Ventilacija laboratorijaAleksandar Jankovi*

Zbog specifinosti delatnosti kao i rada sa hemikalijama, u laboratorijama se mora obezbediti propisna ventilacija. Procesi koji se odvijaju pri hemijskim reakcijama izazivaju razvijanje raznih otrovnih gasova, para i praine. Rad sa arsenom, berilijumom, olovom, kadmijumom, hromom, ivom i drugim elementima, isparenja svih vrsta rastvora kao i radioaktivnih zraenja opasna su za osoblje u laboratorijama. Da bi se spreilo nastajanje opasne koncentracije gasova, nije dovoljno samo provetravati prostorije nego i vriti lokalna odsisavanja tetnih gasova na mestu samog nastajanja i tako ih uklanjati iz prostorije. U tabeli 1. date su maksimalno dozvoljene koncentracije gasova u radnoj prostoriji. Tabela I. Pre nego to se pone proraun tetni gasovi i pare rastvora Amonijak Ugljen-monoksid Sumpor-dioksid Etil-alkohol Benzol Etil-hlorid Hloroform Metil-alkohol Metilen-hlorid Trihlor-etilen instalacije za provetravanje odnosno klimatizaciju laboratorija, potrebno je dobro upozna-ti se sa ureajima i opremom u laboratorijama, svrhom laboratorije, vremenom i nainom* Aleksandar Jankovi, dipl. ing., Energoprojekt Biro za instalacije, Beograd, Njegoeva 84; stan: Novi Beograd, Nehruova 172

rada u njoj a, svakako, i sa finansijskim ogranienjima projekta. Provetravanjem se u laboratorijama postie: 1) odstranjivanje tetnih mirisa i dima koji su nastali pri hemijskim reakcijama; 2) odvoenje vika toplote prenesene spolja na laboratoriju ili proizvedene unutra od mehanike ili elektrine opreme, osvetljenja, hemijskih (endotermnih) reakcija ili od ljudi koji rade u laboratoriji; 3) odstranjivanje praine koja se stvara u prostoriji; 4) eliminisanje mirisa u opitnim laboratorijama sa ivotinjama; 5) odstranjivanje radioaktivnih estica iz vazduha; 6) snabdevanje dovoljnom koliinom sveeg vazduha osoblja koje radi u malim unutranjim i mranim komorama. MDK MDK pri duem 3 3 cm /m delovanju 50 100 10 1000 50 200 280 200 100 150 100 160 20 2500 500 400 600 400 500 200

zahtevaju mnogo vee izmene vazduha nego druge prostorije. BILANS ZAGAIVANJA tetne materije mogu promeniti koncentraciju vazduha u prostoriji, tako da dolazi u pitanje funkcija prostorije. Da bi se provetravanje prostorije izvelo ispravno, postavlja se bilans zagaivanja. U vremenskom intervalu dt na sobni vazduh prelazi koliina tetnog vazduha K.dt, a za isto vreme sa otpadnim vazduhom naputa prostoriju koliina vazduha L.kdt. Pod pretpostavkom da u prostoriji vlada ravnomerna koncentracija tetnih gasova i da se zanemaruje apsorpcija preko zidova, vai bilans: (K Lk)dt = Vdk Sreivanjem jednaine dobija se:

V zapremina prostorije (m3) L koliina vazduha koja se odvodi sistemom za provetravanje m3/h. Ako se desna strana izraza za dt podeli i u brojiocu i u imeniocu sa L i izvri integracija, sledi: zamenom

dobija se Dakle, provetravanje laboratorija, naroito hemijskih, prva je pretpostavka za dobre radne uslove. Rad sa hemikalijama, razvijanje otrovnih gasova i njihovo prenoenje na sobni vazduh,

BROJ 4 1974.

a odavde.

