Wentylacja i klimatyzacja laboratoriów
Ocena użytkowników: / 4
SłabyŚwietny 
Data dodania: 01.08.2015

Celem wentylacji pomieszczeń laboratoryjnych jest zapewnienie bezpiecznego i komfortowego środowiska umożliwiającego realizację określonych prac związanych z prowadzeniem badań i eksperymentów naukowych lub realizacją określonego procesu technologicznego [1-10].

W laboratoriach przemysłowych, w zakładach naukowych, badawczych, służb zdrowia, w pracowniach chemicznych w szkołach i w wielu innych miejscach powstają szkodliwe gazy lub pary, które zagrażają zdrowiu użytkowników pomieszczeń. Dlatego rodzaj zanieczyszczeń, ich ilość i stężenie są przedmiotem wstępnych analiz niezbędnych do wykonania projektu wentylacji mechanicznej. Zanieczyszczenia, w zależności od ruchów powietrza w pomieszczeniu (przeciągi, niewłaściwa organizacja wymiany powietrza), własności fizycznych i temperatury, mają tendencję do rozprzestrzeniania się w powietrzu laboratorium. Dlatego należy zwrócić uwagę, że wentylacja laboratorium oprócz konieczności zapewnienia akceptowanych powszechnie parametrów komfortu cieplnego w wybranych pomieszczeniach, musi także umożliwić usunięcie zanieczyszczeń oraz zapewnić odpowiednią gradację ciśnienia w poszczególnych strefach, w celu ograniczenia migracji i rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w strefie przebywania ludzi (rys. 1.).

 

 

2015 07 89 1

Rys. 1. Wentylacja laboratorium [10]

 

 

Zatem na wentylację laboratoriów składa się system wentylacji ogólnej laboratorium z instalacją usuwania zanieczyszczeń z dygestoriów, lokalnych odciągów technologicznych oraz z lokalnych układów wentylacyjnych w pomieszczeniach pomocniczych. Ponadto, poprawnie zaprojektowany system wentylacyjny w pomieszczeniach laboratoryjnych powinien umożliwiać redukcję zużycia energii elektrycznej w okresach, kiedy laboratoria nie są w pełni użytkowane.

 

ASHRAE proponuje następujący podział laboratoriów ze względu na rodzaj prowadzonych badań [8]:

  • laboratoria biologiczne: wszystkie obiekty zawierające biologicznie aktywne materiały lub oddziałujące na strukturę chemiczną materiałów biologicznych
  • laboratoria chemiczne organiczne i nieorganiczne
  • laboratoria gdzie prowadzone są badania nad zwierzętami: wszystkie obiekty, w których prowadzone są modyfi kacje chirurgiczne, farmakologiczne i obserwacyjne badania nad zwierzętami
  • laboratoria fizyczne, np. do pracy z laserami, optyką, materiałami nuklearnymi itd.

 

Zadaniem wentylacji w pomieszczeniach laboratorium jest [9]:

  • ograniczenie lub wyeliminowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń:
    • prowadzenie procesów chemicznych w obudowach (digestoriach) zaopatrzonych w wentylatory odciągowe,
    • stosowanie odciągów miejscowych w miejscach wykonywania doświadczeń (stoły, pulpity),
  • doprowadzenie oczyszczonego, świeżego powietrza o odpowiednich parametrach dla utrzymania właściwych warunków pracy.

 

Ilość nawiewanego powietrza w wentylacji ogólnej laboratorium powinna być o 10% mniejsza od wywiewanego [9]. Zazwyczaj instalacja nawiewna pracuje na 100% udziale powietrza świeżego (po odpowiedniej fi ltracji i obróbce termicznej). W wyjątkowych przypadkach możliwa jest częściowa recyrkulacja powietrza z pomieszczenia (gdy w powietrzu wewnętrznym nie występują substancje szkodliwe dla zdrowia). Orientacyjne krotności wymian w różnych typach laboratoriów:

  • w laboratoriach fizycznych od 5 do 15 wymian/godzinę [9],
  • w laboratoriach chemicznych od 5 do 15 wymian/godzinę, jednakże podstawą do obliczeń są ilości powietrza odciąganego przez digestoria [8, 9],
  • w laboratoriach przeznaczonych do pracy ze zwierzętami 10÷15 wymian / godzinę [8]
  • w salach laboratoryjnych wyższych uczelni [9]:
    • w małych salach do ok.30 osób: 8 ÷ 12 wymian / godzinę,
    • w dużych salach do ok.100 osób: 6 ÷ 8 wymian / godzinę.

