1．前言

    优良的科研设备及实验室装备对提升科研成果具有绝对的影响力，所以具体改善实验室的配套设备，使一流的科研人才，得以拥有和国际接轨的一流实验室，将是我们提升科技水平增强国力的基石。

    实验室作为研究工作的基地，必须具备有合理的空间规划，完善的系统配套，耐用的设备材质，安全的结构设备，才能提供科研工作人员一个安全、稳定、高效率的工作环境。和一般的舒适性空调不同，一个完善的实验室空调系统必须具备三项基本功能：安全、节能和舒适。其一要求有效地排放出实验室过程中所产生的有害物质和气体，确保科研人员的安全健康；然而在排放有害气体的同时，大量的室内空气也被排出，这代表能源的大量消耗，所以实验室通风系统要求排放即时合理的风量；同时实验室空调系统还必须保证舒适的温湿度，使科研人员能够在一个相对适宜的环境下长期工作。

    笔者以刚设计好的一个标准实验室系统为例，提出了实验室空调设计的一些想法和思路，可供设计者和建设单位参考和探讨。

2．项目概况

    本实验楼位于上海市，占地面积约1500m²，建筑面积约4500m²，共三层，主要功能为化学医药研发实验室和研发办公。

    空调设计从实验室空间规划时就开始参与。为了避免外窗对实验室的干扰，且能够最大限度地利用空间，增大实验室面积利用率，实验室被布置在内区，办公室布置在外区，实验室和办公区用参观走廊从功能上分隔。每层均相似布置，便于上下各种管线的接驳。

3．空调设计

    3.1 室外空气设计参数（上海市）

     夏季空调室外计算干球温度：34 ℃

     夏季空调室外计算湿球温度：28.2 ℃

     冬季空调室外计算干球温度：-4 ℃

     冬季空调室外计算相对湿度：75%

    3.2 室内空气设计参数

    3.3 空调冷热源及水系统

     本实验楼空调冷负荷为1300kW，空调热负荷为900kW。由于建筑物空间有限，无机房位置，故选用了两台风冷热泵，单台制冷量720kW（标准工况），制冷剂选用环保冷媒R407C。鉴于本工程新风量较大，考虑到上海地区夏季气温日渐炎热，所以风冷热泵的出力需根据实际情况做出适当修正，本项目按环境温度40℃对主机做出修正。

     冷热水系统为同程两管制系统。空调末端均设置了电动二通调节阀，分集水器之间安装了自动压差旁通装置。

    3.4 热回收系统

     由于实验室采用全新风系统，能耗巨大，需考虑热回收装置。目前热回收装置主要分为三种，其各项功能列表如下：

     由于实验室的排风含有有毒气体，为了保证科研人员的安全，热回收装置选用了漏风率为零的中间热媒式热交换器。

    能量回收为 Q=Gxcx/3.6*E*(t₁-t₂) (W)

    Gx: 进入热交换器的空气质量 (kg/h)

    Cx: 空气的比热容 (kJ/kg.℃)

    E : 热回收效率(按50%考虑)

    t₁ : 热风进热交换器的温度(℃)

    t₂ : 冷风进热交换器的温度(℃)

    本项目实验区内总新风量约85000m³/h。夏季冷量回收为：Q=85000*

    1.2/3.6*0.5*(34-26)= 113000 W = 113 kW 冬季热量回收为：Q=85000*

    1.2/3.6*0.5*(20-(-4))= 340000 W = 340 kW

    3.5 实验区域空调风系统

    3.5.1 通风系统的设计参数及目标：

    1） 控制通风柜的面风速在合理的范围内，以保证排风柜排风效率。由于我国在这方面目前还没有成熟的规范，本项目参照美国和欧洲标准，选用较为经济合理的数值0.35m/s。本项目选用宽度为1800mm的标准通风柜，柜门最大开启高度为600mm，单台通风柜最大排风量为 Q=1.6*0.6*0.35*3600=1210 m³/h，柜门最小开启高度为100mm，单台通风柜最小排风量为 Q=1.6*0.1*0.35

    *3600=210 m³/h。

     2) 实验室空调系统采用全新风系统。每层分为南北两个风系统。每个系统负担约20个标准通风柜，同时使用系数选取0.6。每个系统的最大设计排风量为 Q=1210*0.6*20=14520 m³/h。送排风机组之间设置了间接热回收装置。

    3) 维持实验室恒定的负压，不会由于门的暂时开启引起实验室内气体向外溢出。参观走廊内设置新风送风系统，实验室的每个外门的补风量按150m³/h考虑。

    4) 室内换气率能有效控制，室内空气应充分置换，保证其新鲜度。本项目参照欧洲标准，选用了数值25m³/m²。

    5) 控制实验室内的温湿度，为工作人员提供舒适的环境。

    3.5.2 每间实验室的送风干管上设置了风管式再冷盘管和风管式电加热器，以保证温湿度在设计范围内。

    3.5.3 送风处理流程：

     室外新风 → 热回收 → 表冷（加热）→ 变频风机→ 加湿 → 中效→ 再热（再冷） → 送入室内

    3.5.4 排风处理流程：

     室内排风 → 热回收 → 变频风机 →高空排放

    3.6 空调控制系统

    3.6.1 风量控制：

    1) 目标是通风柜相对实验室其他区域为负压；实验室相对走廊为负压。

    2)每只通风柜配置独立的变风量排风阀，根据通风柜柜门的开度和恒定的面风速自动调节排风量。总排风机根据排风干管的静压来调节变频风机的频率。

    3)每个实验室的送风支管上设置了变风量补风阀，根据实验室内外压差来调节补风量，保持恒定的压差。总送风机根据送风干管的静压来调节变频风机的频率。

    3.6.2 温湿度控制：

    1） 实验室内的风管式再冷盘管均带有温度传感器，根据室内温度调节进入盘管的冷冻（热）水量。

    2） 实验室内的电加热器均带有温度传感器，根据室内温度调节再热量，以保证一个相对合理的湿度。

    3） 室外新风先通过组合式空调机组的表冷器处理到合适的露点温度。当实验室房间处于最大排风量时，新风通过电加热器再热后送入房间。随着排风量的减小，再热量也随着减小以保证合适的湿度。当排风量继续降低时，这时需要加大送风温差，电加热器停止工作，新风通过再冷盘管处理后送入房间，以保证合适的温度。

4．结论

    4.1 通风柜需选用变风量通风柜，且需配置变风量调节阀，可以大大降低整个系统排风量，以节约能耗。

    4.2 全新风系统需设置热回收系统，尤其是在北方地区，冬季的室内外空气温差大，可以节约能耗。

    4.3 全新风系统风冷热泵主机选用时需考虑环境温度修正。

    4.4 由于实验室排风量大，换气次数较大，送风温差小，需设置再热装置，以控制湿度。同时由于送风量变化，送风温差随之变化，需考虑再冷措施。

5．仍需改进和解决的问题

    5.1 通风柜面风速的选取，需根据已有的实验室实测数据做出修正。

    5.2 通风柜的同时使用系数的选取,需根据已有的实验室实测数据做出修正。

    5.3 补风阀根据实验室内外压差控制，灵敏度较低，且受围护结构的密封性影响较大。变频送风机反应时间较长。

    5.4 为能很好地控制温湿度，需设置四管制水系统。

    5.5 考虑实验室内送风风口的布置及送风风速对实验室气流的影响。