實驗室知識

實驗室設計-通風柜

化學大樓的通風系統整體設計方案

1   通過實地調查發現這些實驗樓不同程度存在以下問題:

建筑外觀陳舊、破損;建筑外墻上隨處安裝吊掛風機,設備噪聲大;室內設備老化,管線雜亂。

通風效果差。室內、走道各種氣味大、刺鼻。通風管道破損漏風明顯,老化嚴重。

實驗室三廢處理不當,不符合環保要求。

 

因此,了解發現這些實驗樓通風存在的問題,對于如何做好今后的實驗樓通風設計工作是很有價值的。

通風柜 沈陽潔康實驗室設施工程有限公司

2、工程概況  化學樓為一幢教學與化學分析實驗的綜合性建筑。其建筑建筑占地1780m2,總建筑面積12167m2。教學校部分八層,為Ⅰ區,主要功能為教學用房,由學術報告廳、會議室、書庫及辦公等組成。實驗樓部分為七層,局部五層。七層部分為Ⅱ區,層高3.9m,五層部分為Ⅲ區,層高3.9m。Ⅱ及Ⅲ區屋面局部設有通風機廊,其高度為2.7m。工程于199812月設計,20011月竣工。Ⅱ區一層為教學法實驗室,化工實驗室及科研室;二層為無機天平室、無機科研及實驗室;三層為物化實驗及科研室;四層為分析實驗室;五層為有機實驗及科研室;六~七層為合成研究室及教學工作室。Ⅱ區共設通風柜134臺。Ⅲ區一層為無機藥品庫、無機玻璃加工、儀器房;二層為無機科研及紫外光譜室;三層為物化科研室、電教技術室及電化系統室;四層為發射光譜、原子吸收光譜、光度、螢光、氣相色譜室;五層為有機科研及紅外光譜室。Ⅲ區共設通風柜37臺。根據校方設計要求:通風柜采用機械排風方式,Ⅱ區無機實驗室及五層有機實驗室的實驗臺采用局部排風方式;其它不產生有害氣體的實驗室按一般機械排風設計,換氣次數按12/h計算。要求做到室內、走道無異味。重點考慮三廢的排放。

3、實驗室有害氣體的種類及散發量  在化學實驗過程中,經常會產生各種難嗅的、有腐蝕的、有毒及易爆的氣體。這些有害氣體如不及時排至室外,不僅造成室內空氣污染,影響實驗人員的健康與安全,而且會影響設備的精度和使用年限。

因此,了解實驗室產生的有害氣體種類及散發量對通風工程設計是十分重要的。化學樓實驗室有害氣體按照化學特性基本上可分為無機及有機兩大類。

無機類有害氣體主要有:SO2SO3H2SNONO2NH3CL2HCLHF1SiF4CO及臭氧、氰化物等。有機類有害氣體主要有:甲烷、乙烷、乙炔、苯、甲醛、甲醇、甲酸等。由于校方無法提供實驗室實驗過程中產生有害氣體散發量的詳細數據,所以在設計時,只能做定性分析,無法進行定量分析,要進行定量分析只有通過實驗實測取得數據。但從定性上講,化學實驗室產生有害氣體的散發量相對工廠企業工藝過程中產生有害氣體的散發量要小得多。

