南京某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南京郵電大學(xué) 李智超

1 項(xiàng)目概況

南京某大學(xué)材料學(xué)學(xué)科樓總建筑面積19 443.59 m2，地上4層、地下1層，建筑高度23.90 m。地上建筑面積14 904.50 m2，地下建筑面積4 539.09 m2。實(shí)驗(yàn)樓1層層高5.4 m，2～4層層高均為4.5 m。

1層由辦公室、會(huì)議室、11間儀器分析室、4間超凈實(shí)驗(yàn)室(預(yù)留)、4間分析實(shí)驗(yàn)室組成；2層由辦公室、會(huì)議室、21間模塊化無機(jī)實(shí)驗(yàn)室組成；3層由辦公室、會(huì)議室、7間模塊化無機(jī)實(shí)驗(yàn)室、14間模塊化有機(jī)實(shí)驗(yàn)室組成；4層由辦公室、會(huì)議室及21間模塊化有機(jī)實(shí)驗(yàn)室組成。

實(shí)驗(yàn)樓主要以開展分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)等科研實(shí)驗(yàn)為主，引入PI制管理模式。在實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)使用或產(chǎn)生《全球化學(xué)品統(tǒng)一分類和標(biāo)簽制度》(GHS)中如下化學(xué)品：H331(吸入會(huì)中毒的氣體、蒸汽、粉塵、煙霧類物質(zhì))、H332(吸入有害的氣體、蒸汽、粉塵、煙霧類物質(zhì))、H333(吸入可能有害的氣體、蒸汽、粉塵、煙霧類物質(zhì))、H334(吸入可能引起過敏或哮喘病癥狀或呼吸困難類物質(zhì))、H335(可能引起呼吸道刺激類物質(zhì))、H336(可能引起嗜睡或頭暈類物質(zhì))等。

2 局部排風(fēng)設(shè)備(暴露控制設(shè)備)選型

排風(fēng)柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、通風(fēng)試劑柜等局部排風(fēng)設(shè)備旨在通過“源頭控制”最大限度地減少實(shí)驗(yàn)室科研人員化學(xué)暴露的風(fēng)險(xiǎn)，提供主要的工程控制和職業(yè)健康防護(hù)手段。因此，選擇和應(yīng)用合適類型的局部排風(fēng)設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各類空氣傳播的危害源的暴露風(fēng)險(xiǎn)控制、提升實(shí)驗(yàn)室安全性能和安全等級(jí)都至關(guān)重要。

排風(fēng)柜是目前應(yīng)用最為廣泛的局部排風(fēng)設(shè)備(見圖1)，其應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋化學(xué)品用量和潛在化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生率從低到極高、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低至極高水平的全面暴露風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)。萬向排氣罩僅用于潛在化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生率較低的低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1 不同局部排風(fēng)設(shè)備應(yīng)用范圍[1]

綜合考慮材料學(xué)學(xué)科樓實(shí)驗(yàn)工藝、化學(xué)品用量、潛在化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生率、實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等，結(jié)合實(shí)際使用需求，28間模塊化無機(jī)實(shí)驗(yàn)室每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元均設(shè)置1臺(tái)FGT-150型排風(fēng)柜、1臺(tái)通風(fēng)試劑柜、1個(gè)萬向排氣罩，35間模塊化有機(jī)實(shí)驗(yàn)室每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元均設(shè)置6臺(tái)FGT-150型排風(fēng)柜、2臺(tái)通風(fēng)試劑柜、2個(gè)萬向排氣罩。

3 變風(fēng)量控制系統(tǒng)

3.1 排風(fēng)柜變風(fēng)量控制

排風(fēng)柜變風(fēng)量控制策略可分為2類：1) 通過安裝在排風(fēng)柜側(cè)壁或頂部的面風(fēng)速傳感器或其他技術(shù)來測(cè)量排風(fēng)柜面風(fēng)速，通過對(duì)變風(fēng)量蝶閥的調(diào)節(jié)來維持所需的預(yù)先設(shè)定的面風(fēng)速；2) 位移傳感器測(cè)量排風(fēng)柜拉門開度，變風(fēng)量控制器計(jì)算出維持預(yù)設(shè)面風(fēng)速所需的排風(fēng)量，控制器對(duì)變風(fēng)量閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制以確保實(shí)際排風(fēng)量為所需風(fēng)量。變風(fēng)量閥門的風(fēng)量控制形式可以采用實(shí)測(cè)風(fēng)量的“閉環(huán)控制”，也可采用線性校準(zhǔn)的變風(fēng)量文丘里閥來“開環(huán)控制”風(fēng)量。

