1、調(diào)查研究及問(wèn)題
在本工程設(shè)計(jì)時(shí)，筆者曾于1997年底、1998年夏季先后兩次隨同華中師范大學(xué)主管領(lǐng)導(dǎo)、化學(xué)系教師赴北京、天津、南京、廣州及武漢地區(qū)對(duì)教育部近二十所高等院校的化學(xué)樓、物理樓、化工樓及一些國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)樓作了實(shí)地調(diào)查研究。這些實(shí)驗(yàn)樓大部分是在上世紀(jì)70代末，八十年代及九十年代初興建的，且個(gè)別是上世紀(jì)四十年代興建的老式建筑。通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)樓不同程度存在以下問(wèn)題：
建筑外觀陳舊、破損；建筑外墻上隨處安裝吊掛風(fēng)機(jī)，設(shè)備噪聲大；室內(nèi)設(shè)備老化，管線雜亂。
通風(fēng)效果差。室內(nèi)、走道各種氣味大、刺鼻。通風(fēng)管道破損漏風(fēng)明顯，老化嚴(yán)重。
實(shí)驗(yàn)室“三廢”處理不當(dāng)，不符合環(huán)保要求。
因此，了解發(fā)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)樓通風(fēng)存在的問(wèn)題，對(duì)于如何做好今后的實(shí)驗(yàn)樓通風(fēng)設(shè)計(jì)工作是很有價(jià)值的。
2、工程概況
華中師范大學(xué)邵逸夫化學(xué)樓為一幢教學(xué)與化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的綜合性建筑。它是由香港邵逸夫先生贊助，國(guó)家教育部撥款，學(xué)校自籌資金而興建的。其建筑位于校內(nèi)桂子山上，建筑占地1780m2，總建筑面積12167m2。教學(xué)校部分八層，為Ⅰ區(qū)，主要功能為教學(xué)用房，由學(xué)術(shù)報(bào)告廳、會(huì)議室、書庫(kù)及辦公等組成。實(shí)驗(yàn)樓部分為七層，局部五層。七層部分為Ⅱ區(qū)，層高3.9m，五層部分為Ⅲ區(qū)，層高3.9m。Ⅱ及Ⅲ區(qū)屋面局部設(shè)有通風(fēng)機(jī)廊，其高度為2.7m。工程于1998年12月設(shè)計(jì)，2001年1月竣工。
Ⅱ區(qū)一層為教學(xué)法實(shí)驗(yàn)室，化工實(shí)驗(yàn)室及科研室；二層為無(wú)機(jī)天平室、無(wú)機(jī)科研及實(shí)驗(yàn)室；三層為物化實(shí)驗(yàn)及科研室；四層為分析實(shí)驗(yàn)室；五層為有機(jī)實(shí)驗(yàn)及科研室；六～七層為合成研究室及教學(xué)工作室。Ⅱ區(qū)共設(shè)通風(fēng)柜134臺(tái)。
Ⅲ區(qū)一層為無(wú)機(jī)藥品庫(kù)、無(wú)機(jī)玻璃加工、儀器房；二層為無(wú)機(jī)科研及紫外光譜室；三層為物化科研室、電教技術(shù)室及電化系統(tǒng)室；四層為發(fā)射光譜、原子吸收光譜、光度、螢光、氣相色譜室；五層為有機(jī)科研及紅外光譜室。Ⅲ區(qū)共設(shè)通風(fēng)柜37臺(tái)。
根據(jù)校方設(shè)計(jì)要求：通風(fēng)柜采用機(jī)械排風(fēng)方式，Ⅱ區(qū)無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室及五層有機(jī)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用局部排風(fēng)方式；其它不產(chǎn)生有害氣體的實(shí)驗(yàn)室按一般機(jī)械排風(fēng)設(shè)計(jì)，換氣次數(shù)按1～2次/h計(jì)算。要求做到室內(nèi)、走道無(wú)異味。重點(diǎn)考慮“三廢”的排放。
3、實(shí)驗(yàn)室有害氣體的種類及散發(fā)量
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種難嗅的、有腐蝕的、有毒及易爆的氣體。這些有害氣體如不及時(shí)排至室外，不僅造成室內(nèi)空氣污染，影響實(shí)驗(yàn)人員的健康與安全，而且會(huì)影響設(shè)備的精度和使用年限。
因此，了解實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的有害氣體種類及散發(fā)量對(duì)通風(fēng)工程設(shè)計(jì)是十分重要的?；瘜W(xué)樓實(shí)驗(yàn)室有害氣體按照化學(xué)特性基本上可分為無(wú)機(jī)及有機(jī)兩大類。
無(wú)機(jī)類有害氣體主要有：SO2、SO3、H2S、NO、NO2、NH3、CL2、HCL、HF1、SiF4、CO及臭氧、氰化物等。
有機(jī)類有害氣體主要有：甲烷、乙烷、乙炔、苯、甲醛、甲醇、甲酸等。
由于校方無(wú)法提供實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生有害氣體散發(fā)量的詳細(xì)數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，只能做定性分析，無(wú)法進(jìn)行定量分析，要進(jìn)行定量分析只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)取得數(shù)據(jù)。但從定性上講，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生有害氣體的散發(fā)量相對(duì)工廠企業(yè)工藝過(guò)程中產(chǎn)生有害氣體的散發(fā)量要小得多。

