设计实验室排气系统需要考虑的问题(下)
发布日期:2024-04-08 来源:软旗科技 分类: 技术文章
释放到大气
即使在风机转速相当低的情况下,混流式叶轮排气系统也可以产生较高的排放速度,因为当空气通过喷嘴将其从屋顶烟囱中排出时,额外的新鲜空气会被带入排气混合物中。这种机制会在排出的废气混合物周围形成保护层,并使周围的空气保持静止以解决二次夹带污染的问题。这些逸出气体的出口速度可以超过6300英尺/分钟(32 米/秒),甚至可以向稳定的侧风向空气中排放超过120英尺(36.5 米)的烟羽。当然,多种因素可以决定系统的有效性,包括建筑结构,周围地形甚至天气条件。
噪音的解决方案
噪声管理也是大多数实验室和地区的重要考虑因素-在某些情况下,要求公司在其性能线上进行噪声研究,以确定设施的各种系统(包括实验室排气系统)的噪声水平。与轴流式和离心式风机系统相比,混流式叶轮排气系统中的直接驱动电动机具有较低的速度和固有的安静设计配置,通常可降低噪声和振动水平。此外,对于必须严格控制噪声的应用,可以设计带有集成式噪声衰减器的混流叶轮系统,而这些噪声衰减器不会增加屋顶排气扇的整体高度。
无管道实验室通风柜
到目前为止,讨论的三个主要的实验室通风柜排气系统均假定使用管道网络从实验室排出受污染的空气。近年来,无管道实验室通风柜已成为通风柜部分的替代品。在无管道设计中,通风柜装有碳床或其他类型的过滤器,以去除和控制污染物。过滤介质必须与实验室中使用的化学物质类型匹配。通用过滤器将吸收一定百分比的大多数化学物质和气体,而某些应用可能需要使用颗粒物过滤器。在某些情况下,过滤器中可能需要浸渍化学物质,以将目标化学物质更改为危害较小的材料。
无管道实验室通风柜除电源线外没有其他外部连接,这使其极为便携,对需要进行不定期重新设计的设施非常有用。电源线连接到监视气流和过滤器状况的电子系统,以确保操作员安全,并在需要时提供视觉和听觉警报。无管道方法不能替代所有管道系统,并且绝对不能在任何化学结果未知的化学实验室中使用(过滤器可能无法工作)。诚然,无管道实验室通风柜为便携性而牺牲了效率,特别是与离心式或混流式叶轮系统相比,它们需要仔细监控碳过滤器的状况,以便一旦过滤器饱和就可以更换。
例如,以80,000 立方英尺/分钟(135921 立方米/小时)移动排气和清洁空气混合物的混流叶轮通常会产生6,300英尺/分钟的出口速度。根据风洞研究,即使以3,000 英尺/分钟的出口速度(ANSI Z9.5标准规定的用于清除实验室通风系统中化学污染物的最小速度),额外的空气也会通过抽吸被夹带到气流中。
皮带驱动的离心风机排气系统和管道网络也可以像混合流叶轮一样混合污染和清洁的空气,当释放到大气中时具有有用的稀释作用。但是,离心风机的方法要求屋顶烟囱高度足够高,有时甚至高达40英尺(12.2米)或更高。对于相同的稀释度和运行效率,混流叶轮系统通常只会在屋顶上方约15英尺(4.6米)高。由于高度较低,混流叶轮排气系统将不需要离心风机排气系统所需的额外稳定硬件。
高高的排气管并不是与离心风机系统相关的唯一结构。通常,离心风机系统还需要屋顶顶层机房,主要是为了保护维修人员。由于离心风机系统依靠皮带驱动马达(与更可靠的混流叶轮直接驱动马达相反),需要定期维护以调整皮带张力或更换皮带轮或失效皮带。顶层机房为维护人员提供了安全,可操作的条件。
在可靠性方面,与典型的离心式和轴流式风机系统的皮带驱动风机相比,基于混合流叶轮的实验室通风柜排气系统相对简单且无需维护。皮带驱动系统中仅皮带会随着时间的流逝而伸展,松弛和断裂,因此需要定期维护和修理,从而缩短了预期的使用寿命。例如,皮带驱动系统中轴承的最小预期寿命(L10)通常为40,000 h,而对于某些混流叶轮系统,直驱电机轴承的预期工作寿命至少为200,000 h。
轴流和离心式风机排气系统也可以在排气烟囱上配备降噪附件,例如排气消音器。但是,这增加了已经很高的烟囱高度,并需要额外的安装硬件以最小化建筑物中引起的振动。即使在较低的电动机速度下,混流叶轮的性能也几乎没有牺牲。它可以在较低的转速下提供比离心风机更大的气流,并提供比轴流风机更大的气压。
与皮带驱动的离心风机和轴流风机相比,直接驱动的混流式叶轮风机是通风柜的节能且经济高效的选择,与皮带驱动的离心风机系统相比,其能效高出约25%。在皮带驱动系统中,轴,皮带轮,枕形块和电动机的排列不正确会剥夺它的动力,并可能带来可靠性问题。同样,即使在较低的风机转速和相应降低的功率要求下,混流式叶轮系统的出口喷嘴也可以设计成具有较高的排出速度。
为了进一步提高能源效率,可能需要指定一个变速驱动系统。使用变速驱动器可降低能源成本,在实验室闲置时以较低的风机转速运行。此外,如果一个风机在多风机排气系统中发生故障,则其余风机会提高速度以进行补偿。这在许多必须强制冗余的生物安全级别(BSL)实验室中至关重要。
此外,还可以通过回收通常通过排气而损失的一些热量来节省能源。混流式叶轮可配备独特的热量回收模块,该模块可从废气流中提取温暖的空气,并将热能传递到建筑物通风系统的进气口,从而显著降低建筑物的供热燃料成本(每增加1ºF的热量) ,相应减少了3%的取暖燃料成本)。