設計依據(jù)國內(nèi)外規(guī)范、標準：

《科學實驗建筑設計規(guī)范》JGJ91-93

《實驗室變風量排風柜》JG/T222-2007

《排風柜》JB/T6412-1999（中國機械行業(yè)標準）

《建筑設計防火規(guī)范》GB50045-2014（2018年版）

《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）

《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012

《公共建筑節(jié)能設計規(guī)范》GB50189-2015

《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》GB3095-2012

《聲環(huán)境質(zhì)量標準》GB3096-2008

《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-2017

《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》GB50346-2011

北美：

ASHRAE110-2016 美國供暖制冷及空調(diào)工程師學會

NEPA45-2000 美國國家防火協(xié)會認證

SEFA1-2002美國科學儀器設備與實驗室家具國際協(xié)會

OSHA，29CFR PART 1910 美國職業(yè)安全和健康管理委員會

ANSI/AIHA-Z9.5美國國家標準學會/美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會認證

ACGIH 美國政府工業(yè)衛(wèi)生師協(xié)會認證

ADA 美國殘障協(xié)會認證

U.L. 1805保險商試驗所認證

GLP（Good Laboratory Practice）優(yōu)良實驗室規(guī)范

歐洲：

EN/BS14175 歐盟/英國國家標準協(xié)會

BS7258 英國國家標準協(xié)會

DIN12924 德國國家標準協(xié)會

適用、安全、衛(wèi)生。技術先進、安全可靠、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量、節(jié)省能源和符合環(huán)境保護的要求。

人流，物流及氣流的合理分布

實驗室組成及分布：

實驗用房：通用實驗室，專用實驗室、科研工作室。

輔助用房：學術活動室，圖書資料室，試劑室，溫室，冷庫，天平室，洗滌室，標本室，附屬加工廠，器材庫等。

公共設施用房及管道空間：制冷機房、空調(diào)機房、排風機房、給排水及水處理用房、變配電室、電訊室、氣體供應室及管道井、管道走廊和管道技術層等設施的用房。

各類用房宜集中布置，做到功能分區(qū)明確、布局合理、聯(lián)系方便、互不干擾且留有發(fā)展余地。

實驗室建設如創(chuàng)造一個生命體，建筑工程為骨架、暖通水電為肌肉器官系統(tǒng)、信息控制為脈絡、裝修裝飾為皮膚、概念（先進性、前瞻性、環(huán)境、健康、安全等）為曲線。整體完整、協(xié)調(diào)才能運轉(zhuǎn)流暢，缺少某一方面或過于側(cè)重某一方面都將對整體建設不利。

優(yōu)秀的實驗室不但能夠提供給使用者一個良好的工作環(huán)境，同時也應能給予使用者良好的認同、歸屬感，充分發(fā)揮科研人員的創(chuàng)造性思維以及團隊合作精神，幫助管理人員實現(xiàn)方便管理、優(yōu)化流程、規(guī)范操作等。

實驗室工藝設計最大程度考慮以人為本、標準模塊、先進性、前瞻性等因素，綜合考慮各檢驗內(nèi)容的特點，統(tǒng)籌水、電、氣、通風、空調(diào)等各種因素，將各類條件協(xié)調(diào)完善，使得該實驗室條件靈活、完備、和諧。

建筑結(jié)構(gòu)：

通用實驗室標準單元組合設計。

荷載重，振動大的實驗室放在底層。

隔音類，污染大，廢氣多的實驗室放在頂層。

科研室，工作室朝南布置；輔助類房間放整層的中間。精密儀器室朝北布置。

樓層柱網(wǎng)分布：水平開間≥6600mm，垂直不大于7500mm。

走廊分布樣式：單走道式，中走道式，偏走道式，雙走道式。

層高要求4500-5000mm以上，吊頂凈高≥2600mm（規(guī)范2400mm)。

荷載設置為350kg/m2，局部區(qū)域設置為500kg/m2，屋頂荷載設置為400kg/m2。

公用設施用房宜設置在對周圍環(huán)境干擾最少且靠近使用負荷中心處。

當有隔振要求時，應根據(jù)其防振距離要求進行布置，在無法保證防振距離時應采取必要的隔振措施。

實驗室通風設備：

通風柜：

通風柜類型： 定風量型（CAV）：分為傳統(tǒng)型和旁通型。改良型如持續(xù)型（continuous-flow）旁通等。目前在一些使用頻率不高或者特殊的場合中有大量應用 。 補風型（MAV）：分為柜內(nèi)補風和柜外補風兩種。優(yōu)點：節(jié)能；缺點如下：

