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潔凈實(shí)驗(yàn)室與空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的選型
在高等院校和研究院所實(shí)驗(yàn)室中，潔凈實(shí)驗(yàn)室是對(duì)相關(guān)空氣和環(huán)境參數(shù)給予特別設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)室類型。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)室分為兩類，一類為普通實(shí)驗(yàn)室，一類為實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室定義為有特定環(huán)境要求(如恒溫、恒濕、潔凈、無(wú)菌、防振、防輻射、防電磁干擾等)或以精密、大型、特殊實(shí)驗(yàn)裝置為主(如電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等)的實(shí)驗(yàn)室。 這一類實(shí)驗(yàn)室大都需要建設(shè)凈化空調(diào)系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和綜合國(guó)力的提高，凈化實(shí)驗(yàn)室在高校和研究院所實(shí)驗(yàn)室中所占的比例逐年提高。本文僅就潔凈實(shí)驗(yàn)室的功能特點(diǎn)與空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的選擇等相關(guān)問(wèn)題作出討論
01
潔凈實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)
1.1 潔凈實(shí)驗(yàn)室位置和環(huán)境的選擇
潔凈實(shí)驗(yàn)室在位置選擇方面要遵從潔凈等級(jí)的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)選擇大氣含塵濃度較低，自然環(huán)境較好的區(qū)域和地段，要遠(yuǎn)離落葉和空氣異味的場(chǎng)所，（如河邊、食堂周圍、動(dòng)力區(qū)域等），還要盡量避開(kāi)振動(dòng)或噪聲干擾的區(qū)域。選擇實(shí)驗(yàn)室周圍的位置、地形、環(huán)境時(shí)，要與精密設(shè)備、精密儀器、儀表等允許環(huán)境振動(dòng)值進(jìn)行分析權(quán)衡。
1.2 潔凈實(shí)驗(yàn)室墻體圍護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)
潔凈實(shí)驗(yàn)室的污染源一般主要是大氣中含塵、含菌、塵粒和微生物以及實(shí)驗(yàn)人員的發(fā)塵、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的產(chǎn)塵等。因此建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和建筑施工方法對(duì)保持和提高潔凈實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。潔凈實(shí)驗(yàn)室的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)如門窗、墻板、吊頂板、高效過(guò)濾器、電器燈具等方面要充分考慮其保溫、隔熱、防火、防潮、密閉性能好的要求，做到不產(chǎn)塵、無(wú)裂痕、可擦洗、耐潮濕，板縫平齊密封，壓縫條平直縫隙小。地面則力求做到耐磨、耐沖擊、耐火、耐侵蝕性好，不易產(chǎn)生靜電，表面不易附著塵粒。
1.3 潔凈實(shí)驗(yàn)室的整體布局設(shè)計(jì)
潔凈實(shí)驗(yàn)室的平面和空間設(shè)計(jì)，應(yīng)將潔凈實(shí)驗(yàn)區(qū)和人員凈化、設(shè)備材料凈化和其他輔助用房進(jìn)行分區(qū)布置。同時(shí)應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)操作、工藝設(shè)備安裝和維修、氣流組織型式、管線布置以及凈化空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等各種技術(shù)設(shè)施的綜合協(xié)調(diào)效果。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種固定技術(shù)設(shè)施(如送風(fēng)口、照明器、回風(fēng)口、各種管線等)的布置，宜首先考慮凈化空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。
