某检验检测中心实验室通风及洁净空调系统设计

某检验检测中心实验室通风及洁净空调系统设计

倪丽萍

南京博森科技有限公司 江苏南京 210000

摘要：检验检测实验室不仅具备安全性和实用性，通风空调系统设计还须满足对洁净室内洁净环境产生影响的物质的控制，洁净空调的冷热源、空调风系统以及气流组织合理性设计，压差控制和洁净度保证的措施，理化实验室通风系统、控制系统的合理性和适用性设计等，以供参考。

关键词：洁净空调系统；通风系统；气流组织；废气处理

前言：检验检测在维护质量安全、保障国计民生、加快技术创新、促进产业进步、降低工业成本、贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大理念、推动经济转型升级等方面发挥着基础保障和支撑引领作用，其行业服务水平决定国家科技创新水平和产业发展水平。检验检测实验室不仅具备安全性和实用性，实验室的洁净空调系统需控制室内环境、仪器设备以及人员产生影响的尘埃粒子数，同时控制实验室室外压差，室内温度、湿度以及室内噪音。为了保证检测实验室的洁净度，首先需具备合理的工艺平面布局，其次洁净空调系统需设计合理的气流组织，做好洁污分流，避免交叉污染。除此之外，检验检测理化实验室频繁使用大型仪器、小型精密仪器、试剂和标准物质，为了确保试验数据处理系统的准确性，均需设计合理通排风系统。实验室通风设计需考虑安全性、经济性、环保性、控制合理和可行性、操作的简易型和维修的方便性以及舒适性等因素。

1  项目概况

1.1 建筑概况

某检验检测中心实验室项目，建筑总面积约20000 平方米，地上四层，环形建筑。其中一层为计量检定通用实验室及办公区，二层为部分理化通风实验室（前处理室、化学实验室等）、通用实验室及办公区，三层为理化实验室（前处理室，常规理化实验室以及样品制备室等）、精密小型仪器室（液相、液质、气相、气质、光谱、色谱等）、高温室和办公室等，四层为微生物洁净区检测（无菌室、霉菌室、二级生物安全实验室以及相关辅助用房）、基因测序检测（试剂室、样品制备、产品扩增和产物分析）和通用实验室及办公室。

1.2  设计依据及室外气象参数

1.2.1 设计依据

现行与理化通风、微生物洁净空调系统相关的国家规范标准、行业规范标准及地方规范标准

1.2.2 室外气象参数

夏季空气调节室外计算干、湿球温度为31.1℃（干球温度）和25.4℃（湿球温度）；冬季空气调节室外计算温度为-8.1℃；冬季通风室外计算温度为1.1℃；相对湿度为 75％(夏季)和 59％(冬季)。平均气温12.4℃，极端最高气温38℃，极端最低气温-13.1℃。年平均降水量为566.6毫米，全年降水集中月为7-8月份。常年主导风为南风，年平均风速达3.1米/秒。

2空调冷热源及水系统设计

2.1  空调冷热源

本工程洁净区和理化实验室的因排风补充的新风处理系统均采用风冷螺杆式热泵机组+末端空气处理设备，冷媒采用冷冻水。夏季洁净区负荷和理化实验室补充的新风负荷合计2000Kw，冬季洁净区负荷和理化实验室补充的新风负荷合计1900Kw，其冬季洁净区和理化实验室新风系统共用冷热源。本工程冷热源采用2台风冷螺杆式热泵机组，考虑冬季防冻问题，设置电伴热。理化实验室室内全年空气调节采用变频多联机空气调节系统。

2.2  空调水系统设计

空调冷冻水系统采用冬、夏季冷热共用，两管制变流量系统，水泵采用一次变频泵。由于空气处理空调机组末端水压降相差较大，所以水系统采用异程式机械循环系统。供回水主管上设置动态压差平衡阀，确保循环水泵在设计工况下运行，不发生过载情况。

3洁净区空调系统设计

3.1  洁净区空调风系统设计

本项目洁净系统采用全空气定风量空气调节系统。根据GB50073-2013《洁净厂房设计规范》的规定，万级实验室采用非单向流，ICP -MS、微生物区域等洁净室区域换气次数均采取25次/h计算送风量。洁净室气流组织采用上送下回的气流组织形式，回风口设置过滤层。其中洁净室室内超净工作台宜远离回风口布置，P2实验室生物安全柜应靠近排风口布置。

净化空调箱内功能段需包括初效过滤段，中效过滤段，其中中效过滤段设置在风机的正压段；洁净空气经过净化空调箱内初、中效过滤之后，在经过末端高效过滤器过滤之后洁净空气方可送入室内。

3.2  压差控制措施

3.2.1压差设计值

根据GB50073-2013《洁净厂房设计规范》的规定：不同等级的洁净室之间压差不宜小于5PA，洁净区与非洁净区之间的压差不应小于5Pa，洁净区与室外的压差不应小于10Pa[1]。

本项目不同等级不同等级的洁净室之间压差取值10Pa，洁净区与非洁净区之间的压差取值10Pa，洁净区与室外的压差取值15Pa[1]。

3.2.2压差控制措施

洁净空调系统通过调节送风量与回、排风量的差值，满足不同级别洁净室之间和室内外压差要求。

3.2.3渗透风量的计算

相对正压洁净室的渗透风量，通常也成为正压风量，是维持室内正压所需的风量。可以通过换气次数法或者缝隙法计算正压渗透风量。考虑到实际施工安装中维护结构的密封性很难达到理论上密封性，所以本工程采用换气次数法计算正压渗透风量。其取值为室内压差5Pa，取2次/h，室内压差10Pa，取4次/h

