隨著科技進步與產業升級，理化實驗室在醫療、化工、食品檢測等領域的核心作用日益凸顯。實驗室內部環境控制是保障實驗精度、人員安全及設備穩定運行的關鍵，而暖通空調（HVAC）系統作為環境控制的核心，其設計與優化直接影響實驗室整體性能。理化實驗室作為科學研究與檢測分析的核心場所，其環境參數（如溫度、濕度、潔凈度、氣流組織等）需滿足嚴格的技術標準。暖通空調系統不僅是實驗室環境調控的核心，還需兼顧能耗控制與安全防護。近年來，隨著實驗室功能多元化與設備精密化，傳統HVAC系統面臨新挑戰，例如高精度儀器的溫濕度敏感性、有毒有害氣體的高效處理需求等。本文結合中建八局第二建設有限公司的實際工程經驗，從設計原則、設備配置、控制策略等方面探討實驗室暖通空調系統的優化路徑。

一、理化實驗室概述與暖通空調需求

1、實驗室分類與功能

現代理化實驗室由實驗用房、輔助用房和公用設施用房構成，主要工作內容包括混合、蒸餾、加熱、儀器分析等物理化學過程。理化實驗室劃分為受控區域和非受控區域，按用途可分為化學分析室、儀器分析室、生物安全實驗室等（表1）。不同實驗室對暖通空調系統的需求差異顯著：

化學分析室：需強排風系統處理揮發性有機化合物（VOCs）及腐蝕性氣體；精密儀器室：要求恒溫（18~25℃）、恒濕（40~60%RH）及低振動環境；生物安全實驗室：需負壓控制與高效過濾，防止病原微生物擴散。

2、暖通空調系統的核心功能

溫濕度精準控制：保障儀器精度與實驗重復性。 有害氣體處理：通過通風柜、生物安全柜等設備實現定向排放與凈化。 潔凈度維持：采用高效過濾器（HEPA）控制顆粒物濃度。 能耗優化：通過變頻控制與熱回收技術降低運行成本。

二、暖通空調系統設計關鍵技術

1、通風系統設計

1.1、通風設備選型

生物安全柜：Ⅱ級A2型與B2型為實驗室常用類型，面風速需穩定在0.5m/s，外排風量根據操作人數選擇（單人半排360m3/h，雙人全排1270m3/h）。通風柜：標準面寬1.2~1.8m，面風速≥0.5m/s，排風量按1200~1800m3/h設計（表2）。多臺并聯時需設置電動氣密風閥，防止氣流倒灌。原子吸收罩：用于排放火焰燃燒廢氣，風量≥500m3/h，導風管材質需耐腐蝕。

1.2、 氣流組織優化

送排風平衡：機械送風量需大于排風量的70%，維持室內微負壓（5~10Pa）。局部排風策略：在光譜分析室設置原子吸收罩，化學前處理室采用全覆式通風柜，減少交叉污染風險。

2、溫濕度控制策略

分區控制：將實驗室劃分為受控區（恒溫恒濕）與非受控區（普通空調），采用獨立全空氣系統與變頻多聯機結合。精準調控：使用PID控制器調節表冷器與加濕器，溫濕度波動范圍控制在±1℃與±5%RH內。

3、 空氣凈化技術

過濾系統：初效+中效+高效三級過濾，HEPA過濾器對0.3μm顆粒物截留效率≥99.97%。活性炭吸附：處理有機廢氣（如苯系物、VOCs），需定期更換濾材并監測飽和狀態。

4、節能技術應用

熱回收裝置：利用排風與新風間的焓差，通過轉輪式或板式熱交換器回收能量，節能效率可達3050%。變頻控制：根據實時負荷調節風機轉速，降低部分負荷下的能耗。

三、未來實驗室暖通空調技術展望

1、智能化運維

數字孿生技術：通過BIM模型實時模擬實驗室環境，優化送排風策略。AI預測控制：利用機器學習算法預測設備故障與能耗峰值，提前調整運行參數。

2、裝配式實驗室的HVAC集成

模塊化設計：將空調機組、風管與過濾器預制為標準化模塊，現場快速拼裝。柔性通風系統：采用可調節風管與智能風口，適應實驗室布局的動態變化。

3、綠色技術深化

低GWP制冷劑：逐步淘汰R410A，采用R32或天然工質（如CO2）。近零能耗實驗室：結合光伏發電與相變儲能技術，實現能源自給。

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