淺析藥品檢驗淨化實驗室的通（tōng）風係統如何設計
2021-02-10 10:58:03
本文作者參（cān）與了深圳市藥（yào）品檢驗所新建工（gōng）程空調通風（fēng）係統的設計，該所是負責深圳市藥品、保健品、化妝（zhuāng）品、醫療器械（xiè）等產品檢驗（yàn）及質（zhì）量監督的法定機構，建築物主（zhǔ）要功（gōng）能是對多種（zhǒng）藥品及醫療器械進行檢驗檢測。該建築從功能（néng）上分為管理部門、檢驗部門和（hé）配套服務部（bù）門。其中檢測部（bù）門包括藥品檢驗，醫療器械檢測，保健（jiàn）品、化妝品檢驗（yàn），公共檢測中心，動物房及動物實驗（yàn）室。檢測部門總建築麵積約一萬平方（fāng）米。
各不（bú）同功能實驗室分布（bù）如下：地上部分實驗樓主樓呈Z型，分前（qián）樓及後樓，前（qián）樓為五層，後（hòu）樓四層，中（zhōng）間由電梯廳走廊，衛（wèi）生間及輔助用房（fáng）連接。主樓底（dǐ）層前樓為檢品收（shōu）發廳及業務科，後樓為留樣區及總務庫房（fáng）。主樓的二層，前樓（lóu）為行政辦公，後樓為中藥室（shì）。主樓的三層，前樓為（wéi）化學室，後樓為生測室及潔淨區細胞實驗室。主樓的四層，前樓為抗生素室，後樓（頂層）為潔淨區細胞實驗室。主（zhǔ）樓的五層，前樓（頂層（céng））為保健品化妝品室。北段醫療器械檢測樓共四層。一層設有單獨的檢品收發（fā）室。
一～三層為醫（yī）械檢（jiǎn）測實驗及辦公室。四層為公共檢測中心。
本文介紹實驗室通風係（xì）統的特點和要求以及通風櫃的選擇；介紹實驗室通風係統和空調（diào）係（xì）統的設（shè）計方案選（xuǎn）擇；介紹各檢測部門（mén）的實（shí）驗室、儀器室和輔助用房的通風係統，並針對（duì）不同實驗室通（tōng）風係統進行分析和討論。
2.實驗室（shì）通風（fēng）係統簡介
2.1 實驗室通風的目的和要求
實驗（yàn）室通風（fēng）與舒適（shì）性空調（diào）係統（tǒng）的通風設計要求不同，主要目（mù）的是（shì）提供（gòng）安全、舒適的工作環境，減少人員暴露在（zài）危險（xiǎn）空（kōng）氣下（xià）的可能。通風主要解決的是工作環境對實驗人員的身體健康和勞動保護問題。
實驗室通風（fēng）要求新風全部來自室外，然後100%排出室外，通（tōng）風櫃的排氣不在室內循環。化（huà）學實驗室換氣要求每小時大於10次，物理實驗室每小時大於10次，實驗（yàn）室無人時換（huàn）氣可減少為（wéi）6次。實驗室通風櫃設計數量要足夠，並且不作為唯一的室內排風裝置，儀器室或產（chǎn）生（shēng）危險物（wù）質的儀器（qì）上方設局部排風係統。
實驗室的補（bǔ）風一部（bù）分來自空調係統直接送入實驗室的新風，這（zhè）部分新（xīn）風根據實驗室排風量的（de）變化而變化；另一（yī）部（bù）分通過空調係統（tǒng）送入非實（shí）驗室區域的走道、房間再通過實驗室的門縫補給。實驗室的負壓通過（guò）送、排風風量和送（sòng）排風口的布置來實現（xiàn），氣流組織（zhī）從辦公、管（guǎn）理用房、內（nèi）走道、到產生危險物質的（de）實驗房間。通風櫃的位置布置在遠離空氣流動（dòng）、紊流大的地方，遠離行走區域和空（kōng）氣新風區。新風（fēng）從遠離通（tōng）風櫃的地方引入，空氣（qì）流動路徑遠離（lí）通風櫃。
2.2 通風櫃的類別
建設現代化的實驗室是（shì）個（gè）綜合的（de）係（xì）統工程。在裝備各種（zhǒng）儀器設備（bèi）及（jí）其配套設施的同時，既要考慮供（gòng）電（diàn）、給水、排水、送風、排風、淨化、排（pái）汙等要求，還要考慮到對人員、物體、周邊環境的安全（quán）性，噪音、異味、視覺環境的舒適性，儀器設備（bèi）的可操作（zuò）性、功能性，以（yǐ）及信（xìn）息（xī）處理的便捷性。因此，現（xiàn）代（dài）化的實驗室必須有最佳的設計和高品質的設備去滿足。
