實驗建筑空調與潔凈系統(tǒng)
作者:佚名 發(fā)布于:2017年10月30日 來源:本站原創(chuàng) 點擊:
一、實驗建筑三酮系統(tǒng)的分類與特點
實驗建筑有別于普通建筑,不同的實驗室對溫度、濕度、壓強潔凈度等參數(shù)有不同的要求,而且不同實驗室之間的氣流不能交叉污染,實驗區(qū)的氣不能流向辦公區(qū)等,因此,實驗建筑空調系統(tǒng)的要求比普通建筑的要求復雜得多,按布置方式不同可分為分散型空調系統(tǒng)、集中型空調系統(tǒng)及局部集中型空調系統(tǒng)
1分散型空調系統(tǒng)
分散型空調系統(tǒng)是指各實驗室分別采用獨立的空調機,常見的空調機包括天花式空調、壁掛式空調、柜式空調、窗式空調。天花式空調由于不占使用空間、噪音低,綜合性能優(yōu)越,常被使用于實驗室;窗式空調由于噪聲相對大,不推薦使用;壁掛式空調和柜式空調可根據(jù)實驗室面積的大小可應用于普通實驗室。
分散型空調系統(tǒng)的優(yōu)點是安裝容易、使用靈活、管理方便、實驗室之間相互干擾少、維修簡單、能單獨控制、節(jié)約能源。缺點是沒有新風系統(tǒng),空調室外主機很多,室外主機與室內機的距離不能太遠,需要考慮室外機的安放地點與美觀因素。適用于實驗室之間沒有特別壓差或潔凈度要求的普通實驗室,常見于投資少、規(guī)模小的建設項目。
2集中型空調系統(tǒng)
集中型空調系統(tǒng)是指實驗建筑采用整體中央空調系統(tǒng),開機時整個實驗樓的空調“—開全開”。由于實驗樓內一般同時存在辦公區(qū)及實驗區(qū),而實驗區(qū)內不同的實驗室,會產生―些問題,例如:對于各類不同步使用的實驗室,采用集中型空調能源浪費較大,難以滿足各類型實驗室對不同溫度濕度的要求;對于潔凈度要求不同的實驗室,因集中型空調系統(tǒng)處理的風量較大,會造成過高的投資;不能適應實驗樓中精密儀器室和其他實驗室的不同要求;不能滿足實驗區(qū)與辦公區(qū)對空調系統(tǒng)的不同需求。集中型空調系統(tǒng)采用統(tǒng)—制冷機組,管道統(tǒng)一布置,溫度、濕度、換氣設計容易滿足人體舒適度的要求,適用于大樓內的大型辦公區(qū),但不推薦用于實驗區(qū)與辦公區(qū)同時使用的綜合區(qū)域。
3局部集中型空調系統(tǒng)
局部集中型空調系統(tǒng)是指采用多個空調機組,對實驗建筑內空氣環(huán)境有不同要求的區(qū)域分開控制,同時采用變頻控制系統(tǒng),根據(jù)使用區(qū)域的變化而改變能耗,從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。局部集中型空調系統(tǒng)綜合了分散型空調系統(tǒng)和集中型空調系統(tǒng)的優(yōu)點,廣泛應用于實驗建筑。
二、普通實驗室的空調系統(tǒng)
普通實驗室的空調系統(tǒng)是指對潔凈度沒有特殊要求的實驗室空調系統(tǒng),一般按舒適性空調設計即可,夏季的適宜溫度應是18~28℃,冬季16~20℃,濕度最好在40%(冬季)~70%(夏季)之間,為了保證實驗室的氣流不對周圍的公共區(qū)產生污染,一般相對公共區(qū)保持微負壓。
有些精密儀器室要求保持恒溫恒濕,以利于儀器的保養(yǎng)。對于棱鏡光譜儀等精密儀器設備,對溫度和濕度的要求更高,由于棱鏡的折射率因溫度而異,溫度波動大時,可顯著影響波長的測定精度,所以棱鏡光譜儀對環(huán)境條件要求很嚴格,一般要求光譜室溫度為20±5℃,相對濕度65%±5%。
