實驗室建設與設計節(jié)能解決方案

實驗室建設設計是工程技術主要工作，實驗室節(jié)能解決方案也隨著科學技術要求來解決，實驗室節(jié)能解決方案水、電、氣風量 冷熱量、控制方式通風柜節(jié)能管理助手，排風風機空調(diào)、通風柜門自動控制減少冷熱量流失。實驗室是國內(nèi)各種類型發(fā)展也異軍突起。實驗室依據(jù)學科的不同，可以分為物理實驗室、化學實驗室、生命科學實驗室、環(huán)境科學實驗室、能源科學實驗室、材料科學實驗室、醫(yī)藥衛(wèi)生食品檢疫實驗室和工礦業(yè)實驗室等。

實驗室準確的檢測或校準有效數(shù)據(jù)，建立全國實驗室節(jié)能減排降耗與環(huán)保共享管理系統(tǒng)也迫在眉睫，實驗室控制系統(tǒng)有助于節(jié)能減排降耗與環(huán)保目標的實現(xiàn)等。

實驗室節(jié)能減排降耗與環(huán)保資源數(shù)據(jù)庫應具備兼容性、易用性、開放共享性、可擴展性、安全性，這些都與實驗室的分類有關。

實驗室在設計節(jié)能型建筑時，常常要求采用“被動式”建筑標準。但其中一些標準和邊界條件在實驗室建筑設計中卻不能起到一定的作用。按照被動式的低能耗標準建造實驗室是否可行?

實驗室工作的特殊要求往往會使被動式低能耗建筑標準難以貫徹落實，同時還會提高建筑成本。被動式房屋建筑的隔熱標準甚至會帶來適得其反的作用。

將被動式房屋建筑與實驗室房屋建筑比較后，我們清楚地發(fā)現(xiàn)：貫徹被動式建筑標準不一定能夠帶來高節(jié)能效果，反而在不采取其他措施的情況下也能達到節(jié)能特性值的要求。也就是說：貫徹落實被動式建筑標準的可行性存在很大的局限性。

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被動式房屋建筑的概念通常是指：采取特殊的高效隔熱措施，僅通過加熱或冷卻新鮮氣流就能在室內(nèi)形成舒適的溫度環(huán)境(如圖2所示)的建筑物。在這類建筑物中，無需采用傳統(tǒng)建筑技術的主動式供熱方式為建筑物內(nèi)部供暖。

為了準確地評估建筑物是否能夠滿足被動式建筑要求，人們制定了達到被動式房屋建筑的要求、具體目標以及限制條件，并以此作為房屋建筑設計工作的指導。
標準是在住宅建筑技術標準基礎上延伸而來的，描述了室內(nèi)涼爽的溫帶氣候環(huán)境：每平方米面積供熱需求為15千瓦小時/年(kWh/m2a)和最大一次性能源需求為120kWh/m2a。需要說明的是一次性能源是從天然能源載體或者天然資源中獲取的能源。
為了使用、存儲和運輸這種一次性能源，首先必須將其轉(zhuǎn)換成二次能源，例如轉(zhuǎn)換成熱能。而在能源轉(zhuǎn)換過程中不可避免會出現(xiàn)能源損耗，減少了消費者實際利用的能源量，而要直接使用一次性能源的可能性很低，同時意義也不大。

與住宅建筑相比較，實驗室建筑有較高的室內(nèi)負荷，而在實驗室工作期間有很高的換氣量。例如，室內(nèi)負荷共計80W/m2，其中實驗室儀器設備消耗55W/m2、照明15W/m2、人員10W/m2。再加上通風換氣，通常實驗室通風換氣量為25m3/m2/h。按照15W/m2的室內(nèi)照明量計算，每年2500小時消耗的總電力為37.5kWh/m2a。按照一次性能源系數(shù)2.6考慮，所需的一次性能源總量約為97.5kWh/m2a。

此外，通風、換氣的機械設備也需要消耗一定的電力能源。通風換氣所消耗的電力能源可按25W/m2左右計算。按照每年2500h計算，通風換氣每年消耗的電力能源大約62.5kWh/m2a;換算一次性能能源為163kWh/m2a。

這樣，僅照明和通風換氣所需的一次性能源就高達260.5 kWh/m2a。假設其他電氣設備、實驗室儀器設施、空調(diào)設備對電力能源的需求為38.5 kWh/m2a(約合100 kWh/m2a的一次性能源)，合計得到的一次性能源總量為360.5 kWh/m2a。這一數(shù)值已經(jīng)比被動式建筑標準中的規(guī)定數(shù)值高出了3倍;盡管假設這里已完全采用了集中供暖，因此不消耗任何形式的一次性能源。

在實踐中，通常假定被動式建筑物的采暖需求為20 kWh/m2a。為了使比較和估算能夠更加接近實際，也可采納這一數(shù)據(jù)。由此，假設的實驗室建筑所需的能源消耗總量就高達380.5kWh/m2a：被動式住宅與實驗室消耗的能源一次性比較)。

由于用途不同，實驗室的更低能源需求遠遠高于被動式低能耗住宅標準規(guī)定的能源需求。被動式低能耗住宅標準允許的最高一次性能源需求120 kWh/m2a僅僅滿足了實驗室照明和通風換氣的需要，而實驗室中所有的實驗儀器設備都無法使用。

建筑物的外圍結(jié)構對實驗室建筑的采暖和制冷效果也有不同于住宅建筑的強烈影響。多個具體的建筑設計熱學模擬清楚的指出：在實驗室建筑中采用被動式建筑標準的隔熱方法雖然有一定的意義，但在建筑過程中卻沒有經(jīng)濟意義。

通過貫徹落實2009標準把實驗室建造成被動式低能耗的建筑物可以把建筑物總體的采暖需求減少25%，所需的采暖電力需求減少10%，空調(diào)制冷減少1%。若輔助采用了高效的熱能回收再利用WRG甚至可以把總體的采暖需求減少43%。所需的采暖電力需求減少28%、空調(diào)制冷減少2%。而實現(xiàn)這些節(jié)約所需的資金支出與相對提高了的能源效率卻不成比例。

所以，現(xiàn)行的被動式低能耗住宅建筑標準不適用于能源需求更高的實驗室建筑設計。從實驗室建筑規(guī)劃設計和投資方面的更高付出，尤其是從實驗室建筑典型的使用壽命角度考察的更高付出是不夠經(jīng)濟的。

為了能夠建造真正高效節(jié)能的實驗室，就必須考慮建筑物的特性、尤其是使用方面的特性：通過標準化而無法實現(xiàn)的特性。這里仍然需要像以前一樣：協(xié)調(diào)所有與項目相關的需求和可能性，并在能源效率，成本效益，功能性和舒適性方面進行綜合協(xié)調(diào)。