技术导航 ｜ 浅谈实验室新风处理
摘要：本文论述了实验室新风处理的基本方法和注意事项，确保补入室内的新风是洁净、舒适的，对室内环境不会产生影响。
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实验室新风
在分析化验过程中，难以避免的会产生一些有毒有害物质，为了保护科研人员的身心健康，通常在室内设置大量的局部排风设备，如通风柜、集气罩、原子罩、万向罩、通风药品柜等，且当局部排风设备的排风量不能满足实验室相关规范对最小换气次数的要求时，还需增设一些环境排风口进行全室通风，进而造成实验室内的排风量较大。
现代化的实验室，为了创造一个舒适的工作环境，提高科研人员的工作效率，对于设置排风的实验房间，通常按照风平衡、热平衡设计对应的新风系统。
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新风过滤
2.1粉尘过滤
室外空气中含有大量的粉尘，如果仅在新风空调机组内设置一道粗效过滤器，实践证明，粗效过滤器通常1个月就要更换一次。对于我国北方等有风沙的地区，由于地理位置的特殊性，新风中还夹带着大量的沙尘，使得粗效过滤器的更换周期更短，一周需要更换一次。
使用方如果不能及时更换过滤器，会使新风空调机组内换热器盘管表面很快结垢，降低换热效率。同时空气中的粉尘与送风机长期磨损，使得送风机寿命大为缩短。当过滤器阻塞到一定程度时，会形成一道“泥墙”，即使送风机满负荷运转，也无法将新风送入室内，造成实验室内负压过大。
为了延长新风空调机组内的过滤器使用寿命，可现场制作或与建筑专业相配合，在新风空调机组的入口处增设一个截面积较大的新风采风箱或新风采风室，使大量的大颗粒沙尘在此沉降和阻隔，从而延长新风空调机组内的过滤器使用寿命，大大节省后期运行维护费用。
由于粗效过滤器仅能过滤一定范围内的粉尘，对于一些要求较高的实验室，还可在新风空调机组内增设净化级别更高的过滤器，如中效袋式过滤器、驻电极高效净化过滤器等。
2.2盐雾过滤
沿海地区，空气中含有大量的盐分，如果不经过滤处理，直接送入室内，易对新风空调机组内的表冷器、送风机、变频电机和室内仪器设备等造成严重的腐蚀和破坏。
为了降低盐雾的危害，提高设备的使用寿命，通常在新风空调机组内设置一道中高效过滤器，对盐雾进行过滤。
当空气中盐雾成分较多时，考虑到中高效过滤器的使用寿命较短，后期的维护成本较高，也可采用专用的盐雾过滤机组，通过过滤、喷淋等原理对盐雾进行过滤。
2.3化学污染物过滤
当实验室周边空气质量较差时，如空气中存在含硫气体、含氯气体、含氮气体等化学物质或空气中存在刺激性气味时，新风空调机组内除设置常规的粉尘过滤器外，尚需设置专用的活性炭或化学过滤模块对新风进行吸附、化学催化、除臭等处理，从而保证送入室内的空气是高品质的新鲜空气。
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新风温湿度控制
3.1温度控制
对于夏季采用冷冻水进行降温处理的新风空调机组，在送风总管内设置一个温度传感器，实时监测送风温度，当送风温度高于设定值时，通过控制冷水电动水阀执行器调大电动水阀的开度，加大表冷器的水流量来保证送风温度达到设定要求。反之减小表冷器的水流量来保证送风温度达到设定要求。
对于冬季采用热水进行加热处理的新风空调机组，利用送风总管内已有的温度传感器，实时监测送风温度，当送风温度高于设定值时，通过控制热水电动水阀执行器调小电动水阀的开度，减小加热器的水流量来保证送风温度达到设定要求。反之加大加热器的水流量来保证送风温度达到设定要求。
3.2湿度控制
首先查阅相关设计标准，了解项目所处地区冬夏季室外空调计算参数，然后有针对性的进行湿度控制。
当夏季空气中湿度较大时，可采用冷冻除湿+再热的方式进行除湿；当冬季空气中湿度较小时，可选用湿膜加湿、高压微雾加湿、干蒸汽加湿、电极加湿等方式对新风进行加湿处理。
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新风风量控制
由于实验室内存在大量的变风量局部排风设备，如变风量通风柜、变风量中央集气罩等，造成末端风量存在变化的可能。而在设计之初，按照考虑了一定同时使用系数后进行设备选型，即所选设备通常风量较大。当室内通风量需求较小时，就需要新风空调机组降低频率运行。
目前常见的风机转速控制方式有：定静压控制、变静压控制和总风量控制三种基本方法。在实验室通风领域，常用的是定静压控制方法，即在最不利环路的末端定风量压力无关型阀门前后设置一个静压传感器，保持该点静压值在设定值，并以此为基准点进行风机变频调节。当室内排风变风量压力无关型阀门的风量发生变化时，为了保证实验室内始终处于微负压，必然连锁调节对应的送风变风量压力无关型阀门的开度，进而造成新风风道压差发生变化。通过静压传感器检测到的风道压差变化，调节送风机的运行频率满足风道压差恒定。
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5.1除湿目的
