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一、實(shí)驗(yàn)建筑空調(diào)系統(tǒng)的分類(lèi)與特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)建筑有別于普通建筑，不同的實(shí)驗(yàn)室對(duì)溫度、濕度、壓強(qiáng)、潔凈度等參數(shù)有不同的要求，而且不同實(shí)驗(yàn)室之間的氣流不能交叉污染，實(shí)驗(yàn)區(qū)的氣流不能流向辦公區(qū)等，因此，實(shí)驗(yàn)建筑空調(diào)系統(tǒng)的要求比普通建筑的要求復(fù)雜得多，按布置方式不同可分為分散型空調(diào)系統(tǒng)、集中型空調(diào)系統(tǒng)及局部集中型空調(diào)系統(tǒng)。

1.分散型空調(diào)系統(tǒng)

分散型空調(diào)系統(tǒng)是指各實(shí)驗(yàn)室分別采用獨(dú)立的空調(diào)機(jī)，常見(jiàn)的空調(diào)機(jī)包括天花式空調(diào)、壁掛式空調(diào)、柜式空調(diào)、窗式空調(diào)。天花式空調(diào)由于不占使用空間、噪音低，綜合性能優(yōu)越，常被使用于實(shí)驗(yàn)室;窗式空調(diào)由于噪聲相對(duì)大，不推薦使用;壁掛式空調(diào)和柜式空調(diào)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室面積的大小可應(yīng)用于普通實(shí)驗(yàn)室。

分散型空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是安裝容易、使用靈活、管理方便、實(shí)驗(yàn)室之間相互干擾少、維修簡(jiǎn)單、能單獨(dú)控制、節(jié)約能源。缺點(diǎn)是沒(méi)有新風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)室外主機(jī)很多，室外主機(jī)與室內(nèi)機(jī)的距離不能太遠(yuǎn)，需要考慮室外機(jī)的安放地點(diǎn)與美觀因素。適用于實(shí)驗(yàn)室之間沒(méi)有特別壓差或潔凈度要求的普通實(shí)驗(yàn)室，常見(jiàn)于投資少、規(guī)模小的建設(shè)項(xiàng)目。

2.集中型空調(diào)系統(tǒng)

集中型空調(diào)系統(tǒng)是指實(shí)驗(yàn)建筑采用整體空調(diào)系統(tǒng)，開(kāi)機(jī)時(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)樓的空調(diào)“一開(kāi)全開(kāi)”。由于實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)一般同時(shí)存在辦公區(qū)及實(shí)驗(yàn)區(qū)，而實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)有不同的實(shí)驗(yàn)室，會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，例如：對(duì)于各類(lèi)不同步使用的實(shí)驗(yàn)室，采用集中型空調(diào)能源浪費(fèi)較大;難以滿(mǎn)足各類(lèi)型實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同溫度、濕度的要求;對(duì)于潔凈度要求不同的實(shí)驗(yàn)室，因集中型空調(diào)系統(tǒng)處理的風(fēng)量較大，會(huì)造成過(guò)高的投資;不能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)樓中儀器室和其他實(shí)驗(yàn)室的不同要求;不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)區(qū)與辦公區(qū)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的不同需求。集中型空調(diào)系統(tǒng)采用統(tǒng)一制冷機(jī)組，管道統(tǒng)一布置，溫度、濕度、換氣設(shè)計(jì)容易滿(mǎn)足人體舒 適度的要求，適用于大樓內(nèi)的大型辦公區(qū)，但不推薦用于實(shí)驗(yàn)區(qū)與辦公區(qū)同時(shí)使用的綜合區(qū)域。

3.局部集中型空調(diào)系統(tǒng)

局部集中型空調(diào)系統(tǒng)是指采用多個(gè)空調(diào)機(jī)組，對(duì)實(shí)驗(yàn)建筑內(nèi)空氣環(huán)境有不同要求的區(qū)域分開(kāi)控制，同時(shí)采用變頻控制系統(tǒng)，根據(jù)使用區(qū)域的變化而改變能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。局部集中型空調(diào)系統(tǒng)綜合了分散型空調(diào)系統(tǒng)和集中型空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)建筑。

二、普通實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)系統(tǒng)

