Система вентиляции в лаборатории

Контроль вентиляции и качества воздуха в лабораториях оказывается порой одной из наиболее сложных задач при разработке инженерно-планировочных решений. Качество воздуха может оказывать прямое воздействие как на исследования в лаборатории, так и на условия труда специалистов исследовательской группы.

Существует два основных типа систем вентиляций, используемых в исследовательских центрах и лабораториях: естественная вентиляция и механическая вентиляция. Такие системы позволяют уменьшать концентрацию различных веществ и примесей в воздухе помещений.

Естественная вентиляция

Кратность воздухообмена при естественной вентиляции зависит от случайных факторов — от силы и направления ветра, видов ограждений и конструктивных особенностей здания. В качестве исходного параметра для расчета притока свежего воздуха в помещения исследовательской лаборатории можно принять значения ветровой нагрузки. Если при этом двери и окна в помещении оставить закрытыми, воздух будет застаиваться, и у пользователей возникнут трудности с контролем и управлением вентиляцией в лаборатории.

Более холодный воздух, поступающий через нижние этажи, будет подниматься вверх и выходить через вентиляционные отверстия на крыше или окна в верхней части здания. Несмотря на очевидные плюсы естественной системы вентиляции в лаборатории (безопасность для окружающей среды, невысокая стоимость), она не обеспечивает создание здорового, комфортного микроклимата на рабочем месте в отличие от механической вентиляции.

Механическая вентиляция

С помощью механической вентиляции, например, кондиционеров, можно контролировать температуру и качество воздуха, поступающего в лабораторию. Эти системы вентиляции можно использовать для контроля установленных требований, то есть обеспечения оптимального уровня влажности и общего микроклимата в помещении лаборатории.

В отличие от естественной вентиляции, параметры механической вентиляции можно индивидуально отрегулировать, но всё же это вряд ли поможет удалить все загрязнения из воздуха. Это значит, что лабораториям может потребоваться дополнительный приточный воздух с улицы для поддержания здорового микроклимата. И с этой точки зрения оптимальный выбор — приточно-вытяжная вентиляция лаборатории.

Чтобы в полной мере обеспечить потребности лаборатории и исследователей в воздухе, важно учитывать такие факторы, как площадь помещения, характер рабочих процессов и концентрация загрязняющих веществ в воздухе. Последний фактор имеет особенно важное значение для лабораторий, работающих с потенциально опасными материалами и химическими веществами. При планировании систем вентиляции для лабораторий, необходимо проанализировать все работы, которые будут выполняться в помещениях в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

При работе с химическими веществами в лаборатории необходимо учитывать, что даже незначительные отклонения от стандартного режима вентиляции (например, открытие дверей в помещениях, неправильное размещение предметов внутри вытяжных шкафов, несоблюдение высоты установки рамы окна или даже нахождение посторонних лиц в помещениях с активными химическими процессами) могут крайне негативно сказаться на контроле и локализации аэрозольных веществ.

Сотрудники лаборатории должны быть осведомлены о назначении, возможностях, ограничениях и стандартных эксплуатационных характеристиках вентиляционных систем и устройств, установленных в здании лаборатории. При возникновении подозрений на неполадки оборудования, следует приостановить все работы и немедленно провести необходимую проверку, принять соответствующие меры.

Очистка воздуха

Существует два основных способа вентиляции, используемых для очистки воздуха от химических соединений и других опасных выбросов.

Первый тип

Используется во всех лабораториях и предусматривает заполнение всего объема помещения свежим кондиционированным воздухом (с функцией регулирования влажности и температуры) по «общей» или «разбавляющей» схеме.

Общеобменная вентиляция в лаборатории аналогична централизованным системам кондиционирования воздуха, которые обычно устанавливаются внутри больших зданий в офисах, классах и других помещениях, не относящихся к лабораторным.

Этот способ, в первую очередь, предназначен для решения стандартных проблем качества воздуха внутри помещений и обеспечения надлежащего смешивания летучих выбросов и других загрязняющих веществ с медленным высвобождением, что позволяет свести к минимуму концентрацию этих веществ в воздухе всего помещения.

Этот способ контроля не обеспечивает надлежащей защиты от сильных загрязнений или концентрированных выбросов, которые могут возникать вблизи источников выделения таких веществ или, например, в результате внезапных или залповых выбросов. В таких случаях уже требуется наличие вытяжного шкафа или вытяжной системы иного типа.

Второй тип

Системы вентиляции данного типа называются «прямыми» или «локальными». Реализуются через одноканальную систему вентиляции с абсолютным минимальным значением сменяемости воздуха 4 раза в час (4 ACH). При этом воздух должен подаваться непрерывно с этой скоростью или выше во все участки помещений, в которых используются или хранятся химические вещества.

В отличие от лабораторий, офисы и другие помещения, не относящиеся к лабораторным, функционируют при кратности воздухообмена 1-1,5 ACH, причем около 80% этого воздуха фильтруется и рециркулируется для создания комфортного микроклимата при минимальном общем потреблении энергии.

Большинство научных лабораторий изначально спроектированы на подачу свежего нерециркулированного воздуха в объеме 10-12 ACH. Поэтому обычная химическая лаборатория может за один час израсходовать такое количество воздуха и энергии, которого хватило бы на целый день работы в другом, аналогичном по размерам помещении.

