实验室空调通风系统安全性的探讨

实验室空调通风系统安全性的探讨
摘要：实验室作为完成各种实验工作的特殊场所，在科学研究以及企业生产中
发挥着重要作用。

实验室按学科一般分为化学实验室、生物实验室和物理实验室等，其中的物理、化学和生物性危害因素是实验室安全的主要隐患，特别是实验
室有害物泄露、污物排放及生物感染等事件对人类健康造成了极大的威胁。

关键词：实验室；空调通风；安全性
1 实验室空调通风系统安全性探讨
1.1 基地选择、总平面布局和建筑设计
实验室的基地选择、总平面布局和建筑设计是确保实验室安全性的关键因素。

实验室基地选择应避开噪声、振动、电磁干扰和其它污染源，关键要防止实验室
对周围环境的影响，总平面布局应合理利用基地的地形、地貌、地物、水面和空
间以及现有的公用设施等，特别要关注风向的因素，并建议将有使用放射性、爆
炸性、毒害性和污染性物质的实验室独立设置，在总平面中的位置应符合有关安全、防护、疏散和环境保护等规定。

1.2 实验室压力梯度的形成和保持及气流组织要求
压力梯度靠送、排风量设定和气流组织设计来保证，为防止实验室内的气体
扩散到周围区域，实验室内需保持负压，目前广泛采用设置压差传感器的措施，
形成从实验室至走道至研究工作室（办公室）有序的压力梯度。

所以在实验室通
风空调系统中，送风量的确定很大程度上不是由室内负荷决定的，而是由排风量
决定，送风量一般为排风量的90%左右或者保证-5 Pa压差，实验室的负压一般由
通风柜排风、肘状排风罩排风、房间送风阀送风、药品柜、高低处排风和自然渗
透风之间的平衡来保证。

1.3 实验室空调通风系统安全性设计策略
（1）在实验室项目的基地选择、总平面布局和建筑设计阶段，就要结合空调通风系统作出安全性评估。

（2）对实验室内部通过送、排风量设定和气流组织设计来保证有序的压力梯度。

（3）合理布置排风口、送风口和空调风口的位置，使气流之间的相互影响达到最小，并保证产生的有害气体可以及时排除，同时设置紧急排风工况开关和夜
间值班工况开关，保证实验人员的安全。

2 应用实例
2.1 工程概述
某实验楼为1栋高72 m的综合实验大楼，地下1层，地上15层，其中地上
3层主要功能为报告厅、展示厅、仪器室、教室、会议室和办公室等；4～15层
为实验层，主要功能为实验室、仪器室和办公室等，其标准实验室均由标准模块
组成，每间实验室布置有2～4个通风柜。

该项目总建筑面积24 235 m2，其中地
上建筑面积19 970 m2，地下建筑面积4 265 m2，建成后主要用于有机化学实验
和研究。

2.2 基于空调通风系统安全性的建筑设计
基于对空调通风系统安全性考虑，实验室基地选择和总平面布局的比选过程
这里不再赘述，在建筑方案设计阶段就充分考虑以后空调通风系统设计与运行的
安全性问题，具体为：
图1 某实验室空调通风系统平面（北向朝上）
（1）人员集中的报告厅、教室、会议室和办公室等设置在地上1～3层，和
实验楼层完全分开，减少泄露风险也便于安全疏散。

（2）实验楼层设置在4～15层，并将实验楼层办公室和卫生间等人员活动频繁区域设置在楼层上风向东南方，经过仪器室之后才是试验区，排风竖井设于核
心筒，保证每间实验室都直接对外的开窗。

（3）所有楼层的实验室排风都有专门管道直接通至实验楼最高处并经集中处理达标后再排放（见图1）。

2.3 空调系统设计
（1）考虑到实验楼使用时间的多样性和空调通风系统的安全性，对4～15层的实验室区域设计：
（1）办公区域采用风冷热泵型变制冷剂流量的多联分体式空调系统，办公室与实验室的空调通风系统分开设置，分层、分间单独控制调节，空调室外机放置
在各层专设的室外机阳台，室内机具体形式根据该区域空调气流组织决定。

冷凝
水集中排放，分层采用全热回收换气机组单独为办公区域提供新风。

（2）实验室通风系统选用风冷螺杆式热泵机组或单冷机组作为补风预冷预热的冷热源，冷水的供回水温度为7～12℃，热水的供回水温度为45～40℃。

通风
系统的补风按每层进风设计，补风预处理机组考虑初效和中效过滤器，安装位置
要便于拆洗。

（2）对实验楼层之外的其他区域设计：
（1）1层大堂和报告厅、2层多功能厅采用集中空调全空气系统，空调冷热
源和实验室通风系统补风预冷预热的冷热源合用。

（2）1～3层的会议室和教室等采用风冷热泵型变制冷剂流量的多联分体多
联空调系统，空调室外机放置在裙房屋顶，室内机形式根据该区域空调气流组织
决定，做到可分层分间单独控制调节，采用全热回收换气机组提供新风。

（3）计算机中心采用机房精密空调机组，值班、消防安保和弱电中心等房间采用风冷热泵型分体式空调机组。

2.4 通风系统设计
（1）本着安全性优先，兼顾经济性、技术先进性与成熟度、安装使用与维护便利的原则，根据楼层布局，实验室采用变风量（VAV）通风控制系统，实验室
每个排风柜上设有变风量控制阀（VAVBOX），以控制排风柜的风量，保持其入
口平均面风速随着柜门开度的变化快速反应。

根据实验室的具体情况，在肘状排
风罩和下部排风口配置一个定风量阀（CAVBOX），药品柜和上部排风口设置1个定风量阀。

通过这些排风控制阀，既保证了通风设备的正常工作，又能满足室内
换气次数的要求，相应房间的送风也设有VAVBOX，通过送排风系统连锁互动，
控制排风量和补风量比例，以保证实验室负压并形成从实验室至走道至办公室区
有序的压力梯度。

为此在每个实验室设1组送风VAVBOX、2组排风CAVBOX和4
个排风柜VAVBOX来实现实验室的负压控制，实验室送风和排风均采用变频控制
技术，以达到节能和提高运行效果的目的。

（2）实验室集中送、排风系统设计：
（1）根据每层排风柜个数的不同，该项目4～11层每层设2个集中排风系统，12～15层每层设1个集中排风系统，共20套集中排风系统通过竖井由屋面向高
空排放，每套集中排风系统在屋面设中央集中变频风机来改变整个系统的风量，
控制并维持排风管内恒定的负压状态。

（2）每套VAV集中排风系统配套设置相应的VAV新风预处理补风系统，每
个实验室设置送风VAVBOX，根据排风量调节送风量。

3 结语
（1）实验室建筑作为安全隐患较为突出的建筑类型，对其设计应在基地选择、总平面布局和建筑设计等阶段就应该综合考虑空调通风系统的合理性。

（2）实验室建筑空调通风系统设计在维持一个舒适的室内环境的同时，首先要确保建筑内工作人员的安全和健康，并且高度重视如何避免有害物泄露、生物
感染及污物排放等对环境的影响。

参考文献：
[1]赵敏华，沈晋明.VAV在实验室通风空调中的应用和控制[J].洁净与空调技术，2004，11（1）：45-49.
[2]排风柜：JB/T 6412—1999[S].
[3]林星春，郑兵.某化学实验楼变风量通风空调系统设计[J].暖通空调，2009，39（增刊1）：201-204.。