中小學實驗室通風設計分析
0 引言
教學樓實驗室是中小學校實驗活動的主要場所，應滿足教學實驗的功能要求，向學生提供開放的自主探究的實驗室環境，并保證學生安全及身心健康。合理的實驗室通風系統設計能夠為學生提供一個安全良好的教學實驗環境，本文將著重分析探討實驗室內通風系統的形式及特點。
1 通風系統的劃分
中小學校實驗室主要可以分為物理、化學、生物實驗室及其附屬用房，根據實驗室使用功能的不同, 污染物散發的位置和濃度不同，應采用不同的通風方式。實驗室主要通風方式包括自然通風、全面排風和局部排風，補風以自然補風為主，在不利情況下考慮機械補風。
當實驗室內有害物質散發的濃度較低或有害物質散發的位置較分散時, 應考慮自然通風或全面排風方式。而為避免實驗時有害氣體污染源在室內的擴散和傳播, 采用局部排風被證明是非常有效的一種通風方式。一般在實驗室內部, 局部排風系統包括通風柜局部排風和排氣罩局部排風。
根據《山東省高級中學實驗室建設與配備標準》，實驗室主要通風方式參見表1。
表1 實驗室主要通風方式
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自然通風
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全面排風
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局部排風
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物理實驗室
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物理探究實驗室
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物理儀器室
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物理準備室
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化學實驗室
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化學探究實驗室
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化學儀器室
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化學準備實驗室
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化學藥品室
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生物實驗室
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生物探究實驗室
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生物儀器室
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生物準備實驗室
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2 通風系統的設計
2.1 自然通風
實驗室應盡可能采取各種有組織的自然通風措施，換氣次數應不低于3次/h，并使室內二氧化碳濃度低于1.5‰。
2.2 全面排風
若已知有害物的排放濃度, 稀釋室內有害物所需的換氣量按公式(1)計算，式中：
L=M/( Cy- Cj) (1)
L——全面通風換氣量, m3/h;
M——室內有害物散發量, mg/h;
Cy——室內空氣中有害物質的最高見許濃度, mg/m3。
Cj——進入空氣中有害物質的濃度,mg/m3。
然而學校往往無法提供實驗室實驗過程中產生有害氣體散發量的詳細數據，所以對全面排風量的計算, 通常按房間的換氣次數確定。對于教室、物理、生物實驗室，《中小學校建筑設計規范》中規定：教室、物理、生物實驗室等房間換氣次數不應低于3次/h，應采取各種有組織的自然通風措施，使室內二氧化碳濃度低于1.5%。:在對實驗環境要求不高的寒冷地區，可采用在教室外墻和過道開小氣窗或室內做通風道的換氣方式。小氣窗設在外墻時，其面積不應小于房間面積的1/60；小氣窗開向過道時，其開啟面積應大于設在外墻上的小氣窗面積的二倍；當在教室內設通風道時，其換氣口可設在天棚或內墻上部，并安裝可開關的活門。對于化學實驗室，《中小學校建筑設計規范》中規定：實驗室內的排風扇應設在外墻靠地面處，如圖1所示。風扇的中心距地面不宜小于300mm 。風扇洞口靠室外的一面應設擋風措施；室內一面應設防護罩。
