1.1 定風(fēng)量排風(fēng)系統

排風(fēng)機采用單速定頻風(fēng)機，排風(fēng)量基本恒定不變，系統無(wú)法隨排風(fēng)柜使用數量及排風(fēng)柜門(mén)開(kāi)啟高度而調節風(fēng)量。該系統優(yōu)點(diǎn)是設計直接、投資小、控制簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是靈活性差、噪音大、排風(fēng)柜面風(fēng)速難以保證，會(huì )有部分有毒有害氣體從排風(fēng)柜中逸出（面風(fēng)速過(guò)小或過(guò)大都能造成氣體從排風(fēng)柜中逸出），且運行費用高（排風(fēng)機的電力消耗最大化，被排風(fēng)機排出的熱能消耗最大化）。

1.2 雙風(fēng)量系統

排風(fēng)機采用雙速風(fēng)機，在兩個(gè)預定的風(fēng)流量值之間進(jìn)行高-低（或者稱(chēng)為最大-最�。┣袚Q，較定風(fēng)量系統有所改進(jìn)，但沒(méi)有從根本上改變定風(fēng)量系統的缺點(diǎn)，目前應用不多。

1.3 變風(fēng)量系統

排風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，在排風(fēng)或補風(fēng)主風(fēng)道上設壓力傳感器，利用靜壓控制器PID控制變頻器調節風(fēng)機轉速，達到恒定靜壓或動(dòng)壓調節風(fēng)量的目的。高性能的氣流控制器可以快速、穩定的在大流量變化范圍內調節。在變風(fēng)量系統中排風(fēng)柜一般采用面風(fēng)速控制，通過(guò)在排風(fēng)柜前采用人體感應器檢測人員是否存在，來(lái)控制柜門(mén)面風(fēng)速，當操作人員在排風(fēng)柜前作業(yè)時(shí)，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設定為工作模式，此時(shí)排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.5m/s, 當操作人員離開(kāi)的時(shí)候，將排風(fēng)柜面風(fēng)速設定為待命模式，此時(shí)排風(fēng)柜面風(fēng)速控制在0.3m/s，遵循《實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》JG/T222－2007規范之要求。另房間還要設輔助排風(fēng)，當排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿(mǎn)足實(shí)驗室最小排風(fēng)量要求時(shí)，輔助排風(fēng)自動(dòng)打開(kāi)，保證實(shí)驗室最小排風(fēng)量符合標準要求。自動(dòng)變風(fēng)量控制系統的優(yōu)點(diǎn)包括：節能顯著(zhù)、安全性高，易于適應風(fēng)量變化需求。

當排風(fēng)柜排風(fēng)量不滿(mǎn)足實(shí)驗室最小排風(fēng)量要求時(shí)，輔助排風(fēng)自動(dòng)打開(kāi)，保證實(shí)驗室最小排風(fēng)量，排風(fēng)量換氣次數依照房間的功能與要求。

為了確保不出現氣流回溯，實(shí)驗室一般會(huì )設定較高的排風(fēng)量，且連續排風(fēng)時(shí)間較長(cháng)（一般多為7*24小時(shí)全天候開(kāi)啟排風(fēng)系統），因此實(shí)驗室室內負壓過(guò)大的情況非常常見(jiàn)。為平衡室內外壓差，避免出現負壓過(guò)大的情況，實(shí)驗室在設計時(shí)就需要規劃實(shí)驗室補風(fēng)系統，以維持房間設定的壓力，負壓防止實(shí)驗過(guò)程中有毒氣體和顆粒以及化學(xué)品存放過(guò)程中揮發(fā)的有害氣體向其他空間外溢，正壓實(shí)驗室不受外部空氣污染影響檢驗結果，并使得實(shí)驗室內換氣率能有效控制，室內空氣應充分置換，保證其新鮮度。

3.1 補風(fēng)量計算

補風(fēng)量的設定有相應的計算公式，應根據實(shí)驗室排風(fēng)量及設定的負壓值（相對相鄰房間、走廊或大氣）計算確定，補風(fēng)量按下列公式計算：Lb=Lp-Ly。式中，Lb 為補風(fēng)量，m3/h；Lp 為排風(fēng)量，m3/h；Ly為維持負壓所需風(fēng)量，也叫余風(fēng)量，m3/h；Ly可按負壓值與房間換氣次數的關(guān)系確定，也可按縫隙法計算，依照房間的壓差功能要求補風(fēng)量比例在50%~90%不等，有正壓要求的房間補風(fēng)量比例不低于110%，可參考下圖。

