中小学实验室通风设计分析
0 引言
教学楼实验室是中小学校实验活动的主要场所，应满足教学实验的功能要求，向学生提供开放的自主探究的实验室环境，并保证学生安全及身心健康。合理的实验室通风系统设计能够为学生提供一个安全良好的教学实验环境，本文将着重分析探讨实验室内通风系统的形式及特点。
1 通风系统的划分
中小学校实验室主要可以分为物理、化学、生物实验室及其附属用房，根据实验室使用功能的不同, 污染物散发的位置和浓度不同，应采用不同的通风方式。实验室主要通风方式包括自然通风、全面排风和局部排风，补风以自然补风为主，在不利情况下考虑机械补风。
当实验室内有害物质散发的浓度较低或有害物质散发的位置较分散时, 应考虑自然通风或全面排风方式。而为避免实验时有害气体污染源在室内的扩散和传播, 采用局部排风被证明是非常有效的一种通风方式。一般在实验室内部, 局部排风系统包括通风柜局部排风和排气罩局部排风。
根据《山东省高级中学实验室建设与配备标准》，实验室主要通风方式参见表1。
表1 实验室主要通风方式
|
自然通风
|
全面排风
|
局部排风
|
|
|
物理实验室
|
√
|
||
|
物理探究实验室
|
√
|
||
|
物理仪器室
|
√
|
||
|
物理准备室
|
√
|
||
|
化学实验室
|
√
|
||
|
化学探究实验室
|
√
|
√
|
|
|
化学仪器室
|
√
|
√
|
|
|
化学准备实验室
|
√
|
√
|
|
|
化学药品室
|
√
|
√
|
|
|
生物实验室
|
√
|
||
|
生物探究实验室
|
√
|
||
|
生物仪器室
|
√
|
||
|
生物准备实验室
|
√
|
2 通风系统的设计
2.1 自然通风
实验室应尽可能采取各种有组织的自然通风措施，换气次数应不低于3次/h，并使室内二氧化碳浓度低于1.5‰。
2.2 全面排风
若已知有害物的排放浓度, 稀释室内有害物所需的换气量按公式(1)计算，式中：
L=M/( Cy- Cj) (1)
L——全面通风换气量, m3/h;
M——室内有害物散发量, mg/h;
Cy——室内空气中有害物质的最高见许浓度, mg/m3。
Cj——进入空气中有害物质的浓度,mg/m3。
然而学校往往无法提供实验室实验过程中产生有害气体散发量的详细数据，所以对全面排风量的计算, 通常按房间的换气次数确定。对于教室、物理、生物实验室，《中小学校建筑设计规范》中规定：教室、物理、生物实验室等房间换气次数不应低于3次/h，应采取各种有组织的自然通风措施，使室内二氧化碳浓度低于1.5%。:在对实验环境要求不高的寒冷地区，可采用在教室外墙和过道开小气窗或室内做通风道的换气方式。小气窗设在外墙时，其面积不应小于房间面积的1/60；小气窗开向过道时，其开启面积应大于设在外墙上的小气窗面积的二倍；当在教室内设通风道时，其换气口可设在天棚或内墙上部，并安装可开关的活门。对于化学实验室，《中小学校建筑设计规范》中规定：实验室内的排风扇应设在外墙靠地面处，如图1所示。风扇的中心距地面不宜小于300mm 。风扇洞口靠室外的一面应设挡风措施；室内一面应设防护罩。
图1 排气扇平面布置图
2.3 局部排风
通常化学实验会伴随产生有害气体，因此化学实验室换气次数要高于普通实验室，约10~20次/h。对环境品质要求较高的一类化学实验室，普遍采用通风柜局部排风和排风罩局部排风（即桌面抽排风系统）。
2.3.1 通风柜局部排风
通风柜局部排风系统设计时，应确保通风柜内部由排风机排出的有害气体不反向流进室内。排风方式主要根据通风柜内产生的有害气体的密度及有无发热源来确定。当通风柜内产生的有害气体密度比空气小, 或当通风柜内有发热体时, 应采取上部排风,这也是常用的一种排风方式；当通风柜内没有发热体, 且产生的有害气体密度比空气大( 如汞蒸气) , 应采取下部排风; 当通风柜内既有发热体, 同时又产生密度大小不等的有害气体时, 应采取上下联合排风。图2为通风柜布置实景图。