圖1 排氣扇平面布置圖
2.3 局部排風
通常化學實驗會伴隨產生有害氣體，因此化學實驗室換氣次數要高于普通實驗室，約10~20次/h。對環境品質要求較高的一類化學實驗室，普遍采用通風柜局部排風和排風罩局部排風（即桌面抽排風系統）。
2.3.1 通風柜局部排風
通風柜局部排風系統設計時，應確保通風柜內部由排風機排出的有害氣體不反向流進室內。排風方式主要根據通風柜內產生的有害氣體的密度及有無發熱源來確定。當通風柜內產生的有害氣體密度比空氣小, 或當通風柜內有發熱體時, 應采取上部排風,這也是常用的一種排風方式；當通風柜內沒有發熱體, 且產生的有害氣體密度比空氣大( 如汞蒸氣) , 應采取下部排風; 當通風柜內既有發熱體, 同時又產生密度大小不等的有害氣體時, 應采取上下聯合排風。圖2為通風柜布置實景圖。
(1) 通風柜排風量按公式(2) 計算:
L=3600*A *V*β (2)
式中:
L——通風罩局部排風量，m3/h；
A——操作口實際的開啟面積，m2；
V——操作口實際吸入風速，m/s，通常按0.4～0.7m/s 選取；
(2)通風柜局部排風的設置區域：
1）二個以上化學實驗室的其中一間；
2）化學準備室；
3）化學藥品室；
(3) 通風柜排風系統設計：
1臺通風柜與1臺排風機用單一管道連接是最佳的方式，排風機盡可能安裝在排氣口附近( 如屋頂上) , 保證通風柜與排風機之間的管道處于負壓狀態；通風柜的排風口應設置可關閉的閥門或止回閥。若受實際條件限制，也可多臺通風柜設一個排風系統，但不宜多于4臺。圖3為通風柜排風系統圖。
圖2 通風柜布置實景圖 圖3 通風柜排風系統圖
2.3.2 排風罩局部排風
排風罩局部排風一般應用于化學實驗室，針對化學實驗過程中會產生不同程度的有害氣體，且瞬間濃度高的現象，現大多數化學實驗室特別是有機化學實驗室都采用桌面排風罩式排風系統，系統應按實驗室單獨設置，不應與其它實驗室排風系統劃分在同一系統中；為保證風機經濟運行，風機變頻控制；由于實驗室的排風量較大, 應保證合理的補風措施。
(1)排風罩時，其排風量可按公式(3) 計算:
L=3600*P*(H2- H1) *VX (3)
式中:
L——排風罩局部排風量,m3/h;
P——排風罩敞開面的周長, m;
H2——罩口下沿高度,m;
H1——實驗臺面的高度,m;
VX——吸入速度,m/s,通常按0.25～0.35m/s選取。
(2) 排風罩（桌面抽排風系統）的設置區域：
1）至少一間的化學實驗室；
2）至少一間的化學探究實驗室；
(3) 排風罩排風系統設計：
桌面抽排風系統應盡量減少實驗室頂部的管線布置，使室內布置整潔，對通風管道、給排水管道、實驗室用各種電氣管線作精心統一的設計安排。各種管線均設置在臺面下方，支管線垂直出臺面。側吸排風罩支風管與臺面下方主風管交接處接一手動蝶閥，可通過開啟臺面下方柜門進行風量平衡調節。并且須在側吸罩支風管在臺面上的法蘭處設一鋼絲網以防止異物進入實驗臺下方的主風管，避免影響通風系統的正常運行。圖4為桌面抽排風系統平面布置圖，圖5為實驗臺剖面圖，圖6為桌面抽排風系統圖。
圖4 桌面抽排風系統平面布置圖 圖5 實驗臺剖面圖
圖6 桌面抽排風系統圖
3.其他注意事項
1.由于實驗室通風系統排除的氣體具有酸堿腐蝕性, 因此通風設備及附件必須具有耐酸堿腐蝕功能(如風機可采用玻璃鋼風機, 風管可采用防腐無機玻璃鋼風管等)。
2.采用建筑風井時, 其內表面不僅應密實, 還要隨砌、隨抹平、隨刷防腐材料。
3.有害氣體在排入大氣前應進行凈化處理, 達到國家環保排放標準。
4.在滿足實驗室通風設計要求的前提下, 應與建筑密切配合, 合理布置建筑風井以及風管出墻的位置等。
5.含有劇毒物質或難聞氣味物質的局部排風系統所排出的氣體，應排至建筑物動力陰影區和正壓區以上。
6.風機在滿足性能參數的前提下,應選擇噪聲低的。風機應安裝在樓頂或頂層風機房內, 風機安裝時底部設減震支座, 進出口設消聲器, 采用耐腐蝕阻燃軟接頭連接。
4.結論
教學樓實驗室的通風設計首先應確保實驗室內部的通風系統能將實驗過程中產生的有害氣體有效的排出，系統設計應根據實驗室使用功能的不同, 污染物散發的位置和濃度不同，合理的采用不同的通風方式；并且要注意降低系統噪聲、提高系統的穩定性、便于控制管理、保證較低的系統投入和能源消耗
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湘公網安備43011102000873號
