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中學實驗室的通風設計

 

根據《中小學設計規範》(GB50099-2011),爲了滿足學校的教學要求,一般中學需設置化學、生物、物理實驗室,且應附設藥品室、儀器室、標本室、准備室等。同時根據規範5.3.7條,由于化學試驗室每個實驗桌下都有給水排水管和排氣管,宜將化學實驗室設在建築物首層,這些管線不至于影響其它房間的使用,也易于檢修。如某中學實驗樓首層平面圖1所示。 
  以下將分別對各類實驗室通風系統的設置原因,通風系統的類型,通風系統的設計做具體闡述。 
  1 化学实验室 
  在做化學實驗的過程中,化學實驗室內有可能産生濃度較低或散發位置較分散的有害物質,爲減小這些有害氣體的危害,我們需在化學實驗室設置全面排風系統。補風采用自然補風爲主,根據《中小學設計規範》(GB50099-2011)10.1.9.3條,寒冷與嚴寒地區,可在化學實驗室外牆或內走道開小氣窗的方式進行補風,外牆上小氣窗的面積不小于實驗室面積的1/60,內走道上設置小氣窗的面積不小于實驗室面積的1/30。根據《實用供熱空調設計手冊》第二版P971頁,全面換氣量計算中稀釋有害物所需要的換氣量G: 
  G=ρM/(Cy- Cj) 
  G——稀釋有害物所需要的換氣量,kg/h 
  ρ——空氣密度,kg/m3 
  M ——空气有害物的散发量,kg/h 
  Cy——空气有害物质的最高允许浓度,mg/ m3(可通过查表得出) 
  Cj ——进入空气中有害物质的浓度,mg/ m3 
  然而,我們往往不能確定有害物的散發量,所以實驗室全面通風的換氣量可按換氣次數確定。根據《中小學設計規範》(GB50099-2011)9.1.3條實驗室換氣次數不應低于3次/h。同時,根據5.3.9條,“化學實驗室的外牆至少設置2個機械排風扇,排風扇的下沿應在距樓面以上0.10m~0.15m高度處。在排風扇的室內一側應設置保護罩,采暖地區應爲保溫的保護罩,在排風扇的室外一側應設置擋風罩(圖2)。” 
  在化學實驗過程當中,僅僅考慮整個教室內全面排風是不夠的,還應防止實驗過程當中有害氣體汙染源在室內的擴散,這就要求我們采用有效的排風方式將有害氣體在産生處及時地排走,所以在化學實驗室中需設置局部排風系統。局部排風系統又分爲排氣罩局部排風系統和通風櫃局部排風系統。當采用機械補風系統時,寒冷地區的補風應考慮對空氣做加熱處理。 
  排氣罩局部排風系統: 
  根據《中小學設計規範》(GB50099-2011)5.3.9條化學實驗室實驗桌應有通風排氣裝置,排風口宜設在桌面以上,即桌面排風罩排風系統。排風罩的排風量L可按以下公式計算:
  L=3600×P×( H2- H1)×VX 
  L ——排风罩局部排风量,m3/h 
  P ——排风罩敞开面的周长,m 
  H2 ——罩口下沿的高度,m 
  H1 ——实验台台面的高度,m 
  VX ——吸入速度,m/s,查《实用供热空调设计手册》第二版P961页,可按0.25~0.35选取 
  在初步設計階段,排風機的風量可按20次/h計算。 
  桌面排風罩系統設計方案的確定: 
  (1)由于化學實驗過程中産生的有害氣體是未知的,所以每個實驗室的排風系統應單獨設置,以免氣體混合後發生化學反應産生對人體或對設備管道有損害的新的物質。 
  (2)由于化學實驗過程中所産生的酸、堿等有害氣體具有腐蝕性,通風管道不能采用常規的鍍鋅鋼板,風管應采用無機玻璃鋼風管或PVC管,風機材質也應采用玻璃鋼材質。 
  (3)由于實驗過程中會根據具體情況,排風罩的風量會發生變化,所以接每個排風罩的支風管上應設置風量調節閥,同時,風機宜采用變頻風機,已達到經濟節能的目的。 
  (4)爲保證實驗室台面的整潔美觀,需對實驗台的通風管道、水管、電管做管線綜合。在預留管線管溝時,不能僅僅考慮風管的安裝所需空間,還需考慮水管、電管橋架的安裝空間。 
  (5)從環保角度出發,有害氣體應高空排放,並在風機前設置空氣淨化裝置,對有害氣體進行進化處理,低于《大氣汙染物綜合排放標准》GB16297-1996中新汙染源大氣染物排放標准的規定值。同時,風機底部應設減震支座,以降低噪音。 
  針對以上幾點,以某中學化學實驗室圖設計方案如圖3~5所示。 
  成品的化學實驗室桌面排風系統如圖6。 
  通風櫃局部排風系統: 
  由以上首層建築平面圖(圖1)可以看出,在化學試驗室旁的准備室及藥品儲藏室內均設置了通風櫃,相應地,在這些房間應設置通風櫃排風系統。 
  根據《實用供熱空調設計手冊》第二版P968頁可知,通風櫃的形式分爲四種:上部排風的通風櫃、下部排風的通風櫃、上下聯合排風的通風櫃以及供氣式通風櫃。由于化學實驗室的排風是要求排出有害氣體,所以,化學實驗室通風櫃的形式只有前三種形式。上部排風的通風櫃適用于櫃內産生的有害氣體比空氣小的情況,下部排風的通風櫃適用于櫃內産生的有害氣體比空氣大的情況,上下聯合排風的通風櫃適用于有可能既産生密度大于空氣的有害氣體,又産生密度小于空氣的有害氣體的情況。 
  通風櫃的排風量L可按以下公式計算:L=3600×F×v×β 
  式中 
  L ——通风柜的排风量,m3/h 
  F ——操作口面积,m2 
  v ——操作口平均风速,m/s,可通过查表得出,一般按0.4~0.7选取 
  β——安全系數,一般取1.05~1.1 
  准備室和藥品儲藏室排出的有害氣體的性質與化學實驗室排出的有害氣體的性質類似,因此,通風櫃通風管路與設備材質的選擇與以上化學實驗室的設計一致,准備室和藥品儲藏室的通風櫃通風管路、排風風機宜單獨設置。通風櫃的排出口應設置可關閉的閥門,最好帶有防止逆流裝置,可以防止氣體倒灌。 
  2 生物实验室与物理实验室 
  由于生物實驗室與物理實驗室不會像化學實驗室中會瞬間産生濃度高的有害氣體,一般的生物實驗室與物理實驗室只需設置全面排風即可,並滿足《中小學設計規範》(GB50099-2011)9.1.3條實驗室換氣次數不應低于3次/h的要求。 
  充足的新鮮空氣可以保證師生的健康,並能保證學生的聽課質量。具體設計如圖7、8所示。 
  3 结语 
  中小學化學實驗室的通風系統需及時有效的排除實驗過程當中産生的有害氣體,根據這一要求,化學實驗室需同時設置全面排風系統和局部排風系統,而且系統中設備及管路材質的選擇應考慮排出有害氣體的酸堿腐蝕性。生物和物理實驗室應根據規範要求設置全面排風系統,以保證空氣品質。通風系統在滿足教學功能需要的同事,應充分考慮系統的成本和運行的經濟行,同時應從環保的角度出發,保證排除氣體能夠達到國家相應的排放標准以及控制系統的噪音。

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