(1) 通风柜排风量按公式(2) 计算:
L=3600*A *V*β (2)
式中:
L——通风罩局部排风量，m3/h；
A——操作口实际的开启面积，m2；
V——操作口实际吸入风速，m/s，通常按0.4～0.7m/s 选取；
(2)通风柜局部排风的设置区域：
1）二个以上化学实验室的其中一间；
2）化学准备室；
3）化学药品室；
(3) 通风柜排风系统设计：
1台通风柜与1台排风机用单一管道连接是最佳的方式，排风机尽可能安装在排气口附近( 如屋顶上) , 保证通风柜与排风机之间的管道处于负压状态；通风柜的排风口应设置可关闭的阀门或止回阀。若受实际条件限制，也可多台通风柜设一个排风系统，但不宜多于4台。图3为通风柜排风系统图。
图2 通风柜布置实景图 图3 通风柜排风系统图
2.3.2 排风罩局部排风
排风罩局部排风一般应用于化学实验室，针对化学实验过程中会产生不同程度的有害气体，且瞬间浓度高的现象，现大多数化学实验室特别是有机化学实验室都采用桌面排风罩式排风系统，系统应按实验室单独设置，不应与其它实验室排风系统划分在同一系统中；为保证风机经济运行，风机变频控制；由于实验室的排风量较大, 应保证合理的补风措施。
(1)排风罩时，其排风量可按公式(3) 计算:
L=3600*P*(H2- H1) *VX (3)
式中:
L——排风罩局部排风量,m3/h;
P——排风罩敞开面的周长, m;
H2——罩口下沿高度,m;
H1——实验台面的高度,m;
VX——吸入速度,m/s,通常按0.25～0.35m/s选取。
(2) 排风罩（桌面抽排风系统）的设置区域：
1）至少一间的化学实验室；
2）至少一间的化学探究实验室；
(3) 排风罩排风系统设计：
桌面抽排风系统应尽量减少实验室顶部的管线布置，使室内布置整洁，对通风管道、给排水管道、实验室用各种电气管线作精心统一的设计安排。各种管线均设置在台面下方，支管线垂直出台面。侧吸排风罩支风管与台面下方主风管交接处接一手动蝶阀，可通过开启台面下方柜门进行风量平衡调节。并且须在侧吸罩支风管在台面上的法兰处设一钢丝网以防止异物进入实验台下方的主风管，避免影响通风系统的正常运行。图4为桌面抽排风系统平面布置图，图5为实验台剖面图，图6为桌面抽排风系统图。
图4 桌面抽排风系统平面布置图 图5 实验台剖面图
图6 桌面抽排风系统图
3.其他注意事项
1.由于实验室通风系统排除的气体具有酸碱腐蚀性, 因此通风设备及附件必须具有耐酸碱腐蚀功能(如风机可采用玻璃钢风机, 风管可采用防腐无机玻璃钢风管等)。
2.采用建筑风井时, 其内表面不仅应密实, 还要随砌、随抹平、随刷防腐材料。
3.有害气体在排入大气前应进行净化处理, 达到国家环保排放标准。
4.在满足实验室通风设计要求的前提下, 应与建筑密切配合, 合理布置建筑风井以及风管出墙的位置等。
5.含有剧毒物质或难闻气味物质的局部排风系统所排出的气体，应排至建筑物动力阴影区和正压区以上。
6.风机在满足性能参数的前提下,应选择噪声低的。风机应安装在楼顶或顶层风机房内, 风机安装时底部设减震支座, 进出口设消声器, 采用耐腐蚀阻燃软接头连接。
4.结论
教学楼实验室的通风设计首先应确保实验室内部的通风系统能将实验过程中产生的有害气体有效的排出，系统设计应根据实验室使用功能的不同, 污染物散发的位置和浓度不同，合理的采用不同的通风方式；并且要注意降低系统噪声、提高系统的稳定性、便于控制管理、保证较低的系统投入和能源消耗
.