1.安全性：柜前補風會嚴重影響柜面處的氣流，擾動加劇，很可能導致有害物溢出；另外補風與排風的平衡比較難做到，平衡不當會導致污染物大量泄漏。

2.經(jīng)濟性：通常它需要兩臺風機和兩套風管，初投資較高；

3.舒適性：冬季未經(jīng)處理的補風溫度過低對實驗不利，也會使操作人員感到不適，夏季濕度過高的補風也可能影響實驗。美國工業(yè)衛(wèi)生委員會AIHA不鼓勵使用該類型排風柜�？梢栽谝恍�對安全性、舒適性等要求不高的地方應用。

變風量型（VAV）：節(jié)能性、安全性、舒適性、可擴展性目前變風量通風柜大有替代前兩者的趨勢。

安全和防護執(zhí)行國家現(xiàn)行有關安全、衛(wèi)生、輻射防護、環(huán)保法規(guī)和規(guī)定。實驗區(qū)走廊設有安全淋浴洗眼器（實驗室最遠操作位距離緊急噴淋步行距離不能超過18m），化學分析室、樣品前處理室等操作室設有桌 上型洗眼器。

消防：

執(zhí)行國家現(xiàn)行有關消防的法規(guī)和規(guī)定。普通實驗室消防使用消火栓和自動噴水滅火系統(tǒng)，精密儀器室使用氣體滅火消防(高壓細水霧）。化學品儲存室使用專用的消防系統(tǒng)。 固定滅火器按《建筑滅火器配置設計規(guī)范》GB50140執(zhí)行。

氣體管路要求：

實驗室供氣模式：集中供氣方式。氣體分類儲存，助燃性及易燃性氣體分開儲存。每棟樓分設兩個氣瓶 間：惰性氣體氣瓶間；可燃氣體氣瓶間（要考慮建筑物及內(nèi)飾機電的防爆性能）和一個動力氣源間。使用單獨的氣體管井輸送到實驗室內(nèi)。 包括氫氣、氧氣、氮氣、煤氣、乙炔、壓縮空氣和真空等氣體管道。氣瓶室的設計考慮墻體防爆、樓板承重、防火門、換氣次數(shù)、泄爆容 積比、報警系統(tǒng)。氣體管道均采用BA級SUS316L不銹鋼管材，確保氣體工程的使用氣體的純度達到99.999％，管路使用全自動無縫焊接技術。 考慮使用點氣體泄漏報警裝置。

考慮不同儀器的使用壓力不同。特殊氣體應考慮特殊的輸送及儲存方式。

給水排水要求：

給水、熱水：給水-合理設計用水點，盡量減少管路距離。PPR或不銹鋼管。熱水-循環(huán)系統(tǒng)，避免死水區(qū)。PPR或不銹鋼管。

排水：需要在最大程度符合預設位置要求，坡度符合《建筑給水排水設計規(guī)范》，密封性好，避免污水及氣味泄露。實驗室排水管選擇塑料管路，如PVC－U，CPVC，耐酸堿腐蝕，耐高溫。

純水：

水質(zhì)滿足GB/T6682－2008《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》中規(guī)定二級水的要求。

純水系統(tǒng)，電阻率≥5M.cm。

超純水水質(zhì)要求：電阻率≥18.2 M.cm，25℃�？紤]純水的輸送問題（循環(huán)系統(tǒng)，避免死水區(qū)）采用SUS316L不銹鋼管材。

