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技术导航丨浅谈实验室补风系统

   日期:2021-11-01     来源:上海沪试实验室器材股份有限公司 滕洁    浏览:862    
核心提示:实验室补风系统的好坏,直接关系到后期项目运行费用及使用效果。本文主要探讨实验室补风系统的处理方式、相关节能措施等。

小代君说

由于实验室环境的特殊性,在进行科学研究时难以避免的会产生些许有毒有害物质。为了保证科研人员的身心健康,一般需要设置通风柜、万向罩、原子罩等局部排风设备或者考虑全面通风,并设置相应的补风措施。

一、补风原则

依据实验室建设相关标准,一般实验室房间最小通风换气次数不低于4次/h,污染严重的实验房间最小通风换气次数取8~12次/h。考虑到科研工作的连续性,要求所对应的排风系统也需连续运行,所以需要设置与排风系统相匹配的机械补风系统。同时,为了保证送入室内的补风对实验环境不造成影响,需要对补风进行相应的过滤、热湿处理。

二、补风处理

2.1 补风过滤

室外空气中含有一定量的灰尘,北方地区,补风中还存在部分沙尘,为了保证送入室内的是清洁的新鲜空气,新风送入室内之前需经过滤处理。

 

传统做法是在补风处理机组内设置两道过滤器,分别是粗效板式过滤器(G4)和中效袋式过滤器(F7)。为了延长过滤器的使用寿命,在补风机组入口前增设一个截面风速很低的补风采集箱,让大颗粒的粉尘在此沉降,然后再进入补风机组进行后续过滤。

 

由于北方地区风沙大,传统的过滤器,1周左右就需要跟换,维护工作量大,维护成本高,且如果跟换不及时,将影响室内补风量。鉴于此,可考虑采用易于维护、阻力低的粗效金属滤网过滤器加静电吸附过滤器替换传统的粗、中效过滤器。替换后的过滤器,当阻塞时,可就近水洗,快速吹干后即可重新投入使用。

2.2 补风热湿处理

2.2.1夏季

为了避免送入室内的补风,对室内温湿度产生较大影响,根据项目所处地区不同,需要对补风分别采取不同的热湿处理方式。

①室外空气含湿量大于室内空气含湿量时,可先将补风含湿量处理到小于或等于室内设计含湿量,然后再升温至室内设计温度。

②室外空气含湿量小于室内含湿量时,补风仅需等湿处理到室内设计温度即可。

③室外空气含湿量适中时,将补风处理到室内设计状态点的等焓点,然后采用露点送风。

 

2.2.2冬季

当室外空气温湿度低于室内设计温湿度时,送入室内的补风需要经过加热、加湿处理后送入室内。

 

加热方式,根据项目冬季热源情况,可选用热水、蒸汽等,除特殊情况外,严禁采用电加热。

 

加湿方式,结合项目可提供的资源及室内设计要求,选用干蒸汽加湿、电极加湿、电热加湿、湿膜加湿、高压微雾加湿等。

三、补风机组防冻

冬季,当室外温度低于0℃时,如果相关的防冻保护措施不到位,易造成补风处理机组盘管冻裂,进而影响通风系统正常使用。

3.1 基本防冻措施

①补风机组吸入口处设置保温型电动密闭关断阀,与补风机组连锁起停,确保停机状态下无新风进入补风机组内,造成盘管冻裂。

②补风机组内热水盘管后设置防冻开关,当防冻开关测量值小于或等于设定值时,补风机组自动停机,保温型电动密闭关断阀连锁关闭,且热水管路上电动调节阀阀门开度开到最大。

③补风机组热水管路上的电动调节水阀设置最小开度,从而保证热水管路上一定的水流速。

④补风机房内设置相应的采暖设施,保证机房内温度在5℃以上。

3.2 结合实际情况增设加强型防冻措施

①当建筑空间、电量有富余时,可在每台补风机组热水供回水主管间增设1台防冻循环水泵,根据测量回水管道内的水压力,进行水泵流量调节,进而保证热水管道内的水流速始终大于等于1m/s。

②当采用集中高温热源时,可在热力入口处增设1台板式换热机组,将集中热源与补风机组用热水分开,在二次侧管路内充注一定质量浓度的乙二醇溶液,从而避免盘管冻裂。

四、节能措施

4.1 主机冷凝热回收

对送风参数控制严格的场合且需新设冷热源时,可通过选用热回收型冷热水机组,在制冷的同时,产生再热水,用于补风再热。为了保证热水的质量,通常设置一个蓄水箱,用于储存主机产生的热水。