對于排毒柜較多的理化實驗室,為了達到節(jié)能的目的,除了通風系統(tǒng)采用VAV控制系統(tǒng)外,還需要合理設置空調系統(tǒng)的補新風系統(tǒng),避免實驗室內過多空氣被抽走而出現(xiàn)負壓,當室內外的溫差較大時,還需要對補入空氣進行預熱或預冷。
三、潔凈實驗室的空調系統(tǒng)
潔凈實驗室是—個全密閉的環(huán)境,通過空調送、回風系統(tǒng)的初、中、高效過濾器,使室內環(huán)境的空氣不斷地循環(huán)過濾,以保證空氣懸浮粒子濃度受控到一定的濃度,潔凈實驗室需控制的主要參數(shù)有塵埃粒子數(shù)、菌落數(shù)、換氣次數(shù)、壓差、溫度、濕度、光照度、噪音。
潔凈室的空氣中懸浮粒子潔凈度等級表
常見的潔凈實驗室有細胞培養(yǎng)室、動物實驗室、植物實驗室等,根據(jù)實驗的需要,對環(huán)境的潔凈度、溫度、濕度及空調的工作時間有不同的要求。為了實現(xiàn)節(jié)能的目的,對于動物飼養(yǎng)室、培養(yǎng)室等不間斷工作的房間,需要配備獨立的調機組及備用電源。
四、實驗室空調系統(tǒng)設計的考慮因素
實驗室空調系統(tǒng)必須滿足實驗室研究要求。除對溫度、濕度需嚴格控制外,需要足夠的通風量處理煙塵、異味、空氣中污物,滿足排風設備通風以及實驗室內熱負荷要求。空調系統(tǒng)必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性并考慮富余量。不同性質區(qū)域需保證不同的相對壓力,并要根據(jù)相關標準考慮節(jié)能。實驗室空調系統(tǒng)設計除了常規(guī)空調需要考慮的因素外,還需要結合實驗室特點,綜合分析各種因素后,選擇合適的空調系統(tǒng)。
1實驗室的氣流組織
實驗室必須保持一定的溫度梯度和氣流狀況。通常情況下,實驗室相對于走廊以及非實驗室區(qū)保持負壓,氣流從低危區(qū)流向高危區(qū),整棟建筑相對于外界必須保證正壓以防止有害的未經(jīng)過過濾處理的氣體滲入。
走廊的送風需考慮到對實驗室的補風以及整棟建筑的正壓要求。在建筑平面布局合理的前提下,充分考慮送風口、回風口以及排風口的位置,送回排風量的匹配,建立房間之間合理的壓力梯度,保證空氣有序流動,防止交叉污染。在實驗室的設計中不僅要考慮氣流的流向,還要考慮流量、不同潔凈等級或不同功能房間的壓差,通常為5~10Pa,生物安全實驗室相鄰不同功能房間壓差通常為10~15Pa,要充分考慮人流、物流的路線,最大限度地減少室內的回流和渦流,避免污染物擴散到室內,危害人員和環(huán)境的安全。特別要注意排毒柜對室內氣流組織的影響,在實驗室排毒柜、生物安全柜附近的區(qū)域應盡量避免紊流的出現(xiàn),紊流在罩邊的影響遠比在罩前的影響大
2實驗室氣流的壓力控制
實驗室氣流的壓力控制主要有直接壓差控制法和余風量控制法。
(1)直接壓差控制法。
直接壓差控制法即通過壓差傳感器測量室內與參照區(qū)域的壓差,與設定的壓差比較后,控制器根據(jù)偏差調節(jié)送風量(或排風量)進行控制從而達到要求的壓差。此種壓力控制法為反饋控制,系統(tǒng)的響應時間長,控制精度低。
(2)余風量控制法。
實驗室的送風量與排風量之間保持一定的風量差(稱為余風量),必然會導致實驗室內外產生一定的壓差。當室內總送風量大于室內回風、排風總量時,空氣通過余壓閥和房間縫隙排出,與相鄰區(qū)域建立起正壓,避免環(huán)境中的污染物進入室內,如要求潔凈度較高的場所。
