实验室是产出重大原创成果的重要科技创新基地，然而实验过程中产生大量的污染物和有毒有害气体，不仅威胁着广大科研人员的生命和身体健康，同时也对科研成果的产出造成潜在的影响和阻碍。尤其是化学实验室，每天要消耗大量且多样的化学试剂，实验室的通风系统作为重要的安全保护设施，对实验室内各类空气传播危害源的控制至关重要，因此更需要合理的设计方案，来实现化学实验室的安全舒适、环保节能及智慧化管理。

实验室通风系统的首要目标就是实现实验室的安全，化学实验室的通风系统为其提供了两道安全屏障，第一道安全屏障为局部排风设备，第二道安全屏障为实验室的微负压控制，实验过程中的有害气体先是通过局部排风设备从源头处排除，无法全部从源头排除的有害气体则被“封闭”在实验室房间内，通过房间排风进行排除，非实验环境则不会受到有害气体的污染，最大程度地保证安全的同时又可保证实验室无异味，提高空气品质，从而让实验环境更加舒适。

局部排风设备包括排风柜、原子吸收罩、万向排气罩、通风试剂柜等，旨在通过“源头控制”最大限度的减少实验室科研人员化学暴露的风险，提供主要的工程控制和职业健康防护手段。因此，选择和应用合适类型的局部排风设备对于实验室内各类空气传播的危害源的暴露风险控制，提升实验室安全性能和安全等级都至关重要。其中排风柜是目前应用最为广泛的局部排风设备，其应用场景涵盖化学品用量从小量到非常大量，潜在化学物质产生率从低至0.1升/分到高达10升/分，风险等级由低至极高水平的全面暴露风险防护。万向排气罩仅用于潜在化学物质产生率较低的低风险等级的应用场景。局部排风设备的选择可参考图1。

图1 实验室暴露控制设备的选择

1.1变风量通风柜

实验室排风柜是一种专门设计的安全装置，在实验室通风系统设计合理的情况下，可将柜内实验过程中产生的有害气体排到室外，避免实验室工作人员受到伤害。变风量排风柜为安装了变风量调节装置的标准型排风柜。其变风量控制系统配置如图2所示，共两种控制方式。

图2 变风量排风柜的产品配置

开环控制：位移传感器实时测量排风柜移门开度，变风量控制器通过运算并实现对作为“执行器”的变风量文丘里阀的调节控制来确保所需排风量值，从而实现排风柜面风速稳定在设定值。

复合控制：位移传感器实时测量排风柜移门开度，变风量控制器通过运算给出给定风量（所需排风量）。同时带有毕托管流量测量装置的流量反馈型变风量蝶阀实时测量风量，通过比较给定风量和实测风量，变风量控制器实现对作为“执行器”的流量反馈型变风量蝶阀的调节控制来确保所需排风量值，从而最终实现排风柜面风速稳定在设定值。

1.2定风量排风设备

定风量排风设备包括原子吸收罩、万向排气罩、通风试剂柜等。其中原子吸收罩多用于实验室收集热气、蒸汽和各种烟雾，一般采用304不锈钢材料，罩子分为可上下伸缩移动和不可伸缩移动的，常用于高温室，蒸发室，ICP-MS室等。万向抽气罩可快速排出小范围的粉尘、热气、挥发性气体、有害气体等小颗粒状悬浮物或气体，多用于液相室、仪器室、实验台等。通风试剂柜则用于储存挥发性药品及试剂。定风量排风设备多采用压力无关性定风量阀门进行风量控制，当同系统中的局部排风设备较多时，也可考虑采用多段速控制或变风量控制方式，更利于运行中节能减排。

1.3实验室的微负压控制

实验室的微负压控制是为了将有害气体束缚在房间内，不影响非实验区域的方法。在化学实验室气流控制中，余风量控制与直接压差控制是适用面最广的两种控制方式，控制产品配置如图3、图4所示。余风量控制是一款针对大开间及难以建立压力梯度的敞开式实验室需求而设计的性能卓越的多功能控制器。余风量控制器通过调节房间送风、全室排风阀门来保持设定的补偿风量值，来保持实验室风量平衡、通风换气。同时，房间温度传感器直接测量房间的温度，调节再热盘管阀门来保持实验室温湿度的舒适性。

直接压差控制是一款针对有严格压力控制需求的实验室、洁净室、负压隔离病房、生物安全实验室等的性能卓越的多功能控制器。房间压差传感器直接测量实验室房间与走廊间的压差，同时，温度传感器直接测量房间的温度，通过调节房间送风、全室排风阀门以及再热盘管阀门来保持房间压力、通风换气和舒适性。

图3 实验室的余风量控制

图4 实验室的直接压差控制

化学实验室近年来的环保节能问题备受关注，废气的处理方式及热回收设备都是设计及建设人员最为关心的两个问题。

2.1智能组合式废气处理设备   

     化学实验室实验产生的废气组分相对复杂，按照使用实验材料的类别，实验室产生的废气可以划分为有机废气、无机废气及它们的混合废气等。目前对于理化类实验室气态污染物的处理方法一般有物理吸附法、化学吸附法、吸收法、光催化、等离子等工艺。目前大多数实验室采用的是单一处理方法，无法应对复杂的废气种类及无规律的排放，因此可以选择采用组合式废气处理方式。组合式废气处理将吸附法与吸收法结合起来，由干式处理段、湿式处理段及智能控制系统组成，用于吸收成分复杂、大风量、低浓度的实验室废气，图5为智能组合式废气处理装置。

图5 智能组合式废气处理装置

目前每一种单一废气处理技术都有其使用对象和技术短板，没有哪一种技术可以处理所有的废气污染物，因此在选择废气处理设备时，充分了解废气成分，采用智能组合式废气处理装置，对于化学实验室的废气处理效果至关重要。

2.2变风量系统节能措施

采用变风量系统的设计，并辅以具备节能模式的控制产品，例如区域存在传感器及自动门管理系统，通风柜自动门管理系统可以在通风柜无人占用时，自动将通风柜调节门关闭至最低开度，实现最大程度的节能减排。图6为排风柜变风量产品配置。

图7 实验室BMS系统样例

实验室智慧管理系统整合物联网、大数据、云计算、5G平台的信息收集能力、数据存储能力、智慧计算能力、通信能力为基础，连接实验楼送排风设备，暖通空调系统，强弱电系统，通过各类型传感器硬件终端，形成大数据平台，优化资源配置、分析能源运行、设备故障预警，从而提升实验大楼的运行效率，降低综合能耗，提高设备的使用寿命。

围绕着“安全、舒适、节能、环保、智能”的设计理念，并采用匹配的硬件设施和产品选型，才能最大程度保证和实现实验室安全与节能减排，让实验室创造出成果的同时，也让实验室人员更加快乐地工作与学习。