1.4 對(duì)空氣潔凈度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
空氣潔凈度劃分為九個(gè)等級(jí)，如表1-1所示。
潔凈室空氣潔凈度等級(jí)的檢驗(yàn)，驗(yàn)收時(shí)應(yīng)以動(dòng)態(tài)條件下測(cè)試的塵粒數(shù)為依據(jù)。對(duì)于空氣潔凈度為5級(jí)的潔凈室內(nèi)大于等于5微米塵粒的計(jì)算應(yīng)進(jìn)行多次采樣。當(dāng)其多次出現(xiàn)時(shí)，方可認(rèn)為該測(cè)試數(shù)值是可靠的。
確定潔凈實(shí)驗(yàn)室空氣潔凈度等級(jí)時(shí)，首先要滿足實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)施對(duì)空氣潔凈度的要求，然后還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟和實(shí)驗(yàn)程序布局綜合考慮各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的不同凈化等級(jí)要求，從而做到既滿足凈化要求又節(jié)約成本支出。
1.5 潔凈實(shí)驗(yàn)室的空氣凈化調(diào)節(jié)系統(tǒng)
一般情況下,5級(jí)、6級(jí)潔凈區(qū)控制溫度為20℃～24℃,相對(duì)濕度為45%～65%;7級(jí)、大于7級(jí)潔凈區(qū)控制溫度為18℃～28℃,相對(duì)濕度為50%～65%。對(duì)潔凈室溫、濕度無(wú)特殊要求時(shí),溫度應(yīng)控制在18℃～26℃,相對(duì)濕度控制在45%～65%。此外，空氣氣流速度、送風(fēng)量和新風(fēng)量要符合凈化室實(shí)驗(yàn)設(shè)施和人員的要求。因?yàn)閮艋瘜?shí)驗(yàn)室是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立密閉的空間，在保持溫度、濕度、空氣流速流量的同時(shí)，還要采取措施補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓（或負(fù)壓）值所需的新鮮空氣量。隨著潔凈度要求的不斷提高，還需要用到超高效過(guò)濾器, 那么要求空氣處理機(jī)組也至少要配置初效、中效、亞高效過(guò)濾器系統(tǒng), 這樣對(duì)機(jī)組的強(qiáng)度要求更高, 對(duì)空氣處理機(jī)組送風(fēng)機(jī)的壓頭會(huì)更大，而對(duì)于生物潔凈實(shí)驗(yàn)室，含菌量也是主要控制參數(shù)之一，在空氣凈化處理方法上一般應(yīng)增加過(guò)濾器，不僅可以有效的濾去空氣中的塵埃，也可以阻斷細(xì)菌和病毒在空調(diào)系統(tǒng)中傳播和擴(kuò)散，特別是高效過(guò)濾器，對(duì)于大氣中浮游的病毒、細(xì)菌的捕捉效率實(shí)際上能達(dá)到100%，也可采用有效防止過(guò)濾器細(xì)菌滋生的過(guò)濾器。如含抗菌劑INTESEPT的過(guò)濾器、二氧化鈦過(guò)濾器等，過(guò)濾器要定期更換。
02
凈化實(shí)驗(yàn)室對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的要求
為了使?jié)崈魧?shí)驗(yàn)室室內(nèi)保持所需要的溫度、濕度、風(fēng)速、壓力和潔凈度等參數(shù)，方法是向室內(nèi)不斷送入一定量經(jīng)過(guò)處理的空氣，以消除潔凈室內(nèi)外各種熱濕干擾及塵埃污染。為獲得送入潔凈室具有一定狀態(tài)的空氣，就需要一整套設(shè)備對(duì)空氣進(jìn)行處理，并不斷送入室內(nèi)，又不斷從室內(nèi)排出一部分來(lái)，這一整套設(shè)備就構(gòu)成了潔凈空調(diào)系統(tǒng)。
2.1 空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崈魧?shí)驗(yàn)室的凈化等級(jí)參數(shù)進(jìn)行綜合控制
潔凈空調(diào)系統(tǒng)分為集中式與分散式，集中式潔凈空調(diào)系統(tǒng)又稱中央空調(diào)，所有空氣處理設(shè)備（風(fēng)機(jī)、粗、中、高效過(guò)濾器、加熱器、冷卻器、加濕器、除濕器和制冷機(jī)組等）都集中在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)輸送管道將精密控制處理后的空氣分配給空氣末端裝置，送到凈化實(shí)驗(yàn)室里，以不同換氣次數(shù)和氣流形式來(lái)實(shí)現(xiàn)潔凈實(shí)驗(yàn)室不同的潔凈級(jí)別。