當房間總送風量小于回風、排風總量時,空氣通過相鄰房間或由室外進入室內,室內呈負壓,此類負壓系統(tǒng)是為了保證環(huán)境的安全,保證未經(jīng)處理的污染物不會流向室外,如生物安全實驗室、負壓動物房等。余風量控制法的優(yōu)點是壓差控制準確、系統(tǒng)波動小、平衡迅速。系統(tǒng)在不受外擾的條件下屬于前饋控制,系統(tǒng)響應時間短,控制精度高,多數(shù)潔凈室采用此種壓力控制方法。
對于要求壓力控制精度高且需要壓力穩(wěn)定的場所(如生物安全實驗室),多以余風量控制法為基本控制方法,同時加入壓力傳感器和控制器對余風量進行設定。以產生壓差的余風量確定送、排風量,同時對余風量進行量進行監(jiān)測,當余風量偏離設定值達到一定程度時,系統(tǒng)自動報警,此時需要對測量裝置或可能產生漏風的設備(如風管系統(tǒng)、圍護結構)進行處理。余風量控制與壓力控制相結合,可以實現(xiàn)態(tài)控制確保壓力系統(tǒng)壓差的準確。
3實驗室的排風設備
實驗室排風設備的數(shù)量及其排風量是實驗室空調系統(tǒng)設計考慮的重要因素,常見的實驗室排風設備包括排毒柜、萬向排煙罩、原子吸收罩、桌面通風罩、生物安全柜、抽風式試劑柜、通風的動物籠、手套箱等。
4冷熱負荷的因素
實驗室空調系統(tǒng)的設計必須充分考慮實驗室的潛在熱源與冷源,以便計算出科學準確的冷量及采用變頻空調,達到節(jié)能的目的。實驗室常見的冷熱負荷包打人員顯熱、動物顯熱`實驗室儀器設備、計算機、燈光、冷房、暖房等。
實驗建筑有別于普通建筑,不同的實驗室對溫度、濕度、壓強潔凈度等參數(shù)有不同的要求,而且不同實驗室之間的氣流不能交叉污染,實驗區(qū)的氣不能流向辦公區(qū)等,因此,實驗建筑空調系統(tǒng)的要求比普通建筑的要求復雜得多,按布置方式不同可分為分散型空調系統(tǒng)、集中型空調系統(tǒng)及局部集中型空調系統(tǒng)
1分散型空調系統(tǒng)
分散型空調系統(tǒng)是指各實驗室分別采用獨立的空調機,常見的空調機包括天花式空調、壁掛式空調、柜式空調、窗式空調。天花式空調由于不占使用空間、噪音低,綜合性能優(yōu)越,常被使用于實驗室;窗式空調由于噪聲相對大,不推薦使用;壁掛式空調和柜式空調可根據(jù)實驗室面積的大小可應用于普通實驗室。
分散型空調系統(tǒng)的優(yōu)點是安裝容易、使用靈活、管理方便、實驗室之間相互干擾少、維修簡單、能單獨控制、節(jié)約能源。缺點是沒有新風系統(tǒng),空調室外主機很多,室外主機與室內機的距離不能太遠,需要考慮室外機的安放地點與美觀因素。適用于實驗室之間沒有特別壓差或潔凈度要求的普通實驗室,常見于投資少、規(guī)模小的建設項目。
2集中型空調系統(tǒng)
集中型空調系統(tǒng)是指實驗建筑采用整體中央空調系統(tǒng),開機時整個實驗樓的空調“—開全開”。由于實驗樓內一般同時存在辦公區(qū)及實驗區(qū),而實驗區(qū)內不同的實驗室,會產生―些問題,例如:對于各類不同步使用的實驗室,采用集中型空調能源浪費較大,難以滿足各類型實驗室對不同溫度濕度的要求;對于潔凈度要求不同的實驗室,因集中型空調系統(tǒng)處理的風量較大,會造成過高的投資;不能適應實驗樓中精密儀器室和其他實驗室的不同要求;不能滿足實驗區(qū)與辦公區(qū)對空調系統(tǒng)的不同需求。集中型空調系統(tǒng)采用統(tǒng)—制冷機組,管道統(tǒng)一布置,溫度、濕度、換氣設計容易滿足人體舒適度的要求,適用于大樓內的大型辦公區(qū),但不推薦用于實驗區(qū)與辦公區(qū)同時使用的綜合區(qū)域。