南方地区，夏季炎热潮湿，空气中湿度加大，尤其是梅雨季节，如新风不经除湿处理直接送入室内，易造成室内空气相对湿度较大，出现发霉，甚者出现墙壁结露、仪器表面结露等现象，进而破坏室内装饰装修，影响部分仪器设备不能正常工作。
5.2除湿措施
传统的除湿方式为室外高温高湿的新风，先经过表冷器进行降温，通常处理到室内露点温度，将新风中的大量水分除去，然后利用表冷器后端的热水盘管进行二次升温，从而保证送入室内的空气品质不影响室内环境。
鉴于冷冻除湿需要先降温再升温，造成能量的浪费，而且不是每个项目夏季均能够提供再热源，为了在现有的条件下进行湿度控制，当相对湿度控制精度要求不高时，当下也可采用U型三维除湿热管进行除湿再热。室外高温高湿的空气，首先经过U型三维除湿热管的前段进行热交换，对新风进行预冷，同时新风中的热量转移到热管内；然后预冷后的新风经过表冷器进行深度降温后送往U型三维除湿热管的后段进行再热。U型三维除湿热管在对新风进行降温、升温的过程中，利用体内充注制冷剂的相变进行，可实现能量转移零能耗。
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新风空调机组防冻
6.1冻裂原因
对于夏热冬冷、寒冷、严寒地区，冬季室外空气温度较低，可以达到零下几度甚至零下几十度。而实验室新风空调系统冬季加热用的热媒通常为热水，如果操作、运行不当，极易造成加热盘管冻裂。冻裂的原因大致如下：
6.1.1运行过程
1)实验室新风系统常规采用的是全新风变风量空调系统，存在低风量运行工况，造成新风空调机组内盘管的水流速降低，盘管冻裂。
2)组合式空调机组设计时，除热量需求远远大于冷量需求的地区，经常夏季制冷和冬季加热共用一道盘管，因此组合式空调机组生产厂商为了保证盘管性能，均按制冷量进行盘管选型。在冬季运行时，由于热水温差较大，需要的换热面积小，造成盘管内运行的水流速降低。
3)由于系统中排气不畅，造成盘管中混有大量气体，使循环管路流动阻力加大、流速降低。
4)水系统中存在较多的杂质，阻塞盘管，使流体速度降低或静止。
5)冷热盘管独立设计时，冬季冷盘管内水未排或未排净，冷空气流经盘管后，冻裂冷水盘管。
6.1.2停机过程
1)在系统间歇运行时，关闭状态的电动保温阀，在热压和风压的共同作用下，冷空气通过阀门缝隙渗入新风空调机组内，使其内部温度降低，造成盘管冻裂。
2)正常停机时，热水循环系统停止工作，热水在盘管内积存。由于新风口处设置的风阀热传导和室外冷空气的渗入，使盘管内的水因局部温度逐渐降低而冻结，导致盘管冻裂。
3)非正常停机，热水系统因故障原因停机，而新风空调机组的风机仍然工作，大量低温新风经过盘管，盘管内的存水结冰并使其冻裂。
6.2防冻措施
6.2.1设计措施
1)在新风空调机组新风入口处装设开关型保温密闭风阀并与送风机连锁。当送风机启动时，新风入口处电动密闭风阀全开；当送风机停止运转时，新风入口处电动密闭风阀关闭。
2)在每台新风空调机组供回水总管间设置一套变频防冻循环水泵，当室外温度低于5℃时，防冻循环水泵自动投入运行，保证盘管内水流量恒定，维持在设计值以上。该防冻循环水泵采用变频控制，通过设置在水泵进出口的压力传感器来控制水泵流量。
3)在每台新风空调机组的回水总管上设回水温度检测装置，当回水温度低于设定值时报警，连锁关闭新风空调机组。
4)在每台新风空调机组加热盘管后侧装设防冻开关，当盘管加热后的温度低于设定值时，将自动切断送风机电路，停止风机运转，连锁关闭新风入口电动密闭风阀，同时将热水电动调节阀开至最大，并发出报警信号。
5)冬季运行时，为电动热水调节阀设置最小开度，从而保证盘管内一定的水流速。
6)当换热效率允许时，新风空调机组内的加热盘管采用顺流式设计，即使低温空气先与加热盘管内的高温进水侧进行换热，延迟水温降低时间，防止盘管冻裂。
7)结合项目特点，设置乙二醇热回收盘管段、三维热管热回收装置等，对新风进行预热；也可考虑热媒采用乙二醇水溶液。
6.2.2施工措施
1)在每组加热盘管的最高点处设置手动放气阀，最低点处设置泄水阀，用于在系统调试和新风空调机组停机时，完全排空加热盘管内的空气和杂质。
2)进入加热盘管的水系统管路上设置Y型过滤器，并在安装调试后，清洗Y型过滤器，避免杂质进入加热盘管内，增加阻力降低热水流速。
6.2.3保养措施
1)定期检查、清洗水管路上的Y型过滤器。
2)当新风空调机组长时间不工作时，可由维护管理人员在盘管的排气阀位置设置一个三通，之后接入压缩空气进行吹扫，打开盘管最低点的排水口即可将水完全排净，防止盘管冻裂。
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结束语
新风系统设计的好坏，直接影响到室内空气质量、设备维护成本和后期的运行费用，这就要求我们精确计算，不断总结经验教训，采用新技术、新产品、新工艺、新材料，在保证安全的前提下，让新风系统更加节能稳定的运行。
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