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如何确定适当的实验室通风率？（上）
发布日期：2024-04-09 来源：软旗科技 分类： 技术文章
工程师必须知道每小时所需的换气量，具体取决于建筑类型。无论是在教育机构还是医院设计实验室，了解通风率都是关键。
几年前我在哈佛大学参加了为期一周的实验室研讨会。当我们接近研讨会中涉及通风率的部分时，我非常期待地坐在座位上。我终于得到了关于每小时空气变化（ACH）辩论的最终答案。我相信是来自麻省理工学院（MIT）的先生站在讲台上，并向研讨会参与者询问设计实验室时ACH的正确值。经过几个答案，范围从4到18 ACH，麻省理工学院的先生感谢大家的答案，并告诉他们，他们都错了。我坐在座位的边缘，等着听到正确的答案。他接着说，正确的答案是，我引用他的原话，“看情况而定。”我从椅子上掉了下来。
我当时没有意识到这一点，但那位先生的说法是正确的。在花费数年设计包括教育实验室，医院实验室，研发（R＆D）实验室和制药公司的实验室后，通风率取决于特定项目类型的使用，设施标准和法规执行。
相关规范和标准
•2014 FGI Guidelines for the Design and Construction of Hospitals and Outpatient Facilities（包括ANSI / ASHRAE / ASHE170）
•NFPAStandard45
•ANSI Z9.5
•OSHA
•ASHRAEStandard90.1
•California Mechanical Code（这是本地法规的一个例子）
2014年FGI医院和门诊设施设计和建设指南（包括ANSI / ASHRAE / ASHE标准170）
ACH范围：4到10（USP 797需要30）
该标准与ANSI / ASHRAE / ASHE标准170相结合，开发了一个综合通风台。实验室ACH率可参见表7.1中的数据。表一显示了该表的通风部分的总结。
NFPA 45：实验室消防标准
ACH范围：没有给出范围
本标准提供了一般声明，即“实验室通风系统的设计应确保火灾危险和风险最小化”。这意味着你需要咨询项目中的化学顾问，了解正确的储存和稀释率。含有化学物质的空间和通风柜应在正常操作条件下连续通风。在实现这一目标的同时，排气和供水系统还必须设计成能够防止在系统发生故障或火灾或紧急情况下因压差而无法开门。实验室通风系统的设计是为了确保来自实验室的化学烟雾，蒸汽或气体不会再循环。
设计应确保实验室工作区域的空气压力相对实验室空间的走廊和非实验室区域是负压的，除了正压洁净室。门打开，通风柜拉门位置改变，以及其他短期临时活动会影响静压。另一个例外是在具有正压系统的指定电气分类危险区域，如NFPA 496所描述：电气设备的洁净和加压外罩之标准（Purged and Pressurized Enclosures for Electrical Equipment）。
ANSI Z9.5
ACH范围：“每小时换气次数不是设计污染物控制系统的基本概念。”然而，它建议对于逸散性排放和气味的换气次数为4-10次。
该标准是最全面的，在任何实验室设计中都应遵循。本标准未规定ACH效率。它只是说明具体的房间通风率应由业主或其指定人确定或商定。所有污染物都应在源头控制。该标准的以下部分与我前面提到的麻省理工学院的先生完全一致。它指出无法确定符合所有条件的空气交换率：“每小时换气次数不是设计污染物控制系统的基本概念。”事实上，它进一步准确地说明：“过多的气流会导致非常低能效的设计。”
然而，该标准确实需要稀释通风来控制实验室中逸散性排放物和气味的累积。但是，通风柜中捕获烟雾是源排气通风的主要方法。根据加热，冷却和舒适性需求以及暴露控制设备的数量和尺寸，典型的稀释通风率可以在4到10 ACH的范围内。该标准建议考虑使用可变风量（VAV）通风柜以节省通风能量。这是一个节省能源的好地方，因为通风柜排出的空气需要用经过调节的空气替换。经调节的空气需要更大的空气处理单元，冷却器和锅炉。能源部（DOE）发布的数据显示，单个通风柜使用的能量与3.5个家庭一样多，这确实有助于减少与通风柜相关的任何通风。
但是，如果使用VAV通风柜，建议它们配备紧急控制装置，即使在拉门关闭的情况下，如果发生溢出，也可以实现全流量排风。在设计通风系统时，必须考虑安全和能源使用和通风柜的面风速。通风柜制造商必须证明通风柜已通过ANSI / ASHRAE标准110测试：以所选面风速测试实验室通风柜性能方法的测试。
面风速的典型范围是0.4 m/s到0.4 m/s。绝不建议在0.3 m/s以下运行。
低流量“节能通风柜”的面速度为0.3至0.4 m/s，但这些类型的通风柜必须具有出色的密封特性，并且在打开的窗户，门口和人员交通流量方面的条件下运行，因为这些将会产生不利影响。影响通风柜内化学品的遏制。
达到一定面风速的气流必须能够将蒸汽浓度保持在可燃性下限（LFL）或爆炸下限（LEL）的10％至25％之间。这通常由化学顾问计算。实验室中的空气压力通常是负的，除非试图保护空间，例如洁净室，在这种情况下空间压力将是正的。设计建筑围护结构以减少维持正确加压所需的转移空气量非常重要。该标准还认识到，由于有效的大泄漏面积，在敞开的门上保持差压是不切实际的。通常使用具有警报延迟的门开关来避免与门开口相关错误的警报。
节省能源和资金成本的方法是不固定通风系统的大小以适应通风柜的全部流量。可以使用多样性因子来预测一次使用的通风柜的实际数量。在应用多样性因素时，设计师必须考虑广泛的主题，包括但不限于：扩展考虑因素，每个实验室的最小和最大通风率，通风柜和研究人员的数量，拉门管理（用户的拉门习惯），并使用可变风量通风柜的模式。
用户同意多样性因素并了解实验室的局限性至关重要。如果使用多样性因素，并非所有通风柜都可以同时使用。必须安装气流报警系统，以便在系统运行超出多样性允许的能力时警告用户。该标准还要求在实验室中存在某种类型和数量的化学品或压缩气体时设计紧急通风系统，以保证紧急通风。这将由团队中的化学顾问确定，并允许在泄漏期间提高空间中的换气率ACH。
在紧急模式或着火模式的情况下，如果不考虑房间加压，则不能进行简单地关闭空间供应并保持排气流的典型方案。通风系统不得产生大的压差，而妨碍用户打开门离开该区域。一般而言，标准规定回风不得用于有危险化学品或生物危害的实验室。作为一种节能策略，应评估能量回收系统，以减少调节大量外部空气进气所需的能量。
最终，为实验室选择的通风率取决于最大的热舒适气流，污染物控制装置未捕获的污染物的稀释和置换，以及补充空气以解释污染物控制装置的操作，例如实验室通风柜，空间加压，或最小化占用通风。在确定通风率之前必须考虑这些因素。