這種空調(diào)系統(tǒng)熱源和冷源集中，對(duì)空氣的基本參數(shù)的調(diào)整易于實(shí)現(xiàn)，它處理空氣量大，也便于凈化參數(shù)控制，運(yùn)行可靠，是目前大型集群式凈化實(shí)驗(yàn)室的方式。
分散式潔凈室空調(diào)系統(tǒng)大多局限于局部實(shí)驗(yàn)室需要凈化處理的情況，把單獨(dú)的空調(diào)處理系統(tǒng)安置在凈化實(shí)驗(yàn)室或凈化實(shí)驗(yàn)室的不同區(qū)域，在出風(fēng)口通過(guò)各類過(guò)濾器和凈化裝置如風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元（FFU）對(duì)空氣進(jìn)行凈化處理，每一個(gè)末端處理系統(tǒng)可以單獨(dú)對(duì)空氣參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同凈化實(shí)驗(yàn)室凈化等級(jí)的控制。
2.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)必須使?jié)崈魧?shí)驗(yàn)室維持一定的正壓或負(fù)壓
潔凈實(shí)驗(yàn)室中，機(jī)械儀器設(shè)備潔凈室和一般生物潔凈室都是采用正壓維持, 但對(duì)于使用有毒、有害氣體或使用易燃易爆溶劑以及其他有特殊要求的潔凈實(shí)驗(yàn)室則采用負(fù)壓控制。潔凈實(shí)驗(yàn)室維持一定的正壓是保證潔凈室不受或少受污染、是維持設(shè)計(jì)潔凈度等級(jí)*地條件之一。即便是負(fù)壓潔凈室，它也必須有不低于它潔凈度級(jí)別地相鄰房間或套間維持一定的正壓，負(fù)壓潔凈室的潔凈度才能得以維持。
潔凈室正壓值是指門窗全部關(guān)閉狀態(tài)下，室內(nèi)靜壓大于室外靜壓的數(shù)值。它是通過(guò)凈化系統(tǒng)送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來(lái)達(dá)到。不同等級(jí)的潔凈實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應(yīng)不小于10 Pa.。此外，潔凈實(shí)驗(yàn)室對(duì)于風(fēng)量，風(fēng)速等各項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)要求也都非常嚴(yán)格，因此，空調(diào)系統(tǒng)必須能夠滿足對(duì)其參數(shù)進(jìn)行的控制。
2.3 空調(diào)系統(tǒng)低噪聲低能耗指標(biāo)是提高凈化實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量的重要因素
凈化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的噪聲不僅會(huì)使實(shí)驗(yàn)人員產(chǎn)生煩惱效應(yīng)和困倦現(xiàn)象，還會(huì)對(duì)語(yǔ)言通訊、精密儀器和設(shè)備造成干擾，影響工作效率和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。潔凈實(shí)驗(yàn)室的靜態(tài)噪聲來(lái)源有很多，但主要的來(lái)源還是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和局部?jī)艋O(shè)備運(yùn)行噪聲。靜態(tài)噪聲的大小與潔凈室氣流流型、換氣次數(shù)等因素有關(guān)，但關(guān)鍵在于凈化空調(diào)系統(tǒng)的合理布置及合理的降噪措施。因此低噪聲是凈化實(shí)驗(yàn)室對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的必然要求。
多年以來(lái)，潔凈空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的高能耗是潔凈實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的瓶頸，資料顯示，潔凈實(shí)驗(yàn)室的能耗是一般寫字樓的10倍到30倍，其能耗主要體現(xiàn)在空氣的處理和輸送上，在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的總體思路下，必須采取現(xiàn)實(shí)有效的節(jié)能降耗措施，逐步淘汰高能耗的落后產(chǎn)品，大力發(fā)展和應(yīng)用體現(xiàn)時(shí)代科技水平的新型節(jié)能系統(tǒng)。