實驗室廢水處理：洗滌性廢水需要對其成分進行檢測，能夠達到污水排放標準，直接排入市政污水管道。

對于不能達到標準的污水，可簡單進行處理，或者儲存在污水池待污水處理公司定期拉取進行處理。

廢棄溶劑廢棄溶劑需要分類儲存，交由專業(yè)的處理公司進行處理。

實驗建筑以其特殊性，對通風空調(diào)系統(tǒng)也有著不同的要求。實驗建筑內(nèi)將不能單純的追求環(huán)境的舒適性，應重點考慮室內(nèi)有毒物殘留控制、噪音控制、壓力控制以及節(jié)能控制，通風空調(diào)系統(tǒng)還將兼顧末端設備的使用要求。

實驗室通風空調(diào)設計目的：

充分保證人員、環(huán)境的安全；

實驗環(huán)境：符合實驗條件；

提供使用者舒適健康高效的工作環(huán)境；

實驗室的運行維護，能耗；系統(tǒng)的靈活性。

通風設計也應配合實驗室的整體形象，完善設計需求，努力創(chuàng)造一個安全、 高效、明亮、且令人心情舒暢的實驗環(huán)境，不是所有實驗室的通風空調(diào)設計都一成不變，適合于實驗室整體定位的才是最好的。

實驗室通風系統(tǒng)分類：

研究類實驗室由于實驗室的建設目的是基于目前的研究方向，研究方向的改變必將導致實驗內(nèi)容、實驗室布局的改變。因此在設計研究類實驗室通風系統(tǒng)時還應考慮系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展要求以及靈活性要求。實驗室將采用標準化（標準單元組合設計）設計，保證實驗方向的隨時可調(diào)。

為保證標準實驗室的可調(diào)整性，設計時應充分考慮了風量的預留以及通風系統(tǒng)調(diào)整的便利性。通風管路需采取標準布局形式，使用統(tǒng)一的管徑以平行的方式進入室內(nèi)，保證在任何位置的通風都能接入系統(tǒng)。通風系統(tǒng)通常以樓層進行分區(qū)。

檢測類實驗室由于其實驗內(nèi)容和實驗流程較為成熟，在通風系統(tǒng)的設置上將更多地考慮實驗室和實驗設備的需求，以實驗排風效果的實現(xiàn)和成本控制為主。此類實驗室通風通常以檢測部門和檢測內(nèi)容進行分區(qū)。

建筑面積較小，且方向較為單一的實驗室也可以將整棟實驗樓作為一個通風系統(tǒng)進行設計。

在實驗室排風量變化幅度不很大的情況下，實驗室與辦公區(qū)域的送風也可以 共用。但應對壓力梯度進行嚴格控制，以免造成辦公區(qū)域的污染。

化工類實驗室由于其危險性實驗較多，可燃溶劑、氣體使用量較大，因此實驗室內(nèi)設置的通風柜數(shù)量較多，換氣次數(shù)較大（通常8-10次）。醫(yī)藥、食品類實驗室重點考慮人流物流的污染控制，實驗室內(nèi)的潔凈控制等，換氣次數(shù)相對較�。ㄍǔ�6-8次），但壓力梯度控制較嚴格。

實驗室通風設計要求：

實驗室換氣次數(shù)：

ASHRAE-實驗室總的換氣次數(shù)應由以下其中一項決定: 1.實驗室排風設備總的排風量。

2.滿足實驗室中溫度要求所需換氣次數(shù)。

3.最小換氣次數(shù)要求。

“...能夠保持室內(nèi)4-12次/小時的換氣次數(shù)是比較合適的..”–OSHA-美國職業(yè)安全和健康管理委員會

“...最小換氣次數(shù)必須保持在6-10次/小時，并保證100%使用室外空氣�！�-ASHRAE－美國供暖制冷及空調(diào)工程師學會

“...當實驗室無人使用時（夜間或周末），我們要求最小換氣次數(shù)為4次/小時，當有人使用時則通常要求不小于8次/小時，最小換氣次數(shù)應與實驗室的使用狀況相一致。”－NFPA45－美國全國防火委員會

