摘要:通風(fēng)系統(tǒng)引起的空調(diào)補(bǔ)風(fēng)能耗在實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗中占較大比例,是實(shí)驗(yàn)室最具節(jié)能潛力的部分。按照我國現(xiàn)實(shí)國情,從各地項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)條件出發(fā),選用合理的實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),采取靈活適用的空調(diào)冷熱源方案,研究實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,是較大幅度地減少實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)能耗的一些方法,目的是從總體上降低實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗。同時,排風(fēng)柜自循環(huán)過濾系統(tǒng)的應(yīng)用,相比傳統(tǒng)的排風(fēng)柜形式,其在新風(fēng)能耗方面的節(jié)能潛力優(yōu)勢明顯,值得進(jìn)一步研究及推廣。
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)室;通風(fēng)空調(diào);系統(tǒng)設(shè)計(jì)
有資料表明,一個完全滿足實(shí)驗(yàn)室規(guī)范及人員舒適性要求的實(shí)驗(yàn)室,其單位面積的空調(diào)負(fù)荷明顯大于一般的辦公室需求,有些實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)負(fù)荷(制冷)實(shí)際需求甚至超過300w/m2,遠(yuǎn)大于甲級辦公樓的負(fù)荷值。因此,如何在工程設(shè)計(jì)上有效降低實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗,為用戶帶來客觀的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省,有其探討價值。
一、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)
1實(shí)驗(yàn)室概況及環(huán)境要求
本建筑內(nèi)質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車間實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)室位于2層,環(huán)保實(shí)驗(yàn)室、樣品室位于3層,室內(nèi)布置有臺式通風(fēng)柜、萬象抽氣罩、安全柜及烤箱架等需要通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施;根據(jù)業(yè)主方的要求,實(shí)驗(yàn)室及樣品室的濕度均要求在50%,質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車間實(shí)驗(yàn)室及環(huán)保實(shí)驗(yàn)室有恒溫要求。實(shí)驗(yàn)室及樣品室均要求為室內(nèi)負(fù)壓,負(fù)壓數(shù)值無需準(zhǔn)確控制。
2實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)
2.1實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)室的安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)先進(jìn)性與安裝使用維護(hù)的便利。實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)必須保證工作人員的安全和健康,即需保證排風(fēng)柜入口合適的面風(fēng)速,送排風(fēng)閥的快速啟動及風(fēng)機(jī)風(fēng)量的匹配,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相對于建筑其他區(qū)域一定為負(fù)壓,回風(fēng)不可利用,全新風(fēng),并保證室內(nèi)最小的換氣次數(shù)。據(jù)以上原則,本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)樓根據(jù)樓層布局采用獨(dú)立的空調(diào)新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)和獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室每個排風(fēng)柜為變風(fēng)量排風(fēng),保持其入口平均面風(fēng)速隨著柜門開度的變化快速反應(yīng)。在安全柜等排風(fēng)設(shè)備為定風(fēng)量排風(fēng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體情況,可能配置變風(fēng)量或定風(fēng)量室內(nèi)輔助排風(fēng)閥從吊頂上排風(fēng)。通過這些排風(fēng)控制閥,既保證了通風(fēng)設(shè)備的正常工作,又能滿足室內(nèi)換氣次數(shù)的要求。
考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際需要和使用情況,配置有變風(fēng)量閥的通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置2個開關(guān):緊急排風(fēng)工況開關(guān)和夜間工況開關(guān)。在緊急排風(fēng)工況時,排風(fēng)柜的排風(fēng)量始終保持最大排風(fēng)量,而無論柜門處于什么樣的位置。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有藥品試劑打翻等緊急情況下,或某臺排風(fēng)柜需要大量排風(fēng)時,可以置于此種工況。當(dāng)晚上下班后可置于夜間工況,關(guān)閉房間送風(fēng)及排風(fēng)柜的排風(fēng),維持實(shí)驗(yàn)室最小風(fēng)量排風(fēng),節(jié)約能耗。
2.2實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)量確定
下面以車間實(shí)驗(yàn)室為例進(jìn)行說明實(shí)驗(yàn)室風(fēng)量的確定。車間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有2臺排風(fēng)柜,1臺安全柜(排風(fēng)量為180m3/h)。
1)實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓控制。
為防止實(shí)驗(yàn)室的氣體擴(kuò)散到周圍區(qū)域,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需保持負(fù)壓,也就是說實(shí)驗(yàn)室內(nèi)總排風(fēng)量應(yīng)始終大于送風(fēng)量。實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓就由2臺通風(fēng)柜排風(fēng),1臺安全柜排風(fēng),1臺房間送風(fēng)閥送風(fēng)和自然滲透風(fēng)之間的平衡來保證。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),當(dāng)送排風(fēng)量差為2次換氣次數(shù)對應(yīng)的風(fēng)量時,室內(nèi)負(fù)壓約為-5Pa。該實(shí)驗(yàn)室面積為25m2,層高為3m,2次換氣次數(shù)對應(yīng)的風(fēng)量為:ΔV=25×3×2=150m3/h。
