高校實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行學(xué)生培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開(kāi)展科研課題的重要場(chǎng)所。隨著國(guó)家對(duì)高校科研重視程度的不斷加強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)室在高校培養(yǎng)人才、取得科研成果中起著越來(lái)越重要的作用。頻繁的高校實(shí)驗(yàn)活動(dòng)也產(chǎn)生了一些問(wèn)題，其中安全與能效是目前高校實(shí)驗(yàn)室所面臨的兩大難題。

與化學(xué)化工的工業(yè)化生產(chǎn)車(chē)間相比，高校的科研類(lèi)實(shí)驗(yàn)室會(huì)根據(jù)研究人員的研究課題發(fā)生相應(yīng)功能上的更改，且同一實(shí)驗(yàn)室中也可能有不同課題人員同時(shí)進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室功能的復(fù)雜性、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的不確定性及實(shí)驗(yàn)室空間布置的集成性，給高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)極大的安全隱患?；馂?zāi)、爆炸是實(shí)驗(yàn)室安全事故的主要類(lèi)型，占85%~95%，其中發(fā)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全事故約占80%。從危險(xiǎn)化學(xué)品種類(lèi)看，氣體引起的事故傷亡人數(shù)占總傷亡人數(shù)的90%。因此高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全監(jiān)管尤為重要。有效的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)作為預(yù)防和減少實(shí)驗(yàn)室安全事故的措施之一，應(yīng)引起暖通設(shè)計(jì)師的高度重視。

為有效控制室內(nèi)污染物、滿足人員安全要求，絕大多數(shù)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)采用直流式系統(tǒng)，其空調(diào)負(fù)荷遠(yuǎn)大于甲類(lèi)辦公室負(fù)荷，實(shí)驗(yàn)室的單位建筑面積能耗甚至達(dá)到辦公建筑的 5~10倍。

結(jié)合現(xiàn)有高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)、研究及應(yīng)用案例，對(duì)具有代表性的國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與指南進(jìn)行分析，給大家介紹實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，并對(duì)高?；瘜W(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行歸納總結(jié)，提出不同系統(tǒng)的適用場(chǎng)景及設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)，為我國(guó)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。

1、國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及指南

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室功能，高校實(shí)驗(yàn)室分為教學(xué)類(lèi)與科研類(lèi)實(shí)驗(yàn)室。教學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室主要以輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為目的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定；科研類(lèi)實(shí)驗(yàn)室主要為研究生、高校老師提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括檢測(cè)、制備、檢測(cè)分析等。

目前針對(duì)我國(guó)高?；瘜W(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)規(guī)范較少。JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》作為實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性規(guī)范，除了滿足一般建筑的防火、無(wú)障礙等統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，對(duì)科研通用實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)區(qū)、科研辦公區(qū)、科研展示區(qū)、科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)室區(qū)、科學(xué)試驗(yàn)區(qū)等空間分區(qū)作出相關(guān)規(guī)定，其中科研專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)區(qū)對(duì)潔凈實(shí)驗(yàn)室、生物安全實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施等提出要求。

與此同時(shí)，中國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 20711—2019《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)室供暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范》除對(duì)供暖、通風(fēng)及空調(diào)提出一般要求外，還針對(duì)不同的專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)室提出通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備及室內(nèi)環(huán)境要求，包括爆炸危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)室、放射性實(shí)驗(yàn)室、核磁共振實(shí)驗(yàn)室、電鏡實(shí)驗(yàn)室、高溫老化實(shí)驗(yàn)室、二英實(shí)驗(yàn)室等。該標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的節(jié)能與通風(fēng)排放作出了規(guī)定。

與JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》相比，國(guó)家圖集22K523《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝》更多關(guān)注到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)，給出了4種典型通風(fēng)系統(tǒng)（定風(fēng)量控制排風(fēng)柜+定風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)、變風(fēng)量控制排風(fēng)柜+變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)、變風(fēng)量控制補(bǔ)風(fēng)型排風(fēng)柜+變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)、無(wú)風(fēng)管自?xún)粜团棚L(fēng)柜+房間全面通風(fēng)系統(tǒng)）的系統(tǒng)流程、控制原理及調(diào)節(jié)策略說(shuō)明，提供了局部排風(fēng)設(shè)備、風(fēng)閥與其他設(shè)備的選用與安裝說(shuō)明。但該圖集沒(méi)有涉及實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)熱濕處理方式和要求。

對(duì)于化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵設(shè)備排風(fēng)柜，行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JG/T 222—2007《實(shí)驗(yàn)室變風(fēng)量排風(fēng)柜》規(guī)定了排風(fēng)柜的相關(guān)術(shù)語(yǔ)定義、排風(fēng)柜的型號(hào)及規(guī)格、技術(shù)要求及測(cè)試方法。對(duì)變風(fēng)量排風(fēng)柜提出了響應(yīng)時(shí)間、控制濃度、面風(fēng)速等參數(shù)要求。另外還有行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6412—1999《排風(fēng)柜》和JG/T 385—2012《無(wú)風(fēng)管自?xún)粜团棚L(fēng)柜》。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)廢棄化學(xué)品，GB/T 31190—2014《實(shí)驗(yàn)室廢棄化學(xué)品收集技術(shù)規(guī)范》提出了實(shí)驗(yàn)室廢棄化學(xué)品的產(chǎn)生者對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢棄化學(xué)品進(jìn)行分類(lèi)、收集、貯存、日常管理的要求。GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于大氣污染物，包括實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢氣提出了相應(yīng)處理要求。

自化學(xué)研究開(kāi)展初期，實(shí)驗(yàn)室中就采用了通風(fēng)。最早托馬斯·愛(ài)迪生（Thomas Edison）利用壁爐的自然通風(fēng)和煙道排出實(shí)驗(yàn)廢氣；1790年約瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestly）創(chuàng)建了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)排氣罩；1923年英國(guó)利茨大學(xué)安裝了第一臺(tái)管道排風(fēng)柜，使用了最早的現(xiàn)代意義上的排風(fēng)柜之一。目前世界上最流行的排風(fēng)柜性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要是由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)與美國(guó)供暖、制冷空調(diào)工程師協(xié)會(huì)共同制定的ANSI/ASHRAE Standard 110-2016和歐盟及英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制定的BS/EN 14175-3：2019，它們均對(duì)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)柜性能測(cè)試方法提出了具體標(biāo)準(zhǔn)。劉斯瑋等人對(duì)比了這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6412—1999《排風(fēng)柜》中的測(cè)試方法。

美國(guó)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)制定的ANSI/AIHA Z9.5-2012《實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)》。ASHRAE編制的《實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)指南》詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

2、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則綜述

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)歷了技術(shù)上的革新。周祖毅根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)的工程案例，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)工程設(shè)計(jì)的基本原則，分析了實(shí)驗(yàn)室新技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的沖突，指出了以定風(fēng)量排風(fēng)柜為例的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，介紹并認(rèn)可了基于壓力無(wú)關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥的變風(fēng)量排風(fēng)柜的應(yīng)用，并提出系統(tǒng)典型模式與自動(dòng)控制原理，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室新技術(shù)的應(yīng)用。

在實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)等級(jí)分類(lèi)要求，ASHRAE將實(shí)驗(yàn)室按照有害物質(zhì)量與潛在揮發(fā)量的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為L(zhǎng)VDL-0~4共5個(gè)等級(jí)，并提出實(shí)驗(yàn)室控制策略、設(shè)計(jì)特征與典型應(yīng)用；趙俠等人對(duì)比了國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)，包括新風(fēng)量、排風(fēng)柜面風(fēng)速、排風(fēng)柜排風(fēng)量；張萍、劉珂等人比較了國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)室換氣次數(shù)的要求。但由于國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)驗(yàn)室分類(lèi)、排風(fēng)柜使用場(chǎng)所分類(lèi)不同，無(wú)法直接對(duì)比幾項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的嚴(yán)格程度。

