現代自動化、智能化實驗室的潔凈通風空調工程設計要點

現代自動化、智能化實驗室的通風空調工程設計模式

　　1)大型變風量排風系統(tǒng)

　　排風系統(tǒng)是一個大型變風量排風系統(tǒng)。并聯接入該系統(tǒng)的變風量排風柜，一個房間就有5臺，另外，其他房間可能還有很多臺。還有一個與傳統(tǒng)做法明顯不同之處，房間全室通風的排風管4也與各排風柜局部排風支管并聯于一個系統(tǒng)。需要注意的是，系統(tǒng)的每個支管上都裝有壓力無關型文丘里變風量閥2，而且，系統(tǒng)的動力部分采用的是變頻風機3。采用變風量排風系統(tǒng)的實驗室和實驗中心，可能采用的排風柜數量少則幾臺，多則十幾臺、數十臺。從理論和技術層面上說，并聯接入同一系統(tǒng)的排風柜或其他設備數量可以不受限制，而且，全室排風風管的并聯接入也屬正常和必要。更有甚者，同一個排風系統(tǒng)還可連接若干個不同實驗室的排風。其實，這一切都是由于并聯各支路的水力工況，以至其風量，均被賦予了壓力無關特性的緣故。另外，借助于智能化的自動控制技術，可確保系統(tǒng)總是以必要的最小排風量運行，從而在最大程度上減少通風和空調能耗。

　　需要補充說明的是，有的實驗室要求恒溫恒濕空調環(huán)境，甚至是潔凈空調環(huán)境，但更多的只是要求保持舒適性環(huán)境即可。不同空調環(huán)境參數的要求，其系統(tǒng)運行能耗顯然是大相迥異的。

　　2)大型變風量排風系統(tǒng)的風量自動控制原理：

　　變風量排風柜的應用和變風量排風系統(tǒng)的自動控制技術，對于確保實驗室排風柜的排風效果，保障整個排風系統(tǒng)運行的可靠和穩(wěn)定，改善實驗室研究人員的職業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，降低實驗室的通風和空調負荷、減少能耗都具有很大意義。一個跨房間的多室共用系統(tǒng)，首先它所連接的排風柜及其他設備的數量很多(遠遠超過了傳統(tǒng)習慣的3～4臺);其次，在符合某些規(guī)定的條件下它容許把作為局部排風的排風柜、儲存柜、活動風口等的排風與房間全室排風合并成一個系統(tǒng)。從風量(風速)顯示控制器1(CIC-101～105)到變風量閥2的控制。凡是接入同一系統(tǒng)，包括來自別的房間的各排風末端風量控制器的風量輸出信號，都各自輸入變風量閥2，3，以控制自身所需排風量。同時，各路排風量數據信號經由各變風量閥2，3輸入風量疊加計算給定器4(DI-101)。給定器4的計算結果數據信號即作為總風量顯示控制器5(FIC-101)的系統(tǒng)總風量給定值，用于控制變頻調速風機6的轉速。總風量傳感器7測得的總風量值是控制動作后的實際風量，作為反饋信號再輸入總風量顯示控制器5(FIC-101)，與之前的計算給定值進行比較，構成帶反饋的閉環(huán)控制回路，從而可實現變風量排風系統(tǒng)總風量的精確控制。

　3)全室排風量的確定及其自動控制原理：

　　對于房間的全室排風而言，由于它只與該房間的容積相關，理應在每一房間(實驗室)層級基礎上考慮問題。實驗室的日常全室排風量應確保換氣次數不小于6h-1。由于室內的局部排風也是來自同一實驗室內，其實時量值也應計入全室排風內，室內局部排風量是時時變化的，因而，全室排風量也需隨之時時改變才行。

　　只是整個排風系統(tǒng)中所涉及實驗室的一部分。來自各變風量閥2，3的風量數據信號，輸入風量疊加計算給定器4(DI-102)，其計算結果數據信號有兩路輸出：一路傳輸給補風量差值計算給定器SP-201，以供送風系統(tǒng)補風量控制用;另一路則傳送給全室排風量顯示控制器5(FIC-102)，與房間按照最小換氣次數計算的排風量給定值進行比較。如果前者實時量值與后者給定值相等，則變風量閥3開度保持不變;如果前者大于后者，閥3關小，直到全關;反之，若前者小于后者，則閥3逐步加大開度，直到補全不足部分風量為止。

　　給定值可按照實驗室工作班制定時

　　改變，比如白天工作期間，室內最小換氣次數按6h-1計算;夜間最小換氣次數按2h-1計算。定時改變給定值，即可實現節(jié)能的值班通風控制。

　　4)變風量空調送風系統(tǒng)風量的自動控制：

　　S-1系統(tǒng)是一個典型的跨區(qū)域(房間)、多區(qū)域(房間)共用的直流式變風量空調送風系統(tǒng)。其單一實驗室和系統(tǒng)總送風量的自動控制原理。

　　實驗室空調自動控制有兩個方面須考慮：一是室內微負壓(潔凈室空調時微正壓)的保持;另一個是室內環(huán)境要求的空氣參數的保持。對于室內微負壓的控制，有兩種方案可供選擇：補風量差值控制方案和壓差控制方案。

　　補風量差值控制方案左側。送風系統(tǒng)的風量控制大致可分解成兩個層次：由補風量差值計算給定器3(SP-201)和風量顯示控制器4(FIC-201)構成的單一房間層次的控制與由風量疊加計算給定器5(DI-203)和總風量顯示控制器6(FIC-203)構成的整個系統(tǒng)層次的控制。將來自室內總排風量的數據信號(圖12中DI-102的一路輸出信號)輸入補風量差值計算給定器3(SP-201)，后者可將其乘以0.9(或0.95)所得結果作為室內送風量給定值，輸入風量顯示控制器4，控制變風量閥1的開度，這是房間層次的控制。至于整個送風系統(tǒng)層次的控制，則是由來自各房間送風支管上變風量閥1和2的風量數據信號輸入風量疊加計算給定器5(DI-203)開始，通過總風量顯示控制器6(FIC-204)對送風機7的轉速實施控制完成。

　　方案B壓差控制方案比較簡單，由安裝于室內的壓差傳感器8感測室內側壓力與室外側(走廊)壓力之間的實時壓差信號，輸入壓差顯示控制器9(PIC-201)，與預先確定的壓差給定值進行比較，控制器9根據偏差信號的大小，調節(jié)變風量閥的開度。同時，來自變風量閥1的送風量信號傳輸給風量疊加計算給定器5(DI-203)，參與對整個系統(tǒng)總送風量的控制。

　　室內環(huán)境空氣參數的控制也有兩種手段：一種是常規(guī)的空氣處理過程中的參數控制，另一種是對送風量的控制。前者實施比較簡便、節(jié)能;后者實施起來勢必又會反過來波及并牽動室內負壓，以至排風量的控制。顯然，在既要滿足負壓控制要求，又要滿足室內空氣環(huán)境參數要求的情況下，便不得不額外加大送風量和排風量，導致運行能耗增大，所以，筆者認為，后一種手段不值得推廣應用。

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