在現（xiàn）代化實驗室設備中有通風（fēng）櫃、中央實（shí）驗（yàn）台、邊台、藥品櫃（guì）、器皿櫃、氣瓶櫃等，其中通風櫃是生化實驗室設備中擔負著十分（fèn）重要的功能，是必不可少的設備。因此，選擇通風櫃（guì）是實驗室建設中的重要問題，必須引起足夠的重視。
通風櫃按照排風方式分類：分為上部排風式、下部排風式和上下同時排（pái）風式三類。為保證工作區風速均勻，對於冷過程的通風櫃應采用下部排風式，對（duì）於熱過程的通風櫃采（cǎi）用上部排風式，對於發（fā）熱量不穩定的過程，可在（zài）上下均設排風口隨（suí）櫃內發熱量的變化調節上（shàng）下排風量的比例，從而得到均勻的風速。
通風櫃按照進風方式分類也分三類。通過室內進（jìn）風在（zài）櫃內循環後排出室（shì）外稱為全排風式，這是應用非常廣泛的一種類型。
當通（tōng）風櫃設（shè）置於采（cǎi）暖或對（duì）溫濕度有控製要求房（fáng）間時，為（wéi）節省采暖，空調能耗，采用從室外取補給風在櫃內（nèi）循環（huán）後排出室外的方式稱為補風式通風櫃。
再一種就是變風量控製式的通風櫃。普通的定（dìng）風量係（xì）統需要人工調整固定葉片（piàn）的風閥，調節通風（fēng）櫃的排風量，當（dāng）調節閥門到（dào）某（mǒu）一角度時達（dá）到希望的（de）麵（miàn）風速。變（biàn）風量控製是通（tōng）過調節閥門的傳（chuán）感器改變風量達到給定的麵風速，當然標準式成本低、變風（fēng）量成（chéng）本高（gāo），適用於要求精度高的場合。
通風櫃（guì）按照使用狀態分類可分為整體式（shì）下部開放式、落地式、兩麵式、三麵玻璃式、桌上式、連體式以及根據（jù）不同實驗使（shǐ）用需要而設（shè）計的對放射性實驗（yàn）的、對合成實驗的（de），對過氯酸實驗（yàn）的專用通風櫃。
2.3 通風櫃的主（zhǔ）要功能
通風櫃的功能中最主要的是排（pái）氣功能，在化學實驗室中（zhōng），實驗操作時產生各種有害氣體、臭氣、濕氣以（yǐ）及易燃、易爆、腐蝕性物（wù）質，為了保護使用者的安全，防止實驗中的汙染物（wù）質向（xiàng）實（shí）驗室擴散，在（zài）汙染源附（fù）近要使用通（tōng）風櫃。
以（yǐ）往通（tōng）風櫃使用台數（shù）較少，隻在特別有害且危險的氣（qì）體及產生大量（liàng）熱的實驗中使用。通風櫃隻擔負實驗台的輔助功能。近年（nián）來考慮到改善實驗環境，在實驗（yàn）台上進行的實驗逐漸轉移到通風櫃內，這就要求在通（tōng）風櫃裏（lǐ）要有最（zuì）適於設備使用的功能（néng）。
新建的實驗室設計（jì）有空調（diào），因此通風櫃（guì）的使（shǐ）用台（tái）數必須納（nà）入空調係統的（de）計劃。由於通風櫃在生（shēng）化實驗室中占有非常重（chóng）要的位置（zhì），從改善實（shí）驗室環境、改善勞動衛生條件，提（tí）高工作效率等方麵考慮，通（tōng）風櫃的使用台數日益增（zēng）多。隨之而來的是通風管道，配管、配（pèi）線（xiàn）、排風等都成為實驗室建設的重要課題。
使用通風櫃（guì）的最大目的是排出實（shí）驗中（zhōng）產生的有害氣體，保護實驗人員的健康，也就是說要有高度的安全（quán）性和優越的操作性（xìng），這就要求通風櫃應具（jù）有如下功能：
（1）釋放功能：應具備（bèi）將（jiāng）通風櫃（guì）內部產生的有害氣體用吸（xī）收櫃外（wài）氣體的（de）方式，使其稀釋後排至室外的機構。