Konano se dobija krajnja vrednost koncentracije tetnih gasova u vazduhu za jedno odreeno vreme t:

specifine teine 4 kg/m3 a specifina teina vazduha 1,2 kp/m3, tada se moe raunati sa meavinom specifine teine 1,34 kp/m3. Naravno, pri podu se stvara smea sa veom koncentracijom tetnih gasova. MOGUCNOSTI PROVETRAVANJA LABORATORIJA Laboratorije se mogu provetravati prirodnim i vetakim putem pomou prozora, vrata i vazdunih ahtova. Ovakvo provetravanje najee ne zadovoljava i zato se primenjuje mehanika ventilacija da bi se koncentracija tetnih gasova odrala u dozvoljenim granicama. Postrojenje za provetravanje se najee izvodi tako da je centrala za pripremu vazduha smetena u podrumu a jedinice za odsisavanje otpadnog vazduha u potkrovlju. Glavni zadatak postrojenja za provetravanje je stalno obnavljanje sobnog vazduha pripremljenim vazduhom. U mnogim sluajevima je potrebno prostoriju drati pod natpritiskom ili potpritiskom u odnosu na susedne prostorije i okolinu. U prvom sluaju to je neophodno da bi se spreila nepoeljna strujanja vazduha ka unutranjosti prosto-rije, a u drugom sluaju da bi se spreilo prenoenje mirisa i tetnih gasova od prostorije do prostorije. U laboratorijama je potrebno stalno obnavljati vazduh da bi se sve neistoe sobnog vazduha (gasovi, pare, praina) odstranile dovoenjem sveeg vazduha, tako da ne deluju tetno na zdravlje osoblja ili da ne ome-taju radni proces. Isto tako potrebno je odvoditi i viak toplote koja se razvija u laboratoriji bilo od osoblja ili od hemijskih reakcija i drugih izvora toplote.

Osnovni propisi koji se odnose na probleme grejanja i ventilacije laboratorija su VDI propisi (VDIRichtlinie 2051). Broj izmena vazduha Za izraunavanje broja izmena vazduha u jednoj laboratoriji postoji vie raunskih pokazatelja: sadraj C02, najvia dozvoljena temperatura u prostoriji, odravanje odreene vlanosti, odravanje najvie dozvoljene koncentracije tetnih gasova. Iz praktinih razloga, pri projektovanju postrojenja za provetravanje koriste se podaci iz iskustva. U hemijskim laboratorijama broj izmena vazduha odreen je preko broja i veliine ugraenih kapela (digestora) ako ove nisu direktno snabdevene vazduhom i ako ne rade nezavisno od odnosa vazduha u prostoriji. Broj izmena vazduha za poje-dine laboratorije je dat u ta-beli 2. Na slici 1 prikazano je postrojenje za provetravanje jedne foto-hemijske laboratorije. Klima-centrale za pripremu vazduha smetene su u podrumu. Pripremljeni vazduh se pomou glavnih horizontalnih vodova i vertikalnih kanala, koji su prethodno predvieni i ugraeni u graevinske elemente, dovodi do pojedinih spratova i preko perforisane tavanice ubacuje u laboratorije. Otpadni vazduh se odsisava 80% preko digestora, 10% ispod tavanice i 10% iznad poda. Odsisavanje otpadnog vazduha vri se po spratovima a ventilatori su smeteni u potkrovlju. Sve

Poto kl predstavlja koncentraciju vazduha na ulazu u prosto-riju u trenutku ukljuivanja provetravanja, drugi lan u prethodnoj jednaini moe se zanemariti, ako se vri stalno obnavlja-nje vazduha u laboratoriji. Pre-ma tome i prvi lan tei nuli im se prostoriji ne predaje ni-kakva koliina tetnih materija. Izraz u zgradi (1ent) sa po-rastom eksponenta asimptotski tei ka 1. Tako se dobija za nt 5 da je

Odavde se dobija koliina vazduha za provetravanje iz odnosa maksimalno dozvoljene koncentracije tetnih sastojaka i koncentracije otpadnog vazduha. Pri stalnom provetravanju:

Pri povremenom provetrava-nju:

Uticaj tetnih gasova na rad postrojenja za provetravanja o-gleda se u velikoj mogunosti odstupanja specifine teine ovih gasova prema sobnom vazduhu. U prostoriji e doi do koncentracije gasova ispod plafona ili iznad poda a ubrzo e doi i do meanja sa sobnim vazduhom, zbog zranog isticanja i difuzije. Ako je npr. zapreminska koncentracija gasa 5%,

BROJ 4/1974.

