室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計

室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代實驗室也有了更高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，有一定的室內(nèi)溫度、房間壓力、空氣清潔、噪聲和排放等要求。實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能有效地排除實驗過程中所產(chǎn)生的有害污染物質(zhì),為研究人員提供一個安全衛(wèi)生的工作環(huán)境;空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能滿足實驗過程對溫度、濕度、風(fēng)速等的要求。目前,常用的實驗室根據(jù)其功能及用途一般可分為以下4種類型:1)生物實驗室:實驗過程中涉及到生物活性物質(zhì)及對這些物質(zhì)的化學(xué)處理,因此在實驗室內(nèi)通常設(shè)置排風(fēng)柜及生物安全柜。2)動物實驗室:為實驗動物藥理學(xué)的觀測及外科修正手術(shù)的科研服務(wù),包括動物房。該類實驗室除了實驗室的基本要求外,還有專門針對實驗動物的規(guī)范和規(guī)定。3)化學(xué)實驗室:為有機化學(xué)及無機化學(xué)合成和分析的科研服務(wù),在實驗室內(nèi)通常設(shè)置排風(fēng)柜。4)物理實驗室:為物理學(xué)的科學(xué)試驗服務(wù),由于實驗室的特殊性,大多數(shù)試驗過程都可能使用到一些對健康有危害性或具有危險性的化學(xué)、生物、放射性材料。本工程中所設(shè)計實驗室為物理實驗室,排放的廢氣中可能含有微量的酸、堿、有機溶劑等,還有高溫?zé)煔狻?空調(diào)冷負(fù)荷及實驗設(shè)備本項目設(shè)計主體為上海市某家居產(chǎn)品測試中心,占地面積1387m2,總建筑面積約5516m2,地上4層,建筑高度為21.60m。其中1～2層為辦公區(qū)域,空調(diào)面積約2425m2,設(shè)計舒適性空調(diào),夏季冷負(fù)荷為624kW,冬季熱負(fù)荷為335kW;3～4層為實驗室區(qū)域,空調(diào)面積約2935m2,設(shè)計工藝性空調(diào),夏季冷負(fù)荷1376kW,冬季熱負(fù)荷為735kW,夏季熱需求量為370kW(用于夏季空調(diào)末端再熱)?？照{(diào)冷熱源采用空氣源熱泵機組,設(shè)備放置在屋頂。空調(diào)冷凍水供/回水溫度為7℃/12℃;空調(diào)熱水供回水溫度為55℃/50℃,夏季熱回收供/回水溫度為45℃/40℃。實驗室設(shè)計全新風(fēng)空調(diào)送風(fēng)、集中排風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)實驗設(shè)備包括排風(fēng)柜和排風(fēng)罩等?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計為單風(fēng)道變風(fēng)量系統(tǒng),末端采用VAV-BOX變風(fēng)量設(shè)備,其是否設(shè)再熱盤管由房間負(fù)荷情況確定。2設(shè)計參數(shù)2.1通風(fēng)計算溫度及平均風(fēng)速夏季:干球溫度34.0℃,濕球溫度28.2℃,通風(fēng)計算溫度32℃,平均風(fēng)速3.2m/s;冬季:空調(diào)計算溫度-4℃,相對濕度75%,通風(fēng)計算溫度3℃,平均風(fēng)速3.1m/s。2.2設(shè)計師的參數(shù)本項目空調(diào)設(shè)計分為實驗室工藝性空調(diào)和常規(guī)舒適性空調(diào),其中舒適性空調(diào)只考慮其冷熱負(fù)荷,工藝性空調(diào)房間參數(shù)要求如表1所示。3圍護結(jié)構(gòu)的性能要求實驗室空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷通常來自以下3部分:1)實驗室內(nèi)部的負(fù)荷。即實驗人員及實驗過程所散發(fā)的顯熱和潛熱,實驗設(shè)備及照明所散發(fā)的熱量。2)實驗室圍護結(jié)構(gòu)的負(fù)荷。實驗室對室內(nèi)溫度、相對濕度以及相對靜壓等均有一定的要求,因此對圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能、保溫性能、隔汽性能、氣密性等有相應(yīng)的要求。3)新風(fēng)負(fù)荷。實驗室排風(fēng)設(shè)備多,并且主要的實驗室采用直流式全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),新風(fēng)負(fù)荷在整個系統(tǒng)負(fù)荷中占據(jù)很大的份額。