室內(nèi)送排風(fēng)量差確定為150m3/h時,門窗關(guān)閉時室內(nèi)負(fù)壓通過自然滲透可維持在-5Pa左右。實(shí)際上由于門窗的縫隙和吊頂?shù)拿芊庑砸约暗蹴斏戏块g與走廊的隔墻的密封性差異,維持-5Pa的負(fù)壓可能需要不同于150m3/h的風(fēng)量差,這個問題可以在調(diào)試時再根據(jù)實(shí)際情況來確定風(fēng)量差加以解決。
2)實(shí)驗(yàn)室總排風(fēng)量的確定。
排風(fēng)柜最大排風(fēng)量:排風(fēng)柜規(guī)格為(面長×高度×深度):1.2m×2.4m×0.85m。柜前有人操作時面風(fēng)速可選0.5m/s,柜門拉起開度取0.7m,此時為排風(fēng)柜最大排風(fēng)量。
柜門最大開口凈面積為:A排=1.2×0.7=0.84m2。
排風(fēng)柜最大排風(fēng)量:V柜max=A排×0.5×3600=1512m3/h。
排風(fēng)柜最小排風(fēng)量:V柜min=300m3/h。
室內(nèi)排風(fēng)量除了要考慮實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)備的需要,還要考慮實(shí)驗(yàn)室日間工作工況最小換氣次數(shù)12次/h的室內(nèi)排風(fēng)量要求。
室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最大排風(fēng)量:V室max=2×1512+180=3204m3/h。
室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備最小排風(fēng)量:V室min=2×300+180=780m3/h。
室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量:V室reduce=25×3×2=150m3/h。
室內(nèi)日間工作工況,按照室內(nèi)最小換氣次數(shù)12次/h確定排風(fēng)量,最小排風(fēng)量為900m3/h。當(dāng)通風(fēng)柜處于最小排風(fēng)量時,房間的總排風(fēng)量780m3/h,不能滿足最小換氣次數(shù)的要求,需要加裝室內(nèi)輔助排風(fēng),輔助排風(fēng)量設(shè)為120m3/h。
加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最大排風(fēng)量:Vmax=2×1512+180+120=3324m3/h。加設(shè)輔助排風(fēng)后室內(nèi)最小排風(fēng)量:Vmin=2×300+180+120=900m3/h。
室內(nèi)夜間工況,關(guān)閉輔助排風(fēng)及通風(fēng)柜排風(fēng),保留安全柜排風(fēng),用以保證室內(nèi)負(fù)壓,因此室內(nèi)夜間工況排風(fēng)量:Vreduce=180m3/h。
3)實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量的確定。
此系統(tǒng)為變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng),送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)室內(nèi)總排風(fēng)量確定,為維持室內(nèi)負(fù)壓,本實(shí)驗(yàn)室取送排風(fēng)量差為150m3/h。
室內(nèi)日間工作工況時,根據(jù)送排風(fēng)量差,確定送風(fēng)量為:
室內(nèi)最大送風(fēng)量:V送max=3324-150=3174m3/h。
室內(nèi)最小送風(fēng)量:V送min=900-150=750m3/h。
室內(nèi)夜間工況時,根據(jù)送排風(fēng)量差,確定送風(fēng)量為:
室內(nèi)夜間工況送風(fēng)量:V送reduce=0m3/h。
2.3系統(tǒng)功能介紹
變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)安裝這些設(shè)備后,可分成日間工作工況變風(fēng)量運(yùn)行、緊急運(yùn)行工況及夜間運(yùn)行工況定風(fēng)量運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室工作時間,排風(fēng)柜排風(fēng)控制器保證排風(fēng)柜合適的面風(fēng)速,能迅速跟蹤排風(fēng)柜門位置和門前空氣流動阻擋物自動調(diào)整排風(fēng)量。室內(nèi)安全柜排風(fēng)及輔助排風(fēng)采用完全開啟、定風(fēng)量運(yùn)行,保證實(shí)驗(yàn)室最小換氣次數(shù)不低于12t/h。室內(nèi)送風(fēng)量始終保持比排風(fēng)量少150m3/h,送風(fēng)系統(tǒng)能根據(jù)控制系統(tǒng)獲得所有排風(fēng)設(shè)備的排風(fēng)量,通過風(fēng)量差限定計(jì)算送風(fēng)量,在1s內(nèi)跟隨排風(fēng)柜排風(fēng)量相應(yīng)調(diào)整送風(fēng)量,從而保證室內(nèi)負(fù)壓的穩(wěn)定。
二、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)設(shè)計(jì)
1溫度控制
質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室及樣品室均采用獨(dú)立全新風(fēng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)及獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng),質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室、車間實(shí)驗(yàn)室同時選用一套多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷熱負(fù)荷。環(huán)保實(shí)驗(yàn)室采用一臺分體空調(diào)器負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷熱負(fù)荷。新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)采用組合空調(diào)機(jī)組,在主風(fēng)管上設(shè)溫度傳感器,送風(fēng)溫度為室內(nèi)溫度(23±1)℃,送風(fēng)溫度控制通過控制冷熱盤管的冷熱水進(jìn)管上的電動二通閥開度調(diào)整冷熱水量實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立全新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)的冷熱源采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組,機(jī)組設(shè)在實(shí)驗(yàn)室的屋頂上,夏季供回水溫度為7℃~12℃,冬季供回水溫度為40℃~45℃。室內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)備人發(fā)熱的冷熱負(fù)荷由多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)及分體空調(diào)器負(fù)擔(dān),根據(jù)計(jì)算,選用合適的機(jī)型。
2濕度控制
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員不多,且無大量散濕設(shè)備,因此室內(nèi)主要濕負(fù)荷為新風(fēng)濕負(fù)荷,當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時的相對濕度不小于50%時,新風(fēng)由新風(fēng)空調(diào)機(jī)組設(shè)有的表冷段進(jìn)行減濕處理。當(dāng)新風(fēng)處理到送風(fēng)溫度時的相對濕度小于50%時,根據(jù)業(yè)主要求(室內(nèi)相對濕度不大于50%),因此不需要加減濕處理。
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