隨著我國對教育和科研項目的重視和加大投入，一批高校、科研院所的教學實驗樓紛紛建成并投入使用，在這些實驗樓特別是化學和生物類實驗樓的設計中，為了給師生和科研人員提供一個健康、舒適和節能的環境，通風空調的設計顯得尤為重要。關于教學科研類實驗室的設計，目前只能參照我國1993開始執行的建筑行業規范《科學實驗建筑設計規范》。此規范中對于實驗室通風空調設計的一些重要指標，比如換氣次數、噪聲指標等均未作出明確規定。本文將主要針對化學類實驗室，分析和討論通風空調設計中所涉及到的一些問題。

1相關問題分析

1.1通風系統型式的選擇

    實驗樓通風空調系統有圖1中的幾種類型，采用哪種類型，應根據業主的要求、項目所在地的氣象條件、實驗樓的檔次和使用情況、投資預算等因素決定。對于一般中學或大學的教學類化學實驗樓，如果業主對溫度指標沒有具體要求，可只設置通風系統，不需設置空調系統；對于科研類的實驗樓，由于科研人員可能長時間在實驗室中工作，應采用通風+空調系統。當實驗室設有空調系統時，其通風系統應該做成變風量系統，有利于節能。關于變風量空調系統在實驗室通風系統的應用，可參見文獻[1]中的論述。

    通風系統是采用自然進風還是機械送風，文獻[2]中指出，對于工作時間連續使用排風系統的實驗室應設置送風系統，間歇使用且排風換氣次數大于2次/h的應設置有組織的自然進風。對于工作時間是否連續使用，這在實際工程中很難判定，學校規模和實驗課程設置的不同使得排風系統可能在一年中的某一段時間內工作時間連續使用，其余時間可能是間歇運行。

    即使是科研類型的實驗室，排風系統的使用也沒有一定的規律性[1]。設置機械送風系統會增加工程造價，并且有時當實驗室內設有幾套排風系統時，根本沒有建筑空間來設置機械送風系統。筆者建議，規范中應該采用一年中排風系統連續使用時間占整個工作時間的百分數的大小來決定是否設機械送風系統。

    化學實驗室內一般都設有通風柜，用來做一些危害性比較大的實驗（包括散發有害的有機和無機氣體的實驗[3]），所以敞開的實驗臺上是否還要設局部排風系統，應根據具體情況而定，對于經常做大量（比如同時上課的學生較多，通風柜的數量滿足不了學生同時進行實驗）散發危害性氣體實驗的實驗臺，可以設置局部排風系統，如果是偶爾做危害性較大的實驗，那么可以在通風柜中操作這些實驗，這樣就可省去實驗臺上的局部排風系統。若實驗臺上未設置局部排風系統，則實驗室應該設置全面排風系統或者吊扇進行通風換氣，二者沒必要同時設置。

    局部排風系統有兩種類型，第一種是上排風，既在實驗臺上設置局部排風罩（如圖2所示）；第二種是下排風，即排風管從下一層吊頂穿過樓板，接實驗臺上的“萬向”排風罩（如圖3所示）。上排風系統的排風罩要覆蓋整個實驗臺面，下排風系統中的小排風罩只需覆蓋實驗臺上做實驗處的小局部空間，所以上排風系統的風量要大于下排風系統的風量，而且如果在下排風系統上接排風罩處的支管上設置調節閥，則可根據實驗臺上此處是否需要做實驗決定是否開啟此處的排風罩，這樣可以做成變風量系統，以節能。從這一點上講，筆者認為下排風系統要優于上排風系統。

    另外，如果排除潮濕氣體時，上排風系統的排風罩的裙邊內應設置檐溝[4]；對于下排風系統，則應考慮在系統的最低處設置排液管，或在風管的最低處設排液口，以便定期清理。

    總之，對于實驗室的通風空調系統究竟應該采用什么型式，應該根據具體情況作技術經濟比較，進行合理設計，在滿足使用功能的前提下最大程度的實現節能運行。

1.2換氣次數指標的確定

    對于化學實驗室換氣次數的取值，眾說紛紜，目前還沒有一個統一的標準。文獻[4]中指出，學校的化學實驗室的排風換氣次數為3次/h。也有文獻指出，化學實驗室換氣要求每小時大于10次，物理實驗室每小時大于10次，實驗室無人時換氣可減少為6次。由文獻[5]可知，美國的實驗室通風設計標準中也沒有制定具體的實驗室通風換氣次數指標，因為他們認為這樣一個指標不適合作為污染物控制指標。

    某實驗樓的設計中采用了如表1中所示的換氣次數指標，此指標是經過一些專家的調查研究得出的結論。但在實際工程中，輕度、中度和重度的標準很難分別，即使是咨詢甲方的化學老師也很難講得清楚。

