技術(shù)導航 ｜ 淺談實驗室新風處理
摘要：本文論述了實驗室新風處理的基本方法和注意事項，確保補入室內(nèi)的新風是潔凈、舒適的，對室內(nèi)環(huán)境不會產(chǎn)生影響。
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實驗室新風
在分析化驗過程中，難以避免的會產(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(nèi)設(shè)置大量的局部排風設(shè)備，如通風柜、集氣罩、原子罩、萬向罩、通風藥品柜等，且當局部排風設(shè)備的排風量不能滿足實驗室相關(guān)規(guī)范對最小換氣次數(shù)的要求時，還需增設(shè)一些環(huán)境排風口進行全室通風，進而造成實驗室內(nèi)的排風量較大。
現(xiàn)代化的實驗室，為了創(chuàng)造一個舒適的工作環(huán)境，提高科研人員的工作效率，對于設(shè)置排風的實驗房間，通常按照風平衡、熱平衡設(shè)計對應的新風系統(tǒng)。
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新風過濾
2.1粉塵過濾
室外空氣中含有大量的粉塵，如果僅在新風空調(diào)機組內(nèi)設(shè)置一道粗效過濾器，實踐證明，粗效過濾器通常1個月就要更換一次。對于我國北方等有風沙的地區(qū)，由于地理位置的特殊性，新風中還夾帶著大量的沙塵，使得粗效過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更換過濾器，會使新風空調(diào)機組內(nèi)換熱器盤管表面很快結(jié)垢，降低換熱效率。同時空氣中的粉塵與送風機長期磨損，使得送風機壽命大為縮短。當過濾器阻塞到一定程度時，會形成一道“泥墻”，即使送風機滿負荷運轉(zhuǎn)，也無法將新風送入室內(nèi)，造成實驗室內(nèi)負壓過大。
為了延長新風空調(diào)機組內(nèi)的過濾器使用壽命，可現(xiàn)場制作或與建筑專業(yè)相配合，在新風空調(diào)機組的入口處增設(shè)一個截面積較大的新風采風箱或新風采風室，使大量的大顆粒沙塵在此沉降和阻隔，從而延長新風空調(diào)機組內(nèi)的過濾器使用壽命，大大節(jié)省后期運行維護費用。
由于粗效過濾器僅能過濾一定范圍內(nèi)的粉塵，對于一些要求較高的實驗室，還可在新風空調(diào)機組內(nèi)增設(shè)凈化級別更高的過濾器，如中效袋式過濾器、駐電極高效凈化過濾器等。
2.2鹽霧過濾
沿海地區(qū)，空氣中含有大量的鹽分，如果不經(jīng)過濾處理，直接送入室內(nèi)，易對新風空調(diào)機組內(nèi)的表冷器、送風機、變頻電機和室內(nèi)儀器設(shè)備等造成嚴重的腐蝕和破壞。
為了降低鹽霧的危害，提高設(shè)備的使用壽命，通常在新風空調(diào)機組內(nèi)設(shè)置一道中高效過濾器，對鹽霧進行過濾。
當空氣中鹽霧成分較多時，考慮到中高效過濾器的使用壽命較短，后期的維護成本較高，也可采用專用的鹽霧過濾機組，通過過濾、噴淋等原理對鹽霧進行過濾。
2.3化學污染物過濾
當實驗室周邊空氣質(zhì)量較差時，如空氣中存在含硫氣體、含氯氣體、含氮氣體等化學物質(zhì)或空氣中存在刺激性氣味時，新風空調(diào)機組內(nèi)除設(shè)置常規(guī)的粉塵過濾器外，尚需設(shè)置專用的活性炭或化學過濾模塊對新風進行吸附、化學催化、除臭等處理，從而保證送入室內(nèi)的空氣是高品質(zhì)的新鮮空氣。
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新風溫濕度控制
3.1溫度控制
對于夏季采用冷凍水進行降溫處理的新風空調(diào)機組，在送風總管內(nèi)設(shè)置一個溫度傳感器，實時監(jiān)測送風溫度，當送風溫度高于設(shè)定值時，通過控制冷水電動水閥執(zhí)行器調(diào)大電動水閥的開度，加大表冷器的水流量來保證送風溫度達到設(shè)定要求。反之減小表冷器的水流量來保證送風溫度達到設(shè)定要求。
對于冬季采用熱水進行加熱處理的新風空調(diào)機組，利用送風總管內(nèi)已有的溫度傳感器，實時監(jiān)測送風溫度，當送風溫度高于設(shè)定值時，通過控制熱水電動水閥執(zhí)行器調(diào)小電動水閥的開度，減小加熱器的水流量來保證送風溫度達到設(shè)定要求。反之加大加熱器的水流量來保證送風溫度達到設(shè)定要求。
