高校實(shí)驗(yàn)室的廢氣處理一般是采用通風(fēng)系統(tǒng)排入空氣中的方法,高濃度廢氣則需要用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)吸收處理后,再由通風(fēng)系統(tǒng)排入大氣。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),有毒廢氣對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員的身體會(huì)產(chǎn)生毒害作用。采用通風(fēng)系統(tǒng)把有毒氣體排出室外是解決問(wèn)題的有效途徑。許多高校在實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或改建過(guò)程中,經(jīng)常遇到換氣量和噪音的矛盾。換氣量過(guò)大,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)噪聲超標(biāo);降低噪聲,往往又達(dá)不到有效的換氣量,使得通風(fēng)系統(tǒng)形同虛設(shè)。我校新建的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室和分析實(shí)驗(yàn)室就存在上述問(wèn)題。筆者在改建通風(fēng)系統(tǒng)的過(guò)程中,采用合理的計(jì)算方法,改進(jìn)了原設(shè)計(jì)方案,總結(jié)出一種實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。
1 實(shí)驗(yàn)室換氣量的計(jì)算

    根據(jù)實(shí)驗(yàn)中有害氣體的散逸程度,換氣速度大體可選在10—20次/H。在廢氣對(duì)人體危害程度不高,且散逸不嚴(yán)重的情況下,可選10次/H,如低于10次,則不能有效的排除室內(nèi)廢氣。如換氣量過(guò)大,則室內(nèi)噪聲加大。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中,分析實(shí)驗(yàn)室選用換氣速度為14次/H,解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室選用換氣速度

為18次/H,換氣效果良好:室內(nèi)無(wú)異味,室內(nèi)噪聲均低于55分貝。

    換氣量計(jì)算方法:

    換氣量=室內(nèi)有效空間×換氣次數(shù)/H室內(nèi)有效空間=室內(nèi)容積-室內(nèi)設(shè)施體積:

    以我校分析實(shí)驗(yàn)室和解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例說(shuō)明:兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的有效空間均為:長(zhǎng)×寬×高-室內(nèi)設(shè)施體積=250立方米。

    根據(jù)廢氣的有害程度,設(shè)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)室換氣速度為15次/H。則換氣量=250×15=3750立方米/H。即每小時(shí)排出的空氣體積為3750立方米

解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室換氣速度為18次/H,則換氣量=250×18=4500立方米/H。即每小時(shí)排出的空氣為4500立方米。

    計(jì)算出的換氣量,可以作為通風(fēng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)以及排氣管道、風(fēng)機(jī)選用的依據(jù)。

2 整體設(shè)計(jì)

    通風(fēng)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),。先應(yīng)考慮有效排氣和噪聲干擾這兩大互相制約因素的影響,同時(shí)還應(yīng)該注意實(shí)驗(yàn)室的功能要求和室內(nèi)布局的美觀。風(fēng)機(jī)的安裝位置一般有室內(nèi)和樓頂兩種。一般來(lái)說(shuō),風(fēng)機(jī)安裝在樓頂不僅可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)室的有效空間,避免風(fēng)機(jī)噪音直接干擾,還可以有效排放有害氣體,并且方便安裝。因此,應(yīng)把風(fēng)機(jī)安裝于樓頂。

    當(dāng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)排氣量超過(guò)2000立方米/H時(shí),室內(nèi)噪聲就會(huì)很大。在保證有效換氣量的前提下,可以采取多臺(tái)小風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方式降低噪聲。小風(fēng)機(jī)本身震動(dòng)小,多臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的異步性也會(huì)抵消部分震動(dòng)噪聲;增加通風(fēng)管道的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)彎次數(shù)也會(huì)降低部分噪聲,但這需要加大風(fēng)機(jī)功率。實(shí)驗(yàn)室所在樓層的位置,往往決定通風(fēng)管道的長(zhǎng)度。這也是影響排氣量和噪聲的重要因素之一。