2.4 對(duì)空調(diào)通風(fēng)凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有相當(dāng)高的要求
例如生物培養(yǎng)室：是進(jìn)行微生物培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)等的用房。要求的環(huán)境條件相當(dāng)嚴(yán)苛，包括溫濕度、光照、空氣、水分、酸堿度等及滅菌消毒等措施，這就對(duì)空調(diào)通風(fēng)和空氣凈化設(shè)施和整套系統(tǒng)提出了更高的要求。即使是對(duì)于普通凈化實(shí)驗(yàn)室的要求，例如電子、航天航空、光電子等，對(duì)恒溫、恒濕、潔凈、無(wú)菌、防振、防輻射、防電磁干擾等也有別于普通舒適性空調(diào)系統(tǒng)。另外，還有一些飼養(yǎng)生物實(shí)驗(yàn)所需動(dòng)物的房間，雖然從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)不屬于實(shí)驗(yàn)室，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)有著重要的意義，要有良好的殺菌滅毒功能，就凈化和對(duì)空氣環(huán)境的處理方面對(duì)空調(diào)通風(fēng)和潔凈等級(jí)有著許多特殊的指標(biāo)。
03
潔凈實(shí)驗(yàn)室對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的選型
用于潔凈實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有兩類，一類是集中式、一類是分散式。前者適用于集群式、多房間、多要求、多功能的潔凈實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)點(diǎn)是便于管理，遠(yuǎn)離噪聲、降低成本。后者適用于規(guī)模較小的潔凈實(shí)驗(yàn)室或有著單*性要求的實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)點(diǎn)是控制精細(xì)、針對(duì)性強(qiáng)。
3.1 選型原則一定要滿足凈化要求
在選型實(shí)際中，人們往往會(huì)根據(jù)資金、能耗來(lái)選擇空調(diào)的類型，忽略了選型的根本是為了滿足需要，滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)要求。在選型之前，一定要領(lǐng)會(huì)凈化實(shí)驗(yàn)室的用途和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象對(duì)空氣參數(shù)和環(huán)境要求的具體事項(xiàng)，然后有的放矢地提出有針對(duì)性的凈化標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該考慮的內(nèi)容要包括：實(shí)驗(yàn)室的面積、樓層高度、實(shí)驗(yàn)室的總高度和凈化實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)后的高度；希望達(dá)到的溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、靜壓、靜壓差等；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要求的潔凈等級(jí)、噪聲標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)菌要求等等，綜合考慮這些因素后，提出一個(gè)適宜的資金要求，從而確定空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的具體形式和類型。整體建設(shè)潔凈實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程如圖1-1方框圖所示。
3.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的選擇既要量力而行又要酌情而動(dòng)
潔凈實(shí)驗(yàn)室之所以潔凈，是因?yàn)槭紫仁褂锰厥獾墓に囎韪艨諝馀c使用空間的自由交流，然后借助于人工的方式把空氣處理之后輸送到使用空間，當(dāng)然這里既要輸送新風(fēng)也要輸送濁風(fēng)，所謂濁風(fēng)就是把使用空間內(nèi)的空氣輸送給外界經(jīng)過(guò)處理后使之成為潔凈的空氣重新輸送回使用空間。其原理可以用下面的流程圖來(lái)簡(jiǎn)示：空氣氣流→初效空氣處理→空調(diào)→中效空氣處理→風(fēng)機(jī)送風(fēng)→凈化管道→高效送風(fēng)口→潔凈室→帶走塵埃→回風(fēng)夾道→新風(fēng)、初效空氣處理。