3.2 實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量控制

實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量控制主要有3種控制策略：直接壓力控制、風(fēng)量追蹤控制、串級(jí)控制。

1) 直接壓力控制(見圖2)。直接壓力控制策略通過測(cè)量實(shí)驗(yàn)室與壓力參照區(qū)域的壓差，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入或排出實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)量來維持所需的壓差。此種控制策略的難點(diǎn)在于：在實(shí)驗(yàn)室開門時(shí)如何保持壓差；如何找到合適的壓力傳感器安裝位置并持續(xù)穩(wěn)定的測(cè)量壓力；如何保證實(shí)驗(yàn)室良好的密封性；如何保證壓力傳感器的精確性。

圖2 直接壓力控制原理

2) 風(fēng)量追蹤控制(見圖3)。風(fēng)量追蹤控制策略通過既測(cè)量排風(fēng)量(或通過閥門風(fēng)量反饋值進(jìn)行匯總求和)又測(cè)量送風(fēng)量(或通過閥門風(fēng)量反饋值進(jìn)行匯總求和)，并控制送風(fēng)量與排風(fēng)量的差值以保持所需的壓差。在進(jìn)行風(fēng)量追蹤控制設(shè)計(jì)時(shí)，補(bǔ)償風(fēng)量一定要大于閥門流量測(cè)量的精度及控制系統(tǒng)的控制誤差，避免出現(xiàn)氣流逆轉(zhuǎn)。

圖3 風(fēng)量追蹤控制原理

3) 串級(jí)控制(見圖4)。串級(jí)控制策略通過測(cè)量實(shí)驗(yàn)室與壓力參照區(qū)域的壓差以重置流量追蹤的壓差設(shè)定點(diǎn)，串級(jí)控制具有直接壓力控制和流量追蹤控制的優(yōu)點(diǎn)。

圖4 串級(jí)控制原理

3.3 風(fēng)機(jī)變風(fēng)量控制

風(fēng)機(jī)變風(fēng)量控制策略可分為3類：定靜壓控制、變靜壓控制、總風(fēng)量法控制。

1) 定靜壓控制。定靜壓控制法的最大優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，目前大多數(shù)變風(fēng)量系統(tǒng)都采用此種控制方法[2]。定靜壓控制法簡單、易于實(shí)施，但其缺點(diǎn)也較為明顯，主要表現(xiàn)為靜壓波動(dòng)影響大和靜壓設(shè)定值的確定難這兩方面。

2) 變靜壓控制。采用基于變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥位反饋，結(jié)合自控系統(tǒng)對(duì)靜壓值根據(jù)需求實(shí)時(shí)重新設(shè)定，以滿足變風(fēng)量末端閥位在70%～90%范圍內(nèi)。

3) 總風(fēng)量法控制。基于風(fēng)機(jī)相似律，建立設(shè)定風(fēng)量與風(fēng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，無需靜壓測(cè)定，用各變風(fēng)量末端裝置需求風(fēng)量求和作為系統(tǒng)設(shè)定總風(fēng)量，直接求得風(fēng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速[2]。

該項(xiàng)目排風(fēng)柜變風(fēng)量控制根據(jù)防腐工藝需求、系統(tǒng)響應(yīng)速度、性價(jià)比、安裝尺寸等因素綜合考慮，選用第二類控制策略，采用位移傳感器+實(shí)測(cè)風(fēng)量的“閉環(huán)控制”變風(fēng)量防腐型蝶閥控制系統(tǒng)，變風(fēng)量排風(fēng)柜性能滿足JG/T 222—2007《實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量排風(fēng)柜》標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量及壓力控制采用基于實(shí)驗(yàn)室總排風(fēng)量與新風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量邏輯聯(lián)動(dòng)的控制方法。風(fēng)機(jī)變風(fēng)量控制采用基于定靜壓控制優(yōu)化的雙靜壓點(diǎn)控制法，當(dāng)系統(tǒng)中變風(fēng)量末端處于節(jié)能模式(實(shí)驗(yàn)室無人占用)時(shí)，靜壓控制器將自動(dòng)切換至節(jié)能模式運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)機(jī)按節(jié)能模式的靜壓設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行，進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗。