4、通風系統設計

有害氣體的排風方式

操作口吸風速度m/s

局部排氣口

0.5

化學通風柜

0.50.7

放射性工作箱

1.0

4.1 操作口吸風速度取值(見表)   4.2 排風系統主要設計原則

4.2.1 無機實驗室、有機實驗室及農藥所合成實驗室排風系統分開設置。

4.2.2 對于混合后可能引起燃燒、爆炸、結聚凝塊或形成毒性更強的有害物時,分設排風系統。

4.2.3 對于有害氣體、蒸汽或粉塵的發散源分開設置局部排風裝置。

4.2.4 含有劇毒物質或難聞氣味物質的局部排風系統所排出的氣體,應排至建筑物動力陰影區和正壓區以上

4..2.5 局部排風系統排出的氣體在排入大氣之前,應根據所含有害物的毒性及濃度確定是否需要進行凈化處理。

4.3 通風柜排風系統設計

4.3.1 通風柜的布置

本工程Ⅱ區設有通風柜134臺、Ⅲ區設有通風柜37臺。其外型尺寸均為1600×750×1700(長××高),操作口尺寸均為350×600×2(長××數量)。

為防止從窗外進入的室外氣流的干擾,本工程通風柜均布置在房間靠近走道的內墻角。

4.3.2 通風柜排風量計算,其排風量按下公式計算:

L=3600FVβ m3/h

L=3600×0.35×0.6×2×0.7×1.1

=1164m3/h

4.4 通風柜排風系統設計:

從使用方便及排風效果角度考慮,最好是一臺通風柜為一個排風系統。但由于本工程通風柜數量多,且同時有實驗室其它排風系統,若一臺通風柜設一個排風系統,那么垂直風管的數量及風機廊風機臺數眾多,難以布置。因此本工程經綜合考慮,反復推敲,一般23臺通風柜設計為一個排風系統,但原則上不超過4個。

4.4 實驗室實驗臺局部排風系統設計

4.4.1 側吸罩排風量計算:根據設計要求,Ⅱ區二層無機及五層有機實驗室內的實驗臺要求設置局部排風系統。每間實驗室設有三組長4.0m、寬1.4m、高0.8m的實驗臺。本工程設計在每組實驗臺面上設有6個(一邊3個)側吸罩,其尺寸為:口部Φ200,法蘭邊150mm,接管Φ150,要求側吸罩口距實驗臺面水平距離0.4m處產生0.25m/s的吸氣速度。根據吸流流譜及Dalla-Valle實驗公式,側吸罩風量為:

L=0.75·5x2+F·Ux·3600 m3/h

L=0.75·5·0.42+·0.22·0.25·3600=561m3/h

而側吸罩口部處平均風速

U0=5m/s

為使實驗人員在臺面更為方便地進行實驗操作,本工程設計特將側吸罩設計成一個可360°旋轉的套筒式側吸罩。詳實驗臺剖面。

4.4.2 排風系統風管布置

設計時,為盡量減少實驗室空中布置的管線,減少各種管線干擾實驗人員的視線,使室內布置整潔、光線明亮,對通風管道、上、下水管、實驗室用各種氣體管道作了精心統一的安排。實驗臺下方除支墩外,其余均為空心,側面設置柜門。各種管線均設置在臺面下方,支管線垂直******面。側吸罩支風管與臺面下方主風管交接處接一手動蝶閥,可方便地通過開啟臺面下方側面柜門進行風量及平衡調節。同時在側吸罩支風管在臺面上的法蘭處設一鋼絲網以防止異物進入實驗臺下方的主風管,從而影響通風系統的正常運行。通風管道采用垂直敷設方式接至頂層風機廊風機。

4.5 無有害氣體產生的實驗室、廢液間及衛生間排風系統設計:無有害氣體產生的實驗室按12/h,廢液間及衛生間按10/h計算排風量。風機設置于風機廊,風管采用垂直敷設方式。

4.6 排風系統的補風系統及氣流組織設計:調查研究表明,其實驗樓通風效果差、房間及走道異味嚴重除通風設備陳舊,風管老化破損漏風外,主要是沒有對排風系統進行有組織的補風及進行合理的氣流組織設計。