3.2 補風(fēng)方式

實(shí)驗室的補風(fēng)方法一般有兩種，分別是自然補風(fēng)和機械補風(fēng)。

自然補風(fēng)不安裝補風(fēng)機，通過(guò)實(shí)驗室內外的壓差（室內為負壓）將室外新風(fēng)經(jīng)過(guò)濾器、管道吸入室內達到補風(fēng)效果，由于新風(fēng)是被室外的正壓壓入負壓的室內，所以自然補風(fēng)可以使得氣流達到動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)也保證實(shí)驗室氣流流向穩定，且始終處于負壓狀態(tài)。自然補風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)主要是不需安裝補風(fēng)機，節省了前期投資和補風(fēng)機運行的電費；缺點(diǎn)是在設計裝修時(shí)需要提前擴大進(jìn)風(fēng)井或進(jìn)風(fēng)百頁(yè)面積，這需要占用建筑使用面積或影響建筑立面效果，其次是不通過(guò)補風(fēng)機的自然風(fēng)無(wú)法進(jìn)行加熱或冷卻處理。

機械補風(fēng)設置引風(fēng)機形成理想的氣流組織，將室外新風(fēng)經(jīng)集中處理后，由補風(fēng)機經(jīng)管道送入房間內，機械補風(fēng)可以對其加熱或冷卻處理及過(guò)濾等預處理，進(jìn)行采用定風(fēng)量補風(fēng)還是變風(fēng)量補風(fēng)系統，一般與排風(fēng)系統對應，即排風(fēng)為定風(fēng)量系統，補風(fēng)也為定風(fēng)量系統，排風(fēng)為變風(fēng)量系統，補風(fēng)也為變風(fēng)量系統。

3.3 補風(fēng)地點(diǎn)

室內補風(fēng)的補風(fēng)地點(diǎn)一般沒(méi)有很大的限制，可以直接補在排風(fēng)柜內或柜門(mén)前，也可補在房間內，但是不同的補風(fēng)地點(diǎn)有著(zhù)不同的影響，在排風(fēng)柜內或柜門(mén)前補風(fēng)的優(yōu)勢是不需要為新風(fēng)做加熱或冷卻處理，可節省能源，節約成本；缺點(diǎn)則是新風(fēng)會(huì )影響通風(fēng)柜內實(shí)驗時(shí)的實(shí)驗數據，同時(shí)破壞操作人員工作環(huán)境舒適性，這種補風(fēng)地點(diǎn)不適用有面風(fēng)速要求的排風(fēng)系統。與之對比，補風(fēng)地點(diǎn)設置在房間內時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是操作人員的工作環(huán)境基本不會(huì )受到影響，對排風(fēng)柜面風(fēng)速及柜內氣流亦無(wú)影響；缺點(diǎn)則是新風(fēng)一般需要經(jīng)過(guò)加熱或者冷卻處理，能量成本要比第一種補風(fēng)地點(diǎn)高。

通風(fēng)柜變風(fēng)量控制器有一類(lèi)是測量柜門(mén)面風(fēng)速，通過(guò)與設定風(fēng)速比較，調節風(fēng)閥開(kāi)度以達到設定值，風(fēng)閥一般采用蝶閥，其缺點(diǎn)有：精度受測量點(diǎn)的位置和數量影響，比較容易受到安裝位置和內外氣流（紊流）影響，測量到的風(fēng)速需要通過(guò)傳感器轉換成電信號調節風(fēng)閥，系統反映速度稍慢，控制信號響應時(shí)間：<3秒，面風(fēng)速控制精度一般在±20%。