4 風(fēng)量平衡

4.1 換氣次數(shù)確定

1) JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中表8.1.3科研建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)中指出，化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)為3～4 h-1[3]。

2) HG/T 20711—2019《化工實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)室供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.2.1條規(guī)定，處于工作狀態(tài)的有污染物產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室、化驗(yàn)室，最小換氣次數(shù)不應(yīng)低于6 h-1，處于非工作狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)室、化驗(yàn)室，最小換氣次數(shù)不宜低于4 h-1[4]。

不同風(fēng)險(xiǎn)控制等級(jí)對(duì)應(yīng)換氣次數(shù)見表1。

表1 不同風(fēng)險(xiǎn)控制等級(jí)對(duì)應(yīng)換氣次數(shù)[5]

基于實(shí)驗(yàn)過程中使用和潛在產(chǎn)生的危險(xiǎn)化學(xué)品GHS分類、用量、潛在產(chǎn)生量等方面對(duì)各類型實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)綜合考慮國內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元參照實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估LVRA-3級(jí)來設(shè)計(jì)，無機(jī)實(shí)驗(yàn)單元參照LVRA-2級(jí)來設(shè)計(jì)。換氣次數(shù)最終確定為：有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元8 h-1(有人占用時(shí))，4 h-1(無人占用時(shí))；無機(jī)實(shí)驗(yàn)單元6 h-1(有人占用時(shí))，4 h-1(無人占用時(shí))。

4.2 風(fēng)量平衡

實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)量依據(jù)實(shí)驗(yàn)室的熱舒適性、換氣次數(shù)，補(bǔ)償通過排風(fēng)柜、生物安全柜或其他局部排風(fēng)設(shè)備排出的風(fēng)量，實(shí)驗(yàn)室壓力控制要求、環(huán)境控制來確定，以滿足實(shí)驗(yàn)工藝和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的需求。

風(fēng)量平衡按照下式計(jì)算[6]：

GZJ+GJJ=GZP+GJP

(1)

式中GZJ為自然進(jìn)風(fēng)量；GJJ為機(jī)械進(jìn)風(fēng)量；GZP為自然排風(fēng)量；GJP為機(jī)械排風(fēng)量。

4.3 壓力梯度

采用縫隙法計(jì)算漏風(fēng)量[7]：

(2)

式中L為漏風(fēng)量，m3/h；E為縫隙流量系數(shù)，本項(xiàng)目取0.5；F為縫隙面積，m2；Δp為室內(nèi)外壓差，Pa；ρ為空氣密度，通常取1.2 kg/m3。

5 有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元典型實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室均采用模塊化、無吊頂設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室按照功能用途分為：儀器分析實(shí)驗(yàn)單元(15個(gè)模塊)、無機(jī)實(shí)驗(yàn)單元(28個(gè)模塊)、有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元(35個(gè)模塊)。

有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元面積52.5 m2，層高4.5 m，工作狀態(tài)按換氣次數(shù)8 h-1設(shè)計(jì)，無人占用時(shí)按4 h-1設(shè)計(jì)(見表2)。有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元布置6臺(tái)變風(fēng)量排風(fēng)柜、2個(gè)萬向排氣罩和2臺(tái)通風(fēng)試劑柜(見圖5)。為避免排風(fēng)混合產(chǎn)生交叉反應(yīng)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元獨(dú)立1套排風(fēng)系統(tǒng)(見表3)，所有實(shí)驗(yàn)單元排風(fēng)均經(jīng)廢氣處理裝置處理后高空排放。

表2 有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元不同模式下風(fēng)量計(jì)算

圖5 有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元平面布置(單位：mm)

實(shí)驗(yàn)室采用變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)(見圖6)，綜合考慮實(shí)驗(yàn)新風(fēng)和壓力控制工藝需求，有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元采用吊裝6臺(tái)管道靜音風(fēng)機(jī)，單臺(tái)送風(fēng)量1 050 m3/h，送風(fēng)機(jī)啟?？刂婆c實(shí)驗(yàn)室總風(fēng)量邏輯聯(lián)動(dòng)控制(見表4)，采用靜壓箱型送風(fēng)口送風(fēng)，盡量減少由于送風(fēng)對(duì)實(shí)驗(yàn)單元?dú)饬鹘M織和橫向氣流的干擾。