4、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 操作口吸風(fēng)速度取值（見(jiàn)表） 　　4.2 排風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)原則
4.2.1 無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)實(shí)驗(yàn)室及農(nóng)藥所合成實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)置。
4.2.2 對(duì)于混合后可能引起燃燒、爆炸、結(jié)聚凝塊或形成毒性更強(qiáng)的有害物時(shí)，分設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)。
4.2.3 對(duì)于有害氣體、蒸汽或粉塵的發(fā)散源分開(kāi)設(shè)置局部排風(fēng)裝置。
4.2.4 含有劇毒物質(zhì)或難聞氣味物質(zhì)的局部排風(fēng)系統(tǒng)所排出的氣體，應(yīng)排至建筑物動(dòng)力陰影區(qū)和正壓區(qū)以上。
4.2.5 局部排風(fēng)系統(tǒng)排出的氣體在排入大氣之前，應(yīng)根據(jù)所含有害物的毒性及濃度確定是否需要進(jìn)行凈化處理。
4.3 通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.3.1 通風(fēng)柜的布置
本工程Ⅱ區(qū)設(shè)有通風(fēng)柜134臺(tái)、Ⅲ區(qū)設(shè)有通風(fēng)柜37臺(tái)。其外型尺寸均為1600×750×1700（長(zhǎng)×寬×高），操作口尺寸均為350×600×2（長(zhǎng)×高×數(shù)量）。
為防止從窗外進(jìn)入的室外氣流的干擾，本工程通風(fēng)柜均布置在房間靠近走道的內(nèi)墻角。
4.3.2 通風(fēng)柜排風(fēng)量計(jì)算
其排風(fēng)量按下公式計(jì)算：

L=3600FVβ m3/h

L=3600×0.35×0.6×2×0.7×1.1

=1164m3/h

4.4 通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從使用方便及排風(fēng)效果角度考慮，最好是一臺(tái)通風(fēng)柜為一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)。但由于本工程通風(fēng)柜數(shù)量多，且同時(shí)有實(shí)驗(yàn)室其它排風(fēng)系統(tǒng)，若一臺(tái)通風(fēng)柜設(shè)一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)，那么垂直風(fēng)管的數(shù)量及風(fēng)機(jī)廊風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)眾多，難以布置。因此本工程經(jīng)綜合考慮，反復(fù)推敲，一般2～3臺(tái)通風(fēng)柜設(shè)計(jì)為一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)，但原則上不超過(guò)4個(gè)。

4.4 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)臺(tái)局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.4.1 側(cè)吸罩排風(fēng)量計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，Ⅱ區(qū)二層無(wú)機(jī)及五層有機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求設(shè)置局部排風(fēng)系統(tǒng)。
每間實(shí)驗(yàn)室設(shè)有三組長(zhǎng)4.0m、寬1.4m、高0.8m的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
本工程設(shè)計(jì)在每組實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上設(shè)有6個(gè)（一邊3個(gè)）側(cè)吸罩，其尺寸為：口部Φ200，法蘭邊150mm，接管Φ150，要求側(cè)吸罩口距實(shí)驗(yàn)臺(tái)面水平距離0.4m處產(chǎn)生0.25m/s的吸氣速度。
根據(jù)吸流流譜及Dalla-Valle實(shí)驗(yàn)公式，側(cè)吸罩
風(fēng)量為：

L=0.75·（5x2+F）·Ux·3600 m3/h

L=0.75·（5·0.42+

為使實(shí)驗(yàn)人員在臺(tái)面更為方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，本工程設(shè)計(jì)特將側(cè)吸罩設(shè)計(jì)成一個(gè)可360°旋轉(zhuǎn)的套筒式側(cè)吸罩。詳實(shí)驗(yàn)臺(tái)剖面。
4.4.2 排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管布置
設(shè)計(jì)時(shí)，為盡量減少實(shí)驗(yàn)室空中布置的管線，減少各種管線干擾實(shí)驗(yàn)人員的視線，使室內(nèi)布置整潔、光線明亮，對(duì)通風(fēng)管道、上、下水管、實(shí)驗(yàn)室用各種氣體管道作了精心統(tǒng)一的安排。實(shí)驗(yàn)臺(tái)下方除支墩外，其余均為空心，側(cè)面設(shè)置柜門。各種管線均設(shè)置在臺(tái)面下方，支管線垂直出臺(tái)面。側(cè)吸罩支風(fēng)管與臺(tái)面下方主風(fēng)管交接處接一手動(dòng)蝶閥，可方便地通過(guò)開(kāi)啟臺(tái)面下方側(cè)面柜門進(jìn)行風(fēng)量及平衡調(diào)節(jié)。同時(shí)在側(cè)吸罩支風(fēng)管在臺(tái)面上的法蘭處設(shè)一鋼絲網(wǎng)以防止異物進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺(tái)下方的主風(fēng)管，從而影響通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