普通實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)系統(tǒng)是指對(duì)潔凈度沒(méi)有特殊要求的實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)，一般按舒 適性空調(diào)設(shè)計(jì)即可，夏季的適宜溫度應(yīng)是18~28℃，冬季16~20℃，濕度好在40%(冬季)～70%(夏季)之間，為了保證實(shí)驗(yàn)室的氣流不對(duì)周?chē)墓矃^(qū)產(chǎn)生污染，一般相對(duì)公共區(qū)保持微負(fù)壓。有些儀器室要求保持恒溫恒濕，以利于儀器的保養(yǎng)。對(duì)于棱鏡光譜儀等儀器設(shè)備，對(duì)溫度和濕度的要求更高，由于棱鏡的折射率因溫度而異，溫度波動(dòng)大時(shí)，可顯著影響波長(zhǎng)的測(cè)定精度，所以棱鏡光譜儀對(duì)環(huán)境條件要求很?chē)?yán)格，一般要求光譜室溫度為20±5℃，相對(duì)濕度65%±5%。

對(duì)于排毒柜較多的理化實(shí)驗(yàn)室，為了達(dá)到節(jié)能的目的，除了通風(fēng)系統(tǒng)采用VAV控制系統(tǒng)外，還需要合理設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)新風(fēng)系統(tǒng)，避免實(shí)驗(yàn)室內(nèi)過(guò)多空氣被抽走而出現(xiàn)負(fù)壓，當(dāng)室內(nèi)外的溫差較大時(shí)，還需要對(duì)補(bǔ)入空氣進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)冷。

三、潔凈實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)

系統(tǒng)潔凈實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)全密閉環(huán)境，通過(guò)空調(diào)送、回風(fēng)系統(tǒng)的初、中、過(guò)濾器，使室內(nèi)環(huán)境的空氣不斷地循環(huán)過(guò)濾，以保證空氣懸浮粒子濃度受控到一定的濃度，潔凈實(shí)驗(yàn)室需控制的主要參數(shù)有塵埃粒子數(shù)、菌落數(shù)、換氣次數(shù)、壓差、溫度、濕度、光照度、噪音。

潔凈室的空氣中懸浮粒子潔凈度等級(jí)表

空氣潔凈度等級(jí)(N) 大于或等于表中粒徑的大濃度值(pc/m3) 

0.1μm 0.2μm 0.3μm 0.5μm 1μm 5μm 

1 10 2         

2 100 24 10 4     

3 1000 237 102 35 8   

4 10000 2370 1020 352 83   

5 100000 23700 10200 3520 832 29 

6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 

7       352000 83200 2930 

8       3520000 832000 29300 

9       35200000 8320000 293000 

常見(jiàn)的潔凈實(shí)驗(yàn)室有細(xì)胞培養(yǎng)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室、植物實(shí)驗(yàn)室等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要，對(duì)環(huán)境的潔凈度、溫度、濕度及空調(diào)的工作時(shí)間有不同的要求。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。對(duì)于動(dòng)物飼養(yǎng)室、培養(yǎng)室等不間斷工作的房間，需要配備獨(dú)立的空調(diào)機(jī)組及備用電源。

四、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮因素

實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室研究要求。除對(duì)溫度、濕度需嚴(yán)格控制外，需要足夠的通風(fēng)量處理煙塵、異味、空氣中污物，滿(mǎn)足排風(fēng)設(shè)備通風(fēng)以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)熱負(fù)荷要求。空調(diào)系統(tǒng)充分考慮系統(tǒng)的可靠性并考慮富余量。不同性質(zhì)區(qū)域需保證不同的相對(duì)壓力，并要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)考慮節(jié)能。實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了常規(guī)空調(diào)需要考慮的因素外，還需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)，綜合分析各種因素后，選擇合適的空調(diào)系統(tǒng)。

1、實(shí)驗(yàn)室的氣流組織

實(shí)驗(yàn)室保持一定的溫度梯度和氣流狀況。通常情況下，實(shí)驗(yàn)室相對(duì)于走廊以及非實(shí)驗(yàn)室區(qū)保持負(fù)壓，氣流從低危區(qū)流向高危區(qū)，整棟建筑相對(duì)于外界保證正壓以防止有害的未經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理的氣體滲入。