3.2濕度控制
首先查閱相關(guān)設(shè)計標準，了解項目所處地區(qū)冬夏季室外空調(diào)計算參數(shù)，然后有針對性的進行濕度控制。
當夏季空氣中濕度較大時，可采用冷凍除濕+再熱的方式進行除濕；當冬季空氣中濕度較小時，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進行加濕處理。
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新風風量控制
由于實驗室內(nèi)存在大量的變風量局部排風設(shè)備，如變風量通風柜、變風量中央集氣罩等，造成末端風量存在變化的可能。而在設(shè)計之初，按照考慮了一定同時使用系數(shù)后進行設(shè)備選型，即所選設(shè)備通常風量較大。當室內(nèi)通風量需求較小時，就需要新風空調(diào)機組降低頻率運行。
目前常見的風機轉(zhuǎn)速控制方式有：定靜壓控制、變靜壓控制和總風量控制三種基本方法。在實驗室通風領(lǐng)域，常用的是定靜壓控制方法，即在最不利環(huán)路的末端定風量壓力無關(guān)型閥門前后設(shè)置一個靜壓傳感器，保持該點靜壓值在設(shè)定值，并以此為基準點進行風機變頻調(diào)節(jié)。當室內(nèi)排風變風量壓力無關(guān)型閥門的風量發(fā)生變化時，為了保證實驗室內(nèi)始終處于微負壓，必然連鎖調(diào)節(jié)對應的送風變風量壓力無關(guān)型閥門的開度，進而造成新風風道壓差發(fā)生變化。通過靜壓傳感器檢測到的風道壓差變化，調(diào)節(jié)送風機的運行頻率滿足風道壓差恒定。
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5.1除濕目的
南方地區(qū)，夏季炎熱潮濕，空氣中濕度加大，尤其是梅雨季節(jié)，如新風不經(jīng)除濕處理直接送入室內(nèi)，易造成室內(nèi)空氣相對濕度較大，出現(xiàn)發(fā)霉，甚者出現(xiàn)墻壁結(jié)露、儀器表面結(jié)露等現(xiàn)象，進而破壞室內(nèi)裝飾裝修，影響部分儀器設(shè)備不能正常工作。
5.2除濕措施
傳統(tǒng)的除濕方式為室外高溫高濕的新風，先經(jīng)過表冷器進行降溫，通常處理到室內(nèi)露點溫度，將新風中的大量水分除去，然后利用表冷器后端的熱水盤管進行二次升溫，從而保證送入室內(nèi)的空氣品質(zhì)不影響室內(nèi)環(huán)境。
鑒于冷凍除濕需要先降溫再升溫，造成能量的浪費，而且不是每個項目夏季均能夠提供再熱源，為了在現(xiàn)有的條件下進行濕度控制，當相對濕度控制精度要求不高時，當下也可采用U型三維除濕熱管進行除濕再熱。室外高溫高濕的空氣，首先經(jīng)過U型三維除濕熱管的前段進行熱交換，對新風進行預冷，同時新風中的熱量轉(zhuǎn)移到熱管內(nèi)；然后預冷后的新風經(jīng)過表冷器進行深度降溫后送往U型三維除濕熱管的后段進行再熱。U型三維除濕熱管在對新風進行降溫、升溫的過程中，利用體內(nèi)充注制冷劑的相變進行，可實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移零能耗。
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新風空調(diào)機組防凍
6.1凍裂原因
對于夏熱冬冷、寒冷、嚴寒地區(qū)，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。而實驗室新風空調(diào)系統(tǒng)冬季加熱用的熱媒通常為熱水，如果操作、運行不當，極易造成加熱盤管凍裂。凍裂的原因大致如下：
6.1.1運行過程
1)實驗室新風系統(tǒng)常規(guī)采用的是全新風變風量空調(diào)系統(tǒng)，存在低風量運行工況，造成新風空調(diào)機組內(nèi)盤管的水流速降低，盤管凍裂。
2)組合式空調(diào)機組設(shè)計時，除熱量需求遠遠大于冷量需求的地區(qū)，經(jīng)常夏季制冷和冬季加熱共用一道盤管，因此組合式空調(diào)機組生產(chǎn)廠商為了保證盤管性能，均按制冷量進行盤管選型。在冬季運行時，由于熱水溫差較大，需要的換熱面積小，造成盤管內(nèi)運行的水流速降低。
