邓嵘

（山西聚仁合人力资源管理有限公司，山西太原 030002）

1 实验室通风系统介绍

1.1 实验室的通风系统分为全面通风换气和局部通风换气两种方式

（1）全面通风换气，计算时按整个房间的体积考虑整体通风换气，这种方式称为全面通风，将室外新鲜空气通过外窗或风管引入室内，对室内已经污染的空气进行稀释，降低其污染标准到允许范围之内，然后将已经污染的空气直接排出室外或经过净化后排出室外。这样的方法通常称为全面通风。可以通过开窗方式或者设置风机等实现。

（2）局部通风换气，实验室污染物质产生后未扩散且短距离就近排出的方式即为局部通风，主要是采用一些专用的实验室排风设备，以较少的风量排走大量的有害物质，避免有害空气扩散，这种方法较经济、能节省能耗而且效果很好，能够有效改善现有的实验室条件。专业的实验室排风设备有：专业排风柜、专业排风罩等。

1.2 实验室通风系统组成

化学实验室的通风系统一般由送排风机、送排风管管道、专业的通风设备（如排风罩等）以及相应的控制系统四大部分组成。

1.2.1 送排风机

送排风机主要考虑通风换气时如不能采用自然开窗方式，则选择采用机械送排风系统，相应设置风机，风机有离心风机、轴流风机等，也可根据布置方式不同选择壁式风机、屋顶风机等，有噪声要求的房间还可以选择低噪声风机。

1.2.2 通风管道

一般的普通建筑，通风系统为常规送排风系统，当室内排出的气体没有腐蚀性时，其通风管道可以采用镀锌钢板，镀锌钢板是最常用的风管材质。而化学实验室及特殊实验室等可能产生有腐蚀性气体的建筑，风管应采用耐腐蚀材料的玻璃钢风管等，风管的材质介绍详见4.3。

1.2.3 专业通风设备

化学实验室常用的专业通风设备主要有：原子吸收罩、通风柜、桌面式通风罩、万向排气罩等。

（1）原子吸收罩一般要求其能准确地定位安装，对于整体化实验室，定位准确是其必须考虑的因素之一。其主要适用于原子吸收仪等需要局部通风且涉及高温的大型精密仪器，如图1 所示。

图1 原子吸收罩

（2）通风柜顾名思义是用于通风的柜子，一般与试验台一体化，主要用于实验室排风，排气功能，是很常见的局部通风方式的一种，其材料种类也多种多样，也根据结构特点分为不同种类的排风式通风柜及补风式通风柜等，在局部有污染的附近通常使用通风柜，保证污染气体能就近及时排除，如图2 所示。

图2 通风柜

（3）桌面通风罩也具有专业性，主要适用于需要长时间蒸馏的或有机化学实验室，对于这类型的实验室，解决其整体通风系统时，往往会采用桌面通风罩，如图3 所示。

图3 桌面通风罩

（4）万向抽气罩也是解决实验室局部通风的设备，其具有安装简单、定位灵活且排风效果好等特点，是实验室进行局部通风的首选，这种方法能有效地保护实验室操作人员的安全，如图4所示。

图4 万向抽气罩

1.2.4 控制系统

实验室通风控制系统也是一项很重要的内容，一个好的系统不单是保证实验室废气正常排出，还需要考虑系统气压的运行稳定、节省能耗等因素，这就需要设置相关控制系统，可采用静压变频技术、变风量控制、相关阀门控制调节等方法，结合专业的设备厂家控制系统来实现，具体设计时可根据不同的情况采用不同控制形式。

2 实验室通风设计对接条件

实验室设计时各专业条件应充分衔接，互提并对接条件，在设计前期应将有可能相关的各条件融入进去，实验室的通风设计主要相关的其他专业有建筑专业、结构专业、电气专业、给排水专业等，其中最主要的是关于建筑、结构专业条件的考虑，主要包括以下部分。