實(shí)驗(yàn)單元送風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量N按下式計(jì)算：

(3)

式中QFH為排風(fēng)柜排風(fēng)量，m3/h；QW為萬向排氣罩排風(fēng)量，m3/h；QG為通風(fēng)試劑柜排風(fēng)量，m3/h。

表3 有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算

圖6 有機(jī)實(shí)驗(yàn)單元控制流程圖

當(dāng)N<6時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果N取整，即為開啟送風(fēng)機(jī)數(shù)量；當(dāng)N≥6時(shí)，開啟全部6臺(tái)送風(fēng)機(jī)。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)單元無人占用時(shí)，通過一鍵節(jié)能按鈕，實(shí)驗(yàn)單元切換至節(jié)能模式運(yùn)行。不同運(yùn)行工況及運(yùn)行模式下風(fēng)量對(duì)比分別如表5、6所示。

由表5、6可知，相較于定風(fēng)量系統(tǒng)，變風(fēng)量控制系統(tǒng)在提升實(shí)驗(yàn)室整體安全性能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、節(jié)能減排、運(yùn)維調(diào)適等方面具有優(yōu)勢(shì)。

表4 送風(fēng)機(jī)啟停數(shù)量邏輯聯(lián)動(dòng)控制關(guān)系

表5 變風(fēng)量控制系統(tǒng)不同運(yùn)行工況對(duì)比

表6 定、變風(fēng)量系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比

1) 通過對(duì)排風(fēng)柜面風(fēng)速的精確控制來提升排風(fēng)柜作為實(shí)驗(yàn)室第一道安全屏障的安全性能。

2) 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定、可靠的壓力梯度控制形成定向氣流，提升實(shí)驗(yàn)室作為第二道安全屏障的安全性能。

3) 在設(shè)計(jì)階段，通過合理利用“同時(shí)使用率”來優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)減小諸如排風(fēng)機(jī)、管道系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)、新風(fēng)空調(diào)箱及主機(jī)(如有)等機(jī)電設(shè)備選型規(guī)格，可降低初始投資及后期運(yùn)維費(fèi)用。

4) 當(dāng)變風(fēng)量排風(fēng)柜無人操作時(shí)，通過自動(dòng)門管理系統(tǒng)或者手動(dòng)關(guān)閉排風(fēng)柜拉門來減少其排風(fēng)量，提升安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

5) 當(dāng)實(shí)驗(yàn)室整體排風(fēng)量減小時(shí)，變風(fēng)量控制系統(tǒng)對(duì)送入實(shí)驗(yàn)室的送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，送風(fēng)量也隨之減小，具有節(jié)能作用。

6) 通過變風(fēng)量控制系統(tǒng)產(chǎn)品的無人占用運(yùn)行模式，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室無人使用時(shí)系統(tǒng)可進(jìn)入節(jié)能模式運(yùn)行，減少對(duì)送排風(fēng)量的需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

7) 通過對(duì)排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、新風(fēng)空調(diào)箱(如有)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)來減少其風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。

8) 當(dāng)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)備位置移動(dòng)或新增設(shè)備時(shí)，壓力無關(guān)型變風(fēng)量控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整，適應(yīng)系統(tǒng)的變化，只需在受變化直接影響的區(qū)域進(jìn)行再平衡，而不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行再平衡，簡化調(diào)適和運(yùn)維。

9) 當(dāng)排風(fēng)柜面風(fēng)速、實(shí)驗(yàn)室壓力或風(fēng)量平衡、風(fēng)機(jī)變風(fēng)量控制達(dá)到潛在的不安全級(jí)別時(shí)，變風(fēng)量控制系統(tǒng)會(huì)通過報(bào)警來提醒用戶，提升實(shí)驗(yàn)室的整體安全性。

6 排風(fēng)管道材質(zhì)探討

1) GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第9.3.14條規(guī)定，“除下列情況外，通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)管應(yīng)采用不燃材料：1.接觸腐蝕性介質(zhì)的風(fēng)管和柔性接頭可采用難燃材料……”[8]。

2) JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第8.3.5條規(guī)定，“實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)裝置、風(fēng)管、閥門、附件和風(fēng)機(jī)等選材應(yīng)符合下列規(guī)定：1.應(yīng)采用不燃燒材料制作。2.應(yīng)綜合考慮排風(fēng)內(nèi)有害物對(duì)系統(tǒng)風(fēng)管、閥門、附件和風(fēng)機(jī)等選材的影響”[3]。

3) ANSI/AIHA Z9.5-2012《Laboratory ventilation》中第5.4.2.2條指出，固體塑料管道通常具有良好的耐腐蝕性能，但當(dāng)?shù)叵啦块T可能會(huì)不接受[9]。

就材料特性來看，達(dá)到難燃B1級(jí)同時(shí)兼具耐腐蝕性能和經(jīng)濟(jì)性能的材料主要為無機(jī)玻璃鋼材質(zhì)(防火等級(jí)可達(dá)到A1不燃)，但其生產(chǎn)工藝相對(duì)較落后。

不銹鋼材質(zhì)管道易受酸和氯化物的侵蝕，具體取決于鉻鎳的含量，且不銹鋼管道造價(jià)較高，大范圍使用難度較大。

鍍鋅鋼板材質(zhì)管道易受酸堿的腐蝕，不滿足耐腐蝕工藝要求。

項(xiàng)目籌備階段對(duì)已完成實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目中普遍使用聚丙烯(PP)或硬聚氯乙烯(PVC)材質(zhì)作為排風(fēng)管道。對(duì)板材生產(chǎn)廠家調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，板材生產(chǎn)廠家基本無法提供滿足GB 8624—2018《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》中難燃B1等級(jí)測(cè)試報(bào)告。同時(shí)，GB 50243—2016《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中也去掉了對(duì)于聚丙烯(PP)材質(zhì)作為管道的質(zhì)量驗(yàn)收要求。

綜上所述，該項(xiàng)目選用具有耐腐蝕性能同時(shí)兼具滿足建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范要求的無機(jī)玻璃鋼材質(zhì)的排風(fēng)管道。

7 防火閥設(shè)置問題探討

1) GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第9.3.11條規(guī)定，“通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)管在下列部位應(yīng)設(shè)置公稱動(dòng)作溫度為70 ℃的防火閥：當(dāng)建筑內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)的通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)置時(shí)，水平風(fēng)管與豎向總管的交接處可不設(shè)置防火閥”[8]。

2) JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第8.3.7 條規(guī)定，設(shè)在建筑物室內(nèi)的豎向排風(fēng)管應(yīng)設(shè)在排風(fēng)管井內(nèi)。水平風(fēng)管與豎向排風(fēng)管連接處應(yīng)設(shè)防火閥。當(dāng)接觸強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)的排風(fēng)管道采用分層設(shè)置獨(dú)立系統(tǒng)，且其水平風(fēng)管不跨越防火分隔，豎向風(fēng)管安裝在具有足夠耐火極限的管井內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)管可不設(shè)防火閥[3]。

3) ANSI/AIHA Z9.5-2012《Laboratory ventilation》中第5.4.3.7條指出，出于以下幾個(gè)方面考慮，實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)管道系統(tǒng)不得設(shè)置防火閥：防火閥的誤動(dòng)作將會(huì)切斷實(shí)驗(yàn)室一個(gè)或者更多排風(fēng)柜的排風(fēng)系統(tǒng)，可能會(huì)導(dǎo)致科研人員的意外傷害和化學(xué)暴露的風(fēng)險(xiǎn)增加；當(dāng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)時(shí)防火閥被激活，化學(xué)排風(fēng)柜的排風(fēng)系統(tǒng)被切斷，迫使柜內(nèi)變成正壓，此時(shí)，火災(zāi)很可能從具有防火能力的排風(fēng)柜擴(kuò)散至實(shí)驗(yàn)室；當(dāng)實(shí)驗(yàn)室一個(gè)或者多個(gè)排風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)被切斷時(shí)，相較于走廊，實(shí)驗(yàn)室可能會(huì)變成正壓環(huán)境，有助于燃燒產(chǎn)物擴(kuò)散，致使火災(zāi)蔓延至其他相鄰區(qū)域[9]。

