設計依據國內外規范、標準：

《科學實驗建筑設計規范》JGJ91-93

《實驗室變風量排風柜》JG/T222-2007

《排風柜》JB/T6412-1999（中國機械行業標準）

《建筑設計防火規范》GB50045-2014（2018年版）

《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003（2009年版）

《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012

《公共建筑節能設計規范》GB50189-2015

《環境空氣質量標準》GB3095-2012

《聲環境質量標準》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范》GB50346-2011

北美：

ASHRAE110-2016 美國供暖制冷及空調工程師學會

NEPA45-2000 美國國家防火協會認證

SEFA1-2002美國科學儀器設備與實驗室家具國際協會

OSHA，29CFR PART 1910 美國職業安全和健康管理委員會

ANSI/AIHA-Z9.5美國國家標準學會/美國工業衛生協會認證

ACGIH 美國政府工業衛生師協會認證

ADA 美國殘障協會認證

U.L. 1805保險商試驗所認證

GLP（Good Laboratory Practice）優良實驗室規范

歐洲：

EN/BS14175 歐盟/英國國家標準協會

BS7258 英國國家標準協會

DIN12924 德國國家標準協會

適用、安全、衛生。技術先進、安全可靠、經濟合理、確保質量、節省能源和符合環境保護的要求。

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，做到功能分區明確、布局合理、聯系方便、互不干擾且留有發展余地。

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

優秀的實驗室不但能夠提供給使用者一個良好的工作環境，同時也應能給予使用者良好的認同、歸屬感，充分發揮科研人員的創造性思維以及團隊合作精神，幫助管理人員實現方便管理、優化流程、規范操作等。

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，綜合考慮各檢驗內容的特點，統籌水、電、氣、通風、空調等各種因素，將各類條件協調完善，使得該實驗室條件靈活、完備、和諧。

建筑結構：

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（規范2400mm)。

荷載設置為350kg/m2，局部區域設置為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）：分為傳統型和旁通型。改良型如持續型（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）：分為柜內補風和柜外補風兩種。優點：節能；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。美國工業衛生委員會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。

安全和防護執行國家現行有關安全、衛生、輻射防護、環保法規和規定。實驗區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：

執行國家現行有關消防的法規和規定。普通實驗室消防使用消火栓和自動噴水滅火系統，精密儀器室使用氣體滅火消防(高壓細水霧）�；瘜W品儲存室使用專用的消防系統。 固定滅火器按《建筑滅火器配置設計規范》GB50140執行。

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。 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、泄爆容 積比、報警系統。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-循環系統，避免死水區。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：

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

純水系統，電阻率≥5M.cm。

超純水水質要求：電阻率≥18.2 M.cm，25℃�？紤]純水的輸送問題（循環系統，避免死水區）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，交由專業的處理公司進行處理。

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

實驗室通風空調設計目的：

充分保證人員、環境的安全；

實驗環境：符合實驗條件；

提供使用者舒適健康高效的工作環境；

實驗室的運行維護，能耗；系統的靈活性。

通風設計也應配合實驗室的整體形象，完善設計需求，努力創造一個安全、 高效、明亮、且令人心情舒暢的實驗環境，不是所有實驗室的通風空調設計都一成不變，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容、實驗室布局的改變。因此在設計研究類實驗室通風系統時還應考慮系統的可持續性發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。

為保證標準實驗室的可調整性，設計時應充分考慮了風量的預留以及通風系統調整的便利性。通風管路需采取標準布局形式，使用統一的管徑以平行的方式進入室內，保證在任何位置的通風都能接入系統。通風系統通常以樓層進行分區。

檢測類實驗室由于其實驗內容和實驗流程較為成熟，在通風系統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容進行分區。

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，因此實驗室內設置的通風柜數量較多，換氣次數較大（通常8-10次）。醫藥、食品類實驗室重點考慮人流物流的污染控制，實驗室內的潔凈控制等，換氣次數相對較�。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：

ASHRAE-實驗室總的換氣次數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。

3.最小換氣次數要求。

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

“...最小換氣次數必須保持在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，最小換氣次數應與實驗室的使用狀況相一致�！保璑FPA45－美國全國防火委員會

