化学实验楼的通风设计方式

　　在本工程设计时，笔者曾于1997年底、1998年夏季先后两次随同华中师范大学主管领导、化学系教师赴北京、天津、南京、广州及武汉地区对教育部近二十所高等院校的化学楼、物理楼、化工楼及一些国家级实验楼作了实地调查研究。这些实验楼大部分是在上世纪70代末，八十年代及九十年代初兴建的，且个别是上世纪四十年代兴建的老式建筑。通过实地调查发现这些实验楼不同程度存在以下问题：

　　建筑外观陈旧、破损；建筑外墙上随处安装吊挂风机，设备噪声大；室内设备老化，管线杂乱。
　　通风效果差。室内、走道各种气味大、刺鼻。通风管道破损漏风明显，老化严重。
　　实验室“三废”处理不当，不符合环保要求。
　　因此，了解发现这些实验楼通风存在的问题，对于如何做好今后的实验楼通风设计工作是很有价值的。

2、工程概况

　　华中师范大学邵逸夫化学楼为一幢教学与化学分析实验的综合性建筑。它是由香港邵逸夫先生赞助，国家教育部拨款，学校自筹资金而兴建的。其建筑位于校内桂子山上，建筑占地1780m2，总建筑面积12167m2。教学校部分八层，为Ⅰ区，主要功能为教学用房，由学术报告厅、会议室、书库及办公等组成。实验楼部分为七层，局部五层。七层部分为Ⅱ区，层高3.9m，五层部分为Ⅲ区，层高3.9m。Ⅱ及Ⅲ区屋面局部设有通风机廊，其高度为2.7m。工程于1998年12月设计，2001年1月竣工。

　　Ⅱ区一层为教学法实验室，化工实验室及科研室；二层为无机天平室、无机科研及实验室；三层为物化实验及科研室；四层为分析实验室；五层为有机实验及科研室；六～七层为合成研究室及教学工作室。Ⅱ区共设通风柜134台。

　　Ⅲ区一层为无机药品库、无机玻璃加工、仪器房；二层为无机科研及紫外光谱室；三层为物化科研室、电教技术室及电化系统室；四层为发射光谱、原子吸收光谱、光度、萤光、气相色谱室；五层为有机科研及红外光谱室。Ⅲ区共设通风柜37台。

　　根据校方设计要求：通风柜采用机械排风方式，Ⅱ区无机实验室及五层有机实验室的实验台采用局部排风方式；其它不产生有害气体的实验室按一般机械排风设计，换气次数按1～2次/h计算。要求做到室内、走道无异味。重点考虑“三废”的排放。

3、实验室有害气体的种类及散发量

　　在化学实验过程中，经常会产生各种难嗅的、有腐蚀的、有毒及易爆的气体。这些有害气体如不及时排至室外，不仅造成室内空气污染，影响实验人员的健康与安全，而且会影响设备的精度和使用年限。

　　因此，了解实验室产生的有害气体种类及散发量对通风工程设计是十分重要的。化学楼实验室有害气体按照化学特性基本上可分为无机及有机两大类。

　　无机类有害气体主要有：SO2、SO3、H2S、NO、NO2、NH3、CL2、HCL、HF1、SiF4、CO及臭氧、*********等。

　　有机类有害气体主要有：甲烷、乙烷、乙炔、苯、甲醛、甲醇、甲酸等。

　　由于校方无法提供实验室实验过程中产生有害气体散发量的详细数据，所以在设计时，只能做定性分析，无法进行定量分析，要进行定量分析只有通过实验实测取得数据。但从定性上讲，化学实验室产生有害气体的散发量相对工厂企业工艺过程中产生有害气体的散发量要小得多。