    上例中,分析實(shí)驗(yàn)室位于實(shí)驗(yàn)樓的頂層,通風(fēng)管道較短,噪聲問(wèn)題尤為突出。換氣量3750立方米/H,如采用一臺(tái)3000W大功率風(fēng)機(jī),雖然可以保證換氣量的要求,但噪聲干擾會(huì)十分嚴(yán)重。如采用4臺(tái)750W多翼式小風(fēng)機(jī),既可滿足的換氣量的要求,又可大大降低噪聲。

    解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室位于實(shí)驗(yàn)樓的一層,通風(fēng)管道長(zhǎng)達(dá)20多米,可以有效的抑制部分噪聲,但也會(huì)損失一定的排氣量。采用兩臺(tái)3000W風(fēng)機(jī)運(yùn)行,則能夠滿足以上要求。

3 通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)管道的選用

    新建實(shí)驗(yàn)樓時(shí),可以按照實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)的管道井:在已有的建筑物中改建通風(fēng)系統(tǒng)時(shí),則通風(fēng)管道不可能使用的管道井,必需通過(guò)各樓層房間。因此,通風(fēng)管道材料的選用,不但要保證足夠的通風(fēng)量,還應(yīng)盡量減少對(duì)管道所經(jīng)過(guò)的房間的功能和外觀的影響。上述兩例中,由于分析實(shí)驗(yàn)室位于頂層,不存在其他樓層房間室內(nèi)管道問(wèn)題。解剖實(shí)驗(yàn)室位于一層,管道需穿過(guò)四層樓房房間,如果選材不當(dāng),則會(huì)對(duì)管道所經(jīng)過(guò)的房間造成很大的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)比,我們選用的是口徑為250mm的白色PVC管材。其內(nèi)外表面細(xì)膩光滑,與一般玻璃鋼通風(fēng)管相比,具有外表美觀,內(nèi)部風(fēng)阻小,不易變形,噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 通風(fēng)管道口徑的計(jì)算

    通風(fēng)管道口徑大小,直接影響通風(fēng)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,也是影響管道噪聲因素之一。在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中,我們采用兩條250直徑的管道。所選用的管道口徑大小是根據(jù)通風(fēng)量計(jì)算出來(lái)的。計(jì)算過(guò)程如下:

    室內(nèi)通風(fēng)采用兩條管道,每條管道的通風(fēng)量為4500/2=2250立方米/H=0.625立方米/秒。管道口徑為250mm,截面約為0.05平方米,通風(fēng)時(shí)內(nèi)部風(fēng)速=0.625/0.05=12.5米/秒。這樣的風(fēng)速,會(huì)對(duì)管壁形成很大的負(fù)壓。如果采用玻璃鋼管道,由于其工藝特點(diǎn),必然會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。而采用PVC管,則可避免這一不利情況的發(fā)生。

4 風(fēng)機(jī)的選用

    在選用風(fēng)機(jī)時(shí),應(yīng)考慮以下三個(gè)方面的問(wèn)題。

4.1 排量

    風(fēng)機(jī)銘牌所標(biāo)示的排量,作為選用風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。要結(jié)合管道的口徑、長(zhǎng)度選擇適當(dāng)排量的風(fēng)機(jī)。一般來(lái)說(shuō)可粗略估算為管道口徑確定后,管道長(zhǎng)度每增加十米,標(biāo)稱排量就增加一倍。上例中的管道為20米,所采用的風(fēng)機(jī)標(biāo)稱排量為6800—7200立方米/H,三倍于單機(jī)2250立方米的單機(jī)排風(fēng)要求。由于市場(chǎng)上的風(fēng)機(jī)不可能*符合計(jì)算結(jié)果所要求的數(shù)值,因此在選用時(shí),可先采用較小排量的近似值機(jī)型試驗(yàn),如符合換氣量要求,則無(wú)須采用大排量的風(fēng)機(jī),因?yàn)榕帕吭黾?噪聲也增大。

    分析實(shí)驗(yàn)室位于頂層,通風(fēng)管道不到十米,抑制噪音是先要考慮的問(wèn)題。我們選用四臺(tái)750W多翼式小風(fēng)機(jī),標(biāo)示排量為1200立方米/H,四臺(tái)合為4800立方米/H。