本建筑夏季冷負(fù)荷為2000kW,冬季熱負(fù)荷為1070kW,夏季熱需求量為370kW(用于夏季空調(diào)末端再熱)。冷、熱媒分別為7℃/12℃的冷凍水和55℃/50℃的熱水,均由空氣源熱泵機組提供。本項目3臺200Rt的空氣源熱泵機組供選用,其中2臺為普通空氣源熱泵機組,單臺制冷量為717kW,單臺制熱量為738kW;其中1臺為四管制能量提升機:夏季制冷量為908kW,熱回收量為370kW。4空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計4.1柜面風(fēng)速設(shè)計通風(fēng)柜對實驗室環(huán)境,尤其對在通風(fēng)柜前操作有毒有害物質(zhì)的科研人員起到直接的保護作用。目前常用的通風(fēng)柜有以下4種:①標(biāo)準(zhǔn)型:通風(fēng)柜的面風(fēng)速是隨操作門的啟閉而變化的,排風(fēng)量幾乎是恒定的。②旁通型:通風(fēng)柜的面風(fēng)速和風(fēng)量幾乎是恒定的,在操作門的上方或下方設(shè)置進風(fēng)百葉,通風(fēng)柜的操作門只能垂直移動,通過操作門的開啟大小來修正進風(fēng)百葉的進風(fēng)量。③變風(fēng)量型:通風(fēng)柜的面風(fēng)速是恒定的。要求設(shè)備排風(fēng)系統(tǒng)為排風(fēng)量隨操作門不同開啟度而變化的變風(fēng)量系統(tǒng)。④補風(fēng)型:通風(fēng)柜上部設(shè)有進風(fēng)靜壓箱,通過靜壓箱向柜內(nèi)補充部分經(jīng)空調(diào)處理或未經(jīng)處理的室外新風(fēng)。本項目實驗室設(shè)備采用的是變風(fēng)量型通風(fēng)柜和定風(fēng)量排風(fēng)罩。柜面風(fēng)速是通風(fēng)柜設(shè)計中的一項重要參數(shù),工程設(shè)計中通風(fēng)柜柜面風(fēng)速的取值在0.6～0.3m/s范圍內(nèi),一般情況下面風(fēng)速取值為0.5m/s。因此室內(nèi)干擾氣流的風(fēng)速必須控制在0.25m/s以下,否則將對通風(fēng)柜柜面風(fēng)速產(chǎn)生影響。工程設(shè)計中如果考慮不周或者室內(nèi)送風(fēng)口位置安裝不恰當(dāng)都會削弱通風(fēng)柜的作用。在工程設(shè)計中除應(yīng)使通風(fēng)拒處于合適的位置外,還應(yīng)正確選擇空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)送風(fēng)方式,盡可能地限制室內(nèi)氣流的速度,以確保在最大送風(fēng)量時,不會因氣流干擾而造成有害氣體在室內(nèi)擴散。本項目通風(fēng)柜柜面風(fēng)速取值為0.5m/s,根據(jù)通風(fēng)柜尺寸設(shè)計風(fēng)量有3種:810m3/h,1080m3/h和1440m3/h;定風(fēng)量排風(fēng)罩根據(jù)試驗要求分為4種:150m3/h,180m3/h,400m3/h和700m3/h。通風(fēng)柜的變風(fēng)量運行由設(shè)置在其排風(fēng)管上變風(fēng)量閥門(VAV)實現(xiàn);排風(fēng)罩的定風(fēng)量運行由設(shè)置在其排風(fēng)管上定風(fēng)量閥門(CAV)實現(xiàn)。4.2空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)c的設(shè)計空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)分為全室排風(fēng)系統(tǒng)和局部排風(fēng)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)劃分的原則:全室排風(fēng)系統(tǒng)的主要劃分依據(jù)為建筑平面布局,其次為房間空調(diào)參數(shù)要求精度;局部排風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)廢氣的性質(zhì)劃分為無機廢氣、有機廢氣、高溫?zé)煔?類系統(tǒng)?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的送、排風(fēng)量的確定取決于5個因素:①實驗通風(fēng)設(shè)備的排風(fēng)量(局部排風(fēng)量,排風(fēng)柜A;排風(fēng)罩B);②保證室內(nèi)溫度及濕度要求所需的空調(diào)送風(fēng)量(消除余熱風(fēng)量F);③保證室內(nèi)衛(wèi)生條件的最小通風(fēng)量(負(fù)壓控制風(fēng)量C);④保證室內(nèi)新鮮空氣量(人員新風(fēng)量D);⑤房間換氣次數(shù)要求風(fēng)量(E)。