Tabela 2. Fizike laboratorije Hemijske laboratorije Bioloke laboratorije Medicinske laboratorije Industrijske laboratorije Magacini hemikalija Prostorije sa ivotinjama Digestor

vazduh se uzima iznad I sprata i preko zajednikog ahta vodi do pojedinih centrala. Postrojenje je izvedeno pod blagim natpritiskom, da bi se spreilo prodiranje spoljnjeg nepreienog vazduha u prostorije. Zbog neznatnih hemijskih neistoa u ovom sluaju ne vri se preiavanje otpadnog vazduha pre Sl. 1 Dispozicija kanala za jednu naputanja odsisnog ventilatora. Ali, o ovom problemu preiavanja otpadnog vazduha treba voditi rauna u drugim vrstama laboratorija. PRIPREMA VAZDUHA ZA PROVETRAVANJE U laboratorijama se preteno primenjuju centralna postrojenja za pripremu vazduha. U ve-likim zgradama ceo sistem se deli na zone prema stranama sveta ili po spratovima. Danas su u primeni jednokanalna i dvo-kanalna vazduna postrojenja. Instalacija kod jednokanalnog sistema niskog pritiska najee je u primeni, ali u cilju smanjenja potrebnog prostora za mreu kanala ova postrojenja se izvode i kao sistemi visokog pritiska, pri emu poetne brzine u kanalima iznose 2025 m/s. Dvokanalno postrojenje se sastoji iz jednog kanala sa toplim i jednog kanala sa hladnim vazduhom. Svaka laboratorija ima prikljuke na oba kanala a u meakoj kutiji se vri meanje

prostorije sa razliitim temperaturama. Meusobni raspored klima-centrala za pripremu vazduha i odsisnih jedinica 620 ,, veoma je razliit i zavisi od konkretnih 510 ,, uslova. ema rasporeda dovodnih i od510 ,, vodnih kanala u kombinaciji sa lokalnim 2530 ,, odsisavanjem data je na slici 2. Brzina vazduha u kanalima ne sme 510 ,, prelaziti 10 m/s. Za brzine kretanja do 7 420 ,, m/s vazduna kretanja su beumna, to 200300 ,, pokazuje tabela 3. Dozvoljeni nivo bude kree se na oko vazduha za svaku laboratoriju prema 50 fonova. Razvoenje vazduha u specifinim uslovima i zahtevima. prostorijama vri se preko perforisane Ovaj sistem je znatno skuplji od prethodnog i primenjuje se samo lamo gde tavanice, kroz zidne reetke, ispod pojedine laboratorije imaju veoma razliito prozora i fotohemijsku laboratoriju toplotno i rashladno optereenje, pa se vazduh mora dovoditi u 38 izmena/h

BROJ 4 1974.

sl. Izlazni otvori pripremljenog vazduha moraju imati mogunost regulisanja izlazne brzine i pravca vazdune struje. U hemijskim laboratorijama brzina isti-canja vazduha treba da iznosi 12 m/s, jer kod veih brzina moe doi do oseaja promaje. U laboratorijama za bakterioloke i hemijske radove, u sterilnim prostorijama kao i u laboratorijama za ispitivanje materijala, potrebno je izbegavati vee izlazne brzine. Brzine isticanja ovde su znatno nie i iznose oko 0,5 m/s. Tabela 3. Brzina strujanja vazduha 2 m/s 4 m/s 6 m/s 8 m/s 12 m/s OTPADNI VAZDUH Postrojenja za odsisavanje otpadnog vazduha mogu se izvesti na vie naina: a) centralno odsisno postrojenje koje se sastoji iz mrea kanala, na koje su prikljuene sve prostorije, i odsisnog ventilatora; b) decentralizovano postrojenje, pri emu svaka prostorija ili grupa prostorija ima sopstvene odvodne kanale i ventilator koji radi nezavisno od ostalih; ovaj sistem se najee sree u laboratorijama. U viespratnim zgradama, zbog problema smetaja velikog broja odvodnih kanala, prednost se daje centralnom sistemu. Kod centralnog sistema odsisavanja u zajednikom kanalu meaju se gasovi iz vie razliitih digestora, Buka 12 fonova 24 32 36 44