另外，在排風(fēng)柜設(shè)計(jì)參數(shù)方面，Neuman等人提出了實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜的差異性系數(shù)與使用系數(shù)2個(gè)概念，其中差異性系數(shù)為排風(fēng)柜的實(shí)際排風(fēng)量與最大可實(shí)現(xiàn)排風(fēng)量的比值，使用系數(shù)為實(shí)驗(yàn)人員在通風(fēng)柜前實(shí)驗(yàn)的時(shí)間占總上班時(shí)間的比值。而實(shí)際工程設(shè)計(jì)中更多應(yīng)用的是同時(shí)使用系數(shù)概念。22K523《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝》提出全面通風(fēng)系統(tǒng)的同時(shí)使用系數(shù)應(yīng)根據(jù)建設(shè)方的要求選取，當(dāng)無(wú)要求時(shí)，在確保實(shí)驗(yàn)室安全、正常使用的前提下，取合用系統(tǒng)的同時(shí)使用系數(shù)為0.6~0.8。HG/T 20698—2009《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出同時(shí)使用系數(shù)一般取0.6~0.7。文獻(xiàn)調(diào)研及工程經(jīng)驗(yàn)顯示，實(shí)際工程中高校的化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室同時(shí)使用系數(shù)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室覆蓋層數(shù)、排風(fēng)柜數(shù)量、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目取0.5~0.8。

在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，工程中通常存在排風(fēng)量無(wú)法達(dá)標(biāo)、排風(fēng)系統(tǒng)不平衡、室內(nèi)負(fù)壓過(guò)大、室內(nèi)溫濕度無(wú)法控制等問(wèn)題。朱軼勛等人以面積為420 m 2 的一化工廠實(shí)驗(yàn)樓的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為例，分析了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濕度過(guò)大、送風(fēng)口結(jié)露、房間負(fù)壓過(guò)大、室內(nèi)冷熱不均問(wèn)題的原因及解決方案。林忠平等人介紹了某跨國(guó)化學(xué)工廠大型研究中心實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，其排風(fēng)柜存在面風(fēng)速不足的問(wèn)題就是因?yàn)榧信棚L(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量不平衡及復(fù)雜控制系統(tǒng)未正常工作。按一般舒適性空調(diào)的要求對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)后期運(yùn)營(yíng)上的許多問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該強(qiáng)調(diào)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)的配合設(shè)計(jì)，應(yīng)重視滲入室內(nèi)的空氣對(duì)室內(nèi)濕度的影響及濕度控制方法，強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)的有效性。

實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗大，調(diào)研顯示由通風(fēng)系統(tǒng)引起的新風(fēng)負(fù)荷占實(shí)驗(yàn)室空調(diào)總負(fù)荷的40%~90%。左鑫針對(duì)實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)能耗，提出了一些節(jié)能設(shè)計(jì)方法，包括根據(jù)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定排風(fēng)量與新風(fēng)量、根據(jù)實(shí)驗(yàn)室建筑性質(zhì)配置不同冷熱源方案、應(yīng)用變風(fēng)量排風(fēng)與新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)、采用排風(fēng)柜自循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)。闕炎振等人基于排風(fēng)柜的差異性系數(shù)與使用系數(shù)，對(duì)某有機(jī)化學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，比較分析了排風(fēng)柜拉門(mén)下拉至50%、面風(fēng)速一定的情況下定風(fēng)量與變風(fēng)量系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)能耗，結(jié)果表明變風(fēng)量系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)能耗可減少87.1%。趙俠等人對(duì)比了不同排風(fēng)換氣次數(shù)下不同通風(fēng)方案的初投資、運(yùn)行能耗、改造靈活度。目前考慮實(shí)驗(yàn)室能耗主要集中在不同通風(fēng)方案下的風(fēng)系統(tǒng)能耗，未考慮室內(nèi)環(huán)境的控制與補(bǔ)風(fēng)空氣處理，而新風(fēng)系統(tǒng)的處理過(guò)程極大地影響著系統(tǒng)能耗，一旦處理不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境控制問(wèn)題。