（2）不倒流功（gōng）能：應具有在通風櫃內部由排風機產生的氣流將有害氣體從通風櫃（guì）內部不反向流進室內的功能。為（wéi）確（què）保這一功能的實現（xiàn），一台通風櫃與一台通風機用單（dān）一管道連接是最好的方法，不能用單一管道連接的，也隻限於同層同一（yī）房間（jiān）的可（kě）並聯，通風機盡可能安裝在管道的末端（或屋頂處）。
（3）隔離功能：在通風櫃前麵應具用不滑動的玻（bō）璃視窗將通風櫃內（nèi）外進（jìn）行分隔。
（4）補充功（gōng）能：應具有在排出（chū）有害氣（qì）體時，從通風櫃外吸入空氣的通（tōng）道或替代裝置。
（5）控製風速（sù）功能：為（wéi）防止通風櫃內有害氣體逸（yì）出，需要有一定的吸入速（sù）度（dù）。決定通風櫃進風的吸入（rù）速度的要素有：實驗內容產生的熱（rè）量（liàng）及與換氣次數的關係。其中（zhōng）主（zhǔ）要（yào）的是實驗內容和有害物（wù）的性（xìng）質。通常規定，一般無毒的汙染物為0.25―0.38m/s
，有毒或有危（wēi）險（xiǎn）的（de）有害物為（wéi）0.4―0.5 m/s ，劇毒或有少（shǎo）量放射性為0.5―0.6m/s ,氣狀物為0.5m/s ,粒（lì）狀物（wù）為1m/s
。為（wéi）了確保這樣的風速,排風機應（yīng）有必要（yào）的靜壓，即空氣通過通風管（guǎn）道時的摩擦阻（zǔ）力。確（què）定風速時還（hái）必須注意噪音問題,通過空氣在管道內流動時以7―10m為限，超過10m將產（chǎn）生噪音，通常實驗室的噪聲（室內背景噪聲級）限製值為70dB（A），增加管道裁麵積會降低風速，也就降低噪音，考慮到管道的經費和施工問題，必須慎重選擇管道及排風機的功率（lǜ）。
（6）耐熱及耐酸堿腐蝕功能：通（tōng）風櫃（guì）內有（yǒu）的要安置電爐，有的實驗產生大（dà）量（liàng）酸堿等有（yǒu）毒有害氣體（tǐ）具有極強的（de）腐蝕性。通風櫃的台麵，襯（chèn）板、側板及選用的水（shuǐ）咀、氣咀等都應（yīng）具（jù）有防腐功能。
2.4 氣體排放處理
由於實驗室氣體排放中存在著（zhe）很多（duō）有毒和酸堿腐蝕性極強的氣體，所以在排入大氣前（qián）要對氣體進行過濾處理（lǐ），通常情況下：酸（suān）性氣體選用立式酸霧塔；有毒和有（yǒu）機氣體選用光學催化淨化箱。兩種設備分別安裝在排風係統末端（duān），立式酸霧塔安裝在風機的正壓（yā）段，光學催化淨化箱安裝（zhuāng）在風機（jī）負壓段（duàn）。動物房（fáng）的氣體經過初效和中效過濾後，直（zhí）接排入大氣，但在排風口處做高壓（yā）噴射流處（chù）理，噴射高度在3米以上。
3.實（shí）驗室通風（fēng）係統設計方法（fǎ）
綜上所述，實驗室通風係統（tǒng）對設備（特別是通風櫃）是有一定標準和要求的。拋開設備因素，單（dān）純從係統設計上考慮，實驗室通（tōng）風空調係統的設計要考慮以下幾個主要因素（sù）：（1）保證實驗室的安全性，保證一定數量（liàng）的換氣次數；（2）解決實驗室通風係統負壓的（de）設計和係統控製；（3）在（zài）滿足換（huàn）氣次數和全新風條件下，控製能耗。（4）係統穩定可靠。
深圳市藥檢所的（de）實驗室通（tōng）風設計采用以下步驟和方案：（1）實驗室（shì）根（gēn）據工（gōng）藝要求和功能布置選擇一定數量的通風櫃，有的（de）還兼有部（bù）分局部排風罩。通常校核下來換氣次數遠遠（yuǎn）大於10次，一般在20-30次以上，滿（mǎn）足（zú）換氣次數（shù）要求。但是此換氣次數是按（àn）照通風櫃最大開啟麵積計算的（de）通風量，資料和經驗表明100台通風櫃99%的時間隻有（yǒu）18個或更少的人在使用。故還應（yīng）校核通（tōng）風櫃最小開啟（qǐ）麵積時的通風量和換氣次數，若小於換氣次數（shù）要求，則增（zēng）加綜合排風係統。