化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在使用過程中會產(chǎn)生有害(刺激性、傳染性、有毒等)氣態(tài)污染物，處理不當(dāng)會造成人員身體損害和影響實(shí)驗(yàn)室周邊環(huán)境。因此要求實(shí)驗(yàn)室中全新風(fēng)運(yùn)行、高換氣次數(shù)、房間內(nèi)有空氣壓差(一般是負(fù)壓)等。因此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)要求較高，且通風(fēng)和空調(diào)能耗也遠(yuǎn)大于一般建筑。
本項(xiàng)目對某化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)行進(jìn)了改造，不但有效的改變了原有的室內(nèi)刺激性氣體彌漫、溫度舒適性差等不良狀況，而且大幅降低了通風(fēng)能耗。
一、項(xiàng)目概況
該實(shí)驗(yàn)室為某知名第三方檢測檢驗(yàn)公司，主要進(jìn)行樣品的化學(xué)前處理。實(shí)驗(yàn)室面積為23.7 m2, 共有2臺通風(fēng)柜，2臺排風(fēng)罩，1臺1.5kW排風(fēng)機(jī)和1臺0.75kW送風(fēng)機(jī)，1臺3.2 kW的掛壁分體空調(diào)。實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)按PLC控制方式設(shè)計(jì)，但實(shí)際按定風(fēng)量(CAV)方式使用。根據(jù)全部實(shí)驗(yàn)室的年耗電量和總面積，可以估算出該實(shí)驗(yàn)室年耗電量約為7600 kWh。

二、通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

該實(shí)驗(yàn)室的理論排風(fēng)和送風(fēng)量分別為4000m2/h和2800 m2/h;實(shí)際測得的排風(fēng)和送風(fēng)量分別為3747 m2/h和448 m2/h,換氣次數(shù)為53次/h，房間壓差為-13Pa。經(jīng)過觀察和測試，該實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面存在著如下問題: 
1、排風(fēng)量接近設(shè)計(jì)值，但送風(fēng)量嚴(yán)重低于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致補(bǔ)風(fēng)量過大，導(dǎo)致房間負(fù)壓過大,大于要求負(fù)5—負(fù)10 Pa，出現(xiàn)室內(nèi)吹風(fēng)感強(qiáng)、門窗縫隙出現(xiàn)嘯叫、開門困難、雨水通過外窗縫隙被吸入室內(nèi)而形成污染的現(xiàn)象。
2、通風(fēng)系統(tǒng)采用PLC控制設(shè)計(jì)，即風(fēng)量根據(jù)通風(fēng)柜的使用數(shù)量手動進(jìn)行有級調(diào)節(jié)，但實(shí)驗(yàn)人員嫌操作麻煩，經(jīng)常不關(guān)閉空閑通風(fēng)柜的調(diào)節(jié)門，也不手動進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，導(dǎo)致通風(fēng)柜的操作面風(fēng)速變化很大，在通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門開度均為100%時(shí)風(fēng)速為0.3m/s—0.5 m/s比較合理。風(fēng)速過高容易導(dǎo)致氣流紊亂，部分有害氣體被亂流帶出通風(fēng)柜進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，房間刺激性氣味彌漫。
3、由于換氣次數(shù)較多，排風(fēng)量很大且實(shí)驗(yàn)過程有熱量產(chǎn)生，現(xiàn)有空調(diào)不能滿足室內(nèi)的制冷采暖要求，導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高或過低(夏季經(jīng)常在30度以上，而冬季則接近外界空氣溫度)，達(dá)不到舒適性要求。

4、排風(fēng)量過大使得通風(fēng)和空調(diào)能耗過大，造成電量的浪費(fèi)。經(jīng)計(jì)算，該實(shí)驗(yàn)室單位面積年電耗為321 kWh/m2。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)要求