另一類(lèi)排風(fēng)柜變風(fēng)量控制器，目前主流使用的是文丘里風(fēng)量控制器，通過(guò)測量移門(mén)位置，借助位移傳感器測得移門(mén)開(kāi)度并傳輸給控制器，控制器根據“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風(fēng)量來(lái)實(shí)時(shí)改變閥門(mén)的開(kāi)度大小來(lái)調節排風(fēng)量。該系統抗干擾性好，控制穩定，從理論上屬開(kāi)環(huán)控制，在試劑應用中需另設風(fēng)速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準確性和可靠性。調節風(fēng)閥開(kāi)度具有精度不受柜前有無(wú)人員遮擋影響，調整風(fēng)量過(guò)程迅速精準，響應時(shí)間短，可實(shí)現傳統的變風(fēng)量閥不可能實(shí)現的高調節比（1:17~20）、與管道靜壓無(wú)關(guān)(150~750PA)、響應時(shí)間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

5.1 常用的實(shí)驗室變風(fēng)量通風(fēng)系統控制原理

5.2 通風(fēng)柜面風(fēng)速控制系統工作原理

確定安全有效的面風(fēng)速，對實(shí)驗室工作人員來(lái)說(shuō)，通風(fēng)柜集塵能力是關(guān)鍵問(wèn)題。與正確的集塵能力相關(guān)的幾個(gè)因素是：面風(fēng)速、交叉通風(fēng)和工作實(shí)踐。研究與現場(chǎng)經(jīng)驗使人們了解到通風(fēng)柜有效的面風(fēng)速設定值。通用的工業(yè)標準是0.3m/s~0.6m/s，現在很多設施中，0.5m/s被接受作為安全運行標準。有研究表明0.5m/s的面風(fēng)速要求部分是因為操作人員的存在和移動(dòng)。而未占用通風(fēng)柜（即那些沒(méi)有人使用的通風(fēng)柜）在面風(fēng)速減少到0.3m/s的情況下運行時(shí)可以包容有害氣體。而占用的通風(fēng)柜則需要較高的流速以保證通風(fēng)柜正確的集塵能力。操作人員的移動(dòng)在面風(fēng)速為0.4m/s~0.5m/s時(shí)對通風(fēng)柜集塵能力幾乎沒(méi)有影響。但在0.4m/s以下時(shí)，擾動(dòng)會(huì )明顯導致有害氣體濃度升高。而當沒(méi)有操作人員移動(dòng)時(shí)，0.3m/s以下面風(fēng)速也可以滿(mǎn)足實(shí)驗室一般性集塵環(huán)境的使用要求。面風(fēng)速控制圖解（下圖）。

5.3 風(fēng)量的控制方法

目前對于風(fēng)量的控制方法有面風(fēng)速法和位移法。

面風(fēng)速法，通常是利用安裝在排風(fēng)柜入口邊緣處的風(fēng)速傳感器測得風(fēng)速并傳輸到控制器，通過(guò)比較和計算得到所需風(fēng)量，然后改變風(fēng)閥開(kāi)度調整排風(fēng)量，最終使其面風(fēng)速保持在0.3m/s~0.6m/s（OSHA）的某個(gè)設定值或是某個(gè)較小的范圍。其特點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單易安裝，控制相對容易；閉環(huán)反饋控制保證了安全性和節能性的控制效果；以一個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速來(lái)代替面風(fēng)速，與真正的控制對象其面風(fēng)速還會(huì )有些偏差，比較容易受到安裝位置和內外氣流（紊流）影響。

位移法，配合使用VAV變風(fēng)量文丘里閥，借助位移傳感器測得柜門(mén)開(kāi)度并傳輸給控制器，控制器根據“流量=平均流速×面積”的公示計算出的風(fēng)量來(lái)實(shí)時(shí)改變閥門(mén)的開(kāi)度大小來(lái)調節排風(fēng)量。該系統抗干擾性好，控制穩定，從理論上屬開(kāi)環(huán)控制，在實(shí)際應用中需另設風(fēng)速儀或其他反饋裝置，以保證控制的準確性和可靠性。調節風(fēng)閥開(kāi)度具有精度不受柜前有無(wú)人員遮擋影響，調整風(fēng)量過(guò)程迅速精準，響應時(shí)間短，可實(shí)現傳統的變風(fēng)量閥不可能實(shí)現的高調節比（1:17~20）、與管道靜壓無(wú)關(guān)(150~750PA)、響應時(shí)間快(小于1秒)、風(fēng)量控制精確到氣流控制信號的±5％等特性。

