技術導航 ｜ 淺談實驗室新風處理
摘要：本文論述了實驗室新風處理的基本方法和注意事項，確保補入室內的新風是潔凈、舒適的，對室內環境不會產生影響。
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實驗室新風
在分析化驗過程中，難以避免的會產生一些有毒有害物質，為了保護科研人員的身心健康，通常在室內設置大量的局部排風設備，如通風柜、集氣罩、原子罩、萬向罩、通風藥品柜等，且當局部排風設備的排風量不能滿足實驗室相關規范對最小換氣次數的要求時，還需增設一些環境排風口進行全室通風，進而造成實驗室內的排風量較大。
現代化的實驗室，為了創造一個舒適的工作環境，提高科研人員的工作效率，對于設置排風的實驗房間，通常按照風平衡、熱平衡設計對應的新風系統。
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新風過濾
2.1粉塵過濾
室外空氣中含有大量的粉塵，如果僅在新風空調機組內設置一道粗效過濾器，實踐證明，粗效過濾器通常1個月就要更換一次。對于我國北方等有風沙的地區，由于地理位置的特殊性，新風中還夾帶著大量的沙塵，使得粗效過濾器的更換周期更短，一周需要更換一次。
使用方如果不能及時更換過濾器，會使新風空調機組內換熱器盤管表面很快結垢，降低換熱效率。同時空氣中的粉塵與送風機長期磨損，使得送風機壽命大為縮短。當過濾器阻塞到一定程度時，會形成一道“泥墻”，即使送風機滿負荷運轉，也無法將新風送入室內，造成實驗室內負壓過大。
為了延長新風空調機組內的過濾器使用壽命，可現場制作或與建筑專業相配合，在新風空調機組的入口處增設一個截面積較大的新風采風箱或新風采風室，使大量的大顆粒沙塵在此沉降和阻隔，從而延長新風空調機組內的過濾器使用壽命，大大節省后期運行維護費用。
由于粗效過濾器僅能過濾一定范圍內的粉塵，對于一些要求較高的實驗室，還可在新風空調機組內增設凈化級別更高的過濾器，如中效袋式過濾器、駐電極高效凈化過濾器等。
2.2鹽霧過濾
沿海地區，空氣中含有大量的鹽分，如果不經過濾處理，直接送入室內，易對新風空調機組內的表冷器、送風機、變頻電機和室內儀器設備等造成嚴重的腐蝕和破壞。
為了降低鹽霧的危害，提高設備的使用壽命，通常在新風空調機組內設置一道中高效過濾器，對鹽霧進行過濾。
當空氣中鹽霧成分較多時，考慮到中高效過濾器的使用壽命較短，后期的維護成本較高，也可采用專用的鹽霧過濾機組，通過過濾、噴淋等原理對鹽霧進行過濾。
2.3化學污染物過濾
當實驗室周邊空氣質量較差時，如空氣中存在含硫氣體、含氯氣體、含氮氣體等化學物質或空氣中存在刺激性氣味時，新風空調機組內除設置常規的粉塵過濾器外，尚需設置專用的活性炭或化學過濾模塊對新風進行吸附、化學催化、除臭等處理，從而保證送入室內的空氣是高品質的新鮮空氣。
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新風溫濕度控制
3.1溫度控制
對于夏季采用冷凍水進行降溫處理的新風空調機組，在送風總管內設置一個溫度傳感器，實時監測送風溫度，當送風溫度高于設定值時，通過控制冷水電動水閥執行器調大電動水閥的開度，加大表冷器的水流量來保證送風溫度達到設定要求。反之減小表冷器的水流量來保證送風溫度達到設定要求。
對于冬季采用熱水進行加熱處理的新風空調機組，利用送風總管內已有的溫度傳感器，實時監測送風溫度，當送風溫度高于設定值時，通過控制熱水電動水閥執行器調小電動水閥的開度，減小加熱器的水流量來保證送風溫度達到設定要求。反之加大加熱器的水流量來保證送風溫度達到設定要求。
3.2濕度控制
首先查閱相關設計標準，了解項目所處地區冬夏季室外空調計算參數，然后有針對性的進行濕度控制。
當夏季空氣中濕度較大時，可采用冷凍除濕+再熱的方式進行除濕；當冬季空氣中濕度較小時，可選用濕膜加濕、高壓微霧加濕、干蒸汽加濕、電極加濕等方式對新風進行加濕處理。
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新風風量控制
由于實驗室內存在大量的變風量局部排風設備，如變風量通風柜、變風量中央集氣罩等，造成末端風量存在變化的可能。而在設計之初，按照考慮了一定同時使用系數后進行設備選型，即所選設備通常風量較大。當室內通風量需求較小時，就需要新風空調機組降低頻率運行。
目前常見的風機轉速控制方式有：定靜壓控制、變靜壓控制和總風量控制三種基本方法。在實驗室通風領域，常用的是定靜壓控制方法，即在最不利環路的末端定風量壓力無關型閥門前后設置一個靜壓傳感器，保持該點靜壓值在設定值，并以此為基準點進行風機變頻調節。當室內排風變風量壓力無關型閥門的風量發生變化時，為了保證實驗室內始終處于微負壓，必然連鎖調節對應的送風變風量壓力無關型閥門的開度，進而造成新風風道壓差發生變化。通過靜壓傳感器檢測到的風道壓差變化，調節送風機的運行頻率滿足風道壓差恒定。
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5.1除濕目的
