jī)數(shù)量多，垂直管道過多影響建筑功能與外觀，而且風(fēng)機(jī)總體效率低，數(shù)量眾多的風(fēng)機(jī)也使得日后維護(hù)加大成本。本次設(shè)計(jì)在保證不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不燃燒、不爆炸、不結(jié)聚成塊或形成毒性更大的危險(xiǎn)物質(zhì)情況下，盡量合用實(shí)驗(yàn)的通風(fēng)系統(tǒng)，并且采用變風(fēng)量系統(tǒng)，從實(shí)驗(yàn)室廢氣通過主排風(fēng)管經(jīng)豎井直上屋面，風(fēng)機(jī)及廢氣處理設(shè)備均安裝在屋面，風(fēng)機(jī)選用玻璃鋼變頻離心風(fēng)機(jī)耐腐蝕。
為了保證實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)變風(fēng)量運(yùn)行，每個(gè)通風(fēng)柜設(shè)有風(fēng)速傳感器，當(dāng)區(qū)城存在傳感器檢測到有人工作時(shí)，通風(fēng)柜門上升到工作高度，通風(fēng)面積逐漸變大，面風(fēng)速逐漸減少，控制器輸出信號(hào)到VAV風(fēng)閥變風(fēng)量閥，使風(fēng)閥慢慢開大，增大排風(fēng)量，直至面風(fēng)速達(dá)0.3—0.5m/s。當(dāng)區(qū)城存在傳感器檢測到?jīng)]人工作時(shí)，通風(fēng)柜門下降到安全高度，通風(fēng)面積逐漸變小，面風(fēng)速逐漸增大，控制:器輸出信號(hào)到VAV風(fēng)閥變風(fēng)量閥),使風(fēng)閥慢慢關(guān)小,減少排風(fēng)量,直至面風(fēng)速達(dá)到0.3m/s。同時(shí)，屋面排風(fēng)機(jī)變頻控制采用定靜壓控制方法，在排風(fēng)機(jī)排風(fēng)主管道上設(shè)置管道靜壓傳感器，變頻器調(diào)根據(jù)管道靜壓傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,維持管道靜壓，從而達(dá)到滿足實(shí)際需要風(fēng)量的目的。例如:當(dāng)通風(fēng)柜的視窗拉高，通風(fēng)柜排風(fēng)閥開度加大，此時(shí)排風(fēng)機(jī)管道內(nèi)靜壓減少,管道靜壓傳感器監(jiān)測到壓力變化，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)，增大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,增大排風(fēng)量，使管道內(nèi)的靜壓值回歸到初始狀態(tài)的設(shè)定值。
4、有特殊要求的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)
五層綜合實(shí)驗(yàn)室的緩沖、更衣室、接種室設(shè)置凈化空調(diào)，組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)。室內(nèi)參數(shù)如表所示。
名稱 | 級(jí)別 | 相對(duì)于大氣的最小靜壓 | 于室外方向上相鄰房間最小靜壓 | 潔凈度級(jí)別 | 最小換氣次數(shù) | 溫度 | 相對(duì)濕度 |
接種室 | BSL-2 | -30 | -10 | 8 | 15 | 18—25 | 30—70 |
更衣室 | - | - | -10 | 8 | 12 | 18—27 | 30—70 |
緩沖室 | - | - | -10 | 8 | 12 | 18—27 | 30—70 |
組織培養(yǎng)室 | BSL-2 | -30 | -10 | 8 | 15 | 18—25 | 30—70 |
五層綜合實(shí)驗(yàn)室采用全新風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)有兩臺(tái)風(fēng)冷直膨式空調(diào)機(jī)組，綜合實(shí)驗(yàn)室的緩沖、更衣室、接種室、組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室采用高效過濾器頂送風(fēng)。同時(shí)有機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，在各功能間低處設(shè)置排風(fēng)口，因排風(fēng)具有污染性,排風(fēng)口帶高效過濾器。
二、實(shí)驗(yàn)室廢氣排放處理
該工程實(shí)驗(yàn)室眾多實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多廢氣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室廢氣主要污染物為無機(jī)污染物和揮發(fā)性有機(jī)物。若將不經(jīng)處理的廢氣就排放至大氣中，會(huì)造成一定程度的環(huán)境污染。因此，實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)要采取凈化措施，以保障實(shí)驗(yàn)室廢氣經(jīng)處理后高空排放,滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-2004)排放要求。由于無機(jī)物水溶性通常較好，針對(duì)無機(jī)污染物的治理工藝主要采用濕法廢氣處理，利用水噴淋塔進(jìn)行廢氣處理，而揮發(fā)性有機(jī)物的理化性質(zhì)差別懸殊，毒理性質(zhì)、治理效果各有不同，因而治理工藝多樣化。目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)有冷凝法、吸收法、光催化、吸附法、燃燒法等。一般吸附法適用于大多數(shù)有機(jī)物的吸附，且具有較好的普適性，并適用于處理低濃度、間歇性排放的有機(jī)廢氣。本次設(shè)計(jì)采用活性碳吸附法進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物廢氣處理?；钚蕴嘉讲捎没\型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)活性碳纖維用量少,處理風(fēng)量大且吸附率可達(dá)95%以上。濕法廢氣處理主要采用酸霧凈化塔，該裝置主要由復(fù)合玻璃鋼貯液箱、加液管、玻璃鋼風(fēng)帽、不銹鋼水泵、其他配件如閥門等組合通過液體吸收法來治理腐蝕性氣體如酸、堿性廢氣的塔體。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)室排放的廢氣選擇不同廢氣處理方式，如無機(jī)材料實(shí)驗(yàn)室、氣相和離子色譜實(shí)驗(yàn)采用活性炭吸附法。分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)室、水處理仿真實(shí)驗(yàn)室等采用玻璃鋼酸霧凈化塔，玻璃鋼酸霧凈化塔結(jié)構(gòu)。
隨著高等教育的發(fā)展和高?？萍紕?chuàng)新能力的提升，各大高校實(shí)驗(yàn)的科研教學(xué)活動(dòng)更加頻繁，實(shí)驗(yàn)室的廢氣排放及其污染問題日漸凸顯。由國家教育部、環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)通知國，嚴(yán)禁將實(shí)驗(yàn)室廢氣直接向外界排放，有效防止實(shí)驗(yàn)室廢物污染危害環(huán)境，維護(hù)環(huán)境和公共安全，保障人民身體健康，促進(jìn)建立和諧型社會(huì)。
本次設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室合理設(shè)置通風(fēng)柜、萬向罩、原子罩等通風(fēng)設(shè)施收集實(shí)驗(yàn)室廢氣，并有效處理后排入室外環(huán)境，以及設(shè)置潔凈空調(diào)等措施，確保了實(shí)驗(yàn)人員安全和健康，創(chuàng)造一個(gè)舒適的工作和學(xué)習(xí)的環(huán)境，為學(xué)院建立一個(gè)以人為本的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室提供必要的條件。