Sl. 2 Mogue varijante voenja kanala /. Postrojenje za dovoenje vazduha u podrumu, odsisavanje na krovu; 2. Oba postrojenja na krovu; 3. Oba postrojenja u podrumu; 4. Posebno dovoenje vazduha na svakom spratu; odsisavanje zajedniko; 5. Postrojenje za dovoenje vazduha u instalisanim spratu; odsisno postrojenje na krovu; 6. Postrojenje za dovoenje u podrumu, otpadni vazduh se odvodi iskljuivo preko digestora; 7. Isto kao pod 6, uz delimino odsisavanje otpadnog vazduha preko posebnog kanala; 8. Dva sistema za dovoenje i odvoenje vazduha za prostorije i digestore.

to moe izazvati pojavu udara i reakcija. U ovakvom sluaju potrebno je predvideti eksplozivni otvor za razblaivanje nastale koncentracije gasova. Otpadni vazduh koji sa sobom nosi razne tetne gasove, pre ne-go to se ispusti u atmosferu, mora se u mnogim sluajevima proistiti. Sve ovo zavisi od vaeih pro-pisa koji se odnose na zagaenost gradskog vazduha. Ovaj vazduh se mora proistiti tako da se neutralizuje, a koncentracija gasova dovede na dozvoljeni no-vi u gradskoj atmosferi. U cilju preiavanja otpadni vazduh se

prevodi preko filtera, ispiraa ili apsorpcionih tornjeva. Kanali za otpadni vazduh mogu biti suvi, na ispiranje i sa ubrizgavanjem vode. Pod normalnim uslovima radi se o suvim kanalima. Za kanale kod kojih postoji opasnost od korozije i stvaranja kora i skrama, predvia se mogunost ispiranja (ovo je sluaj kod odvoda perhlorne kiseline). Kanali koji se mogu ispirati sadre na najviem mestu jedan otvor kroz koji se prilikom ienja zidova kanala ubrizgava voda. U najnioj taki postrojenja skuplja se propali kondenzat. Odvodni kanali se grade od vatrootpornih i koroziono postojanih materijala. Na raspolaganju su sledei materijali: elini lim sa korozionom zatitom, azbestni cement sa zatitnim slojem, keramika otporna na kiseline, amot iznutra glaziran i vetaki materijali. Kod manjih korozionih zahteva moe se primeniti i elini lim sa povrinskom zatitom (npr. lakirani premaz fenolne smole fenitol). Kanali od azbestnog cementa nisu postojani na kiseline i zato se moraju zatititi specijalnim premazima, hladnim ili vrelim bitumenom itd. Od vetakih materijala primenjuju se: PVC, tvrdi i polimerizovan, NDpolietilen, polipropilen itd. Za odsisavanje korozionog laboratorijskog vazduha primenjuju se ventilatori od materijala postojanog na koroziju. Prema VDI propisima 2051, postrojenja za odsisavanje vazduha oprema-;u se sa dva paralelno ukljuena ventilatora, da bi pri zastoju, opravci ili drugim radovima drugi ventilator mogao da preuzme transportovanje vazduha.

BROJ 4/1974.