南方地區，夏季炎熱潮濕，空氣中濕度加大，尤其是梅雨季節，如新風不經除濕處理直接送入室內，易造成室內空氣相對濕度較大，出現發霉，甚者出現墻壁結露、儀器表面結露等現象，進而破壞室內裝飾裝修，影響部分儀器設備不能正常工作。
5.2除濕措施
傳統的除濕方式為室外高溫高濕的新風，先經過表冷器進行降溫，通常處理到室內露點溫度，將新風中的大量水分除去，然后利用表冷器后端的熱水盤管進行二次升溫，從而保證送入室內的空氣品質不影響室內環境。
鑒于冷凍除濕需要先降溫再升溫，造成能量的浪費，而且不是每個項目夏季均能夠提供再熱源，為了在現有的條件下進行濕度控制，當相對濕度控制精度要求不高時，當下也可采用U型三維除濕熱管進行除濕再熱。室外高溫高濕的空氣，首先經過U型三維除濕熱管的前段進行熱交換，對新風進行預冷，同時新風中的熱量轉移到熱管內；然后預冷后的新風經過表冷器進行深度降溫后送往U型三維除濕熱管的后段進行再熱。U型三維除濕熱管在對新風進行降溫、升溫的過程中，利用體內充注制冷劑的相變進行，可實現能量轉移零能耗。
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新風空調機組防凍
6.1凍裂原因
對于夏熱冬冷、寒冷、嚴寒地區，冬季室外空氣溫度較低，可以達到零下幾度甚至零下幾十度。而實驗室新風空調系統冬季加熱用的熱媒通常為熱水，如果操作、運行不當，極易造成加熱盤管凍裂。凍裂的原因大致如下：
6.1.1運行過程
1)實驗室新風系統常規采用的是全新風變風量空調系統，存在低風量運行工況，造成新風空調機組內盤管的水流速降低，盤管凍裂。
2)組合式空調機組設計時，除熱量需求遠遠大于冷量需求的地區，經常夏季制冷和冬季加熱共用一道盤管，因此組合式空調機組生產廠商為了保證盤管性能，均按制冷量進行盤管選型。在冬季運行時，由于熱水溫差較大，需要的換熱面積小，造成盤管內運行的水流速降低。
3)由于系統中排氣不暢，造成盤管中混有大量氣體，使循環管路流動阻力加大、流速降低。
4)水系統中存在較多的雜質，阻塞盤管，使流體速度降低或靜止。
5)冷熱盤管獨立設計時，冬季冷盤管內水未排或未排凈，冷空氣流經盤管后，凍裂冷水盤管。
6.1.2停機過程
1)在系統間歇運行時，關閉狀態的電動保溫閥，在熱壓和風壓的共同作用下，冷空氣通過閥門縫隙滲入新風空調機組內，使其內部溫度降低，造成盤管凍裂。
2)正常停機時，熱水循環系統停止工作，熱水在盤管內積存。由于新風口處設置的風閥熱傳導和室外冷空氣的滲入，使盤管內的水因局部溫度逐漸降低而凍結，導致盤管凍裂。
3)非正常停機，熱水系統因故障原因停機，而新風空調機組的風機仍然工作，大量低溫新風經過盤管，盤管內的存水結冰并使其凍裂。
6.2防凍措施
6.2.1設計措施
1)在新風空調機組新風入口處裝設開關型保溫密閉風閥并與送風機連鎖。當送風機啟動時，新風入口處電動密閉風閥全開；當送風機停止運轉時，新風入口處電動密閉風閥關閉。
2)在每臺新風空調機組供回水總管間設置一套變頻防凍循環水泵，當室外溫度低于5℃時，防凍循環水泵自動投入運行，保證盤管內水流量恒定，維持在設計值以上。該防凍循環水泵采用變頻控制，通過設置在水泵進出口的壓力傳感器來控制水泵流量。
3)在每臺新風空調機組的回水總管上設回水溫度檢測裝置，當回水溫度低于設定值時報警，連鎖關閉新風空調機組。
4)在每臺新風空調機組加熱盤管后側裝設防凍開關，當盤管加熱后的溫度低于設定值時，將自動切斷送風機電路，停止風機運轉，連鎖關閉新風入口電動密閉風閥，同時將熱水電動調節閥開至最大，并發出報警信號。
5)冬季運行時，為電動熱水調節閥設置最小開度，從而保證盤管內一定的水流速。
6)當換熱效率允許時，新風空調機組內的加熱盤管采用順流式設計，即使低溫空氣先與加熱盤管內的高溫進水側進行換熱，延遲水溫降低時間，防止盤管凍裂。
7)結合項目特點，設置乙二醇熱回收盤管段、三維熱管熱回收裝置等，對新風進行預熱；也可考慮熱媒采用乙二醇水溶液。
6.2.2施工措施
1)在每組加熱盤管的最高點處設置手動放氣閥，最低點處設置泄水閥，用于在系統調試和新風空調機組停機時，完全排空加熱盤管內的空氣和雜質。
2)進入加熱盤管的水系統管路上設置Y型過濾器，并在安裝調試后，清洗Y型過濾器，避免雜質進入加熱盤管內，增加阻力降低熱水流速。
6.2.3保養措施
1)定期檢查、清洗水管路上的Y型過濾器。
2)當新風空調機組長時間不工作時，可由維護管理人員在盤管的排氣閥位置設置一個三通，之后接入壓縮空氣進行吹掃，打開盤管最低點的排水口即可將水完全排凈，防止盤管凍裂。
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結束語
新風系統設計的好壞，直接影響到室內空氣質量、設備維護成本和后期的運行費用，這就要求我們精確計算，不斷總結經驗教訓，采用新技術、新產品、新工藝、新材料，在保證安全的前提下，讓新風系統更加節能穩定的運行。
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