3、實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢氣需要經(jīng)過(guò)集中處理后才能排放，因此除特殊危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)室外，通常排風(fēng)系統(tǒng)為集中排風(fēng)、集中處理。另外，由于高校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)復(fù)雜性及相比于化工廠的不可控性，一般不采用自?xún)羰脚棚L(fēng)柜。根據(jù)排風(fēng)量變化特性，排風(fēng)系統(tǒng)分為定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)和變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)。

3.1 定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)調(diào)研考察，建設(shè)時(shí)間較早的高校實(shí)驗(yàn)室采用定風(fēng)量排風(fēng)及自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)較為常見(jiàn)。排風(fēng)柜采用定風(fēng)量排風(fēng)柜，排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)閥均為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，風(fēng)量整定完成后不作調(diào)節(jié)。排風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)后定風(fēng)量運(yùn)行，補(bǔ)風(fēng)由室外或走廊補(bǔ)充進(jìn)入。這種情況下采用這種做法的實(shí)驗(yàn)室對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求較低，排風(fēng)柜開(kāi)啟時(shí)室內(nèi)溫濕度不作保障，相應(yīng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的投資與能耗也最低。部分實(shí)驗(yàn)室為改善室內(nèi)溫濕度條件，利用空調(diào)新風(fēng)取代外窗自然滲透的新風(fēng)。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)柜等通風(fēng)設(shè)施數(shù)量較少、折算換氣次數(shù)小于或接近實(shí)驗(yàn)室最小換氣次數(shù)時(shí)，采用定風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)較為合理。為避免柜門(mén)關(guān)小帶來(lái)的面風(fēng)速過(guò)大的問(wèn)題，定風(fēng)量排風(fēng)柜選型建議采用旁通型（見(jiàn)圖1），其柜門(mén)上方設(shè)置旁通百葉，柜門(mén)降低時(shí)旁通排風(fēng)量增大，以保證總排風(fēng)量穩(wěn)定。

3.2 變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)

高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室通常排風(fēng)柜布置密集，通風(fēng)強(qiáng)度大，新建實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)一般采用變風(fēng)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室中排風(fēng)設(shè)備主要包括排風(fēng)柜與藥品柜。變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)配置中，排風(fēng)柜采用變風(fēng)量排風(fēng)柜，排風(fēng)管上的變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥保證排風(fēng)柜門(mén)啟閉時(shí)面風(fēng)速滿足控制要求。調(diào)節(jié)閥采用壓力無(wú)關(guān)文丘里閥或電動(dòng)蝶閥，閥門(mén)開(kāi)度通過(guò)面風(fēng)速信號(hào)或柜門(mén)位移信號(hào)控制。其他需保持穩(wěn)定排風(fēng)量的排風(fēng)設(shè)施如藥品柜等的排風(fēng)管可采用壓力無(wú)關(guān)定風(fēng)量閥，維持排風(fēng)量恒定。

變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮保證最小排風(fēng)量。當(dāng)室內(nèi)通風(fēng)設(shè)施最小排風(fēng)量之和大于等于實(shí)驗(yàn)室要求的最小排風(fēng)量時(shí)，此風(fēng)量即為實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際最小排風(fēng)量；當(dāng)室內(nèi)通風(fēng)設(shè)施最小排風(fēng)量之和小于實(shí)驗(yàn)室要求的最小排風(fēng)量時(shí)，排風(fēng)柜設(shè)限位器限定最小關(guān)閉高度（增大排風(fēng)柜的最小風(fēng)量），使室內(nèi)的排風(fēng)總量滿足最小換氣次數(shù)的要求，也可設(shè)置獨(dú)立排風(fēng)口（該排風(fēng)口設(shè)置變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，排風(fēng)柜風(fēng)量減小時(shí)增大排風(fēng)量），保證最小換氣次數(shù)滿足要求。