    化學實驗室內一般都設有通風柜，用來做一些危害性比較大的實驗（包括散發有害的有機和無機氣體的實驗[3]），所以敞開的實驗臺上是否還要設局部排風系統，應根據具體情況而定，對于經常做大量（比如同時上課的學生較多，通風柜的數量滿足不了學生同時進行實驗）散發危害性氣體實驗的實驗臺，可以設置局部排風系統，如果是偶爾做危害性較大的實驗，那么可以在通風柜中操作這些實驗，這樣就可省去實驗臺上的局部排風系統。若實驗臺上未設置局部排風系統，則實驗室應該設置全面排風系統或者吊扇進行通風換氣，二者沒必要同時設置。

    局部排風系統有兩種類型，第一種是上排風，既在實驗臺上設置局部排風罩（如圖2所示）；第二種是下排風，即排風管從下一層吊頂穿過樓板，接實驗臺上的“萬向”排風罩（如圖3所示）。上排風系統的排風罩要覆蓋整個實驗臺面，下排風系統中的小排風罩只需覆蓋實驗臺上做實驗處的小局部空間，所以上排風系統的風量要大于下排風系統的風量，而且如果在下排風系統上接排風罩處的支管上設置調節閥，則可根據實驗臺上此處是否需要做實驗決定是否開啟此處的排風罩，這樣可以做成變風量系統，以節能。從這一點上講，筆者認為下排風系統要優于上排風系統。

    另外，如果排除潮濕氣體時，上排風系統的排風罩的裙邊內應設置檐溝[4]；對于下排風系統，則應考慮在系統的最低處設置排液管，或在風管的最低處設排液口，以便定期清理。

    總之，對于實驗室的通風空調系統究竟應該采用什么型式，應該根據具體情況作技術經濟比較，進行合理設計，在滿足使用功能的前提下最大程度的實現節能運行。

    對于化學實驗室的通風換氣次數指標，筆者認為還是應該制定相應的標準，否則在實際工程設計中很難進行操作。另外，通風換氣次數的定義在規范中也應該明確，嚴格地講應該是排風換氣次數，在計算時是否應該包括所有的排風系統（包括全面排風、通風柜排風和局部排風）在內，這是值得商榷的問題。文獻[6]中指出，當某一實驗室有很多通風柜時，如果按通風柜全開的情況計算，房間的通風換氣次數會很大，甚至達到了75次/h。如果按通風柜的排風換氣次數計算，可能已經達到了指標，不需要另設別的排風系統，但是通風柜一般都是沿墻擺放，這種通風方式的氣流組織可能達不到全室換氣的要求，會出現“通風死角”，造成室內氣味不能完全排除。所以目前換氣次數本身的計算也是一個很模糊的概念，需要出臺規范確定其計算方法，針對不同類型的化學實驗室，比如中學和大學，教學和科研，企業和學校，應根據具體情況，經過實際調查研究制定出通風換氣次數的指標范圍。

1.3系統劃分原則

    關于實驗室通風系統的劃分原則，規范[2]中第6.3.2條指出，每個排風裝置宜設獨立的排風系統，同一個實驗室內的所有排風裝置宜合用一個排風系統。關于此條的系統劃分原則，有以下幾點疑義：

1）同一個實驗室內的幾個排風裝置（比如通風柜、排風罩、全面通風風口）能否合用一個排風系統？通風柜一般排除的是毒性比較大的氣體，若與其他系統合用，可能會發生“串氣”，所以通風柜的排風應該設獨立的系統。

2）不同的實驗室間的同類型的排風系統能否合用？比如不同的房間的通風柜排風系統，如果都單獨設置排風豎井，可能占用的建筑空間會很多，如果合用，不同的房間所排除的氣體種類可能不同，是否會產生化學物理反應，造成危險。因此，哪些實驗室的排風系統可以合用，需要進一步的鑒定。在實際工程中，如果每個房間都是單獨的系統，確實會造成建筑空間的浪費，有時甚至根本就無法設置。

    化學實驗樓的通風系統一般都比較多，風管尺寸比較大、風機數量比較多，設置起來比較困難，所以在不會發生腐蝕、爆炸等危險的情況下，應該盡量合用系統。不同的房間合用系統，可采用變頻風機，即可節省投資，又可實現節能運行。

1.4補風是否需要處理

    文獻[2]指出，設置有機械送風的補風系統，對于采暖地區，冬季應進行加熱處理[2]。但是對于夏熱冬冷地區，當冬季氣溫較低時，不經處理的大量室外空氣的引入，可能會造成室溫較低，對于此種情況，應進行熱量平衡計算，如果室溫過低，則應進行適當的加熱處理。