 

Organizacja wymiany powietrza powinna być zaplanowana w sposób umożliwiający, aby osoby pracujące w laboratoriach nie odczuwały przeciągów, co może mieć miejsce przy dużej ilości nawiewanego powietrza do niewielkiej kubatury laboratorium. W takich sytuacjach ważne jest, aby strumień doprowadzanego powietrza nie był kierowany bezpośrednio na wyposażenie laboratorium oraz ludzi tam pracujących oraz by prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi mieściła się w granicach 0,15÷0,25 m/s [9]. Temperatura powietrza wewnętrznego w laboratorium powinna wynosić: w zimie i w okresach przejściowych od 20 do 22°C, zaś w okresie letnim, jeśli nie wymagane jest chłodzenie, temperatura może równać się temperaturze powietrza zewnętrznego [9]. W laboratoriach o szczególnym przeznaczeniu parametry muszą zostać ustalone na podstawie wytycznych użytkowników. Urządzenia i kanały wentylacyjne muszą być wykonane z materiału odpornego na czynniki niszczące znajdujące się w wywiewanym powietrzu. Ponadto, ze względu na możliwość osadzania się substancji (mimo stosowania filtrów) na ściankach kanałów, wskazane jest projektowanie wielu otworów rewizyjnych służących do ich czyszczenia. ASHRAE zaleca utrzymanie poziomu hałasu w pomieszczeniach laboratoriów przy stałym przebywaniu ludzi na poziomie 40÷45 dB(A) z uwzględnieniem hałasu digestoriów [8]. W pomieszczeniach pomocniczych poziom hałasu może wynosić 55÷60 dB(A) [8].

 

Do prawidłowego określenia wartości strumieni wentylujących niezbędna jest wiedza o procesach, które odbywają się w danym laboratorium oraz o zyskach ciepła, które w nim występują. Podstawą projektu są zawsze bilanse ciepła, wilgoci i chłodu. Jako przykład mogą posłużyć laboratoria przeznaczone do pracy ze zwierzętami. Temperatury zalecane dla poszczególnych gatunków zwierząt zestawione są w tabeli 1. Wilgotność względna powinna być utrzymana na poziomie 30÷60%, w celu zminimalizowania rozwoju patogennych organizmów. W takich obiektach system wentylacji musi usnąć zyski ciepła generowane przez zwierzęta. Szacunkowe wartości zysków ciepła od zwierząt laboratoryjnych zaprezentowano w tabeli 2. [8]. W pomieszczeniach stałego przebywania zwierząt należy zapewnić nadciśnienie w stosunku do pomieszczeń brudnych. Zalecany sposób realizacji wentylacji pomieszczeń stałego pobytu zwierząt jest w systemie góra-dół z otworami wywiewnymi w podłodze [8].

 

 

2015 07 90 1

 

 

2015 07 90 2

 

 

Komory pracy

 

(...)

 

Systemy zintegrowane

 

Z uwagi na stale rosnące wymagania w zakresie jakości mikroklimatu w pomieszczeniach, rosnące koszty energii, a także konieczność zapewnienia adaptowalności układu do zmiennego obciążenia cieplnego i czasu użytkowania pomieszczeń, coraz większą popularność zyskują rozwiązania zintegrowane wykorzystujące regulatory VAV. Rozwiązania takie do tej grupy, przy założeniu poprawnego wykonania projektu oraz zastosowania urządzeń o wysokiej jakości i niezawodności, są w stanie spełnić restrykcyjne kryteria w odniesieniu do komfortu cieplnego oraz gradacji ciśnienia poprzez nadążną regulację strumieni powietrza nawiewanego do pomieszczenia i wywiewanego (rys. 9.). Należy oczywiście pamiętać, że projektowanie instalacji w pomieszczeniach specjalnych, do których bez wątpienia można zaliczyć laboratoria, wymaga każdorazowo szczegółowej analizy kluczowych parametrów wpływających na ostateczny kształt instalacji. Dlatego w zależności od specyficznych funkcji niektórych pomieszczeń oraz realizowanych w nich badań i procesów technologicznych wymogi mogą być daleko bardziej restrykcyjne. Co oczywiste instalacja wentylacyjna powinna być każdorazowo dobrana do lokalnych wymagań i w miarę możliwości najprostsza. Tam, gdzie występuje konieczność zastosowania instalacji o złożonej budowie, warto rozważyć zastosowanie rozwiązania systemowego oferowanego przez jednego producenta, który gwarantuje poprawność jej funkcjonowania, uruchomienie i kalibrację, jak również okresowe przeglądy gwarancyjne wszystkich urządzeń składowych. Za przykłady tego typu rozwiązań mogą posłużyć urządzenia oferowane przez firmę Trox i Smay (rys. 9 a i b [10]). 

