随着科技进步与产业升级，理化实验室在医疗、化工、食品检测等领域的核心作用日益凸显。实验室内部环境控制是保障实验精度、人员安全及设备稳定运行的关键，而暖通空调（HVAC）系统作为环境控制的核心，其设计与优化直接影响实验室整体性能。本文以中建八局第二建设有限公司的实验室建设项目为基础，系统分析理化实验室暖通空调系统的设计要求、设备选型及运行策略，结合典型案例探讨通风、温湿度控制及空气净化的关键技术，并展望未来智能化与装配式实验室对暖通空调技术的革新需求。研究结果表明，科学合理的暖通空调设计可显著提升实验室能效比与安全性，为同类项目提供重要参考。
关键词：理化实验室 暖通空调 通风设备 温湿度 洁净度 压差梯度
理化实验室作为科学研究与检测分析的核心场所，其环境参数（如温度、湿度、洁净度、气流组织等）需满足严格的技术标准。暖通空调系统不仅是实验室环境调控的核心，还需兼顾能耗控制与安全防护。近年来，随着实验室功能多元化与设备精密化，传统HVAC系统面临新挑战，例如高精度仪器的温湿度敏感性、有毒有害气体的高效处理需求等。本文结合中建八局第二建设有限公司的实际工程经验，从设计原则、设备配置、控制策略等方面探讨实验室暖通空调系统的优化路径。
1.1 实验室分类与功能
现代理化实验室由实验用房、辅助用房和公用设施用房构成，主要工作内容包括混合、蒸馏、加热、仪器分析等物理化学过程。理化实验室划分为受控区域和非受控区域，按用途可分为化学分析室、仪器分析室、生物安全实验室等（表1）。不同实验室对暖通空调系统的需求差异显著：
化学分析室：需强排风系统处理挥发性有机化合物（VOCs）及腐蚀性气体；精密仪器室：要求恒温（18~25℃）、恒湿（40~60%RH）及低振动环境；生物安全实验室：需负压控制与高效过滤，防止病原微生物扩散。
表1实验室分类及其环境需求
1.2 暖通空调系统的核心功能
1.2.1 温湿度精准控制：保障仪器精度与实验重复性。
1.2.2 有害气体处理：通过通风柜、生物安全柜等设备实现定向排放与净化。
1.2.3 洁净度维持：采用高效过滤器（HEPA）控制颗粒物浓度。
1.2.4 能耗优化：通过变频控制与热回收技术降低运行成本。
2.1 通风系统设计
2.1.1 通风设备选型
生物安全柜：Ⅱ级A2型与B2型为实验室常用类型，面风速需稳定在0.5m/s，外排风量根据操作人数选择（单人半排360m³/h，双人全排1270m³/h）。
通风柜：标准面宽1.2~1.8m，面风速≥0.5m/s，排风量按1200~1800m³/h设计（表2）。多台并联时需设置电动气密风阀，防止气流倒灌。
原子吸收罩：用于排放火焰燃烧废气，风量≥500m³/h，导风管材质需耐腐蚀。
表2 通风柜技术参数
2.1.2 气流组织优化
送排风平衡：机械送风量需大于排风量的70%，维持室内微负压（5~10Pa）。
局部排风策略：在光谱分析室设置原子吸收罩，化学前处理室采用全覆式通风柜，减少交叉污染风险。
2.2 温湿度控制策略
分区控制：将实验室划分为受控区（恒温恒湿）与非受控区（普通空调），采用独立全空气系统与变频多联机结合。
精准调控：使用PID控制器调节表冷器与加湿器，温湿度波动范围控制在±1℃与±5%RH内。
2.3 空气净化技术
过滤系统：初效+中效+高效三级过滤，HEPA过滤器对0.3μm颗粒物截留效率≥99.97%。
活性炭吸附：处理有机废气（如苯系物、VOCs），需定期更换滤材并监测饱和状态。
2.4 节能技术应用
热回收装置：利用排风与新风间的焓差，通过转轮式或板式热交换器回收能量，节能效率可达3050%。
变频控制：根据实时负荷调节风机转速，降低部分负荷下的能耗。
3.1 唐冶三甲医院理化实验室
项目概况：面积1247.31㎡，包含化学分析、有机分析、离子色谱等功能区。
暖通设计亮点：
采用独立排风系统，每台通风柜配置变风量阀（VAV），风量随窗位高度自动调节。
设置两级活性炭吸附+光催化氧化设备处理有机废气，净化效率≥90%。
恒温恒湿机组与建筑管理系统（BMS）联动，实现远程监控与故障预警。
3.2 河北省药品监督管理局实验室
挑战：质谱室与液相室需全年温湿度稳定（22±0.5℃，50±5%RH）。
解决方案：采用冷水机组+精密空调组合，冗余设计保障系统可靠性。新风经深度除湿（露点≤10℃）后送入室内，避免夏季高湿度影响。
4.1 智能化运维
数字孪生技术：通过BIM模型实时模拟实验室环境，优化送排风策略。
AI预测控制：利用机器学习算法预测设备故障与能耗峰值，提前调整运行参数。
4.2 装配式实验室的HVAC集成
模块化设计：将空调机组、风管与过滤器预制为标准化模块，现场快速拼装。
柔性通风系统：采用可调节风管与智能风口，适应实验室布局的动态变化。
4.3 绿色技术深化
低GWP制冷剂：逐步淘汰R410A，采用R32或天然工质（如CO2）。
近零能耗实验室：结合光伏发电与相变储能技术，实现能源自给。
理化实验室暖通空调系统设计需综合考虑环境控制、安全防护与能效优化三大目标。通过科学选型通风设备、精准调控温湿度及集成智能控制技术，可显著提升实验室性能。未来，随着智能化与绿色建筑理念的普及，暖通空调系统将向模块化、自适应方向演进，为实验室的高效运行与可持续发展提供坚实保障。