4.2 新风热回收

当项目处于夏热冬冷或夏热冬暖地区时,夏季,如果补风处理不当,易造成实验室内相对湿度过大,甚者房间内出现结露现象,进而影响科学研究。为了保证室内环境满足设计要求,通常需要对补风进行除湿处理。当项目有废热可供利用时,可利用免费的能源对补风进行除湿再热。若项目无相关的资源,可通过采用新技术、新产品获取“免费”的热源再热补风。目前采用的技术是在补风空调机组内增设一道U型除湿三维热管,包裹表冷器前后,利用热管内充注的环保型冷媒的相变,实现能量的“搬运”。


首先,室外高温高湿的补风经过表冷器前的热管,利用热管对其进行预冷,同时将热量转移到表冷器后的热管。


然后,经过预冷后的补风,再通过表冷器进行深度除湿。


最后,经过深度除湿后的补风,又经过表冷器后的热管再热,达到设计送风状态点,同时将补风中的冷量“搬运”至表冷器前的热管,以便对补风进行预冷。

 

通过设置U型三维热管,可以利用免费的能源对补风进行预冷和再热,满足室内湿度要求,节能60%左右。

4.3 排风热回收

夏季室内外温差在10℃左右,冬季室内外温差甚者达到40℃,节能潜力巨大。在保证安全、无交叉污染的前提下,选用专用的热回收装置回收排风中的能量,用于预冷或预热补风。

 

4.3.1 三维热管热回收

随着科学技术的不断进步,三维热管的泄漏率不断降低,换热效率不断提高,对于设置补风空调机组的项目,通常在补风机组入口处与排风机组入口处设置一台三维热管热回收器,利用热回收器内的制冷剂相变实现能量转移。


夏季,室内排出的低温空气,经过三维热管热回收器,将热回收器内的制冷剂,由气态转变为液态,然后液态的制冷剂利用重力流,流至补风侧。液态制冷剂遇到高温的室外风,液态转变为气态,吸收热量,实现预冷,同时气态制冷剂又流至排风侧,重新进行循环。

 

冬季,管路布置与夏季一致,但制冷剂相变过程与夏季正好相反。

 

4.3.2 乙二醇热回收

在一些项目中,补风空调机组位于楼层内,而排风机组位于屋面,如果采用三维热管热回收,需要借助风管将经过预冷或预热的补风引入补风空调机组内。鉴于乙二醇水溶液的密度比空气大,输送同样能量时,水管路占用的建筑空间远远小于风管路占用的建筑空间。所以采用分体式热回收机组,即在补风空调机组内设置一道补风乙二醇热回收装置,在排风机入口处设置一道排风乙二醇热回收装置,两个热回收装置之间通过无缝钢管相连,管路内充注一定质量浓度的乙二醇水溶液,通过循环水泵,将排风中的冷/热量转移至补风中,实现节能。

4.4 变风量控制系统

4.4.1 末端变风量风阀控制

每台排风柜均设置一套变风量阀门控制系统,含一颗压力无关型变风量阀门、一个门高传感器、一个阀门控制器。当排风柜柜门移动时,门高传感器会产生一个电阻信号,传送至阀门控制器,阀门控制器根据设定好的程序,进行变风量阀门风量调节,从而保证排风柜的面风速始终恒定在0.5m/s±0.1m/s。


由于排风柜风量在变化,如果补风量不变的话,那么存在当排风量降到一定程度时,实验房间内会出现正压,将实验产生的有毒有害气体泄露出来。鉴于此,在设置变风量排风阀的房间补风支管上设置一套与排风变风量阀门相匹配的压力无关型变风量补风阀,跟随排风阀门变化而变化,保证实验房间内始终为负压状态。

 

4.4.2 风机变频控制

末端风量在不停的变化,需要对应的风机也能够满足末端风量变化需求,即要求选用的风机电机为变频电机。风机变频控制方式通常采用成熟的定静压模式,即在管路上,设置一个静压传感器,实时监测管道内的压力,与设定值比较。如实测压力值大于设定值时,将信号传给控制器,控制器控制风机降低频率运行,减小管道压力;如实测压力值小于设定值时,将信号传给控制器,控制器控制风机升高频率运行,增加管道压力。

4.5 全新风运行

当室外新风焓值低于室内排风焓值时,可考虑直接利用补风进行实验房间降温,节约能耗。

五、结束语

实验室补风系统设计质量的好坏,直接关系到室内空气质量、科研人员身心健康及后期的运行维护费用等。所以,一个完美的设计方案,需要设计师在实验室通风空调设计过程中,严格依据相关标准规范进行合理计算、科学选型、积极采用新技术、新产品、新工艺、新材料。

 

 

 
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