黃科薪 陳蜀

摘 要：文章為了提供一個良好舒適的恒溫油槽實驗室的空氣環(huán)境，根據(jù)實驗室性質(zhì)和要求，通過示例詳細的計算設(shè)計了實驗室通風(fēng)系統(tǒng)，為類似實驗室通風(fēng)設(shè)計提供一種有益的參考。

關(guān)鍵詞：局部通風(fēng)；全面通風(fēng)；風(fēng)量；風(fēng)速

1 概述

溫度是社會、工作、生活中最基本測量參數(shù)，該參數(shù)涉及的測溫和控溫已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療及人們的日常生活等領(lǐng)域。溫度計、工業(yè)熱電阻、熱電偶是最常用的測溫器具，而這些測溫器具的準(zhǔn)確性對測溫控溫的作用至關(guān)重要，為了保證測溫器具的量值準(zhǔn)確可靠，需要對這些測溫器具進行校準(zhǔn)。檢定熱電阻常用恒溫槽。恒溫槽又以不同的溫度范圍及使用不同的介質(zhì)分為水槽、油槽、乙醇槽。油槽介質(zhì)通常使用甲基硅油，在高溫下會蒸發(fā)，這對工作環(huán)境的舒適性、安全性有一定的損害，文章即以恒溫油槽為主要對象，建立模型，設(shè)計恒溫油槽實驗室通風(fēng)系統(tǒng)，為建設(shè)安全、人性化恒溫油槽實驗室提供有益的參考[1～2]。

2 系統(tǒng)設(shè)備

文章取某型標(biāo)準(zhǔn)恒溫油槽作為主體進行通風(fēng)設(shè)計，其主要特點及技術(shù)參數(shù)為：可高精度智能控溫，升溫迅速，無超調(diào)欠調(diào)，溫度穩(wěn)定性強，計算機控制實現(xiàn)自動控溫且持續(xù)穩(wěn)定，工作區(qū)采用雙槽體雙循環(huán)，提高溫場均勻性穩(wěn)定性，油槽下方配置儲油箱，配備油泵系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)參數(shù)：溫度范圍（35℃-300℃），工作區(qū)尺寸：φ150mm×480mm，外形尺寸長×寬×高：750mm×550mm×1140mm。工作介質(zhì)：甲基硅油（推薦）。

3 通風(fēng)概述

硅油是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的聚合有機硅氧烷，它有很多特殊性能包括溫粘系數(shù)小、耐高/低溫、抗氧化、閃點高、揮發(fā)性小（150°，30天，揮發(fā)量2%）、絕緣性好、表面張力小、對金屬無腐蝕、無毒等。正因為如此，硅油常用于日用化妝品、潤滑油、擴散泵油等。恒溫油槽推薦使用的介質(zhì)即為甲基硅油。

雖然甲基硅油具有無毒、揮發(fā)性小的屬性，但由于種種因素的影響，實際使用過程中（特別是加熱至持續(xù)高溫）常有異味散發(fā)，影響工作區(qū)的空氣品質(zhì)，對工作者身心健康有一定的危害，故對其進行通風(fēng)換氣、及時排污是必要的。

通過通風(fēng)換氣的方法改善室內(nèi)空氣環(huán)境，是把室內(nèi)的不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的污濁空氣排到室外，換以室外新鮮空氣或經(jīng)過處理符合衛(wèi)生要求的空氣送入室內(nèi)。采用通風(fēng)的目的在于利用諸如凈化、排除、稀釋或置換技術(shù)，確a保環(huán)境區(qū)域具有良好的空氣品質(zhì)，提供生命過程必須的氧氣，形成適合生活和生產(chǎn)的空氣環(huán)境。

就通風(fēng)的覆蓋范圍而言，通風(fēng)方式可分為全面通風(fēng)和局部通風(fēng)。全面通風(fēng)實質(zhì)是全面系統(tǒng)地對室內(nèi)空氣污染物稀釋。局部通風(fēng)是對局部地點的空氣條件提供保證的特色通風(fēng)方式，是在產(chǎn)生污染物的源頭采用局部通風(fēng)技術(shù)把含有污染物的氣體就地捕集、凈化排放至室外，阻止污染源污染物向工作區(qū)擴散。

4 設(shè)計示例

設(shè)計步驟：（1）根據(jù)房間的要求和用途，選擇通風(fēng)方式；（2）根據(jù)排風(fēng)類型，計算通風(fēng)量；（3）通過通風(fēng)量，選擇通風(fēng)機，并校驗風(fēng)機風(fēng)壓。