本工程設計在Ⅱ區一~七層,Ⅲ區二~五層每層設置一臺低噪聲離心風機箱送風作為實驗室排風系統的補風用,不足部分從外窗進行補風。送風風管布置在每層內走道,風管上均勻布置若干個Φ360園形散流器。所有實驗室至走道的門上設置2250×500單層固定百葉。首先送風機將室外新鮮空氣通風管、散流器送至走道,使走道保持正壓;然后通過門上百葉進入房間,最后通過通風柜及側吸罩、風管、排風機排至室外。實驗室由于排風系統的運行,始終保持負壓。這樣,有害氣體就不易進入走道,從而保證走道無異味。 Ⅱ區一~七層每層設置1560630Pa850019000m3/h 2.25KW雙速離心風機箱1臺。實驗室部分使用時開低速,全部使用時開高速。Ⅲ區二~五層每層高置1580Pa9000m3/h2.2KW離心風機箱1臺。由于武漢地區寒冷時間較短,寒假時實驗樓基本上不使用,且實驗室冬季沒有設置采暖系統,所以為節約能源,設計時沒有對補風進行加熱處理。

4.7 屋面通風機廊設計及通風管道布置特點:由于建筑立面美觀的需要(不允許風機外掛),便于通風設備操作與管理及對氣體的凈化及噪聲處理,本工程設計在Ⅱ、Ⅲ區屋面設有通風機廊。本著節約土建造價的原則,風機廓層高控制在2.7。風機廓兩邊大梁上翻,有利于設備、管道的布置及操作、維修。所有排風機設置于通風機廊。排風機的通風管道采用垂直敷設方式,在實驗室走道內墻側設置通風管井。

本工程共設排風系統91個,補風系統10個。

由于通風機廓排風機臺數很多,通風管線復雜,風機廓層高較低,經過仔細研究,設計時,通風管道采用了電路板式布置方案,避免了排風系統間風管交叉打架,給設備管理、操作、維修帶來方便。

5、通風系統的控制及防火設計

5.1 在各排風系統通風柜處或室內均設有風機的啟/停開關,同一排風系統只要有1臺通風柜或實驗室工作,排風機均能運行。

5.2 在排風管水平支風管與垂直風管交接處及送風管跨越防火分區兩側均設有70防火調節閥。

6、通風系統的消聲與減振設計  在風機底部設有ZTB型減振器,風機進出口采用耐腐軟接頭連接。

在排風機入口均設置消聲彎頭,送風機出口設置1臺復合阻抗消聲器,風機廊室內墻體設置吸聲材料,使其噪聲符合規范要求。

7、通風柜、通風機及風管材質的選擇  

7.1 由于化學實驗過程中產生的有害氣體具有強烈的腐蝕作用,所以設計時,離心風機采用玻璃鋼風機,通風管道采用了園形機械纏繞式有機玻璃鋼風管。

7.2 通風柜的選擇:因建設資金短缺,校方決定Ⅱ區五~七層通風柜外購陳品通風柜,其質量好。其它通風柜為校加工廠加工制作,其骨架采用經過腐處理的木框,其余采用3mm厚玻璃。

8、有害氣體的凈化處理及排放方式  擴初設計時,筆者曾就有害氣體的凈化處理向校方提出了一套完整的方案。由于其凈化處理設備需近1百萬資金,校方考慮到實驗室氣體排放濃度較低,經與環保部門協商后沒有實施有害氣體凈化處理方案。

為使有害氣體排放濃度盡可能降低、施工圖設計時采取了補救措施。在通風機廊頂部設計一高500mm靜壓箱。所有風機的排風先進入靜壓箱后再通過傘形風帽排至大氣,從而使比空心重的有害氣體、混合后產生的水蒸汽沉集在靜壓箱內,從而達到減小排放有害氣體濃度的目的。靜壓箱內內貼δ=3mm厚有機玻璃鋼板,并設5‰坡度及多根排污管排至廢液間,靜壓箱采用人工方式定期對沉集的廢氣進行處理。

9、工程小結  本工程于20011月竣工,并于2001年上半年正式投入使用,已使用了2年多的時間。筆者曾多次對工程進行了回訪。從使用的情況看,通風效果理想,走道、室內無異味,達到了設計要求及校方的使用要求。本工程獲2003年國家教育部優秀工程二等獎。

10、結論  化學實驗樓應高度重視其選址對周圍環境的影響,并重點研究三廢的排放方式,合理采用通風方式,使其符合環保要求。

 

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