通風柜面風速：

美國職業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，應根據實驗室的類型不同設置工作狀態6-10次/小時的換氣次數，并保證實驗室內有毒氣體含量小于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狀態。

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

設計參數：

通風柜的排風量可根據下式計算：[陸耀慶 供熱空調設計手冊]

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，一般取β= 1.05～1.1（根據通風柜產品選�。�。

實驗室壓力控制：

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

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

“...在實驗室室內壓力控制過程中，保持室內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外流通時，能夠以某一速度保持恒定流向 -美國國家標準協會（ANSI）/美國工業衛生協會（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域的安全。在潔凈室或者無菌設施里，則相反， 要求保持室內為正壓，以防周邊區域不潔凈氣體進入。- ASHRAE美國供暖制冷及空調工程師學會

實驗室工作區域的壓力相對于走廊和非實驗區域應始終保持相對的負壓。

實驗室內應滿足有效、連續的排風以降低實驗室內有毒氣體的殘留。通常來說，實驗室的通風系統將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、溶劑揮發以及實驗產生的有毒性氣體將在實驗室內普遍存在，在設置實驗室的室內壓力時即應考慮控制有毒氣體不能外溢到公共區域。實驗室與公共區域將設置-10Pa的負壓，適當地控制實驗區及公共區域的通風比例，將能達到預期的控制效果。

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

實驗室內同時應考慮通風氣流布局，以保證室內有毒氣體得到有效排放。有效的氣流走向以及不同區域的壓力控制的實現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的風速設定，嚴格控制實驗室內噪音小于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《建筑設計防火規范》、《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》對防爆、泄爆、換氣進行特殊考慮，應單獨設置防爆風機，保證室內有效的換氣次數。

實驗室通風系統的基本組成：

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： 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：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：

實驗室將按照通風分區設置新風機組，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設備的使用情況和壓力變化情況進行聯動，以保證實驗室內的氣流穩定、安全。

通常來說，根據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：

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

壓力無關：

美國國立衛生研究院設計方針及規范參考資料－機械

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

ASHRAE-美國供暖制冷及空調工程師學會

系統可分為壓力無關和壓力相關兩種類型。壓力相關系統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節。如果壓力相關系統內增加額外的通風柜，那么整個系統必須重新調整平衡，排風機的轉速可能也要進行調整。由于壓力無關型的系統更加具有柔性，所以在當今的設計當中，已經很少采用壓力相關型的系統了。

系統空氣量的改變會造成風道內靜壓的變化；

緩慢的響應時間會在設備之間產生振蕩；

在風道環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，實驗室內通常都需要設置通風控制系統，系統將有效控制通風柜的面風速滿足規范要求，同時即時調整房間內的通風流量以滿足壓力控制的需求：

定風量（CV）控制系統：

變風量（VAV）系統：

自適應（UBC）系統：

雙穩態(2-State)控制系統：

實驗室負壓控制系統：

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控制：

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

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：

自適應系統需設置區域狀態傳感器。

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；雙穩態；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%；

穩定控制＜5% 振蕩，控制范圍：調節比為10比1系統；間穩定性＜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、室內環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；對于系統較為復雜、變風量設備較多、室內環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的穩定性和安全性：

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協議）將該系統相關的各閥門控制 風量、通風柜調節門開度、DDC的控制、各種報警信息傳至樓控管理系統。

實驗室通風系統節能、環保：

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不但有利于實驗安全，同時有利于大幅度的節能。

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

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能，對于特殊需求的實驗室（如液質使用區），可用可調節式的室內盤管（或VRV）來降低局部區域內的溫度。

按照馬塞諸塞大學的統計結果來看，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，設計排風量經常達到20萬立方米/小時以上。通常我們會設置工作狀態和非工作狀態兩種形式，工作狀態通風柜面風速設定為0.5米/秒，非工作狀態設置為0.3米/秒，實驗室的換氣次數可降至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《環境空氣質量標準》和《大氣污染物綜合排放標準》，實驗室產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網，作者：張杰，趙煜。暖通南社整理編輯。