4.2 風(fēng)壓

   由于管道口徑較小,風(fēng)阻較大,應(yīng)盡可能選用風(fēng)壓較高的風(fēng)機(jī),上例中我們選用的是全壓11.44Pa的風(fēng)機(jī)。

4.3 噪聲

    風(fēng)機(jī)的噪聲來(lái)源于兩個(gè)方面,一是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不平衡性所產(chǎn)生的震動(dòng)噪聲,二是風(fēng)機(jī)內(nèi)氣流渦流產(chǎn)生的噪聲。前者可以在選用風(fēng)機(jī)和安裝時(shí)盡量避免,管道與風(fēng)機(jī)之間采用軟連接的方式,使機(jī)器的震動(dòng)不能通過(guò)管道壁直接傳到室內(nèi)。后者在選用風(fēng)機(jī)時(shí)盡量選取多翼風(fēng)機(jī),可適當(dāng)減小部分噪聲。

5 換氣量的測(cè)算

    通風(fēng)系統(tǒng)安裝完畢后,換氣量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,可按以下方法進(jìn)行測(cè)算。

(1)換氣量的測(cè)算:使用風(fēng)速儀,在排風(fēng)風(fēng)機(jī)的出口處多點(diǎn)采集數(shù)據(jù)(不少于4點(diǎn))取其平均值為基本數(shù)據(jù)。測(cè)量風(fēng)機(jī)出口截面積,進(jìn)行計(jì)算。

    換氣量=實(shí)測(cè)風(fēng)速×風(fēng)機(jī)出口截面×3600

    上例中,解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)風(fēng)速為5.2米/秒,出風(fēng)口截面為0.12平方米。代入上式為,實(shí)際換氣量=5.2×0.12×3600=2246.6立方米/H。雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行,實(shí)際換氣量為4492立方米/H。

(2)室內(nèi)換氣速度=換氣量/室內(nèi)有效空間=4492/250=17.92次/H,約為每小時(shí)18次。

    分析實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)風(fēng)速為5.56米/秒,出風(fēng)口截住面為0.048平方米。四臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的排氣量=5.56×0.048×4×3600=3843立方米/H。

換氣速度=3843/250=15次/H,略大于設(shè)計(jì)要求,因其噪音不超標(biāo),可以正常使用。

6 室內(nèi)氣流方向的確定

    有了足夠的換氣量,并不一定能有效的排除室內(nèi)有害氣體,在室內(nèi)還必須保證正確的氣流方向,才能使新鮮空氣進(jìn)入,有害氣體排出。也就是說(shuō),室內(nèi)氣流方向不正確,就可能使換氣氣流短路,進(jìn)入室內(nèi)的新鮮空氣被排出了,而有害氣體卻仍滯留在室內(nèi),這同樣無(wú)法達(dá)到換氣的目的。

    一般室內(nèi)氣流方向的形成,取決于出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口的位置。要根據(jù)出風(fēng)口的位置來(lái)確定進(jìn)風(fēng)口的位置。上例中,分析實(shí)驗(yàn)室出風(fēng)口在屋頂,我們就在室內(nèi)墻壁距地面300mm處開進(jìn)氣孔?？讖?20mm,兩面墻上共開十孔,孔外側(cè)以PVC網(wǎng)罩鑲于墻上,內(nèi)以PVC管封蓋封堵。在使用通風(fēng)系統(tǒng)時(shí),旋下封蓋,可有效補(bǔ)充室內(nèi)空氣;停用時(shí),可將封蓋蓋上,以防灰塵進(jìn)入室內(nèi)。這就保證了室內(nèi)氣流方向是自下而上、自四周而集中流向出風(fēng)口的走向。上例中解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室的出風(fēng)口位于解剖實(shí)驗(yàn)臺(tái)下邊,室內(nèi)氣流是往下方流動(dòng)的,這就可以不必另設(shè)進(jìn)風(fēng)口了。因?yàn)殚T窗的縫隙,足可以補(bǔ)充室內(nèi)空氣,而門窗的進(jìn)氣方位一般是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上方,這就保證了室內(nèi)氣流是自上而下、自四周而集中于出風(fēng)口的走向。合理的氣流方向,可以確保有效地更換室內(nèi)空氣。