從中美規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，美國標(biāo)準(zhǔn)不主張?jiān)趯?shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置防火閥。在該項(xiàng)目中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元均分層設(shè)置獨(dú)立系統(tǒng)、水平風(fēng)管不跨越防火分區(qū)且豎向風(fēng)管安裝在具有足夠耐火極限的管井內(nèi)，因此，水平風(fēng)管與豎向總管交接處均不設(shè)置70 ℃常開防火閥。

8 廢氣處理工藝的選擇

有機(jī)和無機(jī)實(shí)驗(yàn)單元排風(fēng)均采用“濕法噴淋+干法吸附”廢氣處理方式，使其有害物質(zhì)濃度低于環(huán)保要求排放允許限值。GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》大氣污染物排放限值如表7所示。該項(xiàng)目中所有排風(fēng)機(jī)均設(shè)置在18.85 m(結(jié)構(gòu)標(biāo)高)的屋頂并高出屋面3 m排放。

表7 GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》大氣污染物排放限值[10]

ANSI/AIHA Z9.5-2012《Laboratory ventilation》中第9.2條規(guī)定，如有需要，實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)的空氣凈化系統(tǒng)應(yīng)由負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)或指定，以保證空氣凈化系統(tǒng)滿足監(jiān)管合規(guī)所需的性能指標(biāo)[9]。

由于科研未知性的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室廢氣的組分復(fù)雜，通常為混合型廢氣類型。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室廢氣呈現(xiàn)出風(fēng)量大、濃度低、組分復(fù)雜、無規(guī)律等特點(diǎn)，極大地增加了實(shí)驗(yàn)室廢氣源確定的難度。

該項(xiàng)目采用組合式廢氣處理方式，將“濕法噴淋+干法吸附”相組合，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室混合型廢氣具有處理針對(duì)性強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。在廢氣處理過程中，先采用濕法噴淋處理，“氣相”廢氣與“液相”定制化吸收液在比表面積大的鮑爾環(huán)填料表面充分接觸并產(chǎn)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣的洗滌處理。經(jīng)除霧處理后進(jìn)入活性炭吸附段，依靠吸附劑自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)及大的比表面積，通過分子間引力(范德華力)對(duì)吸附質(zhì)進(jìn)行吸附，吸附法對(duì)有機(jī)廢氣具有較好的針對(duì)處理效果，再經(jīng)吸附處理后達(dá)標(biāo)排放。最大限度地減少活性炭的用量及活性炭固廢的產(chǎn)生，減少后期的運(yùn)維費(fèi)用。

在實(shí)驗(yàn)室廢氣處理過程中所產(chǎn)生的廢液由該項(xiàng)目配套的廢液處理設(shè)施處理并實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，活性炭固體廢棄物由具有處置資質(zhì)的公司統(tǒng)一回收并進(jìn)行無害化處理。在項(xiàng)目投入運(yùn)行后，將定期對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢氣排放濃度和排放速率進(jìn)行檢測(cè)，確保持續(xù)達(dá)標(biāo)排放。

9 結(jié)語

局部排風(fēng)設(shè)備旨在通過“源頭控制”最大限度地降低實(shí)驗(yàn)人員化學(xué)暴露的風(fēng)險(xiǎn)，因此選擇合適的局部排風(fēng)設(shè)備對(duì)于提升實(shí)驗(yàn)室安全性能和安全等級(jí)均起著至關(guān)重要的作用。

變風(fēng)量控制系統(tǒng)在提升排風(fēng)柜作為第一道安全屏障和實(shí)驗(yàn)室作為第二道安全屏障的安全性能方面發(fā)揮著極其重要的作用，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)“雙碳”背景下的實(shí)驗(yàn)室的節(jié)能減排起著重大作用。

在材料選擇、防火閥設(shè)置等方面均應(yīng)滿足GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求。在滿足規(guī)范要求并征得當(dāng)?shù)叵啦块T許可的情況下，盡可能考慮其他國家好的技術(shù)措施和方法。

針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室廢氣所呈現(xiàn)出的風(fēng)量大、濃度低、組分復(fù)雜、無規(guī)律、廢氣源確定難等特點(diǎn)，應(yīng)采用多重組合式處理方法并舉，避免采用單一處理方式并盡可能減少固體廢棄物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和減少運(yùn)維費(fèi)用的目標(biāo)。