排風(fēng)柜風(fēng)量控制一般是利用安裝在排風(fēng)柜中的風(fēng)速傳感器測(cè)得風(fēng)速，直接由位移傳感器測(cè)得柜門(mén)開(kāi)度并傳輸?shù)娇刂破?，根?jù)計(jì)算出的風(fēng)量來(lái)改變風(fēng)閥開(kāi)度。風(fēng)量調(diào)節(jié)閥目前以文丘里調(diào)節(jié)閥或?qū)嶒?yàn)室專(zhuān)用電動(dòng)蝶閥為主。文丘里閥反應(yīng)迅速，蝶閥在系統(tǒng)成本及安裝方面有優(yōu)勢(shì)。

排風(fēng)機(jī)可采用定靜壓法或總風(fēng)量法實(shí)現(xiàn)變頻控制。定靜壓法是在排風(fēng)干管上設(shè)置靜壓傳感器，通過(guò)控制器和變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，維持管道靜壓，使風(fēng)機(jī)能根據(jù)各排風(fēng)柜風(fēng)量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，達(dá)到減小風(fēng)機(jī)能耗的目的。通風(fēng)管道內(nèi)風(fēng)壓的測(cè)定，除了正確使用測(cè)壓儀器外，還應(yīng)合理選擇測(cè)量斷面，減少氣流擾動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因此測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在氣流平穩(wěn)的直管段上。當(dāng)測(cè)壓點(diǎn)設(shè)在彎頭、三通等異形部件前面（相對(duì)氣流流動(dòng)方向）時(shí)，距這些部件的距離應(yīng)大于2倍管道直徑；當(dāng)測(cè)壓點(diǎn)設(shè)在上述部件后面時(shí)，距這些部件的距離應(yīng)大于4~5倍管道直徑。

總風(fēng)量控制方法中，風(fēng)機(jī)控制器根據(jù)各房間控制器反饋的需求排風(fēng)量直接計(jì)算出要求的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，與定靜壓控制相比，避免了使用壓力測(cè)量裝置，減少了一個(gè)風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，控制性能上具有快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)，并且降低了后期調(diào)試的難度。

變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)除上述正常工作模式外，尚應(yīng)具備切換至夜間最小排風(fēng)量工況及緊急排風(fēng)工況的功能。其中在緊急排風(fēng)工況下，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)生有害氣體泄漏等情況時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)緊急排風(fēng)工況，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有的排風(fēng)柜切換到全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置在室內(nèi)的緊急排風(fēng)口聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟，排風(fēng)機(jī)啟動(dòng)工頻運(yùn)行模式，以保證實(shí)驗(yàn)區(qū)域的安全。

4、實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)包括補(bǔ)風(fēng)量及補(bǔ)風(fēng)處理的空氣狀態(tài)參數(shù)。

補(bǔ)風(fēng)量受建筑室內(nèi)風(fēng)平衡影響，一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)室需保持微負(fù)壓。JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》指出，設(shè)置機(jī)械送排風(fēng)的實(shí)驗(yàn)室建筑應(yīng)進(jìn)行風(fēng)平衡及熱平衡的分析計(jì)算，在排風(fēng)量較大時(shí)應(yīng)設(shè)置機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，間歇使用的排風(fēng)系統(tǒng)且排風(fēng)量（換氣次數(shù)）不大于2 h -1 時(shí)，可設(shè)置有組織的自然進(jìn)風(fēng)。房間負(fù)壓控制及補(bǔ)風(fēng)量的確定受房間門(mén)窗密閉性、人員進(jìn)出頻率等多種因素影響。設(shè)計(jì)過(guò)程中主要根據(jù)房間門(mén)窗滲透量來(lái)確定補(bǔ)風(fēng)量。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫濕度條件應(yīng)優(yōu)先滿足實(shí)驗(yàn)工藝要求，無(wú)特殊要求時(shí)，JGJ 91—2019《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》指出，在供冷工況下控制室內(nèi)溫度為26~28 ℃，相對(duì)濕度不大于65%；供熱工況下室內(nèi)溫度為18~20 ℃。這一要求也同時(shí)能滿足GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中Ⅱ級(jí)熱舒適度的條件要求。但對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)室，排風(fēng)柜通常布置密集、通風(fēng)強(qiáng)度大，如果完全滿足上述室內(nèi)溫濕度條件，不僅空調(diào)能耗巨大，空調(diào)補(bǔ)風(fēng)管線及風(fēng)口等也難以布置，可以考慮對(duì)室內(nèi)溫濕度降低相關(guān)要求。

