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在很多人的心目中,说到无管通风柜,第一反应是太贵用不起!乍看起来,似乎很有道理。因为无管通风柜的价格远高于普通的有管全排通风柜,而且还需要定期更换活性炭过滤器,这也是一笔不小的开支,所以无管通风柜被认为是买着费劲用着吃力的设备,概念意义大于实用意义。实际情况果真如此吗?那就让我们把两种技术的完整成本认真比较一下,看看真实情况到底如何。本文针对各种通风配置方案,全面深入地分析了两种通风系统在各种使用情境下的综合使用费用,目的是为实验室建设项目的决策人员提供可靠的参考。[color=#56555d]一、 近年各地对实验室通⻛ 系统的最新要求[/color]不是要比较成本问题吗?怎么先聊起法规了呢?这其实和后面的成本讨论有直接关联。只有把法规对排放的要求吃透,才能彻底搞清楚通风系统的完整构成要件。从 2000 年以来,北京、上海等城市陆续发布和实施了针对化学气体排放的地方性法规,如北京市颁布的 DB11/501-2017《大气污染物综合排放标准》和 DB11/1385-2017《有机化学品制造业大气污染物排放标准》,上海市颁布的 DB31-933(2015)《大气污染物综合排放标准》。按照规定,未经处理的化学气体不得直接排放到大气中去,否则将面临巨额罚款,严重情况下还要追究相关方相应的法律责任。这样一来,实验室通风系统不再只是把废气一排了事,废气处理装置成为必备的设备。虽然现阶段对各种气体的实际处理效果尚未逐一要求,但是随着法规越来越严,最终一定要走向这个方向的。这将导致废气处理装置会越来越复杂,购置和使用成本也会越来越高,成为一个不可忽略的成本构成项。[color=#56555d]二、 实验室通⻛ 系统构成[/color]1. 全排通⻛ 系统在全排通风系统中,通风柜只是一个收集气体的装置,必须配合一系列附加设备才能完成实验室通风功能。全排通风系统的构成示意图可参照图 1,其中应至少包含以下装置:[align=center][img=,600,411]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905140954170765_3815_3659_3.png!w690x473.jpg[/img][/align][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)][/color][align=center][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]图 [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]1. [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]典型的实验室全排通风系统示意图[/color][/align]1)全排通⻛ 柜:气体收集装置 2)VAV气流控制系统:由文丘里阀和控制电路组成 3)通⻛ 管道:连接通风柜出口与废气处理装置和排放口,总长度可能有很大差别 4)废气处理装置:活性炭吸附塔和/或淋洗装置,去除排放气体中有毒有害成分 5)室外⻛ 机及控制电路:在一台风机对应多台通风柜时,控制电路的设计十分关键 6)新⻛ 系统:根据实验室对通风量的要求,并结合建筑物内部的空调暖通条件,精心设计。新风系统应包括送风风机、过滤装置、调温装置、风速调节装置和送风管道等,为了节省能源,还需要配备能量交换装置。2. 无管通⻛ 系统[align=center][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)][img=,300,458]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905141003252641_4514_3659_3.jpg!w690x1055.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]图 [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]2. [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]美国艾科琳[/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)](AirClean)[/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]公司的[/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]无管通风柜[/color][/align]在无管通风系统中,无管通风柜集成了所有通风系统必备的功能,其本身就是一个自成体系的单点分立系统,无需连接任何外部装置,也不用考虑建筑物的空调暖通条件,只用简单地插上电源,通过控制器设定相关的参数,即可投入使用。[align=center][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)][img=,300,192]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905141004433585_6209_3659_3.png!w690x443.