3)由于系統(tǒng)中排氣不暢，造成盤管中混有大量氣體，使循環(huán)管路流動阻力加大、流速降低。
4)水系統(tǒng)中存在較多的雜質(zhì)，阻塞盤管，使流體速度降低或靜止。
5)冷熱盤管獨立設(shè)計時，冬季冷盤管內(nèi)水未排或未排凈，冷空氣流經(jīng)盤管后，凍裂冷水盤管。
6.1.2停機過程
1)在系統(tǒng)間歇運行時，關(guān)閉狀態(tài)的電動保溫閥，在熱壓和風壓的共同作用下，冷空氣通過閥門縫隙滲入新風空調(diào)機組內(nèi)，使其內(nèi)部溫度降低，造成盤管凍裂。
2)正常停機時，熱水循環(huán)系統(tǒng)停止工作，熱水在盤管內(nèi)積存。由于新風口處設(shè)置的風閥熱傳導和室外冷空氣的滲入，使盤管內(nèi)的水因局部溫度逐漸降低而凍結(jié)，導致盤管凍裂。
3)非正常停機，熱水系統(tǒng)因故障原因停機，而新風空調(diào)機組的風機仍然工作，大量低溫新風經(jīng)過盤管，盤管內(nèi)的存水結(jié)冰并使其凍裂。
6.2防凍措施
6.2.1設(shè)計措施
1)在新風空調(diào)機組新風入口處裝設(shè)開關(guān)型保溫密閉風閥并與送風機連鎖。當送風機啟動時，新風入口處電動密閉風閥全開；當送風機停止運轉(zhuǎn)時，新風入口處電動密閉風閥關(guān)閉。
2)在每臺新風空調(diào)機組供回水總管間設(shè)置一套變頻防凍循環(huán)水泵，當室外溫度低于5℃時，防凍循環(huán)水泵自動投入運行，保證盤管內(nèi)水流量恒定，維持在設(shè)計值以上。該防凍循環(huán)水泵采用變頻控制，通過設(shè)置在水泵進出口的壓力傳感器來控制水泵流量。
3)在每臺新風空調(diào)機組的回水總管上設(shè)回水溫度檢測裝置，當回水溫度低于設(shè)定值時報警，連鎖關(guān)閉新風空調(diào)機組。
4)在每臺新風空調(diào)機組加熱盤管后側(cè)裝設(shè)防凍開關(guān)，當盤管加熱后的溫度低于設(shè)定值時，將自動切斷送風機電路，停止風機運轉(zhuǎn)，連鎖關(guān)閉新風入口電動密閉風閥，同時將熱水電動調(diào)節(jié)閥開至最大，并發(fā)出報警信號。
5)冬季運行時，為電動熱水調(diào)節(jié)閥設(shè)置最小開度，從而保證盤管內(nèi)一定的水流速。
6)當換熱效率允許時，新風空調(diào)機組內(nèi)的加熱盤管采用順流式設(shè)計，即使低溫空氣先與加熱盤管內(nèi)的高溫進水側(cè)進行換熱，延遲水溫降低時間，防止盤管凍裂。
7)結(jié)合項目特點，設(shè)置乙二醇熱回收盤管段、三維熱管熱回收裝置等，對新風進行預熱；也可考慮熱媒采用乙二醇水溶液。
6.2.2施工措施
1)在每組加熱盤管的最高點處設(shè)置手動放氣閥，最低點處設(shè)置泄水閥，用于在系統(tǒng)調(diào)試和新風空調(diào)機組停機時，完全排空加熱盤管內(nèi)的空氣和雜質(zhì)。
2)進入加熱盤管的水系統(tǒng)管路上設(shè)置Y型過濾器，并在安裝調(diào)試后，清洗Y型過濾器，避免雜質(zhì)進入加熱盤管內(nèi)，增加阻力降低熱水流速。
6.2.3保養(yǎng)措施
1)定期檢查、清洗水管路上的Y型過濾器。
2)當新風空調(diào)機組長時間不工作時，可由維護管理人員在盤管的排氣閥位置設(shè)置一個三通，之后接入壓縮空氣進行吹掃，打開盤管最低點的排水口即可將水完全排凈，防止盤管凍裂。
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結(jié)束語
新風系統(tǒng)設(shè)計的好壞，直接影響到室內(nèi)空氣質(zhì)量、設(shè)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(jié)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，讓新風系統(tǒng)更加節(jié)能穩(wěn)定的運行。
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