走廊的送風(fēng)需考慮到對(duì)實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)風(fēng)以及整棟建筑的正壓要求。在建筑平面布局合理的前提下，充分考慮送風(fēng)口、回風(fēng)口以及排風(fēng)口的位置，送回排風(fēng)量的匹配，建立房間之間合理的壓力梯度，保證空氣有序流動(dòng)，防止交叉污染。在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中不僅要考慮氣流的流向，還要考慮流量、不同潔凈等級(jí)或不同功能房間的壓差，通常為5~10Pa，生物安 全實(shí)驗(yàn)室相鄰不同功能房間壓差通常為1O~15Pa，要充分考慮人流、物流的路線，大限度地減少室內(nèi)的回流和渦流，避免污染物擴(kuò)散到室內(nèi)，危害人員和環(huán)境的安 全。特別要注意排毒柜對(duì)室內(nèi)氣流組織的影響，在實(shí)驗(yàn)室排毒柜、生物安 全柜附近的區(qū)域應(yīng)盡量避免紊流的出現(xiàn)，紊流在罩邊的影響遠(yuǎn)比在罩前的影響大。

2.實(shí)驗(yàn)室氣流的壓力控制

實(shí)驗(yàn)室氣流的壓力控制主要有直接壓差控制法和余風(fēng)量控制法。

(1)直接壓差控制法。

直接壓差控制法即通過(guò)壓差傳感器測(cè)量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差，與設(shè)定的壓差比較后，控制器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)送風(fēng)量(或排風(fēng)量)進(jìn)行控制，從而達(dá)到要求的壓差。此種壓力控制法為反饋控制，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，控制精度低。

(2)余風(fēng)量控制法。

實(shí)驗(yàn)室的送風(fēng)量與排風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差(稱(chēng)為余風(fēng)量)，必然會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓差。當(dāng)室內(nèi)總送風(fēng)量大于室內(nèi)回風(fēng)、排風(fēng)總量時(shí)，空氣通過(guò)余壓閥和房間縫隙排出，與相鄰區(qū)域建立起正壓，避免環(huán)境中的污染物進(jìn)入室內(nèi)，如要求潔凈度較高的場(chǎng)所。

當(dāng)房間總送風(fēng)量小于回風(fēng)、排風(fēng)總量時(shí)，空氣通過(guò)相鄰房間或由室外進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)呈負(fù)壓，此類(lèi)負(fù)壓系統(tǒng)是為了保證環(huán)境的安 全，保證未經(jīng)處理的污染物不會(huì)流向室外，如生物安 全實(shí)驗(yàn)室、負(fù)壓動(dòng)物房等。余風(fēng)量控制法的優(yōu)點(diǎn)是壓差控制準(zhǔn)確、系統(tǒng)波動(dòng)小、平衡迅速。系統(tǒng)在不受外擾的條件下屬于前饋控制，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，控制精度高，多數(shù)潔凈室采用此種壓力控制方法。

對(duì)于要求壓力控制精度高且需要壓力穩(wěn)定的場(chǎng)所(如生物安 全實(shí)驗(yàn)室)，多以余風(fēng)量控制法為基本控制方法，同時(shí)加入壓力傳感器和控制器對(duì)余風(fēng)量進(jìn)行設(shè)定。以產(chǎn)生壓差的余風(fēng)量確定送、排風(fēng)量，同時(shí)對(duì)佘風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)余風(fēng)量偏離設(shè)定值達(dá)到一定程度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，此時(shí)需要對(duì)測(cè)量裝置或可能產(chǎn)生漏風(fēng)的設(shè)備(如風(fēng)管系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu))進(jìn)行處理。余風(fēng)量控制與壓力控制相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制，確保壓力系統(tǒng)壓差的準(zhǔn)確。

3、實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)備的數(shù)量及其排風(fēng)量是實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的重要因素，常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)備包括排毒柜、萬(wàn)向排煙罩、原子吸收罩、桌面通風(fēng)罩、生物安 全柜、抽風(fēng)式試劑柜、通風(fēng)的動(dòng)物籠、手套箱等。

4、冷熱負(fù)荷的因素

實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮實(shí)驗(yàn)室的潛在熱源與冷源，以便計(jì)算出科學(xué)準(zhǔn)確的冷量及采用變頻空調(diào)，達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的冷熱負(fù)荷包括人員顯熱、動(dòng)物顯熱、實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)、燈光、冷房、暖房等。