用于潔凈實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要由空氣處理設(shè)備、粗高中效過(guò)濾器、空氣輸送設(shè)施和局部?jī)艋O(shè)備組成，這些設(shè)備類型各異、作用不同。
3.2.1空氣處理設(shè)備：空氣處理設(shè)備一般是由空調(diào)器（AHU）、新風(fēng)機(jī)組（MAU）和循環(huán)機(jī)組（RAU）組成的一整套機(jī)組，是空調(diào)凈化系統(tǒng)常用的空氣熱濕交換和空氣凈化處理設(shè)備。適用于具有一定規(guī)模的凈化實(shí)驗(yàn)室，但要求其他過(guò)濾器和凈化裝置的整體配合，投資相對(duì)較高。比較小型的實(shí)驗(yàn)室空氣處理裝備是采用分立式的小型設(shè)備組成，例如把冷暖空調(diào)機(jī)作為冷熱源，對(duì)空氣進(jìn)行溫度濕度的簡(jiǎn)單處理，然后配備風(fēng)機(jī)過(guò)濾器單元（FFU）對(duì)空氣進(jìn)行潔凈處理，是一種比較簡(jiǎn)易的凈化方案。
3.2.2各類空氣過(guò)濾器：按過(guò)濾器對(duì)空氣處理的效率、阻力、容塵量等性能進(jìn)行分類，可將過(guò)濾器劃分為粗效、中效、高效、亞高效、高效和超高效六大類。每種過(guò)濾器對(duì)塵埃微粒的處理能力不一樣，因此它們被應(yīng)用在各種不的功能段上，如果選用正確、使用合理就能使之發(fā)揮作用，否則，就會(huì)適得其反。
3.2.3風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道：送風(fēng)風(fēng)機(jī)一般設(shè)在空調(diào)機(jī)組內(nèi)，要根據(jù)整體管道和空調(diào)通風(fēng)量選擇風(fēng)機(jī)，壓頭較大雖然可以滿足克服系統(tǒng)阻力的要求，但會(huì)增大能耗和噪聲，較好的選擇是考慮變頻風(fēng)機(jī)，這可能會(huì)增大投入但可以使送風(fēng)量依系統(tǒng)阻力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且可以做到節(jié)能降噪。送風(fēng)管道要做好保溫和降噪，必要時(shí)應(yīng)加增消聲裝置。
3.2.4局部?jī)艋O(shè)備：包括風(fēng)淋室、自凈器、潔凈工作臺(tái)和電子滅菌裝置等。風(fēng)淋室是在潔凈實(shí)驗(yàn)室入口處單獨(dú)設(shè)置一個(gè)局部潔凈室，當(dāng)打開(kāi)風(fēng)淋室的門進(jìn)入到風(fēng)淋室后，經(jīng)過(guò)中效和高效過(guò)濾器過(guò)濾的空氣氣流，其速率會(huì)達(dá)到≥25m/s的高速，則進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員和設(shè)備表面附著的塵埃微粒會(huì)被吹落凈化，是潔凈實(shí)驗(yàn)室的*設(shè)施。其他局部?jī)艋O(shè)備要根據(jù)不同的凈化要求和實(shí)驗(yàn)室類型酌情選擇。
結(jié)論
建設(shè)潔凈實(shí)驗(yàn)室的主要目的是為了防止空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等污染物對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的污染，按照慣例，實(shí)驗(yàn)室凈化級(jí)別主要是根據(jù)每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標(biāo)準(zhǔn)的粒子數(shù)量來(lái)規(guī)定。所謂超凈、凈化、潔凈等概念并非100%一塵不染，而是將空氣中符合凈化標(biāo)準(zhǔn)的塵埃顆粒含量控制在一個(gè)非常微量的單位上。潔凈實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)功能是將室內(nèi)溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電影響等因素控制在某一需求范圍內(nèi)，這一范圍之中所有參數(shù)控制的精度，決定了潔凈實(shí)驗(yàn)室的凈化等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)。