2.1 竖井

实验室内尤其是化学实验室通风要求高，换气次数大，且不同的实验室一般要求均为独立的送排风系统，故工艺排风设备多，系统排风量大，排风管道尺寸大，且由于均为有污染及腐蚀性气体，为保证严密性，不能单靠竖井排出室外，需要竖井内设风管，因此需要充分考虑送、排风竖井的位置和尺寸，同时需考虑一定的预留。

2.2 管井

不同地区的实验室冬季温度要求不同，对于严寒地区的补风系统，在进行送风时宜将室外空气进行加热后再送入室内，所以通常选用带加热的补风机组进行补风，需要预留加热水管，接至各补风机组，为方便后期使用灵活及节能运行，实验室补风系统加热水管宜单独设置系统，及单独预留热力入口，通过管井送入各层各系统，故在前期设计时应将管井条件考虑在内。此管井可以与平时采暖系统或者水专业管井合用，单独预留系统即可。

2.3 荷载

实验室建筑不同于其他一般民用建筑，尤其对于特殊实验室，通风要求高，其屋面设备较多，主要包括排风机组、废气处理设备、空调补风机组等。故在前期设计时，应该充分考虑结构屋面可能存在的设备，将其重量提供给结构专业，在结构设计时将设备荷载考虑进去，如图5 所示。

图5 屋顶设备

2.4 层高

化学实验室专业性要求较高，各设备管线相对较多，故在设计时应考虑到各专业的管线交叉及安装空间，一般情况下化学实验室的层高应不低于3.6m，才能保证后期正常使用，以实验室设计层高为4.3m 为例，安装完水、电、通风及消防等管线后，内部净高为3.3m，各专业管线占高为1m。故应根据实验室的实际需求，考虑设计层高。

2.5 用电负荷

化学实验室中通风设备多，且功率相对较大，对于有补风加热需求的地区，还需考虑冬季补风加热用电，故在设计时应将用电负荷提供给电气专业，充分预留用电，保证设备正常有序运行。

3 实验室通风换气次数的确定

3.1 排风系统

国内外不同的规范标准对实验室的换气次数分别有不同的规定。

（1）《化工实验室化验室供暖通风与空气调节设计规范》（HG/T 20711—2019）中有相关规定“处于工作状态的有污染物产生的实验室、化验室，最小换气次数不应低于6 次/h”。

（2）《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）中规定：可能突然放散大量有害气体或有爆炸危险气体的场所应设置事故通风，换气次数不应小于12 次/h。

（3）国外相关标准对于实验室的换气次数，在不同的国家和地区，或者不用体系内的规定也都有所不同，在ASHRAE 中规定如果实验室内有人操作，通常要求达到6~10 次/h 的换气次数。

在进行化学实验室通风设计之前，建议与使用方对接确定各实验室的通风需求，确定是否有特殊气体，是否有事故通风系统等相关内容，以便更准确地设置通风系统。但往往在施工图设计时会受工期要求及前期对接不利等影响，使用方及初步设计文件并未提供具体通风要求及气体排放方式等特殊要求，仅说明哪些房间需要通风，设计时往往只能根据以上相关规范综合考虑确定通风换气次数及送排风方式，保证工程设计正常进行，保证各专业条件预留到位。

故综合上述的各种规定，同时结合实际工程案例，设计中通常实验室的正常工作模式换气次数要求≥8 次/h，节能工作模式：4~6 次/h，紧急工作模式：12 次/h。

3.2 送风系统

（1）《化工采暖通风和空气调节设计规范》（HG/T 20698—2009）中规定当化验室的排风量较大时，应设置室外新风补风系统，并计入新风负荷。

（2）《科学实验建筑设计规范》（JGJ 91—1993）中也对补风及补风加热进行了相关要求，具体内容为：工作时间连续使用排风系统的实验室应设置送风系统，送风量宜为排风量的70%，并应根据工艺要求对送风进行空气净化处理。对于采暖地区，冬季应对送风进行加热。送风气流不应破坏实验室排风装置的正常工作。

