主题：【原创】无管通风柜与全排通风柜的使用成本分析

在很多人的心目中，说到无管通风柜，第一反应是太贵用不起!乍看起来，似乎很有道理。因为无管通风柜的价格远高于普通的有管全排通风柜，而且还需要定期更换活性炭过滤器，这也是一笔不小的开支，所以无管通风柜被认为是买着费劲用着吃力的设备，概念意义大于实用意义。
实际情况果真如此吗?那就让我们把两种技术的完整成本认真比较一下，看看真实情况到底如何。
本文针对各种通风配置方案，全面深入地分析了两种通风系统在各种使用情境下的综合使用费用，目的是为实验室建设项目的决策人员提供可靠的参考。
一、 近年各地对实验室通⻛系统的最新要求
不是要比较成本问题吗?怎么先聊起法规了呢?这其实和后面的成本讨论有直接关联。只有把法规对排放的要求吃透，才能彻底搞清楚通风系统的完整构成要件。
从 2000 年以来，北京、上海等城市陆续发布和实施了针对化学气体排放的地方性法规，如北京市颁布的 DB11/501-2017《大气污染物综合排放标准》和 DB11/1385-2017《有机化学品制造业大气污染物排放标准》，上海市颁布的 DB31-933(2015)《大气污染物综合排放标准》。按照规定，未经处理的化学气体不得直接排放到大气中去，否则将面临巨额罚款，严重情况下还要追究相关方相应的法律责任。
这样一来，实验室通风系统不再只是把废气一排了事，废气处理装置成为必备的设备。虽然现阶段对各种气体的实际处理效果尚未逐一要求，但是随着法规越来越严，最终一定要走向这个方向的。这将导致废气处理装置会越来越复杂，购置和使用成本也会越来越高，成为一个不可忽略的成本构成项。

二、 实验室通⻛系统构成
1. 全排通⻛系统
在全排通风系统中，通风柜只是一个收集气体的装置，必须配合一系列附加设备才能完成实验室通风功能。全排通风系统的构成示意图可参照图 1，其中应至少包含以下装置:

图 1. 典型的实验室全排通风系统示意图

1)全排通⻛柜:气体收集装置;
2)VAV气流控制系统:由文丘里阀和控制电路组成;
3)通⻛管道:连接通风柜出口与废气处理装置和排放口，总长度可能有很大差别;
4)废气处理装置:活性炭吸附塔和/或淋洗装置，去除排放气体中有毒有害成分;
5)室外⻛机及控制电路:在一台风机对应多台通风柜时，控制电路的设计十分关键;
6)新⻛系统:根据实验室对通风量的要求，并结合建筑物内部的空调暖通条件，精心设计。新风系统应包括送风风机、过滤装置、调温装置、风速调节装置和送风管道等，为了节省能源，还需要配备能量交换装置。
2. 无管通⻛系统

图 2. 美国艾科琳(AirClean)公司的无管通风柜

在无管通风系统中，无管通风柜集成了所有通风系统必备的功能，其本身就是一个自成体系的单点分立系统，无需连接任何外部装置，也不用考虑建筑物的空调暖通条件，只用简单地插上电源，通过控制器设定相关的参数，即可投入使用。

图 3. 无管通风柜气流图

室内空气从前视窗 A 处进入通风柜，在 B 处与实验过程中挥发或生成的化学气体混合后被抽送到过滤区 C，经活性炭过滤器或 HEPA 过滤器吸附处理成洁净空气，再从 D 处释放回室内。通过系统安全控制器，对通风柜中的气流和过滤器的饱和情况进行实时监测，保证所有的化学气体或颗粒物的浓度都被控制在设定的水平之下。
三、 购装成本及运行成本比较
从以上分析可知，两种通风方案具有不同的配置逻辑。无管通风柜本身是一个单点分立系统，购买和运行成本基本上与台数成简单线性倍数关系。而全排通风柜只是一个收集气体的装置，必须配合一系列辅助设备才能实现功能。根据实际安装条件的不同，一些辅助设备是可以多台通风柜共用的，所以全排通风系统的使用成本与设计和布局有直接关系，必须分开讨论才能合理地计算出综合使用成本。
在通风系统的运行成本中，电能的消耗占据了很大的一部分。根据有关文献，与全排通风系统相比，无管通风柜可节能 75%以上。通过我们的初步计算，实际节能效果甚至达到惊人的 90%!
1. 孤立单台通⻛柜系统

从上表可以看出，对于孤立单台通风柜系统，不管是一次性购买安装成本还是安装后的运营成本，无管通风柜的方案都明显优于全排通风方案。

2. 同一个实验室3台通⻛柜集中通⻛系统

从上表可以看出，对于同一实验室少量台数的通风系统，无管通风柜比全排通风系统的一次性购买安装成本稍高，但在安装后的运营成本方面，无管通风柜具有明显的优势，一年节省的运行成本就差不多可以抵消购买的差价。

3. 多个实验室多台通⻛柜分散通⻛系统

从上表可以看出，对于多个实验室多台分散分布的通风系统，全排通风系统可以充分发挥共用辅助设备(室外风机、吸附装置、新风系统等)的优势，综合购装造价可以得到很好控制。仅从成本考虑，在这种情况下，全排通风系统的综合造价更低。

四、 结语

综合以上分析，仅从经济性考虑，当实验要求在相对孤立的实验场所配备单台或少量的通风柜时，应优先考虑选用无管通风技术，这样不仅综合成本较低，而且在需要的时候还可以随时无成本地移到他处继续使用。当需要多台通风柜集中使用时，全排通风系统有更好的设计弹性，可以通过合理布局和归拢，节省可观的一次性投入。
然而，在实验室通风系统的设计和规划中，应从实验室的实际使用要求出发，把整个实验区按功能进行合理分区。在同一功能区内和不同功能区之间，选用全排通风系统与无管通风柜相结合的组合通风方案，可能具有更好的经济性。

另一方面，还应当看到，在设计实验室通风系统的时候，除了要考虑经济性以外，还要兼顾其他因素综合考量，尤其是对安全性能的要求。一般而论，因为无管通风柜可以根据要处理的化学气体性质，有针对性地选择最恰当的过滤技术，从而获得最佳的处理效果。但是无管通风柜也有着先天的局限性，比如要求通风柜内的实验温度不能太高(一般排放气体温度不宜超过 70°C)、不会产生大量废气(以免过滤器消耗太快)、短时间内没有大量酸气蒸发(过滤器来不及吸附)等，在这些应用中，只能采用全排通风方案。

参考文献
Energy use and savings potential for laboratory fume hoodsMills, E. and Sartor, D. Energy, 2005, 30, (10), 1859-1864