4、通风系统设计

　　4.1 操作口吸风速度取值（见表） 　　4.2 排风系统主要设计原则
　　4.2.1 无机实验室、有机实验室及农药所合成实验室排风系统分开设置。
　　4.2.2 对于混合后可能引起燃烧、爆炸、结聚凝块或形成毒性更强的有害物时，分设排风系统。
　　4.2.3 对于有害气体、蒸汽或粉尘的发散源分开设置局部排风装置。
　　4.2.4 含有剧毒物质或难闻气味物质的局部排风系统所排出的气体，应排至建筑物动力阴影区和正压区以上。
　　4.2.5 局部排风系统排出的气体在排入大气之前，应根据所含有害物的毒性及浓度确定是否需要进行净化处理。
　　4.3 通风柜排风系统设计
　　4.3.1 通风柜的布置
　　本工程Ⅱ区设有通风柜134台、Ⅲ区设有通风柜37台。其外型尺寸均为1600×750×1700（长×宽×高），操作口尺寸均为350×600×2（长×高×数量）。
为防止从窗外进入的室外气流的干扰，本工程通风柜均布置在房间靠近走道的内墙角。
　　4.3.2 通风柜排风量计算
　　其排风量按下公式计算：

L=3600FVβ m3/h

L=3600×0.35×0.6×2×0.7×1.1

=1164m3/h

　　4.4 通风柜排风系统设计
　　从使用方便及排风效果角度考虑，*好是一台通风柜为一个排风系统。但由于本工程通风柜数量多，且同时有实验室其它排风系统，若一台通风柜设一个排风系统，那么垂直风管的数量及风机廊风机台数众多，难以布置。因此本工程经综合考虑，反复推敲，一般2～3台通风柜设计为一个排风系统，但原则上不超过4个。

4.4 实验室实验台局部排风系统设计
　　4.4.1 侧吸罩排风量计算
　　根据设计要求，Ⅱ区二层无机及五层有机实验室内的实验台要求设置局部排风系统。
　　每间实验室设有三组长4.0m、宽1.4m、高0.8m的实验台。
　　本工程设计在每组实验台面上设有6个（一边3个）侧吸罩，其尺寸为：口部Φ200，法兰边150mm，接管Φ150，要求侧吸罩口距实验台面水平距离0.4m处产生0.25m/s的吸气速度。
　　根据吸流流谱及Dalla-Valle实验公式，侧吸罩
　　风量为：

L=0.75·（5x2+F）·Ux·3600 m3/h

L=0.75·（5·0.42+

为使实验人员在台面更为方便地进行实验操作，本工程设计特将侧吸罩设计成一个可360°旋转的套筒式侧吸罩。详实验台剖面。
　　4.4.2 排风系统风管布置
　　设计时，为尽量减少实验室空中布置的管线，减少各种管线干扰实验人员的视线，使室内布置整洁、光线明亮，对通风管道、上、下水管、实验室用各种气体管道作了精心统一的安排。实验台下方除支墩外，其余均为空心，侧面设置柜门。各种管线均设置在台面下方，支管线垂直出台面。侧吸罩支风管与台面下方主风管交接处接一手动蝶阀，可方便地通过开启台面下方侧面柜门进行风量及平衡调节。同时在侧吸罩支风管在台面上的法兰处设一钢丝网以防止异物进入实验台下方的主风管，从而影响通风系统的正常运行。