    對于采用自然進風的系統，補風就無法進行直接處理。如果室內設有采暖或空調系統，則在進行設計時，應考慮平衡排風所帶走的能量，空調和采暖系統容量可適當放大。但是如果室內沒有設置采暖或空調系統，則在室外氣溫極端低的情況下，不能夠保證室溫。

1.5排風凈化問題

    當排風系統排出的有害物濃度超過有關標準規范規定的排放標準時，應采取凈化措施[2]。對于生產型企業的尾氣排放是否超標容易鑒定，但是對于學校的實驗室的排風污染物濃度是否超標，則需經過實際調查測試才能確定，目前筆者還沒有查到相關的數據。對于一般的學校，化學實驗室的排風可能在某一段時間會超標，此種情況可以通過保證一定的排放高度和排放速度（文獻[1]中提出15m/s的排放速度）來使得排出的空氣能夠迅速地擴散，從而可以不對排風進行凈化處理，以節省成本。對于科研用的一些化學實驗室，使用頻率可能較高，排風的危害程度也較大，這類型的排風系統應該設置凈化處理裝置。1.6噪聲問題

    對于教學實驗室的噪聲問題，也是應該引起重視的，如果室內噪聲過大會影響正常的教學。文獻[7]中指出，學校一般教室的室內允許噪聲為≤50dB（A）。同濟大學的王季卿教授等人通過大量的調研及心理學實驗測試，確定學校教室內允許噪聲在50~55dB（A）之間[9]。對于化學實驗室，

一般排風量比較大，限于建筑空間，風管內風速可能會取得較大，但一般不應大于8m/s，否則氣流喘流噪聲會較高。

    文獻[8]指出，氣流喘流噪聲的頻率為中高頻，噪聲源主要分布在貼近管壁表面附近區域內，噪聲強度大致按氣流速度6次方的規律變化[9]。另外，實驗室內一般沒有吊頂，通風管道也沒有保溫，使得噪聲的衰減量較小，而且風速過大，消聲器會失去作用，使得實驗室內噪聲超標，不能夠正常使用。

    因此，在設計中要合理選擇風管流速，主管流速不應大于8m/s，并且要準確計算風管阻力，否則風機壓頭選擇過大會導致風管內實際流速偏高，產生“呼嘯”噪聲。

1.7通風系統材料選擇

    化學實驗室的排風具有一定的腐蝕性，所以通風系統各部件采用的材料應具有防腐性，或進行防腐蝕處理。

    風管材料一般應該選用防腐材料制作，比如無機玻璃鋼、硬聚氯乙烯等。

    風機的防腐可選用玻璃鋼風機，或是普通材料的風機內噴涂環氧樹脂。目前的玻璃鋼風機一般都是離心式風機，柜式、混流和軸流式風機還不能采用玻璃鋼制作。但是離心風機一般占用空間較大，其噪聲也不如柜式風機噪聲低，因此，可以根據不同實驗室排出的氣體的腐蝕程度，確定選用什么風機形式。一般可以采用以下原則：

1）通風柜排風系統：其排風機一般應選擇玻璃鋼離心風機。

2）其他排風系統：排出腐蝕性較強氣體的風機，一般應選擇玻璃鋼離心風機；    排出腐蝕性較弱氣體的風機，或雖然腐蝕性較強但使用時間較短的風機，可以采用噴涂環氧樹脂的柜式離心風機，這樣其占用的建筑空間和運行噪聲都可得到一定的控制。另外，消聲器、閥門、風管支吊架等附件都應該作防腐蝕處理。

1.8防火閥設置

    對于實驗臺的下排風系統，從下一層吊頂內穿樓板上來的排風支立管會非常多，那么這些支立管上是否都要設置防火閥呢？多層建筑的實驗樓可參見《建筑設計防火規范》，其中第9.3.10條規定：送、回風總管穿過機房的隔墻和樓板處應設置防火閥。此處只講送回風總管上需要設置，那么是否意味著這些支立管上可以不設呢？這一點需要規范進一步明確。

    如果是高層實驗樓，可參見《高層民用建筑設計防火規范》，此規范中未明確指出是總管還是支管，可以理解為所有穿越樓板的風管上都需要設置防火閥，這樣防火閥的數量會很多，增加了成本。筆者認為，在實際工程設計中，可在與垂直立管連接的水平總管上設置防火閥，每個支立管采用耐火極限1小時以上的防火風管制作，可以省去大量的防火閥，節約成本。

2結論

    通過對化學實驗室通風空調設計中所涉及到的通風空調系統型式、換氣次數指標、系統劃分原則、補風處理、排風凈化、噪聲、材料選擇和防火閥的設置等問題的分析可以看出，我國需要盡快出臺相關的設計規范，明確實驗室設計中的相關參數和指標，以便在實際項目設計中能夠具體操作。