在很多人的心目中，說(shuō)到無(wú)管通風(fēng)柜，反應(yīng)是太貴用不起！乍看起來(lái)，似乎很有道理。因?yàn)闊o(wú)管通風(fēng)柜的價(jià)格遠(yuǎn)高于普通的有管全排通風(fēng)柜，而且還需要定期更換活性炭過(guò)濾器，這也是一筆不小的開(kāi)支，所以無(wú)管通風(fēng)柜被認(rèn)為是買著費(fèi)勁用著吃力的設(shè)備，概念意義大于實(shí)用意義。實(shí)際情況果真如此嗎？那就讓我們把兩種技術(shù)的完整成本認(rèn)真比較一下，看看真實(shí)情況到底如何。

    本文針對(duì)各種通風(fēng)配置方案，全面深入地分析了兩種通風(fēng)系統(tǒng)在各種使用情境下的綜合使用費(fèi)用，目的是為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目的決策人員提供可靠的參考。

一、近年各地對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的要求

    不是要比較成本問(wèn)題嗎？怎么先聊起法規(guī)了呢？這其實(shí)和后面的成本討論有直接關(guān)聯(lián)。只有把法規(guī)對(duì)排放的要求吃透，才能搞清楚通風(fēng)系統(tǒng)的完整構(gòu)成要件。

    從2000年以來(lái)，北京、上海等城市陸續(xù)發(fā)布和實(shí)施了針對(duì)化學(xué)氣體排放的地方性法規(guī)，如北京市頒布的DB11/501-2017《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和DB11/1385-2017《有機(jī)化學(xué)品制造業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，上海市頒布的DB31-933(2015)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。按照規(guī)定，未經(jīng)處理的化學(xué)氣體不得直接排放到大氣中去，否則將面臨巨額罰款，嚴(yán)重情況下還要追究相關(guān)方相應(yīng)的法律責(zé)任。

    這樣一來(lái)，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)不再只是把廢氣一排了事，廢氣處理裝置成為的設(shè)備。雖然現(xiàn)階段對(duì)各種氣體的實(shí)際處理效果尚未逐一要求，但是隨著法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)，最終一定要走向這個(gè)方向的。這將導(dǎo)致廢氣處理裝置會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，購(gòu)置和使用成本也會(huì)越來(lái)越高，成為一個(gè)不可忽略的成本構(gòu)成項(xiàng)。

二、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

1.全排通風(fēng)系統(tǒng)

    在全排通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)柜只是一個(gè)收集氣體的裝置，必須配合一系列附加設(shè)備才能完成實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)功能。全排通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖可參照?qǐng)D1，其中應(yīng)至少包含以下裝置：

    1）全排通風(fēng)柜：氣體收集裝置；

    2）VAV氣流控制系統(tǒng)：由文丘里閥和控制電路組成；

    3）通風(fēng)管道：連接通風(fēng)柜出口與廢氣處理裝置和排放口，總長(zhǎng)度可能有很大差別；

    4）廢氣處理裝置：活性炭吸附塔和/或淋洗裝置，去除排放氣體中有毒有害成分；

    5）室外風(fēng)機(jī)及控制電路：在一臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)多臺(tái)通風(fēng)柜時(shí)，控制電路的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵；

    6）新風(fēng)系統(tǒng)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)通風(fēng)量的要求，并結(jié)合建筑物內(nèi)部的空調(diào)暖通條件，精心設(shè)計(jì)。新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)包括送風(fēng)風(fēng)機(jī)、過(guò)濾裝置、調(diào)溫裝置、風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置和送風(fēng)管道等，為了節(jié)省能源，還需要配備能量交換裝置。

圖1. 典型的實(shí)驗(yàn)室全排通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2.無(wú)管通風(fēng)系統(tǒng)

    在無(wú)管通風(fēng)系統(tǒng)中，無(wú)管通風(fēng)柜集成了所有通風(fēng)系統(tǒng)的功能，其本身就是一個(gè)自成體系的單點(diǎn)分立系統(tǒng)，無(wú)需連接任何外部裝置，也不用考慮建筑物的空調(diào)暖通條件，只用簡(jiǎn)單地插上電源，通過(guò)控制器設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，即可投入使用。

圖2-3. 美國(guó)艾科琳(AirClean)標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)流式PP無(wú)管通風(fēng)柜（左圖）及其氣流圖（右圖）

    室內(nèi)空氣從前視窗A處進(jìn)入通風(fēng)柜，在B處與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中揮發(fā)或生成的化學(xué)氣體混合后被抽送到過(guò)濾區(qū)C，經(jīng)活性炭過(guò)濾器或HEPA過(guò)濾器吸附處理成潔凈空氣，再?gòu)腄處釋放回室內(nèi)。通過(guò)系統(tǒng)安全控制器，對(duì)通風(fēng)柜中的氣流和過(guò)濾器的飽和情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證所有的化學(xué)氣體或顆粒物的濃度都被控制在設(shè)定的水平之下。