設備還可安裝紅外線(xiàn)人體監測器，自動(dòng)控制系統可以通過(guò)不同的面風(fēng)速設置值達到節約運行費用的目的，當操作臺前有操作人員工作時(shí)面風(fēng)速控制在某一設定值（如0.5m/s）,當通風(fēng)柜前無(wú)人操作時(shí)，系統自動(dòng)轉換到另一設定值（如0.3m/s）。通風(fēng)柜移門(mén)位置過(guò)高時(shí)有明顯警報。發(fā)生機械故障導致面風(fēng)速過(guò)高或過(guò)低時(shí)有明顯警報。當出現異常情況時(shí)，面風(fēng)速控制系統可開(kāi)啟事故排風(fēng)模式，將風(fēng)閥開(kāi)到最大開(kāi)度，不受面風(fēng)速設定值的控制。

有些實(shí)驗設備在工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生尾氣，部分實(shí)驗室尾氣需經(jīng)過(guò)處理后，才能外排，在排風(fēng)系統劃分時(shí)，需將這部分排風(fēng)集中在一個(gè)系統，以集中處理。采用何種處理方式，應根據排氣性質(zhì)決定。

在設計實(shí)驗室通風(fēng)系統時(shí)，要將實(shí)驗性質(zhì)相同或相近的排風(fēng)設在一個(gè)系統，如果有混合后可能引起燃燒、爆炸或形成毒性更強的有害物質(zhì)的可能，則需要另外分設排風(fēng)系統。

實(shí)驗室使用的通風(fēng)系統設計首先要確保實(shí)驗室的安全性，就要確保有一定數量的換氣次數；還有實(shí)驗室的通風(fēng)系統負壓的設計和系統控制很重要，要解決好；系統要能穩定可靠的運行；最后就是在確保了一定數量的換氣次數和全新風(fēng)條件下，要將能耗降低到最低。要達到這些要求，通風(fēng)設備尤其是通風(fēng)柜就得有一定標準和要求。

當實(shí)驗室排風(fēng)量較大時(shí)，要在實(shí)驗室通風(fēng)系統設計時(shí)在走廊、大廳等公共區域增設補風(fēng)系統，以避免出現負壓過(guò)大造成的開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)困難。

通風(fēng)系統不僅對實(shí)驗室通風(fēng)柜有特殊要求外，還對控制系統和其他設備有一定的要求和標準。設備型號、通風(fēng)系統設計和控制系統都會(huì )影響到實(shí)驗室的壓力控制和最小通風(fēng)量的控制，通風(fēng)系統設計和控制系統最主要。通風(fēng)系統不平衡會(huì )導致通風(fēng)柜排風(fēng)和捕捉能力散失，氣流流出實(shí)驗室，建筑物內壓力不穩定。

通風(fēng)系統的風(fēng)量的變化不能因為風(fēng)管內靜壓的變化影響其反應時(shí)間，從而影響通風(fēng)量的準確性。壓力相關(guān)型的系統也會(huì )影響系統流量的精準控制，使得其反應時(shí)間變慢，從而導致送排風(fēng)設備產(chǎn)生震蕩，速度不穩定，風(fēng)量不平衡，最終導致控制系統沒(méi)法能調節。所有系統應選擇壓力變化無(wú)關(guān)型的。

實(shí)驗室種類(lèi)繁多，其通風(fēng)系統的設計也應該因地制宜、與時(shí)俱進(jìn)，在一個(gè)實(shí)驗樓內可能同時(shí)存在多種通風(fēng)方式，而通風(fēng)系統設計的首要原則是保證實(shí)驗室工作環(huán)境不損害工作人員的健康安全，在這個(gè)基礎上，則應盡量控制裝修和運行成本，為實(shí)驗室減輕經(jīng)濟壓力。隨著(zhù)實(shí)驗室建設標準的不斷提高，變風(fēng)量通風(fēng)系統應用越來(lái)越廣，實(shí)驗室通風(fēng)系統設計也需要多傾聽(tīng)使用人員及其他相關(guān)方面人士的意見(jiàn)，設計要有針對性，做到有的放矢。