通風柜面風速：

美國職業(yè)安全與健康管理委員會0.3-0.5m/s；

美國國家標準0.5-0.6m/s；加拿大國家標準0.5 m/s；

澳大利亞標準 0.5m/s；英國標準0.5m/s；

瑞典標準0.5m/s；日本標準0.4m/s；

德國工業(yè)標準0.3 m/s；中國標準0.3-0.5m/s，特殊工藝需要時面風速可由工藝確定。

參照以上相關標準，應根據(jù)實驗室的類型不同設置工作狀態(tài)6-10次/小時的換氣次數(shù)，并保證實驗室內(nèi)有毒氣體含量小于0.5PPM的要求。排風柜的工作面風速應滿足0.5±0.1m/s的面風速，以便保持良好的室內(nèi)狀態(tài)。

過高或者過低的通風柜工作面風速都將導致實驗室出現(xiàn)安全隱患。過低的面風速將使得通風柜內(nèi)的有毒氣體被人員走動帶出通風柜，而過高的面風速＞0.76m/將使得通風柜內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體紊流，導致有毒氣體不能有效排放。

設計參數(shù)：

通風柜的排風量可根據(jù)下式計算：[陸耀慶 供熱空調(diào)設計手冊]

L=3600A·v·βm3/h

A—操作口或縫隙實際開啟面積，m2；

v—罩面風速，m/s；

β—安全系數(shù)，一般取β= 1.05～1.1（根據(jù)通風柜產(chǎn)品選�。�。

實驗室壓力控制：

“通風...空氣由非實驗室環(huán)境區(qū)域進入實驗室后應直接排放出實驗室建筑外部”-美國職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局（OSHA）

“任何條件下，進入實驗室區(qū)域的空氣...應來自辦公區(qū)，走廊等區(qū)域 - Prudent Practices

“...在實驗室室內(nèi)壓力控制過程中，保持室內(nèi)外特定壓差并非我們的最終目的，我們真正需要達到的是使得空氣在室內(nèi)外流通時，能夠以某一速度保持恒定流向 -美國國家標準協(xié)會（ANSI）/美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會（AIHA）Z9.5

“實驗室，作為污染抑制的二級屏障，應始終保持實驗室為負壓，以充分保障周邊臨界區(qū)域的安全。在潔凈室或者無菌設施里，則相反， 要求保持室內(nèi)為正壓，以防周邊區(qū)域不潔凈氣體進入。- ASHRAE美國供暖制冷及空調(diào)工程師學會

實驗室工作區(qū)域的壓力相對于走廊和非實驗區(qū)域應始終保持相對的負壓。

實驗室內(nèi)應滿足有效、連續(xù)的排風以降低實驗室內(nèi)有毒氣體的殘留。通常來說，實驗室的通風系統(tǒng)將24小時工作。從圖上可以看出，實驗室需要有效通風30分鐘以后才能滿足安全要求。

常規(guī)實驗室由于使用大量的化學試劑及有機溶劑，相應的試劑、溶劑揮發(fā)以及實驗產(chǎn)生的有毒性氣體將在實驗室內(nèi)普遍存在，在設置實驗室的室內(nèi)壓力時即應考慮控制有毒氣體不能外溢到公共區(qū)域。實驗室與公共區(qū)域?qū)⒃O置-10Pa的負壓，適當?shù)乜刂茖嶒瀰^(qū)及公共區(qū)域的通風比例，將能達到預期的控制效果。

實驗室內(nèi)微負壓控制將依靠嚴格控制的通風差值進行實現(xiàn)。常規(guī)來說，送風量將設置在排風量的70-90%（視實驗建筑情況而定）。

實驗室內(nèi)同時應考慮通風氣流布局，以保證室內(nèi)有毒氣體得到有效排放。有效的氣流走向以及不同區(qū)域的壓力控制的實現(xiàn)將會極大程度地增加實驗室的安全性。

設計應考慮通風風管內(nèi)的風速設定，嚴格控制實驗室內(nèi)噪音小于JGJ91-93 OSHA要求的55分貝，排風管徑應同時應考慮未來發(fā)展的預留空間。

