主题:【原创】无管通风柜与全排通风柜的使用成本分析

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樱泰科
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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:

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


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。


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

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本文仅以无管通风柜为例进行成本分析,实际工作中,无管通风工作台的使用率更高,采购和使用成本进一步下降
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居然还是一篇论文啊
您看写的还行吗?
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原文由 樱泰科(SH103658) 发表:
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可以,不错   
wanttofly
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原文由 wanttofly(yaofei) 发表:
活性炭怎么处理呢?
您指的活性炭处理是饱和之后吗?是按照固废处理
qianguiyun1
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原文由 qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:
这样说起来有管的成本还高一些


看数量和质量。如果挥发量特别大,还是得有管道的。
常规的前处理操作,天平称量,液相配套用的柜子,都可以用无管的。
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hou1210
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原文由 hou1210(hou1210) 发表:
产品质量如何?


这东西一是看柜体材质,一般选择PP+PC组合的,坚固耐用,不会变色变形,耐酸碱腐蚀,而且便于清洁。
二是看风机系统,控制噪音和是否自带VAV控制。
最重要的是看过滤器,hepa就不说了,各家都差不多,关键是活性炭过滤器,从形状上分为颗粒状和砖块状两种,现在大多数是颗粒状的,但是会有漏炭和过滤不净的风险。砖块状的好处是过滤均匀,没有漏炭现象。
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