通風(fēng)管道采用垂直敷設(shè)方式接至頂層風(fēng)機(jī)廊風(fēng)機(jī)。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)剖面圖

4.5 無(wú)有害氣體產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室、廢液間及衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
無(wú)有害氣體產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室按1～2次/h，廢液間及衛(wèi)生間按10次/h計(jì)算排風(fēng)量。風(fēng)機(jī)設(shè)置于風(fēng)機(jī)廊，風(fēng)管采用垂直敷設(shè)方式。
4.6 排風(fēng)系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)及氣流組織設(shè)計(jì)
調(diào)查研究表明，其實(shí)驗(yàn)樓通風(fēng)效果差、房間及走道異味嚴(yán)重除通風(fēng)設(shè)備陳舊，風(fēng)管老化破損漏風(fēng)外，主要是沒(méi)有對(duì)排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行有組織的補(bǔ)風(fēng)及進(jìn)行合理的氣流組織設(shè)計(jì)。
本工程設(shè)計(jì)在Ⅱ區(qū)一～七層，Ⅲ區(qū)二～五層每層設(shè)置一臺(tái)低噪聲離心風(fēng)機(jī)箱送風(fēng)作為實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)用，不足部分從外窗進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)。送風(fēng)風(fēng)管布置在每層內(nèi)走道，風(fēng)管上均勻布置若干個(gè)Φ360園形散流器。所有實(shí)驗(yàn)室至走道的門上設(shè)置2個(gè)250×500單層固定百葉。首先送風(fēng)機(jī)將室外新鮮空氣通風(fēng)管、散流器送至走道，使走道保持正壓；然后通過(guò)門上百葉進(jìn)入房間，最后通過(guò)通風(fēng)柜及側(cè)吸罩、風(fēng)管、排風(fēng)機(jī)排至室外。實(shí)驗(yàn)室由于排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，始終保持負(fù)壓。這樣，有害氣體就不易進(jìn)入走道，從而保證走道無(wú)異味。
Ⅱ區(qū)一～七層每層設(shè)置1臺(tái)560～630Pa，8500～19000m3/h 2.2～5KW雙速離心風(fēng)機(jī)箱1臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室部分使用時(shí)開(kāi)低速，全部使用時(shí)開(kāi)高速。
Ⅲ區(qū)二～五層每層高置1臺(tái)580Pa，9000m3/h，2.2KW離心風(fēng)機(jī)箱1臺(tái)。
由于武漢地區(qū)寒冷時(shí)間較短，寒假時(shí)實(shí)驗(yàn)樓基本上不使用，且實(shí)驗(yàn)室冬季沒(méi)有設(shè)置采暖系統(tǒng)，所以為節(jié)約能源，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有對(duì)補(bǔ)風(fēng)進(jìn)行加熱處理。
4.7 屋面通風(fēng)機(jī)廊設(shè)計(jì)及通風(fēng)管道布置特點(diǎn)
由于建筑立面美觀的需要（不允許風(fēng)機(jī)外掛），便于通風(fēng)設(shè)備操作與管理及對(duì)氣體的凈化及噪聲處理，本工程設(shè)計(jì)在Ⅱ、Ⅲ區(qū)屋面設(shè)有通風(fēng)機(jī)廊。本著節(jié)約土建造價(jià)的原則，風(fēng)機(jī)廓層高控制在2.7米。風(fēng)機(jī)廓兩邊大梁上翻，有利于設(shè)備、管道的布置及操作、維修。所有排風(fēng)機(jī)設(shè)置于通風(fēng)機(jī)廊。
排風(fēng)機(jī)的通風(fēng)管道采用垂直敷設(shè)方式，在實(shí)驗(yàn)室走道內(nèi)墻側(cè)設(shè)置通風(fēng)管井。

風(fēng)機(jī)廊布置平面

本工程共設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)91個(gè)，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)10個(gè)。
由于通風(fēng)機(jī)廓排風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)很多，通風(fēng)管線復(fù)雜，風(fēng)機(jī)廓層高較低，經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，設(shè)計(jì)時(shí)，通風(fēng)管道采用了“電路板”式布置方案，避免了排風(fēng)系統(tǒng)間風(fēng)管交叉打架，給設(shè)備管理、操作、維修帶來(lái)方便。