[1]。

3.2.3联锁控制

电动开关密闭阀和实验室净化空调机组及排风机联锁，开启时，先开启净化空调机组，后开启电动开关密闭阀，再开启排风机；关闭时，顺序相反。当实验室净化空调机组因故障停机时，联锁自动关闭排风电动开关密闭阀（排风系统所有电动开关密闭阀关闭，排风机自动关闭）。

3.2.4、余压阀控制

余压阀一般用于维持室内压差不超过设定上限值的控制。当室内压差高于设定值，余压阀自动开启向外泄压，当室内压差低于设定值时，余压阀恢复关闭，通过正压风量提高室内压差达到设定值。

3.3  洁净度保证措施

3.3.1污染源的控制

洁净室采用的非单向流，上送下回的气流组织，其不可避免存在涡流，室内产生的污染尘埃粒子向室内各方面扩散，导致局部洁净度不达标。因此对于局部产生污染源的区域可采用设置局部排风装置，减少局部污染源向周围扩散，提高室内洁净度。

3.3.2风机的选择

在实际运行中，三级过滤装置的阻力增加，整个风系统的风压变化较大，同时为了保证洁净度，风量不能发生太大变化，净化风机优先采用性能曲线为陡降型的低噪音风机。

3.3.3压差控制

洁净实验室系统设计在合理平面布局，空气三级过滤处理基础上，洁净室内外压差控制也是设计的关键。空气在压差的作用下从高压区域流向低压区域，为了保证实验室的洁净度不受外界污染空气的干扰，需保持一定压差，使洁净室的气流从空气洁净度高的区域流向空气洁净度低的区域。

4理化实验室通风系统设计

4.1实验室通风系统设计

（1）实验室通风系统设计考虑安全与节能统一并符合国家相关标准要求，气流组织合理，排风顺畅，无污浊气体溢出，气体排放符合国内排放标准。

（2）通风柜采用变风量控制系统，通风柜入口面风速设计为0.5±0.1m/s，有通风柜的房间采用房间压差+余风量控制，万向排气罩、原子吸收罩等采用风机变频控制，实验室通风换气次数取值8次/小时。

（3）排风机全部采用耐酸碱腐蚀的玻璃钢防腐变频离心风机，风机性能曲线优良，满足实验室风量和风系统压力损失的要求，同时须满足节能的需求。排风机全部安装于实验室楼的楼顶，风机外侧排风口须位于城市主导风向的下风侧。

（4）实验室补风系统采用全新风空调系统，新风经过处理达到一定温湿度后送入实验室内，以维持实验室的压力平衡及温湿度稳定，实验室内维持负压（-1Pa至-5Pa）,新风处理到室内状态点的等焓值。全新风空调箱全部安装在控制楼层的新风机房，尽量避免与排放产生二次污染，机组配置变频控制系统，同时进行变水量控制。

新风空调机组均设置机电一体化可编程“PLC”控制系统，调节冷却（加热）盘管电动水阀开度。新风处理机组的送风温度控制为线性控制，新风机组根据送风管道的静压的变化进行变频调节运行，同时新风管道内安装温湿度传感器对送风温度进行监控，通过调节水阀开度满足送风温度及湿度的稳定要求。

4.3实验室通风控制系统

通风系统包含：排风风机箱、废气处理设备、排风系统、补风系统、补风处理设备以及相关自控控制组成。

（1）本项目采用风机变频方式，即排风管道主管上设置压力传感器，末端配置变风量电动蝶阀，当末端排风变风量电动蝶阀开启数量变化引起管道静压的变化，主机根据管道静压变化进行自动风量调整，在满足使用要求的基础上以达到节能减排的效果。

（2）通风柜采用VAV控制方式，每套通风柜配有位移传感器、面风速传感器、变风量电动蝶阀、面板控制器等。

（3）有通风柜的房间，通过控制系统测得通风柜的排风量的多少确定房间排风量。压力传感器反馈信号给控制系统，控制系统利用压差传感器反馈信号进行余风量计算，给出指令调节新风阀门。

（4）实验室排风与补风实行联动，保持室内≤-5Pa。

4.5实验室的废气处理

检测实验室排风产生废气大致可以归纳为有机废气、无机废气、生物安全废气以及霉菌排风。依据废气成份不同采用不同的废气处置装置。其中有机废气处理采用活性炭吸附净化处理装置；无机废气处理采用SDG干式化学过滤装置；生物安全废气处理采用高效过滤装置，定期对高效过滤装置消杀，检漏；霉菌可采用稀释的方式。

本工程检验检测实验室产生的废气通过局部排风装置、排风管道和排风机，引至屋面，经过废气处理装置处理之后，达到大气排放标准，方可高空排放。

5  结束语

检验检测实验室在设计过程中，首先明确各实验室工艺需求，其中包括局部排风装置的定位和数量，排放废气的成份，微生物检测实验室洁净度要求，是否存在局部污染源，涉及生物安全实验室的级别等技术要求，选择适用通风系统控制方式，空调系统类型和合理的气流组织形式。在满足技术要求和经济的基础上，进一步优化通风及洁净空调系统的节能性，使设计效果更加合理、全面。

参考文献：

[1]GB 50019-2015 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范

[2]JGJ91-2019科研建筑设计标准

[3]周志强. 净化空调系统在药厂中的应用[J]. 科技资讯, 2005.

[4]李娟,尹奎超,宋孝春,韦航. 北京某高校实验楼通风空调设计[J]. 暖通空调, 2015.

[5]赖文彬. 理化实验室的通风空调设计[J]. 制冷, 2007.

[6]陈奕. 洁净空调系统设计探讨[J]. 医药工程设计, 2013.