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]图 [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]3. [/color][color=rgb(18.039220%, 45.490200%, 70.980390%)]无管通风柜气流图[/color][/align]室内空气从前视窗 A 处进入通风柜,在 B 处与实验过程中挥发或生成的化学气体混合后被抽送到过滤区 C,经活性炭过滤器或 HEPA 过滤器吸附处理成洁净空气,再从 D 处释放回室内。通过系统安全控制器,对通风柜中的气流和过滤器的饱和情况进行实时监测,保证所有的化学气体或颗粒物的浓度都被控制在设定的水平之下。[color=#56555d]三、 购装成本及运行成本比较[/color]从以上分析可知,两种通风方案具有不同的配置逻辑。无管通风柜本身是一个单点分立系统,购买和运行成本基本上与台数成简单线性倍数关系。而全排通风柜只是一个收集气体的装置,必须配合一系列辅助设备才能实现功能。根据实际安装条件的不同,一些辅助设备是可以多台通风柜共用的,所以全排通风系统的使用成本与设计和布局有直接关系,必须分开讨论才能合理地计算出综合使用成本。在通风系统的运行成本中,电能的消耗占据了很大的一部分。根据有关文献,与全排通风系统相比,无管通风柜可节能 75%以上。通过我们的初步计算,实际节能效果甚至达到惊人的 90%!1. 孤立单台通⻛ 柜系统[align=center][img=,690,728]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905141006464281_2289_3659_3.png!w690x728.jpg[/img][/align][align=left]从上表可以看出,对于孤立单台通风柜系统,不管是一次性购买安装成本还是安装后的运营成本,无管通风柜的方案都明显优于全排通风方案。[/align][align=left][/align][align=left]2. 同一个实验室3台通⻛ 柜集中通⻛ 系统[/align][align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905141008068541_7607_3659_3.png!w690x690.jpg[/img][/align][align=left]从上表可以看出,对于同一实验室少量台数的通风系统,无管通风柜比全排通风系统的一次性购买安装成本稍高,但在安装后的运营成本方面,无管通风柜具有明显的优势,一年节省的运行成本就差不多可以抵消购买的差价。[/align][align=left][/align][align=left]3. 多个实验室多台通⻛ 柜分散通⻛ 系统[/align][align=center][img=,690,703]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905141009108270_1835_3659_3.png!w690x703.jpg[/img][/align][align=left]从上表可以看出,对于多个实验室多台分散分布的通风系统,全排通风系统可以充分发挥共用辅助设备(室外风机、吸附装置、新风系统等)的优势,综合购装造价可以得到很好控制。仅从成本考虑,在这种情况下,全排通风系统的综合造价更低。[/align][align=left][color=#56555d][/color][/align][align=left][color=#56555d]四、 结语[/color][/align][align=left]综合以上分析,仅从经济性考虑,当实验要求在相对孤立的实验场所配备单台或少量的通风柜时,应优先考虑选用无管通风技术,这样不仅综合成本较低,而且在需要的时候还可以随时无成本地移到他处继续使用。当需要多台通风柜集中使用时,全排通风系统有更好的设计弹性,可以通过合理布局和归拢,节省可观的一次性投入。然而,在实验室通风系统的设计和规划中,应从实验室的实际使用要求出发,把整个实验区按功能进行合理分区。在同一功能区内和不同功能区之间,选用全排通风系统与无管通风柜相结合的组合通风方案,可能具有更好的经济性。[/align][align=left]另一方面,还应当看到,在设计实验室通风系统的时候,除了要考虑经济性以外,还要兼顾其他因素综合考量,尤其是对安全性能的要求。一般而论,因为无管通风柜可以根据要处理的化学气体性质,有针对性地选择最恰当的过滤技术,从而获得最佳的处理效果。但是无管通风柜也有着先天的局限性,比如要求通风柜内的实验温度不能太高(一般排放气体温度不宜超过 70°C)、不会产生大量废气(以免过滤器消耗太快)、短时间内没有大量酸气蒸发(过滤器来不及吸附)等,在这些应用中,只能采用全排通风方案。[color=#56555d]参考文献[/color] Energy use and savings potential for laboratory fume hoodsMills, E. and Sartor, D. Energy, 2005, 30, (10), 1859-1864[/align]