4.2 變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制

實(shí)驗(yàn)室集中式補(bǔ)風(fēng)完全由集中式新風(fēng)系統(tǒng)提供，新風(fēng)經(jīng)空調(diào)機(jī)組集中處理后送入室內(nèi)，每間實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，根據(jù)室內(nèi)排風(fēng)量或室內(nèi)外壓差值調(diào)節(jié)送風(fēng)量。集中式變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量控制包括各實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)風(fēng)量控制與補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量控制。

實(shí)驗(yàn)室風(fēng)量控制一般采用余風(fēng)量法或余壓控制法，余風(fēng)量法利用排風(fēng)閥所反饋的排風(fēng)量減去保持實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓所需風(fēng)量差作為補(bǔ)風(fēng)量目標(biāo)值來(lái)控制補(bǔ)風(fēng)變風(fēng)量閥，而余壓控制法則直接以實(shí)驗(yàn)室相對(duì)走道間的負(fù)壓值作為控制目標(biāo)控制補(bǔ)風(fēng)變風(fēng)量閥。

集中式補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量控制一般采用定靜壓法或總風(fēng)量法。定靜壓法通過(guò)補(bǔ)風(fēng)干管壓力信號(hào)對(duì)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)；總風(fēng)量法則利用所有補(bǔ)風(fēng)控制閥所反饋的補(bǔ)風(fēng)量累加值來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)風(fēng)總風(fēng)量。當(dāng)集中式補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)室較多、系統(tǒng)總風(fēng)量較大時(shí)，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室末端調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的影響較小，系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性較好。

分散式變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)室為單位，分散布置各補(bǔ)風(fēng)裝置，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立補(bǔ)風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的控制方式主要為2種：利用房間風(fēng)量控制器累加實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排風(fēng)量來(lái)控制新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量，以維持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的風(fēng)量平衡；通過(guò)房間壓差傳感器直接測(cè)量房間與走廊的壓差，調(diào)整控制新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量。

分散式變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)相比于集中式系統(tǒng)，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)獨(dú)立，通過(guò)單個(gè)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)機(jī)變頻的方式實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以節(jié)省文丘里閥或電動(dòng)蝶閥等風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施，降低補(bǔ)風(fēng)初投資。但同時(shí)補(bǔ)風(fēng)量通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)現(xiàn)，其控制精度及響應(yīng)時(shí)間不能與排風(fēng)柜風(fēng)量調(diào)節(jié)閥相匹配，短時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓過(guò)大或產(chǎn)生正壓的狀況。與集中補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)相比，系統(tǒng)管道占用空間減小，可以降低對(duì)建筑層高的要求（集中補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)一般要求層高不小于4.8 m，分散式補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)要求不小于4.2 m），同時(shí)也節(jié)省了新風(fēng)機(jī)房占用的建筑面積，控制系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，由于分散式變風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)直接就地吊裝于實(shí)驗(yàn)室吊頂內(nèi)，對(duì)新風(fēng)機(jī)組的噪聲及振動(dòng)影響較大。在檢修空間允許的情況下，建議采用設(shè)置消聲器、加裝隔聲罩等措施加以改善。

4.3 實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)的空氣處理過(guò)程

在一般空調(diào)設(shè)計(jì)場(chǎng)所的全空氣系統(tǒng)中，送風(fēng)量通常是根據(jù)空調(diào)機(jī)組處理的空氣送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)及室內(nèi)熱濕平衡進(jìn)行確定，同時(shí)復(fù)核新風(fēng)量滿足人員最小新風(fēng)量的要求。但高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室中補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量則是根據(jù)風(fēng)量平衡進(jìn)行確定，由于風(fēng)量較大常常無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的熱濕平衡。