PODELA NA ZONE I REGULISANJE POSTROJENJA ZA PROVETRAVANJE Prilikom podele na zone kod postrojenja za provetravanje laboratorija mogu biti merodavni: broj izmena vazduha, toplotno ili rashladno optereenje i podela na zone koja se moe vriti prema radnom vremenu, smeni, dnevnom ili nonom pogonu. Kao primer neka poslui jedan institut u kome se na jednoj strani zgrade nalaze laboratorije a na drugoj prostorije sa ivotinjama za ispitivanje. Dok se laboratorije klimatizuju samo za dnevni pogon, u prostorijama sa ivotinjama potrebna je trajna klimatizacija. Ravnotea izmeu dovedenih i odvedenih koliina vazduha postie se regulisanjem dovodnih i odvodnih ventilatora. Brzina ventilatora za dovoenje vazduha automatski se ukljuuje u zavisnosti od broja ukljuenih odsisnih ventilatora. Ako se ukljui prvi odsisni ventilator istovremeno se ukljuuje dovodni ventila-tor na najmanji broj obrtaja. Koliina sveeg vazduha u ovim uslovima odgovara uinku 1012 odsisnih ventilatora. Ako se sada pokrene 13. odsisni ventilator, automatski se ukljuuje dovodni ventilator na vei broj obrtaja. SPECIJALNE LABORATORIJE Ovde spadaju laboratorije u kojima su uslovi, koji se postavljaju postrojenjima za provetravanje, mnogo stroi nego u drugim laboratorijama. Meu specijalne laboratorije spadaju i medicinskobioloke, radioaktivno-hemijske laboratorije i druge sterilne prostorije. O ovakvim sluajevima neophodno je filtriranje i sveeg i otpadnog vazduha, kako bi se spreilo prenoenje zaraznih patogenih klica i radioaktivnih estica. U laboratorijama u kojima se radi sa visoko infektivnim materijalom (virusne laboratorije), otpadni vazduh se takoe mora filtrirati, tako da se preko kanala ne moe preneti nijedna klica. Vazduh se obino pre izlaska u atmosferu proputa kroz jedan parni registar na 100C, ime se unitavaju zarazne estice. Otpadni vazduh iz radioaktivno-hemijskih laboratorija prevodi se pre-ko filtra da bi se delii radio-aktivnih materija odvojili iz vazduha i tako spreila kontaminacija okoline. Filtri se mogu ugraivati u digestore ili odvodne kanale pojedinano ili centralno u okviru celog postrojenja za provetravanje. Slika 3. prikazuje primer ugradnje filtera u digestor i odvodne kanale. U ovakvim sluajevima se mora obezbediti bezopasna zamena i unitavanje filtra. Pri projektovanju radioaktivnih laboratorija u celoj zgradi je potrebno odravati potpritisak od oko 23 mmVS u odnosu na atmosferu. U opitnim elijama potrebno je odravati potpritisak od 10 do 30 mmVS. U svim radnim prostorijama mora se garantovati 1020 izmena/as, da bi se koncentracija radioaktivnih estica uvek odravala na dozvoljenom nivou. Sterilizacija je poseban oblik filtriranja vazduha. Postoji vie naina sterilizacije vazduha a najee se koristi prevoenje vazduha preko uljnih filtara, vodene zavese u klimakomorama, postavljanje ultravioletnih lampi u kanale za vazduh. Kod sterilnih prostorija radi odreivanja bakteriolokog dejstva provetravanja primenjuje se pojam efektivne izmene vazduha, koja se izraunava na sledei nain: gde je: k = efektivna izmena vazduha na as, N1 = koncentracija bakterija na ulazu vazduha u prostoriju, N2 = koncentracija bakterija na ulazu, t = vremenski period od ulaza vazdune struje do naputanja prostorije. Vrednost k govori koja stvarna izmena vazduha treba da se ostvari da bi se dostigla ista koncentracija bakterija. Ispitivanja su pokazala da se sa 1215 puta veom stvarnom izmenom vazduha moe postii 30 40 puta vea efektivna izmena. DIGESTORI Digestori ili kapele su sve vrste odvoda za odsisavanje tetnih gasova i mirisa koji se razvijaju prilikom raznih procesa i reakcija. Sl. 3.