故根据不同的地区及要求，综合考虑补风换气次数及是否需要加热。

4 通风风管计算选型等相关设计

4.1 风管面积计算

风管内风速取值如表1 所示。

表1 各噪声等级风管内风速取值

风管面积计算公式见式（1）。

风管面积的影响因素由换气次数和风速决定，换气次数越大，风管截面积越大，不同噪声要求下，风管风速取值也不同，风速取值越小，风管截面积也越大，故综合计算得所需要的风管截面积。

4.2 风口面积计算

风口尺寸的决定因素是通过风速，风口风速通常取2.5m/s 设计，见式（2）。

风口喉部有效面积（m2）=通过风量（m3/h）/3600×风速（m/s）。（2）

4.3 风管材质要求

物理化学类实验室常用的风管类型如下。

（1）新风管道：镀锌钢板。镀锌钢板是最常用的风管类型，适用于平时普通的送排系统及防排烟系统，最常用于送排无腐蚀性的气体，且经济环保，市面上最常见，如图6 所示。

图6 镀锌钢板

（2）排风管道：无机玻璃钢、聚丙烯、硬聚氯乙烯。无机玻璃钢、聚丙烯、硬聚氯乙烯均为耐腐蚀性风管，其中聚丙烯、硬聚氯乙烯还具有耐高温等特点，适用于有污染的实验室排风系统，如图7 所示。

图7 无机玻璃钢风管

5 实验室废气处理

5.1 废气种类

实验室废气中包含无机废气和有机废气，以下列举了废气的一些种类，不同的实验室还会有某些特定种类的废气。

（1）无机废气主要包括：氮氧化物、硫酸雾、氯化氢等无机废气。

（2）有机废气主要包括芳香类：苯、甲醛、茚三酮、乙酸乙酯、甲酰胺、乙醇、三氯甲烷、环己烷等

5.2 处理方案

常用的有活性炭吸附、光催化净化和填料喷淋塔，或者多种组合的方式进行处理。

5.2.1 活性炭吸附原理

活性炭顾名思义主要是由碳材料做成的吸附性材料，其具有很强的吸附特性，并不仅仅取决于它的孔隙结构，还和它的表面化学性质有关。

5.2.2 光触媒催化滤网

在聚氨酯蜂窝网孔基材上沉积纳米二氧化钛光催化材料，纳米二氧化钛光触媒经紫外光照射（理想紫外光波长253~360nm左右），激发电子跃迁到导带，产生相应的光生电子和空穴，再和水、氧接触后产生成具有超强氧化作用的活氧、氢氧自由基等，当污染空气通过时，可将污染物、甲醛、细菌、臭气异味、氨等有害有毒污染空气分解成无害的H2O 和CO2，此方法经常用于空气净化。

5.2.3 酸雾喷淋净化塔

酸雾喷淋净化塔也是废气处理中常见的一种设备，一般分为卧式和立式，采用高科技填料，故净化效率较高，净化后的气体可以达到排放标准，其材质一般为耐腐蚀玻璃钢材质。

5.3 排放标准

根据所在地区的类别及不同要求，实验室气体排放时也应达到排放标准，国家目前有大气污染综合排放标准，应满足国家《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）及国家相关标准的排放要求。

6 结语

合理的化学实验室通风系统设计首先需要了解其系统特点及原理，在设计中考虑好各种因素，各专业对接设计时要衔接好，还要考虑到实际使用操作时运行方便、通风效果好、节省能源，同时还要达到舒适性要求。化学实验室通风设计，应根据不同实验室的特点和不用地区的要求，以及不同的使用需求综合考虑各项因素，保证系统性能稳定、运行效果成熟，真正达到节能、舒适、环保的要求。