有防爆要求的特殊實驗室（如氣瓶室、溶劑儲存室等）將參照《建筑設計防火規(guī)范》、《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》對防爆、泄爆、換氣進行特殊考慮，應單獨設置防爆風機，保證室內(nèi)有效的換氣次數(shù)。

實驗室通風系統(tǒng)的基本組成：

1、通風末端設備：主要包括通風柜、萬向排氣罩、原子吸收罩、吹吸式排風罩等。

2、排風風道系統(tǒng)： 主要包括風機、顯熱回收、風管風閥、消聲器、廢氣處理設備等。

3、送風風道系統(tǒng)：主要包括新風機組、顯熱回收、風道、風閥、 消聲器、風口等。

4、控制系統(tǒng)：

實驗室將按照通風分區(qū)設置新風機組，新風機組通常采用變頻組合式新風機組，包括：過濾段、熱回收段、盤管段、加濕段、風機段。變頻排風機組將按照設計要求在本層進行設置或集中設置在設備層。

實驗室通風將需要能根據(jù)設備的使用情況和壓力變化情況進行聯(lián)動，以保證實驗室內(nèi)的氣流穩(wěn)定、安全。

通常來說，根據(jù)實驗室和排風要求的不同，排風管道可設置為：不銹鋼、PVC、無機玻璃鋼等；新風管道可設置為：鍍鋅鋼板、布袋式風管等。

實驗室通風控制系統(tǒng)：

實驗室通風系統(tǒng)、氣體泄露監(jiān)測系統(tǒng)、消防系統(tǒng)將需要設置有效聯(lián)動。實驗樓內(nèi)將分設控制中心，氣體監(jiān)測系統(tǒng)、通風自控系統(tǒng)將集中到樓內(nèi)控制室，所有點位保證可視、可控。對于大型實驗室通風控制系統(tǒng)將采用主動式、壓力無關的控制系統(tǒng)，對通風流量精準控制：

壓力無關：

美國國立衛(wèi)生研究院設計方針及規(guī)范參考資料－機械

任何新建的實驗室設施內(nèi)的通風柜都應安裝具有壓力無關型的氣流量監(jiān)測裝置，并且與實驗室區(qū)域內(nèi)的視頻或音頻報警器相連。

ASHRAE-美國供暖制冷及空調(diào)工程師學會

系統(tǒng)可分為壓力無關和壓力相關兩種類型。壓力相關系統(tǒng)通常是采用定風量控制，并對每臺排風蝶閥的平衡葉片進行手動調(diào)節(jié)。如果壓力相關系統(tǒng)內(nèi)增加額外的通風柜，那么整個系統(tǒng)必須重新調(diào)整平衡，排風機的轉(zhuǎn)速可能也要進行調(diào)整。由于壓力無關型的系統(tǒng)更加具有柔性，所以在當今的設計當中，已經(jīng)很少采用壓力相關型的系統(tǒng)了。

系統(tǒng)空氣量的改變會造成風道內(nèi)靜壓的變化；

緩慢的響應時間會在設備之間產(chǎn)生振蕩；

在風道環(huán)境中流量設備必須精確操作。

變風量閥門的反應時間需要小于1秒，通風系統(tǒng)風量的平衡時間需要小于3秒，以滿足安全要求：

由于之前介紹的通風柜面風速的限制要求，實驗室內(nèi)通常都需要設置通風控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將有效控制通風柜的面風速滿足規(guī)范要求，同時即時調(diào)整房間內(nèi)的通風流量以滿足壓力控制的需求：