局部排風(fēng)系統(tǒng)保證實驗設(shè)備的排風(fēng)要求,全室排風(fēng)系統(tǒng)保證房間的溫度、濕度參數(shù)以及衛(wèi)生條件。空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量關(guān)系如表2所示。根據(jù)表2中風(fēng)量的計算,房間風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計情況可分為3種情況:1)無實驗設(shè)備排風(fēng)的房間:設(shè)計全室排風(fēng)系統(tǒng),平衡消除房間余熱送風(fēng)量。2)A+B<F的房間:除設(shè)計局部排風(fēng)外,同時設(shè)全室排風(fēng)系統(tǒng),平衡消除房間余熱送風(fēng)量。局部、全室排風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置變風(fēng)量裝置,通過直接數(shù)字控制器(DDC)與送風(fēng)管上的末端變風(fēng)量裝置聯(lián)鎖,實現(xiàn)房間的溫度、濕度、壓力的自動控制。3)A+B≥F的房間:空調(diào)送風(fēng)末端采用帶再熱盤管的VAV-BOX,同時設(shè)計局部、全室排風(fēng)系統(tǒng)。實驗設(shè)備運行時,空調(diào)送風(fēng)末端再熱盤管開啟,平衡房間的空調(diào)負(fù)荷。停止實驗時,全室排風(fēng)系統(tǒng)平衡房間空調(diào)送風(fēng)量,滿足房間基本空調(diào)參數(shù)要求。局部、全室排風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置變風(fēng)量裝置,通過直接數(shù)字控制器(DDC)與送風(fēng)管上的末端變風(fēng)量裝置、再熱盤管回水管上的電動水閥聯(lián)鎖,實現(xiàn)房間的溫度、濕度、壓力的自動控制。空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計為變風(fēng)量系統(tǒng),將每個排風(fēng)設(shè)備和壓力無關(guān)型風(fēng)量調(diào)節(jié)器(即定風(fēng)量或變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥及風(fēng)量檢測器)組合在一起。此系統(tǒng)具備2個優(yōu)點:①對系統(tǒng)擴容適應(yīng)性強,無須重新調(diào)整系統(tǒng)平衡,方便業(yè)主臨時增加一些實驗通風(fēng)設(shè)備;②可以實現(xiàn)實驗排風(fēng)設(shè)備的變風(fēng)量控制。空調(diào)送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制原理如圖1所示。4.3資源初始過濾器和風(fēng)機空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)、排風(fēng)應(yīng)根據(jù)其工藝及室內(nèi)安全、衛(wèi)生和環(huán)保的要求確定過濾或特殊處理的方式。ASHARE手冊關(guān)于這方面的內(nèi)容:對于進風(fēng)空氣的處理,常規(guī)化學(xué)實驗室和物理實驗室通常使用過濾效率為85%的空氣過濾器,生物實驗室和生物醫(yī)學(xué)實驗室通常需要過濾效率為85%～95%的空氣過濾器,高效空氣過濾器作為末端過濾器,用于對空氣中的污染特別敏感的材料研究實驗室及動物實驗室。對于排風(fēng)的處理,除稀釋外,還可能采用過濾、洗滌、吸附等其他處理措施。在設(shè)計排風(fēng)系統(tǒng)時,為了避免排出的有害物質(zhì)通過空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)口或者實驗室的門窗進入室內(nèi),排風(fēng)口的布置必須注意3點:①排風(fēng)口與新風(fēng)口應(yīng)有效隔離,即排風(fēng)口與新風(fēng)口的布置必須滿足排出的有害氣體能夠經(jīng)過周圍空氣稀釋而不被新風(fēng)口吸入。②排風(fēng)口必須對周圍建筑物的紊流區(qū)保持足夠的高度。據(jù)調(diào)查,如果排風(fēng)口靠近屋面,周圍空氣對排出空氣的稀釋效果就差,造成屋面上的有害氣體的濃度較高。美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求排風(fēng)口的高度最小不低于屋面3m。③可利用增加排風(fēng)口氣流的速度來增加排風(fēng)的有效高度,可以降低排風(fēng)口的實際高度,使排風(fēng)口易于隱蔽。本工程中實驗室排放的廢氣中可能含有微量的酸、堿、有機溶劑等,還有高溫?zé)煔?。