（2）實（shí）驗室通風采（cǎi）用全新風係統，通風櫃的排氣不在室內循環。由於實驗室要求房間相對其（qí）他輔助（zhù）區域為負壓。所以實驗室的新風量設計為排風量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的（de）新風送至實驗室輔（fǔ）助房間、辦公、管理用房、內走道（dào）等，再由門窗縫隙補充到房間。（3）通風（fēng）櫃（guì）的風（fēng）量平衡可以采用定風量控製係統，即排風（fēng）量恒定，送風（fēng）量和門窗縫隙（xì）補充風（fēng）量恒定。此方法（fǎ）適用於最大排風量滿足最（zuì）小換氣次數要求的實驗室。（4）對於排風量遠大於最小通風量要求的房間還可以采用兩段式通風控製係統保證風量平衡，即根據通風櫃的位移信號，排風機、送風機有2種送風工況，低風量工況應用於維持最小換氣次數的要求，節約能耗。此情（qíng）形藥檢所采用了變風（fēng）量控製係統。通風櫃（guì）風量變化時，排風量也會相對變小，此時要求放置（zhì）在屋頂的排（pái）風（fēng）機隨著通風櫃櫃（guì）門的位置（zhì）變化而（ér）變頻，降低風量，保證通風櫃麵風速恒定。同時自控係統改變全新風風機的頻率（lǜ），降低風量，維持負壓平衡（héng）。變（biàn）風量係統可以降（jiàng）低係統（tǒng）能耗。係統最大、最小換氣次數（shù）接近則（zé）考慮（lǜ）采用定風量係（xì）統，使得係統簡單，降（jiàng）低（dī）初投資。
通風係統除上文所述對通（tōng）風櫃有特殊要求外，對其他設備和控製係（xì）統也有（yǒu）一定的要求和標準。通風（fēng）櫃的選（xuǎn）擇除滿足排風和捕捉能力外，還要（yào）注意需要根據調（diào）節門移動而立即改變（biàn）風量，維持表麵風速的恒定。筆者建議係統風量的測定和控製（zhì）以櫃門位（wèi）移為（wéi）信號而不是測定表（biǎo）麵風（fēng）速來測定。實驗室壓（yā）力控製和最小（xiǎo）通風量（liàng）的控製除了設備（bèi）選型因素以外，通風係統設計和控製係統是關鍵因素，要保（bǎo）證係統的反應時間要足夠短（duǎn）（<1秒），通風係統不（bú）平衡會導（dǎo）致通風櫃排風和（hé）捕捉能力散失，氣流流出實驗室（shì），建築物（wù）內壓力不穩定。
還有一點要注意的（de）是係統應該是壓力變化無關型的，即係統風量（liàng）的變化不會因為風管內（nèi）靜壓的變化而使（shǐ）得（dé）反應時間緩慢影響係統流量（liàng）的精確性。壓力相關型的係統也會造成係統流量設備無法精確控製，緩慢的反應時間會讓送排風設備產生震蕩，速度不穩定會有大量（liàng）的平衡問題存在，波動的送、排風係統使氣流平衡複雜化（huà），從而自（zì）控係統無法實現（xiàn）調節功（gōng）能。
所以，係統首先監測的是通風櫃的狀態，接受調節門（mén）感應器信號後可以計算調節（jiē）門麵積（風量），此時向（壓力無關型）閥（fá）門送出風量控製信號，調節閥門的開度，送風量跟隨排風量即刻變化，送排風機變頻調節（jiē）送風量。
4.結論
本文介紹了實驗室通風設計的目的，實驗室通風櫃（guì）的的要求和功能，排（pái）放氣（qì）體的處理方（fāng）法和（hé）實驗室通風係統設計方法（fǎ）。實驗室的通風設計首要解決的問題是安全性問題，通風（fēng）櫃的（de）捕捉集塵能力要符合一定的標準（zhǔn）和規定，氣流（liú）方向為流向實驗（yàn）室，實驗室要隨（suí）時保持負（fù）壓。實驗室通風設計還要考慮到為實驗人（rén）員創造一個舒適（shì）的工作環境，解決溫度、氣流、噪音的問（wèn）題，同時要保證最低的能源消耗，係（xì）統穩定，容易控製，易於操作管理。簡而言（yán）之就是要從安全、舒適（shì）、節能、可靠運行（háng）方麵進行設計。