定風量（CV）控制系統(tǒng)：

變風量（VAV）系統(tǒng)：

自適應（UBC）系統(tǒng)：

雙穩(wěn)態(tài)(2-State)控制系統(tǒng)：

實驗室負壓控制系統(tǒng)：

通過被動式的壓差跟蹤或主動式的流量跟蹤進行控制：

實驗室最小換氣次數(shù)控制：

對于單個實驗室房間其中有多臺VAV排風柜，室內(nèi)相對走廊保持負壓狀態(tài)，在排風柜最小開度時需要輔助排風保持最小換氣次數(shù)。

通風柜面風速控制：

將通過位移傳感器或風速傳感器配合文丘里閥或電動蝶閥進行控制，滿足規(guī)范的面風速要求。位移傳感器（水平、垂直、組合）準確、靈敏但相對復雜，風速傳感器簡單、直觀但相對不準確。

通風柜控制原理：

自適應系統(tǒng)需設置區(qū)域狀態(tài)傳感器。

風量控制閥控制原理：

風量控制閥：變風量蝶閥；文丘里閥。

風量控制閥類型：定風量；雙穩(wěn)態(tài)；變風量。

風量控制閥技術要求：

壓力無關：響應時間＜1秒，精度＜信號的5%；

穩(wěn)定控制＜5% 振蕩，控制范圍：調(diào)節(jié)比為10比1系統(tǒng)；間穩(wěn)定性＜1秒，精確度不受風管布局影響，耐腐蝕性，可靠性高/簡單靈活。

對于簡單的、變風量設備較少、室內(nèi)環(huán)境控制要求不是很高的實驗室，蝶閥或文丘里閥都將能滿足要求；對于系統(tǒng)較為復雜、變風量設備較多、室內(nèi)環(huán)境控制要求較高的實驗室，建議使用壓力無關的文丘里閥以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性：

在壓力變化的情況下，文丘里閥風量基本沒有變化。

Phoenix文丘里閥工作原理：

風量控制：

風量標定：

文丘里閥與蝶閥的比較：

實驗室間通過485通訊接口（ModBus-RTU協(xié)議）將該系統(tǒng)相關的各閥門控制 風量、通風柜調(diào)節(jié)門開度、DDC的控制、各種報警信息傳至樓控管理系統(tǒng)。

實驗室通風系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保：

通常來說，由于實驗設備的排風量較大，以1.5米寬通風柜來說，每小時的排風量為1300立方米。對于實驗建筑來說，實驗室的獨立通風系統(tǒng)不但有利于實驗安全，同時有利于大幅度的節(jié)能。

實驗室送風為全新風系統(tǒng)，為保證節(jié)能內(nèi)部舒適性通�？渴覂�(nèi)盤管（或VRV） 解決。當實驗工作暫停期間，通風系統(tǒng)將可進行關閉，只使用室內(nèi)盤管（或VRV）進行溫度調(diào)節(jié)。實驗室排風同時應設顯熱回收系統(tǒng)。

實驗室新風溫度設置：冬季新風補給空氣溫度為17℃~19℃，夏季新風補給空氣溫度為 26℃~28℃，這樣將有利于未來使用的大幅度節(jié)能，對于特殊需求的實驗室（如液質(zhì)使用區(qū)），可用可調(diào)節(jié)式的室內(nèi)盤管（或VRV）來降低局部區(qū)域內(nèi)的溫度。

按照馬塞諸塞大學的統(tǒng)計結(jié)果來看，1立方米/小時的排風量，年的運行成本將為7.5美元，約合人民幣47元。而一個1萬平方米面積的化學實驗室，設計排風量經(jīng)常達到20萬立方米/小時以上。通常我們會設置工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)兩種形式，工作狀態(tài)通風柜面風速設定為0.5米/秒，非工作狀態(tài)設置為0.3米/秒，實驗室的換氣次數(shù)可降至4次/小時。

冷梁的使用僅限于：排風量變化幅度不是很大、設備發(fā)熱量較大、用水點較少且房間密閉性較強的實驗室。

對于實驗室廢氣的處理，目前有水洗塔、高空排放、射流風機、干式化學過濾、就地化學溶液過濾等方式：根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》和《大氣污染物綜合排放標準》，實驗室產(chǎn)生的廢氣需要進行處理方能進行排放，綜合對比通常建議采用干式化學過濾的方式：

本文素材來源于互聯(lián)網(wǎng)，作者：張杰，趙煜。暖通南社整理編輯。