文章的污染源是恒溫油槽，是固定集中的點污染源，故選用局部通風(fēng)的方式，具體采用局部排風(fēng)罩實施[3]。

排風(fēng)罩設(shè)在油槽的上方，由于油槽的限制，氣流只能從側(cè)面流入罩內(nèi)，如圖1所示。為避免及減少橫向氣流的影響，要求H盡可能小于等于0.3a（a為罩口的長）。此時，排風(fēng)罩的排風(fēng)量按式（1）計算[4～5]：

L=KPHvx （1）

式中：K-考慮沿高度速度分布均勻的安全系數(shù)，通常取K=1.4；

P-排風(fēng)罩口敞開面的周長，m；

H-罩口至污染源的距離，m；

vx-邊緣控制點的控制風(fēng)速，m/s。

局部排氣罩是利用排風(fēng)罩的抽吸作用，在有害物發(fā)生地點（控制點）造成一定的氣流運動，將有害物吸入罩內(nèi)，加以捕集。控制點上必需的氣流速度稱為控制風(fēng)速。邊緣控制點風(fēng)速的大小與工藝操作、有害物毒性、周圍干擾氣流運動狀況等多種因素有關(guān)。設(shè)計時可參照表1確定，控制點風(fēng)速選取原則按表2選擇。

表1 控制點控制風(fēng)速

表2 控制點的控制風(fēng)速選取原則

文中污染物放散速度較輕微，控制風(fēng)速范圍?。?.25～0.5）m/s，且毒性小，空氣擾動小，選擇速度下限，從而控制風(fēng)速vx取0.3m/s。有了控制風(fēng)速vx取，計算排風(fēng)量還需要得到高度H，及罩口周長P，這兩項未知數(shù)可由排風(fēng)罩口的長寬及約束條件確定。排風(fēng)罩口長寬尺寸如表3所示。

表3 設(shè)備尺寸

條件：要求H盡可能小于等于0.3a（a為罩口的長），即H≤0.3（2×0.4H+0.75），得H≤0.3m，取H=0.3m，故罩口周長P=3.56m。

排風(fēng)罩排風(fēng)量為：L=KPHvx=1.4×3.56×0.3×0.3=0.45m3/s=1620 m3/h

選擇風(fēng)機需考慮風(fēng)量附加，采用一般送排風(fēng)，定轉(zhuǎn)速風(fēng)機時，風(fēng)量附加為5%～10%。文章取下限，即5%，從而風(fēng)機風(fēng)量為：（1+5%）L=1701m3/h。對照風(fēng)機型號規(guī)格，選取軸流風(fēng)機T35-11系列，具體參數(shù)如表4所示。

表4 風(fēng)機參數(shù)

風(fēng)機風(fēng)壓校驗：文章局部排風(fēng)，污染氣體經(jīng)風(fēng)機抽吸后流經(jīng)一截與風(fēng)機風(fēng)口同徑的短風(fēng)管排到室外，所選風(fēng)機風(fēng)壓能滿足使用要求。

圖1 恒溫油槽通風(fēng)示意圖

5 結(jié)束語

文章介紹了恒溫油槽的特點，簡要概述了通風(fēng)的目的和方式及對應(yīng)的作用，并進一步通過計算詳細示例了恒溫油槽實驗室通風(fēng)設(shè)計，為相關(guān)類似實驗室通風(fēng)，建設(shè)安全、人性化實驗室提供有益借鑒。此外，在選用或設(shè)計排風(fēng)罩時，設(shè)計應(yīng)遵循以下基本原則：已被污染的吸入氣流避免進去人的呼吸區(qū)，設(shè)計時應(yīng)充分考慮操作人員的工作點和活動范圍；局部排風(fēng)罩設(shè)計應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響生產(chǎn)流程。排風(fēng)罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、造價少，方便安裝維護；設(shè)計排風(fēng)罩進行通風(fēng)換氣的覆蓋區(qū)域，應(yīng)盡可能避免或減弱擾動氣流、穿堂風(fēng)和激烈送風(fēng)氣流等對排氣罩排氣的影響。設(shè)計人員在滿足設(shè)計的基本原則和科學(xué)計算基礎(chǔ)上，設(shè)計出合理的實驗室通風(fēng)系統(tǒng)。

參考文獻

[1]中國環(huán)境保護部.GB3095-2012.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[2]中國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T18883-2002.室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]陳康.實驗室通風(fēng)柜安全應(yīng)用的影響因素研究[D].華東理工大學(xué)，2013.

[4]孫一堅，沈恒根.工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5]中國建設(shè)部.GB/50019-2003.采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.11.

作者簡介：黃科薪（1986-），工學(xué)碩士，主要從事計量測試技術(shù)研究工作。

陳蜀（1980-），工學(xué)碩士，主要從事計量測試技術(shù)研究工作。