 

System zintegrowany składa się z układu nawiewnego i wywiewnego wentylacji ogólnej oraz z odciągów miejscowych (digestoriów, blatów, okapów itp.). Wszystkie elementy nawiewne i wywiewne wyposażone są w regulatory VAV zintegrowane poprzez system BMS. Regulatory VAV na dygestoriach pozwalają na otrzymanie prędkości w otworze roboczym na poziomie 0,5 m/s niezależnie od stopnia jego otwarcia. Dzięki temu możliwa jest bezpieczna praca użytkowników pomimo chwilowych zmian ciśnienia w pomieszczeniu. Dzięki zintegrowaniu poszczególnych urządzeń czas regulacji systemu wynosi około 3 sekund. Napływ powietrza kompensującego jest dynamicznie zmieniany w zależności od obciążeń termicznych i stopnia użytkowania poszczególnych elementów laboratorium. Pozwala to na znaczne oszczędności energetyczne, w sytuacji gdy laboratorium nie pracuje z maksymalnym obciążeniem. Zintegrowane systemy pozwalają także na dynamiczne utrzymywanie odpowiedniej gradacji ciśnień w poszczególnych pomieszczeniach laboratorium. Pozwala to zabezpieczyć się przed nagłymi zmianami ciśnienia spowodowanymi na przykład przechodzeniem osób pomiędzy strefami. Nowoczesne rozwiązania systemów zintegrowanych oferują także specjalne nawiewniki z profilem wypływu powietrza dopasowanym do budowy laboratorium (rys. 9c). Pozwala to na utrzymania idealnej gradacji prędkości rys. 6c) i temperatury w pomieszczeniu (rys. 9d).

 

 

Podsumowanie

 

Obecnie spośród wielu instalacji dostępnych na rynku na szczególną uwagę zasługują kompletne systemy wentylacyjne dedykowane do konkretnych zastosowań laboratoryjnych, ze względu na ich duże możliwości pozwalające na regulację strumieni powietrza nawiewanego, wywiewanego i usuwanego poprzez odciągi miejscowe i dygestoria. Instalacje takie z uwagi na swoją specyfikę zapewniają zarówno wysoki poziom komfortu cieplnego, jak również bezpieczeństwa w odniesieniu do kontroli rozprzestrzeniania zanieczyszczeń. Poprawnie zaprojektowany system spełnia tego rodzaju warunek kompleksowego zarządzania przepływem powietrza, czyniąc go jednocześnie energooszczędnym, dzięki elastycznemu dopasowaniu parametrów pracy do aktualnych wymagań.

 

 

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

LITERATURA:

[1] KAISER K.: Wentylacja komór bezpiecznej pracy (cz. 1). Rynek Instalacyjny. 10/2012. 

[2] KAISER K.: Wentylacja komór bezpiecznej pracy (cz. 2). Rynek Instalacyjny .11/2012.

[3] CHARKOWSKA A.: Bezpieczna praca w laboratorium. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 1-2/2008.

[4] CHARKOWSKA A.: Komory bezpiecznej pracy mikrobiologicznej. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 5/2008.

[5] PN-EN 12469:2002 Biotechnologia. Kryteria działania komór bezpiecznej pracy mikrobiologicznej.

[6] Laboratory biosafety manual. WHO. Geneva 2003.

[7] SUDOŁ W., SKRZYPEK G.: Wentylacja VAV pomieszczeń laboratoryjnych. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 8/2011.

[8] ASHRAE Handbook – HVAC Applications. Chapter 14: Laboratories. 2007.

[9] WĘGRZYN D.: ABC wentylacji. Wentylacja w laboratorium. Magazyn Instalatora. 06/2013.

[10] Katalogi i materiały producentów dostępne w Internecie.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.