BROJ 4/1974.

Sl. 4 Nain delovanju by-pass Sl. 5 Horizontalni ili vertikalni nastup ovde se pokazao digestor sa otvora pri otvorenom i zatvorenom vazduha iz prostorije u digestor uduvavanjem sveeg vazduha preko pominom iberu cele irine radnog stola iznad radnog otvora. Direktno provetravani digestori primenjuju se u sledeim sluajevima: 1. Dovoenje vazduha u podruju radnog otvora, stvarajui vazdunu zavesu, tako da i pri otvorenom iberu digestor moe da radi ne ometajui cirkulaciju vazduha u prostoriji. 2. Direktno provetravanje u malim laboratorijama ako se poveana vazduna potronja digestora ne Za dobro provetravanje potrebno je moe pokriti iz prostorije. da hude garantovana izmena vazduha. 3. Iz ekonomskih razloga prePrema VDI smernicama odsisna poruuje se direktno koliina vazduha po metru odsisne provetravanje digestora u 3 duine treba da iznosi 600 m /h (ili klimatizovanim prostorijama, 400450 izmena vazduha na as). poto se klimatizovani vazduh Meutim u praksi se pokazalo da broj ne odsisava preko digestora a izmena, 200300 na as, potpuno broj izmena vazduha u zadovoljava. laboratoriji i digestora ne zavise Brzina vazduha u glavnim kanalima jedan od drugog. digestora treba da iznosi 68 m/s. U laboratorijama je poeljno da svaki odnosi se na ulazni otvor u digestor na digestor ima sopstveni odsisni kanal prednjoj strani, pri delimino ili LITERATURA sa ventilatorom na krovu za svaki potpuno zatvorenom pomonom [l] RIETSCHEL, RAIS, Heiz und iberu. Svi pokazatelji se odnose na Lujtungstechnik. kanal posebno. Kod odsisavanja sa zagrevanih delimino ili potpuno zatvoren [2] *** Air Conditioning, Heating, Ventilating, Guide. kada (odeljenja galvanizacije) pomini iber (sl. 4). Pri takvom [3] KAMPER, Die Heiz und Lufpotrebno je da se koliina odsisanog poloaju ibera ulazna brzina vazduha tungsanlagen in den verschiedenen Gebaudearten vazduha povea za 50% po metru treba da iznosi 0,75l m/s, to odsisne duine. garantuje da se gasovi iz digestora ne [4] SCHRAMM, WERNER, Chemische und biologische Kanale za odvoenje vazduha u mogu vratiti u laboratoriju. Vazduh iz laboratorien (Plannung, Bau, digestorima potrebno je po prostorije moe ulaziti horizontalno ili Einrichtung), 1969, mogustvu postavljati samo vertikalno. Ispitivanja su pokazala da [5] Luftung von Laboratorien, VDI vertikalno, tako da se kondenzat koji se pri vertikalnom ulaenju vazduha Richtlinie 2051. [6] Gesundsheit-Ingenieur, Heft 1, je pao moe lako odvesti. Zajedniki (odozdo) javljaju povoljniji uslovi 1971. zbirni kanali za vie digestora nego pri horizontalnom nastupu postavljaju se po pra-vilu vodoravno. vazduha (sl. 5). Ako je graevinski izvodljivo, vertikalno voenje sa pojedinanim kanalima je povoljnije. SPECIJALNA ODSISAVANJA Ulazna brzina vazduha u odvodni kanal i brzina kretanja vazduha u Ovde spadaju direktno projektovani odvodni kanal i brzina kretanja digestori. Ovi digestori rade nezavisno vazduha u kanalu su veliine koje od odnosa vazduha u prostoriji i utiu na uinak digestora. Ulazna prikljueni su na svoj sopstveni sistem brzina vazduha dovoenja vazduha. Kao najbolje reenje