通常實(shí)驗(yàn)室夏季補(bǔ)風(fēng)的空氣處理過(guò)程及承擔(dān)的負(fù)荷包括以下4種情況：

1）補(bǔ)風(fēng)通過(guò)冷卻除濕到室內(nèi)等濕點(diǎn)后經(jīng)再熱處理到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的理想情況。補(bǔ)風(fēng)不承擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)荷，空調(diào)末端獨(dú)立承擔(dān)室內(nèi)所有熱濕負(fù)荷。

2）補(bǔ)風(fēng)通過(guò)冷卻除濕后經(jīng)再熱處理到送風(fēng)點(diǎn)，并承擔(dān)室內(nèi)所有熱濕負(fù)荷。

3）補(bǔ)風(fēng)通過(guò)冷卻除濕處理到室內(nèi)等焓點(diǎn)。補(bǔ)風(fēng)進(jìn)入房間時(shí)為低溫高濕新風(fēng)，不承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷，但帶來(lái)新風(fēng)濕負(fù)荷，空調(diào)末端承擔(dān)室內(nèi)所有熱濕負(fù)荷及新風(fēng)濕負(fù)荷。

4）補(bǔ)風(fēng)通過(guò)冷卻除濕處理到室內(nèi)等溫點(diǎn)。補(bǔ)風(fēng)進(jìn)入房間時(shí)為等溫高濕新風(fēng)，不承擔(dān)負(fù)荷的同時(shí)帶來(lái)新風(fēng)熱濕負(fù)荷，由空調(diào)末端承擔(dān)室內(nèi)所有熱濕負(fù)荷及新風(fēng)熱濕負(fù)荷。

前2種補(bǔ)風(fēng)空氣處理過(guò)程能實(shí)現(xiàn)較好的室內(nèi)溫濕度控制，但由于存在冷熱抵消過(guò)程，能耗巨大，實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用較少。部分工程由于其運(yùn)行能耗巨大，實(shí)際運(yùn)行時(shí)未啟用再熱裝置，會(huì)造成補(bǔ)風(fēng)溫度過(guò)低，導(dǎo)致室內(nèi)溫度過(guò)低。

由于空調(diào)末端的熱濕處理能力有限，第3種、特別是第4種處理過(guò)程容易帶來(lái)室內(nèi)結(jié)露的問(wèn)題。

由于實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)量大，熱濕處理過(guò)程的合理確定對(duì)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行能耗有極大的影響，建議根據(jù)項(xiàng)目所在地的氣象條件、能源環(huán)境，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室使用要求及運(yùn)行經(jīng)費(fèi)條件，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境要求較高及夏季濕熱地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室，采用上述第3、4種補(bǔ)風(fēng)處理方式時(shí)，需充分考慮室內(nèi)濕度過(guò)高帶來(lái)的影響和風(fēng)險(xiǎn)。

5、高等院校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著教學(xué)與科研雙重任務(wù)，在保證滿足使用需求的前提下，結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的使用特點(diǎn)和要求，充分減少運(yùn)行能耗、降低運(yùn)行費(fèi)用，合理選擇通風(fēng)及控制系統(tǒng)，是高校實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與指南及當(dāng)前我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)未來(lái)實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向提出以下建議：

1）在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)空氣處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境條件不達(dá)標(biāo)或能耗大等問(wèn)題，亟需在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用場(chǎng)合提出新的實(shí)用且節(jié)能的空氣處理過(guò)程。

2）高校實(shí)驗(yàn)室中變風(fēng)量排風(fēng)柜的應(yīng)用較多，控制復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的排風(fēng)、補(bǔ)風(fēng)、空調(diào)的控制提出了較高的要求，在設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)階段需明確并強(qiáng)化通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)溫濕度控制能力。