3局部集中型空調系統(tǒng)
局部集中型空調系統(tǒng)是指采用多個空調機組,對實驗建筑內空氣環(huán)境有不同要求的區(qū)域分開控制,同時采用變頻控制系統(tǒng),根據(jù)使用區(qū)域的變化而改變能耗,從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。局部集中型空調系統(tǒng)綜合了分散型空調系統(tǒng)和集中型空調系統(tǒng)的優(yōu)點,廣泛應用于實驗建筑。
二、普通實驗室的空調系統(tǒng)
普通實驗室的空調系統(tǒng)是指對潔凈度沒有特殊要求的實驗室空調系統(tǒng),一般按舒適性空調設計即可,夏季的適宜溫度應是18~28℃,冬季16~20℃,濕度最好在40%(冬季)~70%(夏季)之間,為了保證實驗室的氣流不對周圍的公共區(qū)產生污染,一般相對公共區(qū)保持微負壓。
有些精密儀器室要求保持恒溫恒濕,以利于儀器的保養(yǎng)。對于棱鏡光譜儀等精密儀器設備,對溫度和濕度的要求更高,由于棱鏡的折射率因溫度而異,溫度波動大時,可顯著影響波長的測定精度,所以棱鏡光譜儀對環(huán)境條件要求很嚴格,一般要求光譜室溫度為20±5℃,相對濕度65%±5%。
對于排毒柜較多的理化實驗室,為了達到節(jié)能的目的,除了通風系統(tǒng)采用VAV控制系統(tǒng)外,還需要合理設置空調系統(tǒng)的補新風系統(tǒng),避免實驗室內過多空氣被抽走而出現(xiàn)負壓,當室內外的溫差較大時,還需要對補入空氣進行預熱或預冷。
三、潔凈實驗室的空調系統(tǒng)
潔凈實驗室是—個全密閉的環(huán)境,通過空調送、回風系統(tǒng)的初、中、高效過濾器,使室內環(huán)境的空氣不斷地循環(huán)過濾,以保證空氣懸浮粒子濃度受控到一定的濃度,潔凈實驗室需控制的主要參數(shù)有塵埃粒子數(shù)、菌落數(shù)、換氣次數(shù)、壓差、溫度、濕度、光照度、噪音。
潔凈室的空氣中懸浮粒子潔凈度等級表
空氣潔凈度等級(N) | 大于或等于表中粒徑的最大濃度值(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 |
常見的潔凈實驗室有細胞培養(yǎng)室、動物實驗室、植物實驗室等,根據(jù)實驗的需要,對環(huán)境的潔凈度、溫度、濕度及空調的工作時間有不同的要求。為了實現(xiàn)節(jié)能的目的,對于動物飼養(yǎng)室、培養(yǎng)室等不間斷工作的房間,需要配備獨立的調機組及備用電源。
四、實驗室空調系統(tǒng)設計的考慮因素
實驗室空調系統(tǒng)必須滿足實驗室研究要求。除對溫度、濕度需嚴格控制外,需要足夠的通風量處理煙塵、異味、空氣中污物,滿足排風設備通風以及實驗室內熱負荷要求。空調系統(tǒng)必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性并考慮富余量。不同性質區(qū)域需保證不同的相對壓力,并要根據(jù)相關標準考慮節(jié)能。實驗室空調系統(tǒng)設計除了常規(guī)空調需要考慮的因素外,還需要結合實驗室特點,綜合分析各種因素后,選擇合適的空調系統(tǒng)。