Прямая вентиляция удаляет все загрязнители, образующиеся в промежутке между зоной их возникновения и находящимся в помещении персоналом, предотвращая их смешивание с основной массой лабораторного воздуха. Вентиляция этого типа существенно снижает общее количество вредных выбросов и, в отличие от общеобменной вентиляции, расходует гораздо меньше энергии на очистку воздуха от одной и той же концентрации примесей. Эти системы также позволяют точечно удалять избыточное тепло или влагу, образующиеся при работе лабораторного оборудования, для поддержания общей чистоты воздуха в помещении на таком же эффективном уровне.

К системам местной вентиляции для лабораторий относятся:

• Химические вытяжные шкафы.
• Перчаточные боксы.
• Газовые шкафы.
• Столы с нисходящим потоком воздуха.
• Гибкие вытяжные каналы.

Общеобменные и прямые системы вентиляции встроены в общую сеть внутри здания лаборатории и позволяют удалять примеси и большие тепловые потоки напрямую, без рециркуляции. Это необходимо для поддержания в помещениях лаборатории небольшого перепада отрицательного давления по отношению к внешней среде и незначительного перепада положительного давления во всех других помещениях. Эти перепады давления поддерживаются путем регулирования баланса между приточным и отработанным воздухом в каждой области системы вентиляции в лаборатории.

Установка этих систем призвана исключить попадание в помещения общего пользования потенциально грязного лабораторного воздуха и поступление в здание неочищенного и некондиционированного воздуха, смешанного с пылью, грязью, влагой и прочими примесями.

Весь отработанный воздух выходит из лаборатории через выпускные трубы, расположенные и спроектированные с достаточным запасом по скорости и высоте над линией крыши, чтобы обеспечить максимальную защиту находящихся рядом людей от вредных примесей и не допустить попадания выбросов в приточные вентиляционные отверстия.

Приток воздуха должен находиться вдали от зон выпуска, которые могут негативно сказаться на качестве воздуха, например, грузовых эстакад или парковочных площадок.

Факторы, которые необходимо учитывать при проектировании систем вентиляции

1. В помещениях лаборатории необходимо предусмотреть установку механических систем приточно-вытяжной вентиляции. Вентиляция во всех помещениях лаборатории должна быть устроена таким образом, чтоб весь приточный воздух приходил с улицы, а отработанный воздух выходил из лаборатории наружу, минуя здание. Воздух, выходящий на улицу через вытяжной шкаф в лаборатории, ни в коем случае не должен попасть в здание. Воздушный баланс помещения поддается регулировке лишь в том случае, если есть механическая система приточно-вытяжной вентиляции.
2. Необходимо предусмотреть механическую систему контроля микроклимата. Многие электрические приборы выделяют тепло в помещение (например, морозильные шкафы, инкубаторы и автоклавы). Если проигнорировать этот факт, то температура рабочей среды может искусственно увеличиться. При этом, во избежание нарушения воздушного баланса, запрещается открывать окна в помещениях для подачи холодного воздуха, пользоваться переносным обогревателем для нагрева холодного помещения, так как он может представлять пожарную опасность.
3. Корпусная мебель, другое оборудование или конструкции не должны блокировать или снижать эффективность потоков приточного или вытяжного воздуха.
4. Когда создается вентиляция в лаборатории, требования по кратности воздухообмена должны быть соблюдены.
5. В лабораториях необходимо поддерживать отрицательное давление по отношению к коридору и другим менее опасным зонам. Чистые помещения с положительным давлением должны иметь входные вестибюли, снабженные механизмами закрытия дверей, чтобы обе двери не открывались одновременно. Как правило, воздушный поток поступает из зон с низкой степенью опасности, если только лаборатория не используется в качестве чистого или стерильного помещения.
6. При проектировании общеобменных систем вентиляции для лаборатории, необходимо предусмотреть возможность их отключения и блокирования для ограничения распространения радиоактивного загрязнения.
7. Скорость движения воздушного потока в каждом вентканале должна быть достаточной, чтобы предотвратить образование конденсата или жидких конденсируемых твердых частиц на стенках каналов.
8. Вытяжные шкафы не должны быть единственным техническим средством удаления воздуха из помещения. Следует предусмотреть выпускные отверстия общеобменной вентиляции в помещениях лаборатории для поддержания минимальной кратности воздухообмена и контроля температуры.
9. Запрещается устанавливать глухие (неоткрываемые) окна в любых новых и реконструируемых лабораториях.
10. Системы локальной вытяжной вентиляции, за исключением вытяжных шкафов, должны быть сконструированы так, чтобы надлежащим образом контролировать выбросы опасных химических веществ. По мере необходимости, можно предусмотреть выпускные коллекторы или коллекторы с подключением к локальной вытяжной вентиляции для удаления потенциально опасных выбросов от газовых хроматографов, вакуумных насосов, эксимерных лазеров и прочего оборудования, которое может стать источником потенциально опасного загрязнения воздуха. Источник загрязнения необходимо оградить от внешней среды в максимально возможном объеме, с учетом потребностей эксплуатации, чтобы максимально повысить эффективность контроля и свести к минимуму трудоемкость и затраты на воздухоподготовку.
11. Вытяжки необходимо промаркировать, чтобы было четко видно, к какому вентилятору или системе вентиляции в лаборатории они подключены.
12. Воздуховоды в лабораториях нельзя покрывать изоляцией изнутри. С целью звукоизоляции следует использовать звукопоглотители или внешнюю акустическую изоляцию в источнике звука.
13. Удаление отработанного воздуха из рабочих зон лаборатории через другие помещения здания наружу должно быть организовано закрытым способом, посредством вентканалов.