三、購(gòu)裝成本及運(yùn)行成本比較

    從以上分析可知，兩種通風(fēng)方案具有不同的配置邏輯。無(wú)管通風(fēng)柜本身是一個(gè)單點(diǎn)分立系統(tǒng)，購(gòu)買和運(yùn)行成本基本上與臺(tái)數(shù)成簡(jiǎn)單線性倍數(shù)關(guān)系。而全排通風(fēng)柜只是一個(gè)收集氣體的裝置，必須配合一系列輔助設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)功能。根據(jù)實(shí)際安裝條件的不同，一些輔助設(shè)備是可以多臺(tái)通風(fēng)柜共用的，所以全排通風(fēng)系統(tǒng)的使用成本與設(shè)計(jì)和布局有直接關(guān)系，必須分開(kāi)討論才能合理地計(jì)算出綜合使用成本。

    在通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本中，電能的消耗占據(jù)了很大的一部分。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，與全排通風(fēng)系統(tǒng)相比，無(wú)管通風(fēng)柜可節(jié)能75%以上^[1]。通過(guò)我們的初步計(jì)算，實(shí)際節(jié)能效果甚至達(dá)到驚人的90%！

1.孤立單臺(tái)通風(fēng)柜系統(tǒng)

    從上表可以看出，對(duì)于孤立單臺(tái)通風(fēng)柜系統(tǒng)，不管是一次性購(gòu)買安裝成本還是安裝后的運(yùn)營(yíng)成本，無(wú)管通風(fēng)柜的方案都明顯優(yōu)于全排通風(fēng)方案。

2.同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室3臺(tái)通風(fēng)柜集中通風(fēng)系統(tǒng)

    從上表可以看出，對(duì)于同一實(shí)驗(yàn)室少量臺(tái)數(shù)的通風(fēng)系統(tǒng)，無(wú)管通風(fēng)柜比全排通風(fēng)系統(tǒng)的一次性購(gòu)買安裝成本稍高，但在安裝后的運(yùn)營(yíng)成本方面，無(wú)管通風(fēng)柜具有明顯的優(yōu)勢(shì)，一年節(jié)省的運(yùn)行成本就差不多可以抵消購(gòu)買的差價(jià)。

3.多個(gè)實(shí)驗(yàn)室多臺(tái)通風(fēng)柜分散通風(fēng)系統(tǒng)

    從上表可以看出，對(duì)于多個(gè)實(shí)驗(yàn)室多臺(tái)分散分布的通風(fēng)系統(tǒng)，全排通風(fēng)系統(tǒng)可以充分發(fā)揮共用輔助設(shè)備（室外風(fēng)機(jī)、吸附裝置、新風(fēng)系統(tǒng)等）的優(yōu)勢(shì)，綜合購(gòu)裝造價(jià)可以得到很好控制。僅從成本考慮，在這種情況下，全排通風(fēng)系統(tǒng)的綜合造價(jià)更低。

四、結(jié)語(yǔ)

    綜合以上分析，僅從經(jīng)濟(jì)性考慮，當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求在相對(duì)孤立的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所配備單臺(tái)或少量的通風(fēng)柜時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選用無(wú)管通風(fēng)技術(shù)，這樣不僅綜合成本較低，而且在需要的時(shí)候還可以隨時(shí)地移到他處繼續(xù)使用。當(dāng)需要多臺(tái)通風(fēng)柜集中使用時(shí)，全排通風(fēng)系統(tǒng)有更好的設(shè)計(jì)彈性，可以通過(guò)合理布局和歸攏，節(jié)省可觀的一次性投入。

    然而，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃中，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際使用要求出發(fā)，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)按功能進(jìn)行合理分區(qū)。在同一功能區(qū)內(nèi)和不同功能區(qū)之間，選用全排通風(fēng)系統(tǒng)與無(wú)管通風(fēng)柜相結(jié)合的組合通風(fēng)方案，可能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

    另一方面，還應(yīng)當(dāng)看到，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的時(shí)候，除了要考慮經(jīng)濟(jì)性以外，還要兼顧其他因素綜合考量，尤其是對(duì)安全性能的要求。一般而論，因?yàn)闊o(wú)管通風(fēng)柜可以根據(jù)要處理的化學(xué)氣體性質(zhì)，有針對(duì)性地選擇最恰當(dāng)?shù)倪^(guò)濾技術(shù)，從而獲得的處理效果。但是無(wú)管通風(fēng)柜也有著先天的局限性，比如要求通風(fēng)柜內(nèi)的實(shí)驗(yàn)溫度不能太高（一般排放氣體溫度不宜超過(guò)70℃）、不會(huì)產(chǎn)生大量廢氣（以免過(guò)濾器消耗太快）、短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有大量酸氣蒸發(fā)（過(guò)濾器來(lái)不及吸附）等，在這些應(yīng)用中，只能采用全排通風(fēng)方案。

    關(guān)于無(wú)管通風(fēng)柜的安全性能，將另列專題討論。

參考文獻(xiàn)

[1]  Energy use and savings potential for laboratory fume hoods, Mills, E. and Sartor, D. Energy, 2005, 30, (10), 1859–1864