1實驗室的氣流組織
實驗室必須保持一定的溫度梯度和氣流狀況。通常情況下,實驗室相對于走廊以及非實驗室區(qū)保持負壓,氣流從低危區(qū)流向高危區(qū),整棟建筑相對于外界必須保證正壓以防止有害的未經(jīng)過過濾處理的氣體滲入。
走廊的送風需考慮到對實驗室的補風以及整棟建筑的正壓要求。在建筑平面布局合理的前提下,充分考慮送風口、回風口以及排風口的位置,送回排風量的匹配,建立房間之間合理的壓力梯度,保證空氣有序流動,防止交叉污染。在實驗室的設計中不僅要考慮氣流的流向,還要考慮流量、不同潔凈等級或不同功能房間的壓差,通常為5~10Pa,生物安全實驗室相鄰不同功能房間壓差通常為10~15Pa,要充分考慮人流、物流的路線,最大限度地減少室內的回流和渦流,避免污染物擴散到室內,危害人員和環(huán)境的安全。特別要注意排毒柜對室內氣流組織的影響,在實驗室排毒柜、生物安全柜附近的區(qū)域應盡量避免紊流的出現(xiàn),紊流在罩邊的影響遠比在罩前的影響大
2實驗室氣流的壓力控制
實驗室氣流的壓力控制主要有直接壓差控制法和余風量控制法。
(1)直接壓差控制法。
直接壓差控制法即通過壓差傳感器測量室內與參照區(qū)域的壓差,與設定的壓差比較后,控制器根據(jù)偏差調節(jié)送風量(或排風量)進行控制從而達到要求的壓差。此種壓力控制法為反饋控制,系統(tǒng)的響應時間長,控制精度低。
(2)余風量控制法。
實驗室的送風量與排風量之間保持一定的風量差(稱為余風量),必然會導致實驗室內外產生一定的壓差。當室內總送風量大于室內回風、排風總量時,空氣通過余壓閥和房間縫隙排出,與相鄰區(qū)域建立起正壓,避免環(huán)境中的污染物進入室內,如要求潔凈度較高的場所。
當房間總送風量小于回風、排風總量時,空氣通過相鄰房間或由室外進入室內,室內呈負壓,此類負壓系統(tǒng)是為了保證環(huán)境的安全,保證未經(jīng)處理的污染物不會流向室外,如生物安全實驗室、負壓動物房等。余風量控制法的優(yōu)點是壓差控制準確、系統(tǒng)波動小、平衡迅速。系統(tǒng)在不受外擾的條件下屬于前饋控制,系統(tǒng)響應時間短,控制精度高,多數(shù)潔凈室采用此種壓力控制方法。
對于要求壓力控制精度高且需要壓力穩(wěn)定的場所(如生物安全實驗室),多以余風量控制法為基本控制方法,同時加入壓力傳感器和控制器對余風量進行設定。以產生壓差的余風量確定送、排風量,同時對余風量進行量進行監(jiān)測,當余風量偏離設定值達到一定程度時,系統(tǒng)自動報警,此時需要對測量裝置或可能產生漏風的設備(如風管系統(tǒng)、圍護結構)進行處理。余風量控制與壓力控制相結合,可以實現(xiàn)態(tài)控制確保壓力系統(tǒng)壓差的準確。
3實驗室的排風設備
實驗室排風設備的數(shù)量及其排風量是實驗室空調系統(tǒng)設計考慮的重要因素,常見的實驗室排風設備包括排毒柜、萬向排煙罩、原子吸收罩、桌面通風罩、生物安全柜、抽風式試劑柜、通風的動物籠、手套箱等。
4冷熱負荷的因素
實驗室空調系統(tǒng)的設計必須充分考慮實驗室的潛在熱源與冷源,以便計算出科學準確的冷量及采用變頻空調,達到節(jié)能的目的。實驗室常見的冷熱負荷包打人員顯熱、動物顯熱`實驗室儀器設備、計算機、燈光、冷房、暖房等。
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