通风管道采用垂直敷设方式接至顶层风机廊风机。
 

实验台剖面图

　　4.5 无有害气体产生的实验室、废液间及卫生间排风系统设计
　　无有害气体产生的实验室按1～2次/h，废液间及卫生间按10次/h计算排风量。风机设置于风机廊，风管采用垂直敷设方式。
　　4.6 排风系统的补风系统及气流组织设计
　　调查研究表明，其实验楼通风效果差、房间及走道异味严重除通风设备陈旧，风管老化破损漏风外，主要是没有对排风系统进行有组织的补风及进行合理的气流组织设计。
　　本工程设计在Ⅱ区一～七层，Ⅲ区二～五层每层设置一台低噪声离心风机箱送风作为实验室排风系统的补风用，不足部分从外窗进行补风。送风风管布置在每层内走道，风管上均匀布置若干个Φ360园形散流器。所有实验室至走道的门上设置2个250×500单层固定百叶。首先送风机将室外新鲜空气通风管、散流器送至走道，使走道保持正压；然后通过门上百叶进入房间，*后通过通风柜及侧吸罩、风管、排风机排至室外。实验室由于排风系统的运行，始终保持负压。这样，有害气体就不易进入走道，从而保证走道无异味。 
　　Ⅱ区一～七层每层设置1台560～630Pa，8500～19000m3/h 2.2～5KW双速离心风机箱1台。实验室部分使用时开低速，全部使用时开高速。
　　Ⅲ区二～五层每层高置1台580Pa，9000m3/h，2.2KW离心风机箱1台。
　　由于武汉地区寒冷时间较短，寒假时实验楼基本上不使用，且实验室冬季没有设置采暖系统，所以为节约能源，设计时没有对补风进行加热处理。
　　4.7 屋面通风机廊设计及通风管道布置特点
　　由于建筑立面美观的需要（不允许风机外挂），便于通风设备操作与管理及对气体的净化及噪声处理，本工程设计在Ⅱ、Ⅲ区屋面设有通风机廊。本着节约土建造价的原则，风机廓层高控制在2.7米。风机廓两边大梁上翻，有利于设备、管道的布置及操作、维修。所有排风机设置于通风机廊。
　　排风机的通风管道采用垂直敷设方式，在实验室走道内墙侧设置通风管井。

风机廊布置平面

　　本工程共设排风系统91个，补风系统10个。
　　由于通风机廓排风机台数很多，通风管线复杂，风机廓层高较低，经过仔细研究，设计时，通风管道采用了“电路板”式布置方案，避免了排风系统间风管交叉打架，给设备管理、操作、维修带来方便。

5、通风系统的控制及防火设计

　　5.1 在各排风系统通风柜处或室内均设有风机的启/停开关，同一排风系统只要有1台通风柜或实验室工作，排风机均能运行。

　　5.2 在排风管水平支风管与垂直风管交接处及送风管跨越防火分区两侧均设有70℃防火调节阀。

6、通风系统的消声与减振设计

　　在风机底部设有ZTB型减振器，风机进出口采用耐腐软接头连接。

在排风机入口均设置消声弯头，送风机出口设置1台复合阻抗消声器，风机廊室内墙体设置吸声材料，使其噪声符合规范要求。

7、通风柜、通风机及风管材质的选择

　　7.1 由于化学实验过程中产生的有害气体具有强烈的腐蚀作用，所以设计时，离心风机采用玻璃钢风机，通风管道采用了园形机械缠绕式有机玻璃钢风管。

　　7.2 通风柜的选择

　　因建设资金短缺，校方决定Ⅱ区五～七层通风柜外购陈品通风柜，其质量好。其它通风柜为校加工厂加工制作，其骨架采用经过腐处理的木框，其余采用3mm厚玻璃。

8、有害气体的净化处理及排放方式

　　扩初设计时，笔者曾就有害气体的净化处理向校方提出了一套完整的方案。由于其净化处理设备需近1百万资金，校方考虑到实验室气体排放浓度较低，经与环保部门协商后没有实施有害气体净化处理方案。

　　为使有害气体排放浓度尽可能降低、施工图设计时采取了补救措施。在通风机廊顶部设计一高500mm静压箱。所有风机的排风先进入静压箱后再通过伞形风帽排至大气，从而使比空心重的有害气体、混合后产生的水蒸汽沉集在静压箱内，从而达到减小排放有害气体浓度的目的。

　　静压箱内内贴δ=3mm厚有机玻璃钢板，并设5‰坡度及多根排污管排至废液间，静压箱采用人工方式定期对沉集的废气进行处理。

9、工程小结　　本工程于2001年1月竣工，并于2001年上半年正式投入使用，已使用了2年多的时间。笔者曾多次对工程进行了回访。从使用的情况看，通风效果理想，走道、室内无异味，达到了设计要求及校方的使用要求。本工程获2003年国家教育部优秀工程二等奖。

10、结论

　　化学实验楼应高度重视其选址对周围环境的影响，并重点研究“三废”的排放方式，合理采用通风方式,使其符合环保要求