浅谈环境监测实验室通风设计要求及案例分析

宋立新

(江阴市环境监测站，江苏 江阴 214431)

在实验室监测分析过程中，经常会产生各种有毒有害气体，这些废气如不及时排至室外，不仅会腐蚀设备，影响分析精度，同时也会造成室内空气污染，影响分析人员的健康和安全。因此在基建设计之初充分考虑实验室通风要求非常重要。本文以江阴市环境监测站新实验大楼为实例，对环境监测实验室通风系统设计中需要解决的问题和注意事项进行探讨。

1 环境监测实验室通风需解决的问题

(1)保证实验室环境安全：要做到室内保持一定状态的负压;做到新风全部来自室外，然后100%排出室外;通风柜的排气不在室内循环;保证实验室有足够的换气次数。

(2)符合实验质控要求：要求通排风系统应有高度的系统稳定性和可靠性，并且合理设置送、排风区域，形成良好的气流组织，避免交叉污染。

(3)达到经济与舒适的共赢：通排风系统不仅要满足舒适要求，还应达到降低能耗、运维方便、减少投资等的经济目标。

2 江阴市环境监测站实验室通风设计案例分析

2.1 实验室概况

江阴市环境监测站于2011年10月启用新的监测大楼，监测站用房面积达7259平方米，其中实验室面积5719平方米［1］，已具现代化监测实验室雏形。大楼从功能上分为办公区域、实验区域和配套服务服务区域。其中实验区域包括物理、化学、生物及大型仪器分析等。

2.2 合理布局优化设计

该楼共五层，各楼层均为“回”字型布局。一楼主要为耗材、药品、采样设备库房和接样以及样品保存间等;二楼、三楼南侧为办公区域，北侧为常规分析实验室;四楼为有机分析室;五楼为无机分析室。实验楼通过合理设置楼层及房间分布，各楼层分设独立送风管路，优化兼并排风管道，形成良好的气流组织，避免交叉污染。该系统采用压力无关型集中变风量排风系统，将同性质实验室废气集中排放，避免了管道纵横交叉影响美观，通风管道垂直敷设方式接至楼顶风机。

2.3 充分估算风量保证室内新风

采用全新风系统，根据工艺要求和功能布置选择一定数量的通风柜、抽气式药品柜和局部排风罩，根据通风柜及排风罩的数量及相应设计风量获得总的通风量，然后选择风量稍大于对应通风量的屋顶风机，同时也考虑到实验室经后的发展变化，风机和管道等相应放置一些余量。各楼层不同实验室均采用单独风机及风道经屋顶风机排至室外机构。确保系统的稳定性和实验室的安全性。

2.4 根据空气中不同有害物质浓度限值调试面风速

通过在送、排风管道上安装耐酸碱的定风量固定风阀或变风量文丘里阀相结合的方式，来控制好通风柜面风速。参照实验室内空气中有害物的最高容许浓度＞15 mg/m3的柜口面风速值0.35m/s，有害物质最高容许浓度为0.2～15mg/m3的柜口面风速值0.5m/s，剧毒或有少量放射性物质等最高容许浓度＜0.1 mg/m3的柜口面风速值0.75m/s［2］的标准进行调试面风速。实验室设计新风量约为排风量的90%，满足实验室负压的条件下，保证10次/小时的换气次数要求［3］。应注意：通风柜的面风速并不是越大越好［4］。实验表明，面风速过小，＜0.3m/s，操作人员扰动易造成通风柜内有害气体外溢，对操作人员造成危害。通风柜调节门进风面风速过大，＞0.8m/s，也易造成柜内有害气体外溢。通风柜内排风气流应均匀，减少涡流，避免有害气体浓度积聚，及时排出有害气体。

通排风系统验收过程中，实验室会同施工单位对各通风柜面风速进行了性能测试。此次测试步骤，完全遵照美国国家标准“ANSI/ASHRAE 110－1995实验室通风柜性能测试方式”中所规定的测试方式及步骤实施，测试内容主要分为：可视烟雾测试和表面风速分析。使用了Antari品牌F－80Z型烟雾产生器模拟烟气排放，用TSI品牌9535－A型热线式风速测量仪测试面风速。以四楼一有机前处理分析室为例，测试房间面积为50平方米，室内有6台排风柜，排风柜通风控制采用电动风阀。电动风阀在实验开始及完成时由实验人员手动开启或关闭，风阀根据柜门开启的不同高度自动调节排风量，以保证面风速的恒定。通风柜门实际全开高度为0.77m，因此验收选取了柜门开启高度分别为0.25m，0.45m，0.77m三个高度，同时每层平均分成六个区域，在每个区域中心点位测量面风速。测量结果基本恒定在0.5m/s之±15%标准之内。

2.5 达到通风要求的同时充分考虑节能

由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算，当风量减少到80%时，风机耗能将减少到51%;当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统(变静压控制)可节约风机动力耗能78%［5］。

通风柜的风量平衡采用两段式通风控制系统保证风量平衡，即根据通风柜的位移信号，排风机、送风机有2种送风工况：定风量工况应用于维持最小换气次数的要求，节约能耗;通风柜采用文丘里阀控制风量变化，根据通风柜柜门的位置变化而变频，降低风量，保证通风柜面风速恒定。

2.6 废气处理排放

实验室产生废气主要来自药品柜、通风柜及局部排风罩排出等排风。实验室在楼顶设计了喷淋塔和活性炭吸附箱，通过水喷淋吸收及活性炭吸附的方式处理后直接高空排放。确保废气安全排出。

2.7 实验室通风设计探讨

以上说明该实验室通风系统基本达到了环境安全、质控合格、经济与舒适共赢的要求。优点如下：①系统投入使用至今，实验室通风及空调运行状态良好;②实验室无明显的异味;③各功能区、实验室间未发生交叉污染状况;④通风系统与实验室空调效果也基本能达到设计要求。

但是实验室的建设是一次复杂的系统工程［6］，在装备各种设备及配套设施的同时，既要考虑各设施设备满足实验要求，还应考虑设备的可操作性、操作的便利性以及投入使用以后的一系列问题。建议：①作为送、排风系统应该有更紧密的联动措施，达到一键启闭，或由专人负责，尽可能减少手动操作或误操作的可能性;②需进一步考虑节能措施;③由专业运维团队定期检查维护。

3 结语

(1)实验室通风目标是解决实验室的安全问题［7］。

(2)设计过程中应通过精确的计算分析、合理的气流组织，选择合适的控制方式及排风处理措施避免风量急剧变化带来的分析影响、管道内压力安全以及特殊仪器实验室环境要求的保证等等。

(3)在保证系统稳定的情况下尽量达到控制方便、降低能耗的双赢效果。在实验室建设之初对通排风系统进行一些初步探索，有利于建设过程中的质量把关或者建设目标的确定。

［1］卞金良，吕伟明，张洁.县级环境监测站实验室内部设计案例简介和分析［J］.四川环境，2011.

［2］JGJ91－93科学实验室建筑设计规范［S］.

［3］张红贤.化学实验室的通风设计标准和应用［J］.科技传播，2011－7(上).

［4］吴晓平，郭颖燕，尚新大.关于对县级疾控中心理化实验室通风系统的思考［J］.中国卫生检验杂志，2010.

［5］郭传忠.探析建筑能耗现状及空调节能的技术途径［J］.建筑工程技术与设计，2015(9)

［6］包永刚.化验室建设之台柜、载气气路施工安装的探讨与应用［J］.中国科技博览，2014(4).

［7］王燕，周素文.由德国实验室的安全设施引发的思考［J］.环境科学与管理，2013(1).