對于實(shí)驗(yàn)通風(fēng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行而言，有以下要求:
1、氣流控制良好。良好的氣流控制是決定化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)好壞最重要的因素，而實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)效果的好壞直接代表了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)水平。能夠安全穩(wěn)定地對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行排風(fēng)，使室內(nèi)氣流潔凈，從而保障實(shí)驗(yàn)人員的安全。具體而言，室內(nèi)清潔氣流應(yīng)呈穩(wěn)定恒向?qū)恿鳡顟B(tài)，先流經(jīng)人體，再流經(jīng)污染源，最后排出實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，一般情況下，還應(yīng)保持一定的房間負(fù)壓，以保證實(shí)驗(yàn)室的氣流方向始終由周邊區(qū)域進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，而不會導(dǎo)致交叉污染。
2、系統(tǒng)反應(yīng)快、控制精度高。反應(yīng)速度是實(shí)驗(yàn)室氣流控制最重要的因素之一，反應(yīng)速度過慢，往往會導(dǎo)致通風(fēng)柜內(nèi)氣體外溢或者室內(nèi)在某些時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生正壓。控制精度會直接影響控制效果的好壞，控制精度低會使得氣流組織出現(xiàn)較大波動。兩者達(dá)不到要求，均可能導(dǎo)致安全事故。
3、運(yùn)行維護(hù)簡單。要保證實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行必須自動化程度高，簡單可靠，以降低實(shí)驗(yàn)室操作人員操作和維護(hù)人員的維護(hù)強(qiáng)度及費(fèi)用。
4、節(jié)能?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室由于有安全性要求，通常采用全新風(fēng)，換氣次數(shù)通常為6次/h—10次/h，甚至更高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的性質(zhì)要求，如本實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的有害氣體為鹽酸、硝酸等，換氣次數(shù)為62.5次/h;同時(shí)為保證實(shí)驗(yàn)室正常安全運(yùn)行，通風(fēng)系統(tǒng)通常24h連續(xù)運(yùn)行，能耗巨大。因此，必須在保障安全的前提下，盡量降低能耗。
四、改造方案的選擇
實(shí)驗(yàn)室的氣流控制由1960年以來，由最初的定風(fēng)量(CAV)，依次發(fā)展為雙穩(wěn)態(tài)(TS)、變風(fēng)量(VAV)，直自適應(yīng)控制(UBC)系統(tǒng)，通風(fēng)的安全性、節(jié)能性以及系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性都得到了全面的提升。
1、CAV控制:無論通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門開度如何，風(fēng)機(jī)始終按最大風(fēng)量運(yùn)行。其特點(diǎn)是控制最簡單，但抗外擾能力差(面風(fēng)速隨調(diào)節(jié)門開度變化)，安全性能差，能耗高。
2、TS控制:只有高風(fēng)量與低風(fēng)量兩種定風(fēng)量狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)室有人(白天)時(shí)高風(fēng)量運(yùn)行，無人(晚上)時(shí)低風(fēng)量運(yùn)行?？稍谝欢ǔ潭壬辖档湍芎?但抗外擾能力仍較差，而且工況轉(zhuǎn)換時(shí)室壓波動大。
3、VAV控制:根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通風(fēng)柜開度的變化無級調(diào)節(jié)送、排風(fēng)量，從而保證始終可精確控制通風(fēng)柜面風(fēng)速為合理值。系統(tǒng)自動化程度較高、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)，可在充分保障安全的前提下降低能耗，但是對閥門的控制精度和反應(yīng)速度的要求高。PLC控制也屬于變風(fēng)量控制的一種簡化方式(風(fēng)量為有級變化，且面風(fēng)速不能保持在穩(wěn)定值)。
4、UBC控制:在VAV控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)檢測通風(fēng)柜前的局部范圍內(nèi)是否有人而設(shè)定不同的面風(fēng)速。有人時(shí)保持面風(fēng)速恒定為最大合理值(0.5m/s),以此保障操作者的安全;無人時(shí)則將面風(fēng)速降低最小合理值(0.3m/s)。可再次大幅降低能耗，尤其是在實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行通風(fēng)柜操作不規(guī)范時(shí)。
根據(jù)以上分析可知, VAV和UBC方式自動化程度最高，對操作人員的要求最低，舒適度最好，也最節(jié)能。同時(shí)，考慮到本實(shí)驗(yàn)室人員操作不太規(guī)范，選擇使用VAV+UBC方式進(jìn)行改造。