根?jù)相關(guān)規(guī)范,高排即可滿足要求。本項目采用實驗室專用風(fēng)機,風(fēng)機出風(fēng)口高于屋面3m以上。當(dāng)系統(tǒng)排風(fēng)量減小時,風(fēng)機入口的旁通閥開大,保證風(fēng)機出口風(fēng)速不小于15m/s。4.4對美好電阻的控制實驗室的噪聲控制是相當(dāng)重要的,因此在設(shè)計中對風(fēng)管中的空氣流速、送風(fēng)口的出風(fēng)速度、排風(fēng)口的排風(fēng)速度均應(yīng)有一定的控制,并且提出空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的噪聲指標(biāo),必要時應(yīng)采取消聲措施。5校園內(nèi)部供熱系統(tǒng)本建筑冷、熱媒均由安置在屋頂?shù)目諝庠礋岜脵C組提供,共選用3臺200Rt的空氣源熱泵機組,其中2臺為普通空氣源熱泵機組,單臺制冷量為717kW,單臺制熱量為738kW;其中1臺為四管制能量提升機夏季制冷量為908kW,熱回收量為370kW。本系統(tǒng)設(shè)4臺冷凍(熱)水泵,其中1臺備用;設(shè)2臺熱回收水泵,1用1備。本項目水系統(tǒng)采用立管同程、同樓層異程的方式,每層支管設(shè)自動平衡閥,保證系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)房間負(fù)荷情況,確定末端VAV-BOX變風(fēng)量設(shè)備是否設(shè)再熱盤管。夏季采用四管制能量提升機提供45℃/40℃熱水滿足末端再熱和空調(diào)機組再熱需求。再熱熱媒與空調(diào)冷、熱水在冬、夏季的轉(zhuǎn)換,通過手動切換閥門實現(xiàn)。6設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的自動控制涉及到室內(nèi)溫度、相對濕度的穩(wěn)定性,對室內(nèi)工作人員起保護作用的設(shè)備的監(jiān)測,對室外環(huán)境起保護作用的空氣處理設(shè)施的監(jiān)測和系統(tǒng)的節(jié)能。本項目通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的自動控制主要有以下2個方面:6.1實驗室內(nèi)部設(shè)備的節(jié)能由設(shè)在空調(diào)器送風(fēng)管上的露點溫度敏感元件控制空調(diào)器表冷器回水管道上的電動二通閥,以保證空調(diào)器出風(fēng)的露點溫度;由設(shè)在空調(diào)器送風(fēng)管上的溫度敏感元件控制空調(diào)器表冷器、加熱器回水管道上的電動二通閥,以保證空調(diào)器出風(fēng)干球溫度;由設(shè)在房間內(nèi)的溫度敏感元件控制變風(fēng)量末端設(shè)備及其再熱盤管回水管上的電動二通閥,以保證房間溫度參數(shù)。各個實驗室對濕度要求不同,冬季加濕要求較高的實驗室的空調(diào)送風(fēng)支管上設(shè)置電加濕器,既保證房間濕度要求又達(dá)到節(jié)能的目的。冬季,全新風(fēng)機組由設(shè)于空調(diào)器內(nèi)的溫度敏感元件控制預(yù)熱器回水管的電動二通閥,以保證預(yù)熱盤管后的溫度不小于5℃,達(dá)到機組防凍的目的。6.2壓力無關(guān)型定風(fēng)力閥壓力控制有3種方式:直接壓力控制、流量跟蹤控制、串聯(lián)控制。直接壓力控制通過檢測室內(nèi)與周圍的壓差變動,調(diào)節(jié)室內(nèi)的送風(fēng)量以保持設(shè)定的壓差。流量跟蹤控制通過檢測室內(nèi)送風(fēng)與排風(fēng)量,控制室內(nèi)的送風(fēng)量以保持設(shè)定的壓差。串聯(lián)控制通過檢測室內(nèi)與周圍的壓差,重新設(shè)定流量軌跡差異校正點。本項目采用流量跟蹤控制,同時可人工檢測室內(nèi)壓力情況。根據(jù)通風(fēng)柜門開度控制其變風(fēng)量閥門開度;通過壓差測點,計算送風(fēng)管和通風(fēng)柜排風(fēng)管的風(fēng)量,控制其變風(fēng)量閥門的開度,以保證房間負(fù)壓要求。隨著定風(fēng)量閥、變風(fēng)量閥等壓力無關(guān)型技術(shù)的發(fā)展以及風(fēng)機變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用,空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制已完全可以滿足允許偏差的要求,壓力無關(guān)型定風(fēng)量(CAV)控制及變風(fēng)量(VAV)控制均已得到成功的應(yīng)用。本項目采用變風(fēng)量(VAV)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),通過排風(fēng)量的