通风管道设计要点1 一台通风柜与一台通风机,尽用单一管道连接是最好的排风方法。 2 不能用单一管道连接的,只限于同层同一房间的可采用互相并连。 3 风机尽可能安装在管道的末端(屋顶上等处或墙外)。 4 管道长度越短越好。 5 一台风机连接的通风柜越少越好。排风通道尽可能直立,而且通道越高越好。 6 如需改变风道风速,则应配置相应的变频调整系统。 7 排风管道的末端应尽量避开补风管道送气口,防止排出的有害气体通过排风管道再被送至通风柜。 如何选择通风柜 1 通风柜不是一台单独的设备,外部环境的变化会影响通风柜的性能。同时,通风柜以及其控制系统也会影响他周围的,当您在选择通风柜时: 2 首先:必须考虑到整个系统的因素,例如:实验室的空间、建筑物的通风控制系统、排气管路的安排及通风柜的摆放等等. 3 其次:您需要确定您所需要的是哪一类型的通风柜,在选择时,通常您可以按照以下因素来衡量: 上柜部分 1有三种样式:标准式、矮台式、落地式 2通风柜的表面风速是否达到国际标准规定的安全风速要求:0.5m/s(国际标准规定:只有表面风速达到了0.5 m/s才可以有效捕捉柜内的有害气体) 通风柜的开口高度是否满足您对操作空间的要求 通风控制系统:定风量、变风量还是自适应性控制系统 内衬板材质:抗贝特板、环氧树脂板。 调节门的原料是否采用安全玻璃,其设计是否符合人体力学,使操作者拉动自如 台面部分台面是否采用了安全的碟状设计,从而方便用户清洁台面和防止毒性液体的外漏 台面的材质是否符合您实验的需求抵抗相应的分外浸蚀和高温,是否安装了杯槽和水槽,且安装的位置是否合理,出风口的设计是否合理 低柜部分材质是否坚固耐用,是否为防火材料,是否可以抵抗实验室的酸碱环境对他的侵蚀 电源供给是否合理、安全 是否便于维修水、电、气系统 底柜是否需要抽气设计,以便您放置挥发性的药品 当您基本选择好了通风柜的型号、样式和尺寸之后,可以根据以下条件来确定您所需要的 附属配件水来源: 蒸馏水、纯水或是逆渗透水等等 气来源:氮气、氧气或是空气等等 电气系统的选择则要考虑:型号、电压大小、防爆性、耐用性等等。
在现代化实验室设备中有通风柜、中央实验台、边台、药品柜、器皿柜、气瓶柜等,其中通风柜是生化实验室设备中担负着十分重要的功能,是必不可少的设备。因此,选择通风柜是实验室建设中的重要问题,必须引起足够的重视。通风柜的主要功能通风柜的功能中最主要的是排气功能,在化学实验室中,实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质,为了保护使用者的安全,防止实验中的污染物质向实验室扩散,在污染源附近要使用通风柜使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体,保护实验人员的健康,也就是说要有高度的安全性和优越的操作性,这就要求通风柜应具有如下功能:(1) 释放功能:应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式,使其稀释后排除室外的机构。(2) 不倒流功能:应具有在通风柜内部由排风机产生的气流将有害气 体从通风柜内部不反向流进室内的功能。为确保这一功能的实现,一台通风柜与一台通风机用单一管道连接是最好的方法,不能用单一管道连接的,也只限于同层同一房间的可并连,通风机尽可能安装在管道的末端(或层顶处)。(3) 隔离功能:在通风柜前面应具用不滑动的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。(4) 补充功能:应具有在排出有害气体时,从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。(5) 控制风速功能:为防止通风柜内有害气体逸出,需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有:实验内容产生的热量及与换气次数的关系。其中主要的是实验内容和有害物的性质。通常规定,一般无毒的污染物为0.25―0.38m/s ,有毒或有危险的有害物为0.4―0.5 m/s ,剧毒或有少量放射性为0.5―0.6m/s ,气状物为0.5m/s ,粒状物为1m/s 。为了确保这样的风速,排风机应有必要的静压,即空气通过通风管道时的摩擦阻力。确定风速时还必须注意噪音问题,通过空气在管道内流动时以7―10m为限,超过10m将产生噪音,通常实验室的(室内背景噪声级)噪声限制值为70dBA,增加管道裁面积会降低风速,也就降低噪音,考虑到管道的经费和施工问题,必须慎重选择管道及排风机的功率。(6) 耐热及耐酸碱腐蚀功能:通风柜内有的要安置电炉,有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。通风柜的台面,衬板、侧板及选用的水咀、气咀等都应具有防腐功能。在半导体行业或腐蚀性实验中使用硫酸、硝酸、氢氟酸等强酸的场合还要求通风柜的整体材料必须防酸碱,须采用不锈钢或PVC材料制造。通风柜在使用时也必须注意安全◆在实验开始以前,必须确認通风柜应该处于运行状态,才能进行实验操作。◆实验结束前至少还要继续运行5分钟以上才可关闭通风机,以排出管道内的残留气体。也可考虑安装排风时间延时器,确保通风机延迟运行。◆ 实验时,在距玻璃视窗150mm内不要放任何设备,大型实验设备要有充足的空间,不应影响空气的流动,前面视窗尽量要关闭使用。